"ブタノールおよび関連高級アルコールを独立栄養で生産する方法において、カルビン回路の中間生成物に作用して、または、水素化経路を付与するように作用して、少なくとも4個の炭素原子を有する高級アルコールを生産するように構成された一組の酵素のために遺伝子組み換えコードを有する遺伝子組み換え独立栄養有機体を、リアクタのシステム中に導入するステップと、上記遺伝子組み換え独立栄養有機体に関連して、光合成水分解、または水素化プロセスから取得される、NADPH、還元フェレドキシン、およびエネルギーATPを利用して、生物学的な上記リアクタ内で二酸化炭素および水から上記高級アルコールを合成するステップと、生産物分離プロセスを使用して合成した上記アルコールを光バイオリアクタから収穫するステップとを有することを特徴とする、上記方法。上記遺伝子組み替え独立栄養有機体は、上記高級アルコールを独立栄養生産するための、デザイナカルビン回路チャンネル経路、および水素化経路の少なくとも1つを有する、遺伝子組み換え光合成植物、遺伝子組み換え光合成細胞、および遺伝子組み換えバクテリアの少なくとも1つを有し、上記高級アルコールは、1-ブタノール、2-メチル-1-ブタノール、イソブタノール、3-メチル-1-ブタノール、1-ヘキサノール、1-オクタノール、1-ペンタノール、1-ヘプタノール、3-メチル-1-ペンタノール、4-メチル-1-ヘキサノール、5-メチル-1-ヘプタノール、4-メチル-1-ペンタノール、5-メチル-1-ヘキサノール、6-メチル-1-ヘプタノール、およびこれらの組み合わせからなるグループから選択される、請求項1記載の上記方法。上記遺伝子組み替え独立栄養有機体は、藍藻類シアノバクテリアおよびオキシクロロバクテリアを含むオキシホトバクテリア、水素化バクテリア、メタン細菌、水性植物、植物細胞、緑藻類、紅藻類、褐藻類、珪藻、海藻類、淡水藻類、耐塩性藻類株、耐冷温藻類株、耐熱性藻類株、アンテナ色素欠失変異体、耐ブタノール性藻類株、耐高級アルコール性藻類株、耐ブタノール性オキシホトバクテリア、耐ブタノール性水素化バクテリア、耐ブタノール性メタン細菌、耐高級アルコール性オキシホトバクテリア、耐高級アルコール性水素化バクテリア、耐高級アルコール性メタン細菌、およびこれらの組み合わせからなるグループから選択された、遺伝子組み替えデザイナ植物、遺伝子組み替えデザイナ植物細胞、またはバクテリア細胞の少なくとも1つを有する、請求項1記載の上記方法。上記遺伝子組み換え独立栄養有機体は、デザイナ嫌気性水素化ブタノール生産経路を表現する一組のデザイナ遺伝子を有し、この一組のデザイナ遺伝子は、エネルギー変換ヒドロゲナーゼEch、[NiFe]-ヒドロゲナーゼMvh、コエンザイムF420還元ヒドロゲナーゼFrh、原生または異種の溶解性ヒドロゲナーゼSH、ヘテロジスルフィドレダクターゼHdr、ホルミルメタノフランデヒロゲナーゼ、ホルミルトランスフェラーゼ、10-メテニル-テトラヒドロメタノプテリンシクロヒドロラーゼ、10-メチレン-H4-メタノプテリンヒドロゲナーゼ、10-メチレン-H4-メタノプテリンレダクターゼ、メチル-H4-メタノプテリン:コリノイド鉄硫黄タンパク質メチルトランスファラーゼ、コリノイド鉄硫黄タンパク質、COデヒドロゲナーゼ/アセチル-CoAシンターゼ、チオラーゼ、3-ヒドロキシブチル-CoAデヒドロゲナーゼ、クロトナーゼ、ブチリル-CoAデヒドロゲナーゼ、ブチルアルデヒドデヒドロゲナーゼ、およびブタノールデヒドロゲナーゼを有する、請求項1記載の上記方法。上記遺伝子組み換え独立栄養有機体は藍藻類シアノバクテリアおよびオキシクロロバクテリアを含むオキシホトバクテリアおよびバクテリアを有し、これらは、ThermosynechococcuselongatusBP-1、Nostocsp.PCC7120、SynechococcuselongatusPCC6301、Syncechococcussp.strainPCC7942、Syncechococcussp.strainPCC7002、Syncechocystissp.strainPCC6803、ProchlorococcusmarinusMED4、ProchlorococcusmarinusMIT9313、ProchlorococcusmarinusNATLIA、ProchlorococcusSS120、SpirulinaplatensisArthrospiraplatensis、Spirulinapacifica、Lyngbyamajuscule、Anabaenasp.、Synechocystissp.、Synechococcuselongates、SynechococcusMC-A、Trichodesmiumsp.、Richeliaintracellulars、SynechococcusWH7803、SynechococcusWH8102、Nostocpunctiforme、Syncechococcussp.strainPCC7943、SynechocyitisPCC6714phycocyanin-deficientmutantPD-1、Cyanothecestrain51142、Cyanothecesp.CCY0110、Oscillatorialimosa、Lyngbyamajuscula、Symplocamuscorum、Gloeobacterviolaceus、Prochlorondidemni、Prochlorothrixhollandica、SynechococcusMC-A、Trichodesmiumsp.、Richeliaintracellulars、Prochlorococcusmarinus、ProchlorococcusSS120、SynechococcusWH8102、Lyngbyamajuscula、Symplocamuscorum、Synechococcusbigranulatus、cryophilicOscillatoriasp.、Phormidiumsp.、Nostocsp.-l、Calothrixparietina、thermophilicSynechococcusbigranulatus、Synechococcuslividus、thermophilicMastigocladuslaminosus、ChlorogloeopsisfritschiiPCC6912、Synechococcusvulcanus、Synechococcussp.strainMA4、Synechococcussp.strainMAI9、MethanocellapaludicolaSANAE、AcinetobacterbaumanniiABNIH3、AcinetobacterbaumanniiABNIH4、Acinetobactersp.DRl、Agrobacteriumsp.HI3-3;AgrobacteriumvitisS4、Alcaligenessp.、AUochromatiumvinosumDSM180、AmycolatopsismediterraneiS699、AnoxybacillusflavithermusWK1、AquifexaeolicusVF5、ArchaeoglobusfulgidusDSM4304、ArchaeoglobusveneficusSNP6、Azospirillumsp.B510、BurkholderiacenocepaciaHI2424、CaldicellulosiruptorbesciiDSM6725、Carboxydothermushydrogenoformans、CentipedaperiodontiiDSM2778、Clostridiumautoethanogenum、Clostridiumragsdalei、ClostridiumsticklandiiDSM519、Clostridiumsticklandii、Corynebacteriumglutamicum,CupriavidusmetalliduransCH34、CupriavidusnecatorN-l、DesulfobaccaacetoxidansDSM11109、Exiguobacteriumsp.ATlb、FerrimonasbalearicaDSM9799、FerroglobusplacidusDSM10642、GeobacilluskaustophilusHTA426、HelicobacterbilisATCC43879、HerbaspirillumseropedicaeSmRl、HydrogenobacterthermophilusTK-6、Hydrogenovibriomarinus、KlebsiellavariicolaAt-22、Methanobacteriumsp.SWAN-1、MethanobrevibacterruminantiumM1、MethanocaldococcusfervensAG86、MethanocaldococcusinfernusME、Methanocaldococcusjannaschii、Methanocaldococcussp.FS406-22、MethanocaldococcusvulcaniusM7、MethanococcusaeolicusNankai-3、MethanococcusmaripaludisC6、MethanococcusmaripaludisS2、MethanococcusvoltaeA3、MethanocorpusculumlabreanumZ、MethanocuUeusmarisnigriJRI、MethanohalophilusmahiiDSM5219、MethanolineatardaNOBI-1、MethanoplanuspetroleariusDSM11571、Methanoplanuspetrolearius、MethanopyruskandleriAVI9、Methanoregulaboonei6A8、Methanosaetaharundinacea6Ac,MethanosalsumzhilinaeDSM4017、MethanosarcinaacetivoransC2A、Methanosarcinabarkeristr.Fusaro、MethanosarcinamazeiGol、Methanosphaerastadtmanae、MethanospirillumhungateiJF-1、Methanothermobactermarburgensisstr.Marburg、Methanothermobactermarburgensis、Methanothermobacterthermautotrophicus、MethanothermococcusokinawensisIH1、MethanothermusfervidusDSM2088、Methylobacillusflagellates、Methylobacteriumorganophilum、Methylococcuscapsulatus、Methylomicrobiumkenyense、MethylomonasmethanicaMC09、Methylomonassp.LW13、Methylosinussp.LW2、MethylosinustrichosporiumOB3b、MethyloteneramobilisJLW8、Methyloteneraversatilis301、MethylovorusglucosetrophusSIP3-4、MoorellathermoaceticaATCC39073、Moorellathermoacetica、OligotrophacarboxidovoransOM5、PaenibacillusterraeHPL-003、PelotomaculumthermopropionicumSI、PlanctomycesbrasiliensisDSM5305、PyrococcusfuriosusDSM3638、PyrococcushorikoshiiOT3、PyrococcusyayanosiiCHI、RalstoniaeutrophaHI6、Rubrivivaxsp.、SelenomonasnoxiaATCC43541、ShewanellabalticaBA175、Stenotrophomonassp.SKA14、Synechococcussp.JA-2-3Ba2-13、Synechococcussp.JA-3-3Ab、ThermococcusgammatoleransEJ3、ThermococcuskodakarensisKOD1、ThermococcusonnurineusNA1、Thermococcussp.4557、ThermodesulfatatorindicusDSM15286、ThermofilumpendensHrk5、ThermotogalettingaeTMO、ThermotogapetrophilaRKU-1、Thiocapsaroseopersicina、ThiomonasintermediaK12、Xanthobacterautotrophicus、YersiniapestisAntiqua、および、Thermosynechococcuselongatusから成るグループから選択される、請求項1記載の上記方法。上記遺伝子組み換え独立栄養有機体は、予め定められた誘導条件で誘導可能なデザイナプロトンチャンネル遺伝子、予め定められた誘導条件で誘導可能なデザイナ細胞分裂周期iRNA遺伝子、デザイナ細胞分裂制御可能な独立栄養有機体を形成するためにデザイナバイオ燃料生成経路遺伝子を形質転換するためのホスト有機体としての高CO2要求突然変異体、およびこれらの組み合わせから成るグループから選択されるバイオセーフティ防護機構を有し、上記遺伝子組み替え独立栄養有機体は、耐酸素溶解性ヒドロゲナーゼSH、耐酸素膜束縛ヒドロゲナーゼMBH、エネルギー変換ヒドロゲナーゼEch、メチル-H4MPT:コエンザイム-MメチルトランスフェラーゼMtr、メチル-コエンザイムMレダクターゼMcr、ヘテロジスルフィドレダクターゼHdr、[NiFe]-ヒドロゲナーゼMvh、コエンザイムF420還元ヒドロゲナーゼFrh、A1A0-ATPシンターゼ、蟻酸デヒドロゲナーゼ、10-ホルミル-H4-葉酸シンターゼ、メテニルテトラヒドロ葉酸シクロヒドロラーゼ、10-メチレン-H4-葉酸デヒドロゲナーゼ、10-メチレン-H4-葉酸レダクターゼ、メチル-H4-葉酸:コリノイド鉄硫黄タンパク質メチルトランスファラーゼ、コリノイド鉄硫黄タンパク質、COデヒドロゲナーゼ/アセチル-CoAシンターゼ、ホルミルメタノフランデヒドロゲナーゼ、ホルミルトランスファラーゼ、10-メテニル-テトラヒドロメタノプテリンシクロヒドロラーゼ、10-メチレン-H4-メタノプテリンヒドロゲナーゼ、10-メチレン-H4-メタノプテリンレダクターゼ、メチル-H4-メタノプテリン:コリノイド鉄硫黄タンパク質メチルトランスファラーゼ、コリノイド鉄硫黄タンパク質、COデヒドロゲナーゼ/アセチル-CoAシンターゼ、チオラーゼ、3-ヒドロキシブチル-CoAデヒドロゲナーゼ、クロトナーゼ、ブチリル-CoAデヒドロゲナーゼ、ブチルアルデヒドデヒドロゲナーゼ、ブタノールデヒドロゲナーゼ、2-ケト酸デカルボキシラーゼ、アルコールデヒドロゲナーゼ、2-メチルブチルアルデヒドレダクターゼ、3-メチルブタナールレダクターゼ、ヘキサノールデヒドロゲナーゼ、オクタノールデヒドロゲナーゼ、および短鎖アルコールデヒドロゲナーゼから成るグループから選択される酵素のうちの少なくとも1つを表現する、配列表に示されるSEQIDNO:1-198の事例的なデザイナDNAコンストラクトに例示される一組のデザイナ遺伝子を有する、請求項1記載の上記方法。上記一組の酵素は、NADPH依存グリセルアルデヒド-3-リン酸デヒドロゲナーゼ、NAD依存グリセルアルデヒド-3-リン酸デヒドラターゼ、ホスホグリセレートムターゼ、エノラーゼ、ピルビン酸キナーゼ、シトラマル酸シンターゼ、2-メチルリンゴ酸デヒドラターゼ、3-イソプロピルリンゴ酸デヒドラターゼ、3-イソプロピルリンゴ酸デヒドロゲナーゼ、2-イソプロピルリンゴ酸シンターゼ、イソプロピルリンゴ酸イソメラーゼ、2-ケト酸デカルボキシラーゼ、アルコールデヒドロゲナーゼ、NADPH依存アルコールデヒドロゲナーゼ、およびブタノールデヒドロゲナーゼからなるグループから選択された酵素のうちの少なくとも1つを有する、請求項1記載の上記方法。上記一組の酵素は、NADPH依存グリセルアルデヒド-3-リン酸デヒドラターゼ、NAD依存グリセルアルデヒド-3-リン酸デヒドロゲナーゼ、ホスホグリセレートムターゼ、エノラーゼ、ホスホエノールピルビン酸カルボキシラーゼ、アスパラギン酸アミノトランスフェラーゼ、アスパルトキナーゼ、アスパラギン酸セミアルデヒドデヒドロゲナーゼ、ホモセリンデヒドロゲナーゼ、ホモセリンキナーゼ、トレオニンシンターゼ、トレオニンアンモニアラーゼ、2-イソプロピルリンゴ酸、イソプロピルリンゴ酸イソメラーゼ、3-イソプロピルリンゴ酸デヒドロゲナーゼ、2-ケト酸デカルボキシラーゼ、NADPH依存アルコールデヒドロゲナーゼ、およびブタノールデヒドロゲナーゼからなるグループから選択された酵素のうちの少なくとも1つを有する、請求項1記載の上記方法。上記一組の酵素は、NADPH依存グリセルアルデヒド-3-リン酸デヒドロゲナーゼ、NAD依存グリセルアルデヒド-3-リン酸デヒドラターゼ、ホスホグリセレートムターゼ、エノラーゼ、ピルビン酸キナーゼ、シトラマル酸シンターゼ、2-メチルリンゴ酸デヒドラターゼ、3-イソプロピルリンゴ酸デヒドラターゼ、3-イソプロピルリンゴ酸デヒドロゲナーゼ、アセト乳酸シンターゼ、ケトール酸レダクトイソメラーゼ、ヒドロキシ酸デヒドラターゼ、2-ケト酸デカルボキシラーゼ、NAD依存アルコールデヒドロゲナーゼ、NADPH依存アルコールデヒドロゲナーゼ、および2-メチルブチルアルデヒドレダクターゼからなるグループから選択された酵素のうちの少なくとも1つを有する、請求項1記載の上記方法。上記一組の酵素は、NADPH依存グリセルアルデヒド-3-リン酸デヒドロゲナーゼ、NAD依存グリセルアルデヒド-3-リン酸デヒドラターゼ、ホスホグリセレートムターゼ、エノラーゼ、ホスホエノールピルビン酸カルボキシラーゼ、アスパラギン酸アミノトランスフェラーゼ、アスパルトキナーゼ、アスパラギン酸セミアルデヒドデヒドロゲナーゼ、ホモセリンデヒドロゲナーゼ、ホモセリンキナーゼ、トレオニンシンターゼ、トレオニンアンモニアラーゼ、アセト乳酸シンターゼ、ケトール酸レダクトイソメラーゼ、ヒドロキシ酸デヒドラターゼ、2-ケト酸デカルボキシラーゼ、NAD依存アルコールデヒドロゲナーゼ、NADPH依存アルコールデヒドロゲナーゼ、および2-メチルブチルアルデヒドレダクターゼからなるグループから選択された酵素のうちの少なくとも1つを有する、請求項1記載の上記方法。上記一組の酵素は、NADPH依存グリセルアルデヒド-3-リン酸デヒドロゲナーゼ、NAD依存グリセルアルデヒド-3-リン酸デヒドラターゼ、ホスホグリセレートムターゼ、エノラーゼ、ピルビン酸キナーゼ、アセト乳酸シンターゼ、ケトール酸レダクトイソメラーゼ、ヒドロキシ酸デヒドラターゼ、2-ケト酸デカルボキシラーゼ、NAD依存アルコールデヒドロゲナーゼ、および、NADPH依存アルコールデヒドロゲナーゼからなるグループから選択された酵素のうちの少なくとも1つを有する、請求項1記載の上記方法。上記一組の酵素は、NADPH依存グリセルアルデヒド-3-リン酸デヒドロゲナーゼ、NAD依存グリセルアルデヒド-3-リン酸デヒドラターゼ、ホスホグリセレートムターゼ、エノラーゼ、ピルビン酸キナーゼ、アセト乳酸シンターゼ、ケトール酸レダクトイソメラーゼ、ヒドロキシ酸デヒドラターゼ、2-イソプロピルリンゴ酸シンターゼ、3-イソプロピルリンゴ酸デヒドラターゼ、3-イソプロピルリンゴ酸デヒドロゲナーゼ、2-ケト酸デカルボキシラーゼ、NAD依存アルコールデヒドロゲナーゼ、および、NADPH依存アルコールデヒドロゲナーゼからなるグループから選択された酵素のうちの少なくとも1つを有する、請求項1記載の上記方法。上記一組の酵素は、NADPH依存グリセルアルデヒド-3-ホスフェートデヒドロゲナーゼ、NAD依存グリセルアルデヒド-3-ホスフェートデヒドロゲナーゼ、ホスホグリセレートムターゼ、エノラーゼ、ピルビン酸キナーゼ、ピルビン酸フェレドキシンオキシドレダクターゼ、チオラーゼ、3-ヒドロキシブチリル-CoAデヒドロゲナーゼ、クロトナーゼ、ブチリル-CoAデヒドロゲナーゼ、デザイナ3-ケトチオラーゼ、デザイナ3-ヒドロキシアシル-CoAデヒドロゲナーゼ、デザイナエノイル-CoAデヒドラターゼ、デザイナ2-エノイル-CoAレダクターゼ、デザイナアシル-CoAレダクターゼ、および、ヘキサノールデヒロゲナーゼ;ならびに、デザイナ3-ケトチオラーゼ、デザイナ2-エノイル-CoAレダクターゼ、デザイナアシル-CoAレダクターゼ、およびオクタノールデヒドロゲナーゼからなるグループから選択された酵素のうちの少なくとも1つを有する、請求項1記載の上記方法。上記一組の酵素は、NADPH依存グリセルアルデヒド-3-リン酸デヒドロゲナーゼ、NAD依存グリセルアルデヒド-3-リン酸デヒドラターゼ、ホスホグリセレートムターゼ、エノラーゼ、ピルビン酸キナーゼ、シトラマル酸シンターゼ、2-メチルリンゴ酸デヒドラターゼ、3-イソプロピルリンゴ酸デヒドラターゼ、3-イソプロピルリンゴ酸デヒドロゲナーゼ、2-イソプロピルリンゴ酸シンターゼ、イソプロピルリンゴ酸イソメラーゼ、3-イソプロピルリンゴ酸デヒドロゲナーゼ、デザイナイソプロピルリンゴ酸シンターゼ、デザイナイソプロピルリンゴ酸イソメラーゼ、デザイナ3-イソプロピルリンゴ酸デヒドロゲナーゼ、デザイナ2-ケト酸デカルボキシラーゼ、短鎖アルコールデヒドロゲナーゼ、ヘキサノールデヒドロゲナーゼ、デザイナイソプロピルリンゴ酸シンターゼ、デザイナイソプロピルリンゴ酸イソメラーゼ、デザイナ3-イソプロピルリンゴ酸デヒドロゲナーゼ、デザイナ2-ケト酸デカルボキシラーゼ、およびデザイナ短鎖アルコールデヒドロゲナーゼからなるグループから選択された酵素のうちの少なくとも1つを有する、請求項1記載の上記方法。上記一組の酵素は、NADPH依存グリセルアルデヒド-3-リン酸デヒドラターゼ、NAD依存グリセルアルデヒド-3-リン酸デヒドロゲナーゼ、ホスホグリセレートムターゼ、エノラーゼ、ホスホエノールピルビン酸カルボキシラーゼ、アスパラギン酸アミノトランスフェラーゼ、アスパルトキナーゼ、アスパラギン酸セミアルデヒドデヒドロゲナーゼ、ホモセリンデヒドロゲナーゼ、ホモセリンキナーゼ、トレオニンシンターゼ、トレオニンアンモニアラーゼ、2-イソプロピルリンゴ酸、イソプロピルリンゴ酸イソメラーゼ、3-イソプロピルリンゴ酸デヒドロゲナーゼ、デザイナイソプロピルリンゴ酸シンターゼ、デザイナイソプロピルリンゴ酸イソメラーゼ、デザイナ3-イソプロピルリンゴ酸デヒドロゲナーゼ、デザイナ2-ケト酸デカルボキシラーゼ、短鎖アルコールデヒドロゲナーゼ、ヘキサノールデヒドロゲナーゼ、デザイナイソプロピルリンゴ酸シンターゼ、デザイナイソプロピルリンゴ酸イソメラーゼ、デザイナ3-イソプロピルリンゴ酸デヒドロゲナーゼ、デザイナ2-ケト酸デカルボキシラーゼ、およびデザイナ短鎖アルコールデヒドロゲナーゼからなるグループから選択された酵素のうちの少なくとも1つを有する、請求項1記載の上記方法。上記一組の酵素は、NADPH依存グリセルアルデヒド-3-リン酸デヒドロゲナーゼ、NAD依存グリセルアルデヒド-3-リン酸デヒドラターゼ、ホスホグリセレートムターゼ、エノラーゼ、ピルビン酸キナーゼ、シトラマル酸シンターゼ、2-メチルリンゴ酸デヒドラターゼ、3-イソプロピルリンゴ酸デヒドラターゼ、3-イソプロピルリンゴ酸デヒドロゲナーゼ、アセト乳酸シンターゼ、ケトール酸レダクトイソメラーゼ、ヒドロキシ酸デヒドラターゼ、デザイナイソプロピルリンゴ酸シンターゼ、デザイナイソプロピルリンゴ酸イソメラーゼ、デザイナ3-イソプロピルリンゴ酸デヒドロゲナーゼ、デザイナ2-ケト酸デカルボキシラーゼ、短鎖アルコールデヒドロゲナーゼ、デザイナイソプロピルリンゴ酸シンターゼ、デザイナイソプロピルリンゴ酸イソメラーゼ、デザイナ3-イソプロピルリンゴ酸デヒドロゲナーゼ、デザイナ2-ケト酸デカルボキシラーゼ、およびデザイナ短鎖アルコールデヒドロゲナーゼからなるグループから選択された酵素のうちの少なくとも1つを有する、請求項1記載の上記方法。上記一組の酵素は、NADPH依存グリセルアルデヒド-3-リン酸デヒドロゲナーゼ、NAD依存グリセルアルデヒド-3-リン酸デヒドラターゼ、ホスホグリセレートムターゼ、エノラーゼ、ホスホエノールピルビン酸カルボキシラーゼ、アスパラギン酸アミノトランスフェラーゼ、アスパルトキナーゼ、アスパラギン酸セミアルデヒドデヒドロゲナーゼ、ホモセリンデヒドロゲナーゼ、ホモセリンキナーゼ、トレオニンシンターゼ、トレオニンアンモニアラーゼ、アセト乳酸シンターゼ、ケトール酸レダクトイソメラーゼ、ヒドロキシ酸デヒドラターゼ、デザイナイソプロピルリンゴ酸シンターゼ、デザイナイソプロピルリンゴ酸イソメラーゼ、デザイナ3-イソプロピルリンゴ酸デヒドロゲナーゼ、デザイナ2-ケト酸デカルボキシラーゼ、短鎖アルコールデヒドロゲナーゼ、デザイナイソプロピルリンゴ酸シンターゼ、デザイナイソプロピルリンゴ酸イソメラーゼ、デザイナ3-イソプロピルリンゴ酸デヒドロゲナーゼ、デザイナ2-ケト酸デカルボキシラーゼ、およびデザイナ短鎖アルコールデヒドロゲナーゼからなるグループから選択された酵素のうちの少なくとも1つを有する、請求項1記載の上記方法。上記一組の酵素は、NADPH依存グリセルアルデヒド-3-リン酸デヒドロゲナーゼ、NAD依存グリセルアルデヒド-3-リン酸デヒドラターゼ、ホスホグリセレートムターゼ、エノラーゼ、ピルビン酸キナーゼ、アセト乳酸シンターゼ、ケトール酸レダクトイソメラーゼ、ヒドロキシ酸デヒドラターゼ、イソプロピルリンゴ酸シンターゼ、デヒドラターゼ、3-イソプロピルリンゴ酸デヒドロゲナーゼ、デザイナイソプロピルリンゴ酸シンターゼ、デザイナイソプロピルリンゴ酸イソメラーゼ、デザイナ3-イソプロピルリンゴ酸デヒドロゲナーゼ、デザイナ2-ケト酸デカルボキシラーゼ、短鎖アルコールデヒドロゲナーゼ、デザイナイソプロピルリンゴ酸シンターゼ、デザイナイソプロピルリンゴ酸イソメラーゼ、デザイナ3-イソプロピルリンゴ酸デヒドロゲナーゼ、デザイナ2-ケト酸デカルボキシラーゼ、およびデザイナ短鎖アルコールデヒドロゲナーゼからなるグループから選択された酵素のうちの少なくとも1つを有する、請求項1記載の上記方法。上記デザイナ独立栄養有機体は、1-ブタノール、2-メチル-1-ブタノール、イソブタノール、3-メチル-1-ブタノール、1-ヘキサノール、1-オクタノール、1-ペンタノール、1-ヘプタノール、3-メチル-1-ペンタノール、4-メチル-1-ヘキサノール、5-メチル-1-ヘプタノール、4-メチル-1-ペンタノール、5-メチル-1-ヘキサノール、6-メチル-1-ヘプタノール、およびこれらの組み合わせからなるグループから選択される上記高級アルコールのうちの少なくとも1つを生産するためのデザイナカルビン回路チャンネル経路、および水素化経路の少なくとも1つを有する、請求項1記載の上記方法。デザイナ独立栄養有機体の上記デザイナ遺伝子組み替え有機体は、メチル-H4MPT:コエンザイム-MメチルトランスフェラーゼMtr、A1A0-ATPシンターゼ、メチル-コエンザイムMレダクターゼMcr、エネルギー変換ヒドロゲナーゼEch、[NiFe]-ヒドロゲナーゼMvh、コエンザイムF420還元ヒドロゲナーゼFrh、溶解性ヒドロゲナーゼSH、ヘテロジスルフィドレダクターゼHdr、蟻酸デヒドロゲナーゼ、10-ホルミル-H4-葉酸シンターゼ、メテニルテトラヒドロ葉酸シクロヒドロラーゼ、10-メチレン-H4-葉酸デヒドロゲナーゼ、10-メチレン-H4-葉酸レダクターゼ、メチル-H4-葉酸:コリノイド鉄硫黄タンパク質メチルトランスファラーゼ、コリノイド鉄硫黄タンパク質、COデヒドロゲナーゼ/アセチル-CoAシンターゼ、チオラーゼ、3-ヒドロキシブチル-CoAデヒドロゲナーゼ、クロトナーゼ、ブチリル-CoAデヒドロゲナーゼ、ブチルアルデヒドデヒドロゲナーゼ、および、ブタノールデヒドロゲナーゼを有するデザイナメタン生成水素化ブタノール生産経路システムを表現する一組の遺伝子を有し、上記独立栄養有機体は、メチル-H4MPT:コエンザイム-MメチルトランスフェラーゼMtr、原生または異種のA1A0-ATPシンターゼ、メチル-コエンザイムMレダクターゼMcr、エネルギー変換ヒドロゲナーゼEch、[NiFe]-ヒドロゲナーゼMvh、コエンザイムF420還元ヒドロゲナーゼFrh、原生または異種の溶解性ヒドロゲナーゼSH、ヘテロジスルフィドレダクターゼHdr、ホルミルメタノフランデヒドロゲナーゼ、ホルミルトランスファラーゼ、10-メテニル-テトラヒドロメタノプテリンシクロヒドロラーゼ、10-メチレン-H4-メタノプテリンヒドロゲナーゼ、10-メチレン-H4-メタノプテリンレダクターゼ、メチル-H4-メタノプテリン:コリノイド鉄硫黄タンパク質メチルトランスファラーゼ、コリノイド鉄硫黄タンパク質、COデヒドロゲナーゼ/アセチル-CoAシンターゼ、チオラーゼ、3-ヒドロキシブチル-CoAデヒドロゲナーゼ、クロトナーゼ、ブチリル-CoAデヒドロゲナーゼ、ブチルアルデヒドデヒドロゲナーゼ、および、ブタノールデヒドロゲナーゼを有するデザイナメタン生成水素化ブタノール生産経路システムを表現する一組の遺伝子を有る、請求項1記載の上記方法。この発明は、デザイナ独立栄養有機体、例えば、デザイナ遺伝子組み替え植物例えば藻類およびオキシホトバクテリア、植物細胞、またはバクテリアに基づく、独立栄養のブタノールおよび関連するアルコールを生産する技術に向けられている。この明細書の全体を通じる文脈において高級アルコールまたは関連する高級アルコールは少なくとも4個の炭素原子を有するアルコールを指し、これは直鎖または分岐アルコールの双方、例えば1-ブタノールおよび2-メチル-1-ブタノールを含む。カルビン回路チャンネルおよび光合成NADPH増強経路は、ブタノールおよび関連する高級アルコールを光生物学的に生産する、藻類およびオキシホトバクテリアシアノバクテリアおよびオキシクロロバクテリアを含むのようなホスト光合成有機体中のデザイナ遺伝子の利用を通じて表現されるデザイナ酵素により構築される。上述のブタノールおよび関連する高級アルコールは、1-ブタノール、2-メチル-1-ブタノール、イソブタノール、3-メチル-1-ブタノール、1-ヘキサノール、1-オクタノール、1-ペンタノール、1-ヘプタノール、3-メチル-1-ペンタノール、4-メチル-1-ヘキサノール、5-メチル-1-ヘプタノール、4-メチル-1-ペンタノール、5-メチル-1-ヘキサノール、および、6-メチル-1-ヘプタノールからなるグループから選択される。デザイナ植物および植物細胞は、内因性光合成制御機構を調整するように遺伝子工学技術を用いて生成され、光合成水分解およびプロトン勾配結合電子搬送プロセスから取得される還元力HADPHおよびエネルギーATPを用いて高級アルコール、例えば、1-ブタノールCH3CH2CH2CH2OHおよび2-メチル-1-ブタノールCH3CH2CHCH3CH2OHを、二酸化炭素CO2、および水H2Oから以下の一般なプロセス反応ただしm、n、xおよびyはそのモル係数であるで、この発明に従って直接に合成することができる。mCO2nH2O→x高級アルコールyO2[2]この発明の光瀬物学的な高級アルコール生産方法は、バイオマス技術のボトルネックの問題を迂回することにより、やっかいなリグノセルロースの問題を完全に除去する。図1に示すように、例えば、デザイナ有機体が、光合成水分解およびプロトン勾配結合電子搬送プロセスからの還元力NADPHおよびエネルギーATPを有効に利用して、極めて硬くしばしば植物精製業界で有益に利用困難な望ましくないリグノセルロース材料の、合成のための他の経路に導入することなしに、二酸化炭素CO2、および水H2Oから直接に直ちに、ブタノールCH3CH2CH2CH2OHを合成する。このアプローチはトウモロコシデンプン生産プロセスとも異なる。この発明によれば、トウモロコシ作物栽培、トウモロコシ粒収穫、トウモロコシ粒澱粉処理、および澱粉糖類ブタノール発酵を含む、トウモロコシ澱粉ブタノール生産プロセスで対処しなければならない、多くのエネルギー消費のステップを実行すること無しに、ブタノールを直接に二酸化炭素CO2、および水H2Oから製造できる。この結果、この発明の光合成ブタノール生産技術では、現行の技術に較べてかなり10倍より大きい高い、太陽光ブタノールのエネルギー変換効率が期待できる。ここに提案の光合成ブタノール生産プロセスが10の太陽光エネルギー変換効率であるとすると、最大理論生産性収率は1年、1エーカーあたり約72700kgのブタノールであり、これは約70台の車をサポートできるであろう1年1エーカーあたり。この発明は、地球を危険なCO2の累積から守るのにも役立つであろう。なぜならば、この方法はCO2を直接にクリーンなブタノールエネルギーに変換するからである。この技術の基本的な特徴は、野生型の光合成経路の最終生成物としての澱粉および他の複雑な細胞バイオマス材料を製造するのに代えて、植物例えば藻類またはオキシホトバクテリアまたは植物細胞を用い、植物または植物細胞中に、図1に説明される、カルビン回路の中間体生産物に作用してこの中間体生産物をブタノールに変換する一組の酵素のための核酸分子エンコーディングを、植物または植物細胞に導入することである。したがって、この発明は、その中でも、デザイナ植物例えばデザイナ藻類およびデザイナオキシホトバクテリア、デザイナ植物組織、またはデザイナ植物細胞に基づいてブタノールおよび/または関連の高級アルコールを生産する方法、デザイナブタノールおよび/または関連する高級アルコールの生産経路のDNAコンストラクトエンコーディング遺伝子、さらには、精製された、デザイナ藻類、デザイナオキシホトバクテリアデザイナシアノバクテリアを含む、デザイナ植物、デザイナ植物組織、およびデザイナsy九物細胞を提供する。この発明の種々の側面は以下にさらに詳細に説明される。この発明によれば、この発明の光合成ブタノールおよび/または関連高級アルコール生産のためのデザイナ有機体または細胞は、ホストとして、光合成能力を有する、すなわち、光合成を通じて光エネルギーを捕獲し、このエネルギーを用いて無機物質を有機物質に変換する光合成装置および酵素経路を具備する、任意の植物藻類およびオキシホトバクテリアを含む、植物組織、または植物細胞を使用して形成できる。好ましくは、ホスト有機体は、例えば、少なくとも、1エーカー、1年当たり、約1,450kgのブタノール、より好ましくは1エーカー、1年当たり、7,270kgのブタノール、さらに好ましくは、1エーカー、1年当たり、72,700kgのブタノールをCO2およびH2Oから生産する光合成ブタノールおよび/または関連高級アルコールの生産をサポートする、適切な光合成CO2固定率を伴わなければならない。好ましい実施例において、デザイナ植物を形成するために水性植物aquaticplantを採用する。水性植物はヒドロフィティック植物とも呼ばれ、水中水面に接すること、または水面中であることを含むまたは永久飽和土の中のような、水性環境中またはそれに接して生きる植物である。ここで用いるように、水性植物は、例えば、藻類、ブルーグリーン藻類シアノバクテリアおよびオキシホトバクテリア、沈水水性ハーブHydrillaverticillata,Elodeadensa,Hippurisvulgaris,AponogetonBoivinianusAponogetonRigidifolius,AponogetonLongiplumulosus,DidiplisDiandra,VesiculariaDubyana,HygrophiliaAugustifolia,MicranthemumUmbrosum,EichhorniaAzurea,SaururusCernuus,CryptocoryneLingua,HydrotricheHottoniiflora,EustralisStellata,VallisneriaRubra,HygrophilaSalicifolia,CyperusHelferi,CryptocorynePetchii,Vallisneriaamericana,VallisneriaTorta,HydrotricheHottoniiflora,CrassulaHelmsii,LimnophilaSessiliflora,PotamogetonPerfoliatus,RotalaWallichii,CryptocoryneBecketii,BlyxaAubertii,HygrophilaDifformmis、ダックウィードSpirodelapolyrrhiza,Wolffiaglobosa,Lemnatrisulca,Lemnagibba,Lemnaminor,Landoltiapunctata、ウォーターキャベツPistiastratiotes、パターカップRanunculus、オニビシwatercaltropTrapanatansおよびTrapabicornis、ウォーターリリーNymphaealotus,NymphaeaceaeおよびNelumbonaceae、ホテイアオイwaterhyacinthEichhorniacrassipes、Bolbitisheudelotii、Cabombasp.、海草HeterantheraZosterifolia,Posidoniaceae,Zosteraceae,Hydrocharitaceae,およびCymodoceaceaeを含む。水性植物から生産されたブタノールおよび/または関連高級アルコールは水中に拡散して、植物の通常の成長を許容し、さらに、植物からブタノールのより堅牢な生産を許容する。水性植物組織これに限定されないが多細胞藻類を含むまたは細胞これに限定されないが単細胞藻類を含むの液体培養物は使用して大変好ましい。なぜならば、デザイナブタノールおよび/または関連高級アルコール生産経路から生産されたブタノールおよび/または関連高級アルコールの分子は、容易に細胞または組織から液体性の水媒体へ拡散することができ、これが、ブタノールおよび/または関連高級アルコールを貯蔵するための大きなプールとして働き、こののち、フィルタリング、および/または蒸留/蒸発技術によって抽出可能であるからである。水性植物または細胞は、この発明の方法において使用するホスト有機体として好ましいけれども、光合成を行え、液体培養媒体中で培養可能である、非水性植物の組織および細胞も光合成ブタノールおよび/または高級アルコール生産のためのデザイナ組織または細胞を生成するのに使用できる。例えば、以下の、非水性植物の組織または細胞もこの発明のホスト有機体として使用するのに選択可能である。すなわち、ウッドリンゴの木の光合成独立栄養新芽shoot組織培養、Feronialimonia、トウモロコシ植物のクロロフィル細胞培養、ZeaMays、キク科およびナス科の種のグリーンルート培養、サトウキビの茎の柔らかい部分の組織培養、コケ植物の組織培養、Physcomitrellapatens、大豆植物の光合成細胞懸濁培養Glycinemax、グリーンタバコNicofianatabacumL.の細胞の光合成独立栄養および光混合栄養培養、GisekiapharnaceoidesC4植物の細胞懸濁培養、AmaranthuspowelliiWats.,DaturainnoxiaMill.,GossypiumhirsutumL.,およびNicotianatabacumxNicotianaglutinosaL.fusionhybridの光合成懸濁液培養ラインである。液体媒体は、光合成独立栄養培養のための、液体の水に比較的少量の無機栄養素例えば、塩の形態で広くある、N、P、Kを加えたものを意味し、ときどき、光混合栄養および/または光従属栄養の培養のための所定の有機サブストレート例えば、スクロース、グルコース、またはアセテートを含む。とくに好ましい実施例においては、この発明のブタノールおよび/または関連高級アルコール生産方法で使用される植物は、藻類、または藍藻類である。藻類、または藍藻類を使用するといくつかの利点が有る。これらは開放された池で大量に低コストで成長可能である。ブタノールおよび/または関連高級アルコールの水相からの収穫および精製も、蒸留/蒸発または隔膜分離により簡単に行うことができる。この発明に使用して好適な藻類は、単細胞藻類およびマルチ-単細胞藻類の双方を含む。この発明に使用するのに選択できる多細胞藻類は、これに限定されないが、海藻、例えば、Ulvalatissimaアオサ、Ascophyllumnodosum、Codiumfragile、Fucusvesiculosus、Eucheumadenticulatum、Gracilariagracilis、Hydrodictyonreticulatum、Laminariajaponica、Undariapinntifida、Saccharinajaponica、Porphyrayezoensis、およびPorphyrateneraを含む。適切な藻類は以下の藻類のディビジョンからも選択できる。すなわち、緑藻類緑色植物門:Chlorophyta、紅藻類紅色植物門:Phodophyta、褐藻類褐藻植物門:Phaeophyta、珪藻珪藻門:Bacillariophyta、および藍藻類藍色植物門CyanophytaおよびProchlorophytaを含むオキシホトバクテリアである。適切な緑藻類のオーダーは、Ulvales、Ulotrichales、Volvocales、Chlorellales、Schizogoniales、Oedogoniales、Zygnematales、Cladophorales、Siphonales、およびDasycladalesを含む。適切な紅色植物門のジーナスは、Porphyra、Chondrus、Cyanidioschyzon、Porphyridium、Gracilaria、Kappaphycus、Gelidium、およびAgardhiellaである。適切な褐藻植物門のジーナスは、Laminaria、Undaria、Macrocystis、Sargassum、およびDictyosiphonである。適切な藍色植物門シアノバクテリアとしても知られているのジーナスは、これに限定されないが、Phoridium、Synechocystis、Syncechococcus、Oscillatoria、およびAnabaenaを含む。適切なProchlorophytaオキシクロロバクテリアとしても知られているのジーナスは、これに限定されないが、Prochloron,Prochlorothrix,およびProchlorococcusを含む。適切な珪藻門のジーナスは、Cyclotella、Cylindrotheca、Navicula、Thalassiosira、およびPhaeodactylumである。この発明に使用して好適な藻類の種スピーシーは、Chlamydomonasreinhardtii、Platymonassubcordiformis、Chlorellafusca、Chlorellasorokiniana、Chlorellavulgaris、’Chlorella’ellipsoidea、Chlorellaspp.,Dunaliellasalina、Dunaliellaviridis、Dunaliellabardowil、Haematococcuspluvialis;Parachlorellakessleri、Betaphycusgelatinum、Chondruscrispus、Cyanidioschyzonmerolae、Cyanidiumcaldarium、Galdieriasulphuraria、Gelidiellaacerosa、Gracilariachangii、Kappaphycusalvarezii、Porphyraminiata、Ostreococcustauri、Porphyrayezoensis、Porphyridiumsp.,Palmariapalmata、Gracilariaspp.,Isochrysisgalbana、Kappaphycusspp.,Laminariajaponica、Laminariaspp.,Monostromaspp.,Nannochloropsisoculata、Porphyraspp.,Porphyridiumspp.,Undariapinnatifida、Ulvalactuca、Ulvaspp.,Undariaspp.,PhaeodactylumTricornutum、Naviculasaprophila、Crypthecodiniumcohnii、Cylindrothecafusiformis、Cyclotellacryptica、Euglenagracilis、Amphidiniumsp.,Symbiodiniummicroadriaticum、Macrocystispyrifera、Ankistrodesmusbraunii、およびScenedesmusobliquusを含む。この発明に使用して好ましい藍藻類シアノバクテリアおよびオキシクロロバクテリアを含むオキシホトバクテリアの種は、ThermosynechococcuselongatusBP-1,Nostocsp.PCC7120、SynechococcuselongatusPCC6301、Syncechococcussp.strainPCC7942、Syncechococcussp.strainPCC7002、Syncechocystissp.strainPCC6803、ProchlorococcusmarinusMED4、ProchlorococcusmarinusMIT9313、ProchlorococcusmarinusNATL1A、ProchlorococcusSS120、SpirulinaplatensisArthrospiraplatensis、Spirulinapacifica、Lyngbyamajuscule、Anabaenasp.,Synechocystissp.,Synechococcuselongates、SynechococcusMC-A、Trichodesmiumsp.,Richeliaintracellularis、SynechococcusWH7803、SynechococcusWH8102、Nostocpunctiforme、Syncechococcussp.strainPCC7943、SynechocyitisPCC6714phycocyanin-deficientmutantPD-1、Cyanothecestrain51142、Cyanothecesp.CCY0110、Oscillatorialimosa、Lyngbyamajuscula、Symplocamuscorum、Gloeobacterviolaceus、Prochlorondidemni、Prochlorothrixhollandica、SynechococcusMC-A、Trichodesmiumsp.,Richeliaintracellularis、Prochlorococcusmarinus、ProchlorococcusSS120、SynechococcusWH8102、Lyngbyamajuscula、Symplocamuscorum、Synechococcusbigranulatus、cryophilicOscillatoriasp.,Phormidiumsp.,Nostocsp.-l、Calothrixparietina、thermophilicSynechococcusbigranulatus、Synechococcuslividus、thermophilicMastigocladuslaminosus、ChlorogloeopsisfritschiiPCC6912、Synechococcusvulcanus、Synechococcussp.strainMA4、Synechococcussp.strainMA19、およびThermosynechococcuselongatusを含む。遺伝子の背景および所定の特別な特徴に対して、ホスト光合成有機体を適切に選択することも有益である。例えば、雪や氷の中で成長できる好冷性藻類好冷性細菌、および/または、Chlamydomonas冷性ストレインCCMG1619のような冷耐性ホストストレインから形成された光合成ブタノール生産デザイナ藻類は、寒冷な季節またはカナダのような地域においてさえ光生物学的ブタノール生産を許容し、これは、4°C程度で光合成水分解を行える能力として特徴付けられてきたLee,BlankinshipおよびGreenbaum1995,TemperatureeffectonproductionofhydrogenandoxygenbyChlamydomonascoldstrainCCMP1619andwildtype137cAppliedBiochemistryandBiotechnology511/52:379-386。他方、好熱性藻類CyanidiumcaldariumandGaldieriasulphurariaのような好熱性/耐熱性光合成有機体、および/または、ThermosynechococcuselongatusBP-1およびSynechococcusbigranulatusのような好熱性シアノバクテリア藍藻類は、熱い季節、または、しばしば熱い、メキシコや、ネバダ、カリフォルニア、アリゾナ、ニューメキシコを含む合衆国の南西地域へとこの発明の実施を十分に適用可能にする。さらに、Platymonassubcordiformisのような海洋藻類から形成される、光合成ブタノール生産デザイナ藻類は海水を使用してこの発明を実施することを可能にする。ただし、Chlamydomonasreinhardtiiのような淡水藻類から形成されたデザイナ藻類は淡水を使用可能にする。さらに、光合成ブタノールおよび/または関連高級アルコール生産デザイナ藻類の付加的な特徴は、クロロフィルアンテナの寸法を小さくできるという利点であり、これによって、より大きな生産性を実現することが実証されておりLee,Mets,andGreenbaum2002.Improvementofphotosyntheticefficiencyathighlightintensitythroughreductionofchlorophyllantennasize,AppliedBiochemistryandBiotechnology,98-100:37-48、また、より堅牢で効率のよい、CO2およびH2Oからのブタノールおよび/または関連する高級アルコールの光合成生産を可能にするブタノール耐性および/または関連する高級アルコールの耐性の利点である。光採取色素の量を減少させても光抑制を減殺させることができることが、SynechocystisPCC6714のフィコシアニン欠損突然変異体を使用して実験的に示されたNakajima,Tsuzuki,およびUeda1999Reducedphotoinhibitionofaphycocyanin-deficientmutantofSynechocystisPCC6714,JournalofAppliedPhycology10:447-452。例えば、デザイナブタノール生産経路遺伝子で遺伝子組み換えを行うために、ホスト有機体としてブタノール耐性および/またはクロロフィルアンテナ欠損突然変異体例えばChlamydomonasreinhardtiistrainDS521を使用することにより、これらオプションの特徴をデザイナ藻類に組み込むことができる。したがって、種々の実施例の1つにおいて、ホスト藻類は、緑藻類、紅藻類、褐藻類、藍藻類シアノバクテリアおよびプロクロロファイトを含むオキシホトバクテリア、珪藻、海藻類、淡水藻類、単細胞藻類、多細胞藻類、海藻、耐冷温藻類株、耐熱性藻類株、光収集アンテナ色素欠失変異体、耐ブタノール性藻類株、耐高級アルコール性藻類株、および、これらの組み合わせからなるグループから選択される。[ホストにおけるデザイナブタノール生産経路の形成][適切なデザイナ酵素の選択]この発明のキーとなる特徴の1つは、直接に、CO2およびH2Oからブタノールを所望なように合成するために、野生の光合成メカニズムを制御して働くデザイナブタノール生産経路を形成することである。野生の光合成メカニズムは、1還元力NADHおよびエネルギーATPを生成するための、藻類チラコイド膜システムを通じる、光合成水分解およびプロトン勾配結合電子転送のプロセス、および、2の還元力NADHおよびエネルギーATPを消費して、CO2を還元する、カルビン回路を含む。この発明によれば、一連の酵素が、図1に示すような、カルビン回路の中間体生産物を取り出し、この中間体生産物をブタノールに変換するデザイナブタノール生産経路を形成するために使用される。デザイナブタノール生産経路酵素は、ここでは、デザイナブタノール生産経路中の複数ステップの少なくとも1つのための触媒として働く酵素として定義される。この発明によれば、多くのカルビン回路の中間体生産物がデザイナブタノール生産経路を形成するのに使用でき、デザイナブタノール生産経路に必要とされる酵素はカルビン回路のどの中間体生成物からデザイナブタノール生産経路が分岐するかに依存する。一例において、グリセルアルデヒド三リン酸を取りだしてブタノールに変換するデザイナ経路が形成され、これは、例えば、図に参照番号01~12で示されるような、グリセルアルデヒド三リン酸デヒドロゲナーゼ01、ホスホグリセリン酸キナーゼ02、ホスホグリセリン酸ムターゼ03、エノラーゼ04、ピルビン酸キナーゼ05、ピルビン酸フェレドキシンオシシドレダクターゼ06、チオラーゼ07、3-ヒドロキシブチル-CoAデヒドロゲナーゼ08、クロトナーゼ09、ブチリル-CoAデヒロゲナーゼ10、ブチルアルデヒドヒドロゲナーゼ11、および、ブタノールヒドロゲナーゼ12からなる一組の酵素を使用する。このグリセルアルデヒド酸リン酸の分岐のデザイナ経路において、2分子のグリセルアルデヒド三リン酸をブタノールに変換するために、2分子のNADHが、グリセルアルデヒド三リン酸デヒドロゲナーゼ01の触媒下のグリセルアルデヒド三リン酸から1,3-ジホスホグリセリン酸へのステップでNADから生成され;他方、2分子のNADHが、1つは、アセトロアセチル-CoAを3-ヒドロキシブチル-CoAに還元する3-ヒドロキシブチル-CoAデヒドロゲナーゼ08の触媒下で、他の1つは、クロトニル-CoAをブチリル-CoAに還元するブチリル-CoAヒドロゲナーゼ10の触媒下で、NADに変換する。この結果、このグリセルアルデヒド三リン酸分岐のデザイナ経路01~12では、消費されるNADH分子の数は、生成されるNADHの数とバランスしている。さらに、ブチルアルデヒドデヒドロゲナーゼ11ブチリル-CoAをブチルアルデヒドに還元するによる触媒下の経路ステップと、ブタノールデヒドロゲナーゼ12ブチルアルデヒドをブタノールに還元するの触媒下の経路ステップとがNADHを使用でき、これは、光合成の水分解およびプロトン勾配結合電子伝達プロセスにより再生成できる。したがって、このグリセルアルデヒド三リン酸分岐デザイナブタノール生産経路は連続して作動できる。他の例において、中間体生産物、3-ホスホグリセリン酸を取りだしてブタノールに変換するデザイナ経路が形成され、これは、例えば、図に参照番号03~12で示されるようなホスホグリセリン酸ムターゼ03、エノラーゼ04、ピルビン酸キナーゼ05、ピルビン酸フェレドキシンオシシドレダクターゼ06、チオラーゼ07、3-ヒドロキシブチル-CoAデヒドロゲナーゼ08、クロトナーゼ09、ブチリル-CoAデヒロゲナーゼ10、ブチルアルデヒドヒドロゲナーゼ11、および、ブタノールヒドロゲナーゼ12からなる一組の酵素を使用する。グリセルアルデヒド三リン酸分岐ブタノール生産経路01~12の最後の10個の酵素は、3-ホスホグリセリン酸分岐デザイナ経路に用いられる酵素と同一であることに留意することは有益である。換言すると、グリセルアルデヒド三リン酸分岐経路のデザイナ酵素01~12はカルビン回路の3-ホスホグリセリン酸の点、および、グリセルアルデヒド三リン酸の点の双方からブタノールを生産できる。しかしながら、これら2つの経路は異なる特徴を有する。グリセルアルデヒド三リン酸分岐ブタノール生産経路と異なって、3-ホスホグリセリン酸分岐経路は10個の酵素03~12の活性しか有さず、それ自体は、2つの場所、すなわち、1つはアセトロアセチル-CoAを3-ヒドロキシブチル-CoAに還元する、3-ヒドロキシブチル-CoAデヒドロゲナーゼ08の触媒下のステップと、他の1つは、クロトン-CoAをブチリル-CoAに還元する、ブチリル-CoAデヒドロゲナーゼ10の触媒下のステップのために必要ないずれのNADHもそれ自体は発生できなかった。すなわち、厳格に、NADPHではなくNADHのみを使用できる、3-ヒドロキシブチル-CoAデヒドロゲナーゼ、および/または、ブチリル-CoAデヒドロゲナーゼが採用されるならば採用されるとき、3-ホスホグリセリン酸分岐経路03~12を動作させるためにはNADHを供給する必要がある。したがって、3-ホスホグリセリン酸分岐ブタノール生産経路を動作させるためには、光駆動電子伝達プロセスによって供給できるNADPHを利用することができる3-ヒドロキシブチリル-CoAデヒドロゲナーゼ08、およびブチリル-CoAデヒドロゲナーゼ10を利用することが重要である。したがって、この3-ホスホグリセリン酸分岐デザイナブタノール生産経路図1の03~12のためには、HADPH、または、NADPHおよびNADHの双方すなわちHADPHを使用することができる3-ヒドロキシブチリル-CoAデヒドロゲナーゼおよびブチリル-CoAデヒドロゲナーゼを使用することが好ましいプラクティスである。代替的には、NADHのみ使用できる3-ヒドロキシブチリル-CoAデヒドロゲナーゼおよびブチリル-CoAデヒドロゲナーゼを使用するときには、デザイナ有機体にNADPH/NADH変換機能NADPHをNADHに変換してNADHを供給すること。詳細は後述するを付与して、3-ホスホグリセリン酸分岐デザイナ経路でブタノールの光合成生産をできるようにする、付加的な実施例を使用することが好ましい。さらに他の例において、フルクトース-1,6-二リン酸を取りだしてブタノールに変換するデザイナ経路が形成され、これは、図1に参照番号20~33で示されるような、アルドラーゼ20、トリオースリン酸イソメラーゼ21、グリセルアルデヒド-3-リン酸デヒドロゲナーゼ22、ホスホグリセリン酸キナーゼ23、ホスホグリセリン酸ムターゼ24、エノラーゼ25、ピルビン酸キナーゼ26、ピルビン酸-NADPオキシドレダクターゼまたはピルビン酸-フェレドキシンオキシドレダクターゼ27、チオラーゼ28、3-ヒドロキシブチリル-CoAデヒドロゲナーゼ29、クロトナーゼ30、ブチリル-CoAデヒドロゲナーゼ31、ブチルアルデヒドデヒドロゲナーゼ32、およびブタノールデヒドロゲナーゼ33からなる一組の酵素を使用し、アルドラーゼ20、および、トリオースリン酸イソメラーゼ21が、グリセルアルデヒド三リン酸分岐のデザイナ経路に対してたった2つの付加的な酵素である。ピルビン酸分子をアセチル-CoAに触媒変換する、ピルビン酸-NADPオキシドレダクターゼ27ピルビン酸-フェレドキシンオキシドレダクターゼに代えては、NADPHの生産が可能であり、これは、ブタノール生産経路のいくつかの他のステップで使用可能である。デザイナ有機体中にさらにもう1つの酵素、ホスホフルクトースキナーゼ19を付加することにより、ブタノール生産のためにカルビン回路のフルクトース-6-リン酸の点から分岐する他のデザイナ経路の生成が可能になる。グリセルアルデヒド三リン酸分岐のブタノール生産経路と同様に、フルクトース-1,6-二リン酸分岐経路20~23、および、フルクトース-6-リン酸分岐経路19~33は、経路中において、3-ヒドロキシブチリル-CoAデヒドロゲナーゼ29の触媒でアセトロアセチル-CoAを3-ヒドロキシブチリル-CoAに還元するステップと、ブチリル-CoAデヒドロゲナーゼ31の触媒でクロトニル-CoAをブチリル-CoAに還元するステップとで使用するために、NADHをそれ自体で生成できる。これらデザイナブタノール生産経路の各々において、消費されるNADHの数は、生成されるNADHの数とバランスしており、ブチルアルデヒドデヒドロゲナーゼ32ブチリル-CoAをブチルアルデヒドに還元するステップで触媒となるおよびブタノールデヒドロゲナーゼ33ブチルアルデヒドをブタノールに還元する最後のステップで触媒となるの双方はすべてのNADPHを使用でき、これらは光合成水分解およびプロトン勾配結合電子伝達プロセスによって再生成できる。したがって、これらデザイナブタノール生産経路は連続して作動できる。表1は、デザイナブタノール生産経路の構築のために先に特定した酵素例を含む酵素の例を列挙する。この明細書において、酵素、例えば表1中に列挙した任意の酵素を参照するときには、これは、イソ酵素、機能的アナログ、およびデザイナ変更酵素、ならびに、これらの組み合わせを含む。それらの酵素は、デザイナブタノール生産経路例えば、図1に示すようなものを構築するために選択して使用される。イソ酵素および機能的アナログは、同一の触媒機能を伴うが、まったく同一のタンパク質構造を伴って、あるいは伴わなくてよいものを指す。酵素の最も基本的な特徴は、酵素反応を触媒する活性サイトである。したがって、そのような活性触媒サイトを含む所定の酵素タンパク質片またはサブユニットを選択してこの発明に使用できる。種々の理由によって、天然の酵素のいくつかは、必須の触媒構造の他に、所望の用途に必要でなくても必要であっても良い他の構造要素を含む。生物情報学bioinformatic支援の分子設計技術を用いて、所望のデザイナ酵素をエンコードするデザイナDNAコンストラクトを構築するのに使用する必須触媒構造を選択することができる。したがって、種々の実施例の1つにおいて、デザイナ酵素遺伝子は、生物情報学支援の分子配列設計に従ってDNAコンストラクトの人工的な合成によって形成される。コンピュータ支援の合成生物学アプローチを用いて、デザイナ酵素のDNA配列したがってそのタンパク質配列もは選択的に修正されて、そのデザインにより、さらに好ましい結果を実現する。したがって、用語デザイナ修正配列およびデザイナ修正酵素は、生物情報学支援分子設計によって修正された、DNA配列、および酵素タンパク質として定義される。例えば、デザイナクロロプラスト対象化酵素がミトコンドリア酵素の配列から設計されるとき、所定に用途に適切でないミトコンドリアのトランジットペプチド配列のような所定の構造要素を選択的に切りはずすことにより、および/または、デザイナタンパク質のクロロプラスト対象化挿入について能力を付与するために必要な外来的なクロロプラストのトランジットペプチド配列例えば、135-bpRubisco小規模サブユニットのトランジットペプチドRbcS2のような所定のペプチド配列を付加することにより、タンパク質構造のいくつかを修正することが、好ましいプラクティスである。したがって、種々の実施例の1つは、デザイナブタノール生産経路の構築に際して、柔軟に、酵素、イソ酵素、機能的アナログ、デザイナ修正酵素、および/またはこれらの組み合わせを採用する。表1に示されるように、先に特定して酵素の多くの遺伝子は種々の有機体からクローン化および/または配列化されてきた。遺伝子DNAおよび/またはmRNA配列データは、光生物学的ブタノール生産図1のためのデザイナ有機体を生成するためにホストの藻類、オキシホトバクテリア、植物、植物組織または細胞を変形させるためのデザイナDNAコンストラクトを設計し、合成するために使用できる。しかしながら、ブタノール生産経路がカルビン回路とともに設計される個別のホスト有機体、および、そのクロロプラスト/チラコイド環境に関連して、しばしば多くのバリエーションが種々のソール有機体および細胞区画が関連づけ可能であるので、コドン利用最適化および配列修正を含むDNAコンストラクト設計における所定の分子エンジニアリングの従来の作業が、DNAコンストラクト図2を充分に機能させるためにしばしば必要となる。例えば、ブタノール生産デザイナ真核藻類を生成する際に、ソース配列が細胞質内酵素配列に由来するならば、デザイナ核瞭遺伝子エンコード酵素がホストクロロプラストに挿入されてデザイナブタノール生産経路が付与されるようにする能力を与えるために、機能的クロロプラスト対象化配列が付加されてよい。さらに、デザイナブタノール生産経路にスイッチ可能性を実現するために、機能的誘導プロモータ、例えば、ヒドロゲナーゼのプロモータHydlまたは硝酸塩レダクターゼNial遺伝子、または亜硝酸塩レダクターゼnirA遺伝子を図2に示すような所定のデザイナDNAコンストラクトに含ませてデザイナ遺伝子の表現を制御することも重要である。さらに、先に述べたように、これら酵素配列、クルロプラスト対象化トランジットペプチド配列、および誘導プロモータ配列の所定の機能的誘導体またはフラグメントが、充分に、部分的に、または、それらが組み合わされて使用すべく選択されて、この発明の種々の実施例に従うデザイナ有機体を形成してもよい。このデザイナ有機体を生成し、利用する手法についてはさらに以下に説明する。[クロロプラストのストロマ領域のデザイナ酵素の対象化]先に検討してデザイナ酵素のいくつか、例えば、ピリジン酸-フェレドキシンオキシドレダクターゼ、チオラーゼ、3-ヒドロキシブチリル-CoAデヒドロゲナーゼ、クロトナーゼ、ブチリル-CoAデヒドロゲナーゼ、ブチルアルデヒドデヒドロゲナーゼ、およびブタノールデヒドロゲナーゼは、Clostridiumのような所定の特別なバクテリア中で機能することが知られているけれども、野生型の植物のクロロプラストは一般的にはカルビン回路とともに機能するこれらの酵素を保持していない。したがって、ブタノール生産真核デザイナ有機体を生成する種々の実施例の1つにおいて、これら酵素のためのデザイナ核酸エンコードはホスト細胞のクルロプラスト中に表現される。これは、典型的には、遺伝子銃genegunを用いて真核ホスト細胞のクロロプラストゲノム中にデザイナブタノール生産経路遺伝子を搬送することにより達成されて良い。所定に場合には、クロロプラストの分子遺伝的とくちょうはシアノバクテリアのそれと類似である。図2Fに示されるように1対の適切な組み換えサイトを含む、デザイナDNAコンストラクトは、クロロプラスト中に搬送された後、相同DNA二重組み換えの天然のプロセスを通じてゲノム中に組み込まれてよい。他の実施例において、これらの酵素の核酸エンコードが遺伝子学的に処理されて、表現された酵素がクロロプラスト中に挿入されて、そこでカルビン回路とともに作動するようになされる。具体的なホスト有機体の遺伝的背景に依存して、先に検討したデザイナ酵素のいくつか、例えば、ホスホグリセリン酸ムターゼおよびエノラーゼは、野生型のクロロプラスト中に生来の形態でいくつかの背景レベルに存在してよい。しかしながら、制御可能性の欠如を含む、種々の理由のために、クロロプラスト背景酵素のいくつかは、デザイナブタノール生産経路の顕著な部分として機能するのに充分であったり、充分でなかったりする。さらに、多くの有益な誘導プロモータは核ゲノム中でたまたま機能することもある。例えば、デザイナブタノール生産経路の表現を制御する、ヒドロゲナーゼHydlプロモータおよび硝酸塩レダクターゼNialプロモータの双方は、ゲノムが、最近、配列されたChlamydomonasreinhardtiiの核ゲノム中に配置される。したがって、種々の実施例の1つにおいて、核ゲノムエンコード可能なデザイナ遺伝子を用いてスイッチ可能なブタノール生産経路を付与することが好ましい。したがって、これら酵素の核酸エンコードは、適切な配列修正を伴って遺伝子操作され、酵素が制御可能に表現され、クロロプラスト中に挿入されてデザイナブタノール生産経路を形成するようになっている必要もある。種々の実施例の1つによれば、デザイナブタノール生産経路酵素がクロロプラストストロマ領域中のみに表現されるのが最も良く、酵素の動作がまさにそこにおいてブタノールの光合成生産を可能にするのに必要とされる。酵素がクロロプラスト対象化挿入メカニズムなしに表現されるならば、酵素は細胞質ゾル中に滞在して直接には、ブタノールを生産するためには、カルビン回路と相互作用することはできない。したがって、経路設計および関連するアプローチにおける明瞭に顕著な特徴に加えて、他の顕著な区別は、種々の実施例の1つが、多くのデザイナブタノール生産経路酵素をクロロプラスト中に遺伝子的に挿入するために革新的クロロプラスト対象化機構を革新的に採用するということである。クロロプラストストロマ対象化メカニズムでは、細胞はブタノールを生成できるだけでなく、デザイナ経路がターンオフされる所定の状態に復帰するとき成長し再生成することができ、これは、例えば、デザイナヒドロゲナーゼプロモータ制御のブタノール生産経路遺伝子が利用される好気性状態下である。通常のミトコンドリアを含むデザイナ藻類、植物、または植物細胞は、有機体リザーブおよび/またはアセテートまたは糖類のようないくつかの外来有機体基体からの還元力NADHを利用して有酸素状態に復帰した直後に細胞にパワーを付与することができなければならない。この結果、デザイナ藻類、植物、または植物細胞が、嫌気性状態での光合成ブタノール生産の利用の後に、好気性状態に復帰するときに、細胞は、新たな機能的なクロロプラストを合成して、ブタノール生産経路の酵素を停止し、通常の光独立栄養能力を再生する。したがって、そのような遺伝子学的なエンジニアリング処理されたデザイナ藻類/植物を使用して、通常の好気性状態での光独立栄養的な成長と、Nialプロモータ制御のブタノール生産経路が使用されるときの、嫌気性状態のような、および/または、硝酸エステルの存在下のような、所定の特別なデザイナブタノール生産状態のもとでの、CO2およびH2Oからの直接かつ効率のよいブタノール生産とを繰り返すサイクルを実現することができる。デザイナブタノール生産経路の酵素の対象への挿入は、ストロマ信号ペプチドをエンコードするためのDAN配列を使用して実現できる。ストロマ-タンパク質信号トランジットペプチドは、新たな合成されたンパク質をストロマに伝達して挿入するよう指示する。種々の実施例の1つにおいて、特定のターゲットDNA配列は、好ましくは、デザイナDNAコンストラクト図2A中に示されるように、プロモータおよびデザイナブタノール生産経路の酵素配列の間に配置される。このターゲット配列は、細胞質ゾル中の酵素のアポタンパク質の一部として合成される信号トランジットペプチドをエンコードするためのものである。トランジットペプチドはデザイナブタノール生産経路の酵素のアポタンパク質を細胞質ゾルからクロロプラストへ挿入するのを案内する。アポタンパク質がクロロプラスト中に挿入された後に、トランジットペプチドはアポタンパク質から分離して、この後、活性な酵素になる。多くのトランジットペプチドがクロロプラスト中にデザイナブタノール生産経路酵素をターゲット化して挿入するために使用して好適であり、これに限定されないが、ヒドロゲナーゼアポタンパク質例えば、HydA1HydlおよびHydA2、ジェンバンクGenBank受入番号AJ308413、AF289201、AY090770、フェレドキシンアポタンパク質Frx1、受入番号L10349、P07839、チオレドキシンmアポタンパク質Trx2、X62335、グルタミンシンターゼアポタンパク質Gs2、Q42689、LhcIIアポタンパク質AB051210、AB051208、AB051205、PSII-Tアポタンパク質PsbT、PSII-Sアポタンパク質PsbS、PSII-Wアポタンパク質PsbW、CF0CF1サブユニット-γアポタンパク質AtpC、CF0CF1サブユニット-δアポタンパク質AtpD、U41442、CF0CF1サブユニット-IIアポタンパク質AtpG、ホトシステムIPSIアポタンパク質例えば、遺伝子PsaD、PsaE、PsaF、PsaG、PsaH、およびPsaK、RubiscoSSUアポタンパク質例えば、RbcS2、X04472を含む。この明細書を通じて、上述のトランジットペプチド配列のいずれかのような、トランジットペプチドを参照するときには、これは、それらの機能的アナログ、修正デザイナ配列、およびそれらの組み合わせを含む。この文脈において、機能的アナログfunctionalanalogまたは修正デザイナ配列modifieddesignersequenceは、さきに特定したような、生来のトランジットペプチド配列をベースにして、誘導され、または修正されれ例えば、同類置換、アミノ酸のモデレート除去または付加、またはアミノ酸の側鎖の修正による、生来のトランジットペプチドと同一の機能を伴う、すなわち、所望の酵素のターゲット挿入を有効にするペプチド配列を指す。所定の具体的な実施例において、以下のトランジットペプチド配列が、デザイナブタノール生産経路酵素をクロロプラストのストロマ領域に挿入する際のガイドとして使用される。すなわち、Hydlトランジットペプチドアミノ酸配列msalvlkpcaavsirgsscrarqvapraplaastvrvalatleaparrlgnvacaaSEQIDNO:54を伴うもの、RbcS2トランジットペプチドアミノ酸配列maaviakssvsaavarparssvrpmaalkpavkaapvaapaqanqSEQIDNO:55を伴うもの、CF0CF1サブユニット-δトランジットペプチドアミノ酸配列mlaaksiagprafkasavraapkagrrtwvmaSEQIDNO:57を伴うもの、これらのアナログ、機能的誘導体、デザイナ配列、およびこれらの組み合わせである。[デザイナブタノール生産経路の表現を制御する遺伝子スイッチの使用]この発明の他の重要な特徴は、図1に示すように、デザイナブタノール生産経路の表現を制御する遺伝子スイッチの適用である。このスイッチ可能性は、デザイナ導入遺伝子が所定の具体的な誘導条件かで誘導的に表現されるように内部的誘導プロモータを使用することにより実現される。好ましくは、ホストにおいてデザイナ遺伝子の表現を制御するように採用されるプロモータは、ホストそれ自体、または緊密に関連する有機体を起源とする。ホスト細胞中のプロモータの活性および誘導性は、リポータ遺伝子の前にプロモータを配置し、このレポータコンストラクトをホスト細胞または組織に、任意の既知のDNA搬送技術で導入し、レポータ遺伝子の表現を評価することによりテストすることができる。好ましい実施例において、デザイナ遺伝子の表現を制御するために使用される誘導可能なプロモータは、嫌気生活により誘導され、すなわち、嫌気性条件で活性となり、好気性条件で非活性になるプロモータである。デザイナ藻類/植物有機体は好気性条件下でCO2を炭素源として使用して独立栄養の光合成を実行でき、デザイナ有機体培養が成長して光合成ブタノール生産の準備ができたときに、嫌気性条件が適用されてプロモータ、および、デザイナブタノール生産経路をエンコードするデザイナ遺伝子がオンとなる。嫌気性条件下で活性になる多くのプロモータがこの発明に使用されて好適である。例えば、ChlamydomonasreinhardtiiのヒドロゲナーゼプロモータHydA1HydlおよびHydA2、ジェンバンクGenBank受入番号AJ308413、AF289201、AY090770は、嫌気性条件下で活性であり、好気性条件下で非活性であり、ホスト藻類、例えば、Chlamydomonasreinhardtiiの中のデザイナ遺伝子の表現を制御する有効な遺伝子スイッチとして利用できる。実際、Chlamydomonas細胞は、嫌気性条件下で調和的に誘導されるいくつかの核遺伝子を含む。これらは、ヒドロゲナーゼ構造遺伝子Hydl自体、シトロクロムC6のアポタンパク質をエンコードするCyc6遺伝子、およびコプロゲンオキシナーゼをエンコードするCpx1遺伝子を含む。最後の2つのための調整領域は良好に特徴付けられており、約100bpの領域が合成遺伝子コンストラクト中で嫌気性による調整を実現するのに充分であることが証明されているQuinn,Barraco,ErickssonおよびMerchant2000、Coordinatecopper-andoxygen-responsiveCyc6andCpxlexpressioninChlamydomonasismediatedbythesameelement、JBiolChem275:6080-6089。さきの誘導可能な藻類のプロモータが他の植物ホスト、とくに、藻類に緊密に関連する植物ホストにおいて使用されて好適であるけれども、これら他の植物からの同一の遺伝子のプロモータは、高度の植物も含め、これら植物中のデザイナ遺伝子の表現を制御するために獲得し、または採用して良い。他の実施例において、この発明に使用される誘導可能プロモータは、藻類のニトレートレダクターゼNialプロモータであり、これは硝酸塩を含有する媒体中で成長により誘導可能であり、硝酸塩欠損でアンモニア含有媒体中で抑制的であるLoppesおよびRadoux2002、TwoshortregionsofthepromoterareessentialforactivationandrepressionofthenitratereductasegeneinChlamydomonasreinhardtii、MolGenetGenomics268:42-48。したがって、Nial遺伝子受入番号AF203033プロモータは、培養媒体中の硝酸塩およびアンモニアの濃度レベルに応じて藻類中のデザイナ遺伝子の表現を制御して使用するので選択できる。この発明に使用するために選択されても良い付加的な誘導プロモータは、例えば、熱ショックタンパク質プロモータHSP70A受入番号:DQ059999、AY456093、M98823;Schroda,Blocker,Beek2000、TheHSP70ApromoterasatoolfortheimprovedexpressionoftransgenesinChlamydomonas、PlantJournal21:121-131、CabII-1遺伝子のプロモータ受付番号M24072、Ca1遺伝子のプロモータ受入番号P20507、および、Ca2遺伝子のプロモータ受入番号P24258を含む。藍藻類シアノバクテリアおよびオキシクロロバクテリアを含むオキシホトバクテリアの場合では、この発明に使用するよう選択可能な多くの誘導可能プロモータも存在する。例えば、Nostocsp.PCC7120ジェンバンク:BA000019、Prochlorothrixhollandicaジェンバンク:U88400;hoxUYHオペロンプロモータ、Synechocystissp.ストレインPCC6803CyanoBase:slll220およびslll223、SynechococcuselongatusPCC6301CyanoBase:sycl235_c、ArthrospiraplatensisGenBank:ABC26906、Cyanothecesp.CCY0110ジェンバンク:ZP01727419およびSynechococcussp.PCC7002ジェンバンク:AAN03566の嫌気性応答双方向性ホメオボックスhox遺伝子は嫌気性条件下で活性であり、好気性条件下で非活性でありSjoholm、Oliveira、およびLindblad2007、TranscriptionandregulationofthebidirectionalhydrogenaseintheCyanobacteriumNostocsp.strainPCC7120,AppliedandEnvironmentalMicrobiology,7317:5435-5446、オキシホトバクテリア、例えば、Nostocsp.PCC7120、Synechocystissp.strainPCC6803、SynechococcuselongatusPCC6301、Cyanothecesp.CCY0110、Arthrospiraplatensis、または、Synechococcussp.PCC7002の中のデザイナ遺伝子の表現を制御する有効な遺伝子スイッチとして使用できる。スイッチ可能デザイナオキシホトバクテリアのようなスイッチ可能ブタノール生産デザイナ有機体を生成する他の実施例において、ニトライトレダクターゼnirAプロモータは、硝酸塩を含む媒体中の成長により誘導可能であり、硝酸塩欠損、アンモニア含有媒体中で抑制されるQi、Hao、Ng、Slater、Baszis、Weiss、およびValentin2005、ApplicationoftheSynechococcusnirApromotertoestablishaninducibleexpressionsystemforengineeringtheSynechocystistocopherolpathway、AppliedandEnvironmentalMicrobiology、7110:5678-5684;Maeda、Kawaguchi、Ohe、およびOmata1998、cis-ActingsequencesrequiredforNtcB-dependent,nitrite-responsivepositiveregulationofthenitrateassimilationoperonintheCyanobacteriumSynechococcussp.strainPCC7942、JournalofBacteriology、18016:4080-4088。したがって、nirAプロモータが、培養媒体中の硝酸塩およびアンモニアの濃度レベルに応じて多くのオキシホトバクテリア中のデザイナ遺伝子の表現を制御するために使用されるよう選択される。使用するために選択され修正されて良いNirAプロモータ配列は、これに限定されない以下のオキシホトバクテリアのnirAプロモータを含む。すなわち、SynechococcuselongatusPCC6301ジェンバンク:AP008231、region355890-255950、Synechococcussp.ジェンバンク:X67680.1、D16303.1、D12723.1、およびD00677、Synechocystissp.PCC6803ジェンバンク:NP_442378、BA000022、AB001339、D63999-D64006、D90899-D90917、Anabaenasp.ジェンバンク:X99708.1、Nostocsp.PCC7120ジェンバンク:BA000019.2、およびAJ319648、Plectonemaboryanumジェンバンク:D31732.1、SynechococcuselongatusPCC7942ジェンバンク:P39661、CP000100.1、ThermosynechococcuselongatusBP-1ジェンバンク:BAC08901、NP682139、Phormidiumlaminosumジェンバンク:CAA79655、Q51879、Mastigocladuslaminosusジェンバンク:ABD49353、ABD49351、ABD49349、ABD49347、AnabaenavariabilisATCC29413ジェンバンク:YP325032、Prochlorococcusmarinusstr.MIT9303ジェンバンク:YP001018981、Synechococcussp.WH8103ジェンバンク:AAC17122、Synechococcussp.WH7805ジェンバンク:ZP01124915、およびCyanothecesp.CCY0110ジェンバンク:ZP01727861である。さらに他の実施例において、使用するよう選択される誘導プロモータは、光および熱応答性シャペロン遺伝子groEプロモータであり、これは熱および/または光によって誘導可能であるKojimaおよびNakamoto2007、Anovellight-andheat-responsiveregulationofthegroEtranscriptionintheabsenceofHrcAorCIRCEincyanobacteria、FEBSLetters581:1871-1880。多くのgroEプロモータ、例えば、groES、およびgroELシャペロンプロモータは、デザイナブタノール生産経路酵素の表現を制御するための誘導可能なプロモータとして入手可能である。種々の実施例の1つにおいて選択され修正されて良いgroEプロモータ配列は、これに限定されないが以下のオキシホトバクテリアのgroESおよび/またはgroELプロモータを含む。すなわち、Synechocystissp.ジェンバンク:D12677.1、Synechocystissp.PCC6803ジェンバンク:BA000022.2、SynechococcuselongatusPCC6301ジェンバンク:AP008231.1、Synechococcusspジェンバンク:M58751.1、SynechococcuselongatusPCC7942ジェンバンク:CP000100.1、Nostocsp.PCC7120ジェンバンク:BA000019.2、AnabaenavariabilisATCC29413ジェンバンク:CP000117.1、Anabaenasp.L-31ジェンバンク:AF324500;ThermosynechococcuselongatusBP-1CyanoBase:tll0185,tllOl86、Synechococcusvulcanusジェンバンク:D78139、Oscillatoriasp.NKBG091600ジェンバンク:AF054630、ProchlorococcusmarinusMIT9313ジェンバンク:BX572099、Prochlorococcusmarinusstr.MIT9303ジェンバンク:CP000554、Prochlorococcusmarinusstr.MIT9211ジェンバンク:ZPO1006613、Synechococcussp.WH8102ジェンバンク:BX569690、Synechococcussp.CC9605ジェンバンク:CP000110、Prochlorococcusmarinussubsp.marinusstr.CCMP1375ジェンバンク:AE017126、およびProchlorococcusmarinusMED4ジェンバンク:BX548174である。この発明に使用するのに選択可能な付加的な誘導可能プロモータは、例えば、SynechococcusPCC7942Erbe、Adams、TaylorおよびHall1996、Cyanobacteriacarryingansmt-luxtranscriptionalfusionasbiosensorsforthedetectionofheavymetalcations、JournalofIndustrialMicrobiology,17:80-83の金属亜鉛誘導可能なsmtプロモータ;SynechococcuselongatusPCC7942Michel、Pistorius、およびGolden2001、UnusualregulatoryelementsforirondeficiencyinductionoftheidiAgeneofSynechococcuselongatusPCC7942、JournalofBacteriology、18317:5015-5024の鉄応答idiAプロモータ;レドックス応答シアノバクテリアcrhRプロモータPatterson-Fortin、Colvin、およびOwttrim2006、ALexA-relatedproteinregulatesredox-sensitiveexpressionofthecyanobacterialRAhelicase,crhR、NucleicAcidsResearch、3412:3446-3454;Synechocystissp.PCC6803FangandBarnum2004、Expressionoftheheatshockgenehspl6.6andpromoteranalysisintheCyanobacterium,Synechocystissp.PCC6803、CurrentMicrobiology49:192-198の熱ショック遺伝子hsp16.6プロモータ;小熱ショックタンパク質Hspプロモータ、例えば、SynechococcusvulcanusgenehspApromoterNakamoto、Suzuki、およびRoy2000、Constitutiveexpressionofasmallheat-shockproteinconferscellularthermotoleranceandthermalprotectiontothephotosyntheticapparatusincyanobacteria、FEBSLetters483:169-174;オキシホトバクテリアカルボン酸-アンヒドラーゼ遺伝子ジェンバンク:EAZ90903、EAZ90685、ZP01624337、EAW33650、ABB17341、AAT41924、CA089711、ZP00111671、YP400464、AAC44830;およびCyanoBase:all2929、PMT1568slr0051、sir1347、およびsyc0167_cのC02-応答プロモータ;ニトレートレダクターゼ遺伝子narBプロモータ例えば、ジェンバンク受入番号:BAC08907、NP_682145、AA025121;ABI46326、YP_732075、BAB72570、NP_484656;緑/赤色光応答プロモータ、例えば、FremyelladiplosiphonCaseyおよびGrossman1994、Invivoandinvitrocharacterizationofthelight-regulatedcpcB2A2promoterofFremyelladiplosiphont、JournalofBacteriology、17620:6362-6374の光調整cpcB2A2プロモータ;および、シアノバクテリア遺伝子lexA、recA、およびruvBDomain、Houot、Chauvat、およびCassier-Chauvat2004、FunctionandregulationofthecyanobacterialgeneslexA,recAandruvB:LexAiscriticaltothesurvivalofcellsfacinginorganiccarbonstarvation、MolecularMicrobiology,531:65-80の紫外線光応答プロモータを含む。さらに、種々の実施例の1つにおいて、所定の準誘導可能または構造性プロモータも、デザイナブタノール生産経路の構築のために誘導可能プロモータと組み合わせて使用するように選択できる。例えば、rbcL遺伝子ジェンバンク:X65960、ZP_01728542、Q3M674、BAF48766、NP_895035、0907262A;CyanoBase:PMT1205、PMM0550、Pro0551、tlll506、SYNW1718、glr2156、alrl524、slr0009のようなオキシホトバクテリアのRubiscoオペロンは、光依存性を持つけれども、ほぼ構造性プロモータとして考えることができ、デザイナブタノール生産経路の構築のためのnirA、hox、および/またはgroEプロモータのような誘導可能プロモータと組み合わせて使用するようにも選択して良い。この明細書を通じて、例えば先に説明した誘導可能プロモータのいずれかのような誘導可能プロモータを参照する場合には、これは、これらのアナログ、機能的誘導体、デザイナ配列、およびこれらの組み合わせを含む。この文脈において、機能的アナログまたは修正デザイナ配列は、生来のプロモータ配列、例えば、先に特定したものをベースにして誘導または修正された例えば、ヌクレオチドの置換、モデレート削除または付加、または修正による、プロモータ配列を指し、これは将来のプロモータ配列の機能を維持する。[DANコンストラクトおよびホスト有機体への形質転換]DNAコンストラクトが、すなわち、デザイナブタノール生産経路遺伝子をホスト藻類、植物、植物組織、または植物細胞に導入するために構築される。デザイナブタノール生産経路酵素をエンコードするヌクレオチド配列がベクター中に配置され、適切なクロロプラスト対象化トランジットペプチド配列のためのヌクレオチド配列コードへの作動可能にリンクされる。好ましい実施例において、核酸コンストラクトは、5上流から3下流へ続く配向で要素を配置するように、すなわち、外部誘導可能プロモータ、トランジット対象化配列、およびデザイナブタノール生産経路酵素をエンコードする核酸、ならびに好ましくは、適切な転写州蹴る配列を配置するように、製造される。1または複数のデザイナ遺伝子DNAコンストラクトは1つの遺伝子ベクター中に配置できる。このようなコンストラクトの例は図2Aに示される。図2Aで図説される実施例に示されるように、デザイナブタノール生産経路の導入遺伝子は、aPCRフォワードプライマー、b外部誘導可能プロモータ、cトランジット対象化配列、d適切な転写終結配列を伴うデザイナブタノール生産経路酵素エンコード配列、およびePCRリバースプライマーを有する核酸コンストラクトである。種々の実施例によれば、このDNAコンストラクトの要素a~eのいずれも所定の特別な条件に低号するように調整される。実施には、より望ましい結果が実現されるように、DNAコンストラクトの要素a~eのいずれも、充分にまたは部分的に、および/または、任意の調整された組み合わせで適用される。例えば、藻類のヒドロゲナーゼプロモータがデザイナブタノール生産経路DNAコンストラクトにおいて使用されるときには、このDNAコンストラクトを含む導入遺伝子デザイナ藻類は、環境空気CO2を炭素源として使用して独立栄養光合成を実行して、開放した池のような、好気性条件下で通常通り成長することができる。藻類培養が成長してブタノール生産の準備ができると、デザイナ導入遺伝子が、ヒドロゲナーゼプロモータの使用に起因して、嫌気性条件下の誘導によって表出可能になる。デザイナ遺伝子が表出されると、意図組のデザイナブタノール生産経路酵素が生成されて光生物学的ブタノール生産図1のためにカルビン回路と協働する。2つのPCRプライマーは、DNAコンストラクトの始端5端に配置されるPCRフォワードプライマーPCRFDプライマー、および、他の端部3端に配置されるPCRリバースプライマーPCRREプライマーであり、これを図2Aに示す。このPCRプライマーの対は、デザイナDNAコンストラクトの比較的容易なPCR増幅が必要なときに所定の便宜を提供するように設計され、これは、デザイナDNA構築が遺伝子形質転換のための準備において号される際、またはその後のみでなく、デザイナDNAコンストラクトが、形質転換体においてデザイナ遺伝子を検証するために、ホスト藻類の遺伝子に搬入されたのちにも役に立つ。例えば、デザイナ遺伝子の形質転換が、電子穿孔法およびアルギニノこはく酸リアーゼarg7総補正スクリーニングの技法を用いてChlamydomonasreinhardtii-arg7のホスト細胞において達成された後、結果物の形質転換体は、この一対のPCRプライマーを用いてそれらの核DNAのPCRDNA分析により解析されて、完全なデザイナブタノール生産経路の遺伝子DANコンストラクトが成功裏に所与の形質転換体の遺伝子中に組み込まれているかどうかを検証できる。形質転換体の核DNAPCR分析が、デザイナDNAコンストラクトに応じて予想されるDNAサイズおよび配列とマッチするPCR生成物を発生できたときに、デザイナ遺伝子を形質転換体に成功裏に組み込めたと検証される。したがって、種々の実施例も、光生物学的ブタノール生産のためのデザイナ遺伝子組み換えの藻類、植物、または植物細胞を効率的に形成するための関連する方法を教示する。実施例の1つにおいて、この方法は、a適切なホストの藻類、植物、植物組織、または植物細胞を、それらの遺伝子学的バックグラウンドおよびブタノール生産に関連する特別な性質の観点から選択するステップ;bデザイナ遺伝子の核酸コンストラクトを上述のホストの藻類、植物、植物組織、または植物細胞に導入するステップ;c形質転換された藻類、植物、植物組織、または植物細胞へのデザイナ遺伝子の組み込みを、デザイナDNAコンストラクトの先のPCRプライマー複数を利用したDNAPCR分析により検証するステップ;d二酸化炭素および水からの光合成ブタノール生産のためのデザイナブタノール経路の誘導可能な表現のようなデザイナ有機体の特徴を、DNAコンストラクト図2Aの具体的なデザイナ特徴に応じたmRNA、タンパク質、および、ブタノール生産特性の分析によって、測定し、また検証するステップを含む。光生物学的なブタノール生産のためのデザイナ遺伝子組み換え有機体を製造する方法の先の実施例は、複数の動作サイクロで繰り返し適用され、より望ましい結果を実現して良い。種々の実施例において、上述の方法のステップa~dは、所定の具体的な条件に適合するように調整される。種々の実施例において、この方法のステップa~dは充分にまたは部分的に適用され、および/または任意の調整された組み合わせで適用される。デザイナブタノール生産経路遺伝子DNAコンストラクトの例複数は配列表に示される。SEQIDNO:1は、デザイナブタノールデヒドロゲナーゼ1809bpの詳細なDNAコンストラクトを表し、これはPCRFDプライマー配列1-20、262-bpのニトレートレダクターゼNialプロモータ21-282、135-bpのRbcS2トランジットペプチド283-417、ClostridiumsaccharoperbutylacetonicumのブタノールデヒドロゲナーゼAB257439から選択され修正された酵素エンコード配列418-1566、223-bpのRbcS2ターミネータ1567-1789、およびPCRREプライマー1790-1809を含む。262-bpのニトレートレダクターゼNialプロモータDNA配列21-282は、ブタノールデヒドロゲナーゼ遺伝子DNA配列418-1566の表出を制御するための誘導可能プロモータの例とし使用される。135-bpのRbcS2トランジットペプチドDNA配列283-417は、デザイナ酵素DNA配列283-417をホスト有機体のクロロプラスト中に案内するための例として使用される。RbcS2ターミネータDNA配列1567-1789は、デザイナ遺伝子の転写または翻訳が適切に終了して所望のようにアポタンパク質RbcS2トランジットペプチド-ブタノールデヒドロゲナーゼを生産するように採用される。Nai1プロモータは、核遺伝子のみのための表現を制御できる核DNAであるので、この例の合成ブタノール生産経路はChlamydomonas核遺伝子のゴトン利用に従って設計されている。したがって、この場合、デザイナ酵素遺伝子は核内に転写される。このmRNAは自然に細胞質ゾル中に移行させられ、ここで、mRNAは、RbcS2トランジットペプチドDNA配列283-417に対応するを有するアポタンパク質へと変換され、そのC末端がブタノールデヒドロゲナーゼタンパク質DNA配列418-1566に対応するのN末端に一緒にリンクされる。アポタンパク質のトランジットペプチドは、クロロプラスト膜を横切ってストロマ領域への移行を案内し、トランジットペプチドはそこでアポタンパク質から切りはずされる。その後、結果物のブタノールデヒドロゲナーゼは、デザイナブタノール生産経路のための酵素としての機能をクロロプラスト内で開始する。2つのPCRプライマー配列1-20および1790-1809は人間のアクチン遺伝子の配列から選択され修正され、相互に対になることができる。クラミドモナスジェンバンクに対する配列の突き合わせでそれらの同一の配列は発見されなかった。したがって、これらは、形質転換された藻類中のデザイナ遺伝子を検証するためのDNAPCR分析において、適切なPCRプライマーとして使用できる。SEQIDNO:2は、デザイナブチルアルデヒドデヒドロゲナーゼのDNAコンストラクト2067bpを表し、これはPCRFDプライマー配列1-20、262-bpのニトレートレダクターゼNialプロモータ21-282、135-bpのRbcS2トランジットペプチド283-417、Clostridiumsaccharoperbutylacetonicumのブチルアルデヒドデヒドロゲナーゼ配列AY251646から選択され修正されたブチルアルデヒドデヒドロゲナーゼエンコード配列418-1824、223-bpのRbcS2ターミネータ1825-2047、およびPCRREプライマー2048-2067を含む。このDNAコンストラクトは例1のSEQIDNO:1と類似であり、ただ、ブチルアルデヒドデヒドロゲナーゼエンコード配列418-1824が、Clostridiumsaccharoperbutylacetonicumのブチルアルデヒドデヒドロゲナーゼ配列AY251646から選択され修正されている点で異なる。SEQIDNO:3は、デザイナブチリル-CoAデヒドロゲナーゼのコンストラクト1815bpを表し、これはPCRFDプライマー配列1-20、262-bpのニトレートレダクターゼNialプロモータ21-282、9-bpのXhoINdeIサイト283-291、135-bpのRbcS2トランジットペプチド292-426、Clostridiumbeijerinckiのブチリル-CoAデヒドロゲナーゼAF494018の配列から選択され修正されたブチリル-CoAデヒドロゲナーゼエンコード配列427-1563、9-bpのXbaIサイト1564-1572、223-bpのRbcS2ターミネータ1573-1795、および3端におけるPCRREプライマー1796-1815を含む。このDNAコンストラクトは例1のSEQIDNO:1と類似であり、ただ、Clostridiumbeijerinckiのブチリル-CoAデヒドロゲナーゼAF494018の配列から選択され修正されたブチリル-CoAデヒドロゲナーゼエンコード配列427-1563が使用される点、XhoINdeIおよびXbaIサイトが付加されてキー要素、例えば、対象化配列292-426およびデザイナ酵素配列427-1563を、必要なときに柔軟に置き換えて遺伝子合成のコストを削減して生産性を増強させるモジュラー単位として扱えるようにしている点で異なる。酵素はClostridiumbeijerinckiのブチリル-CoAデヒドロゲナーゼとしなくてもよいことに留意されたい。すなわち、他のソース、例えば、Butyrivibriofibrisolvens、Butyrate-producingbacteriumL2-50、Thermoanaerobacteriumthermosaccharolyticumのイソ酵素、デザイナ修正酵素、および機能アナログを含む多くのブチリル-CoAデヒドロゲナーゼも選択して使用できる。SEQIDNO:4は、デザイナクロトナーゼDNAコンストラクト1482bpの例4を表し、これはPCRFDプライマー配列1-20、262-bpのニトレートレダクターゼNialプロモータ21-282、9-bpのXhoINdeIサイト283-291、135-bpのRbcS2トランジットペプチド292-426、Clostridiumbeijerinckiのクロトナーゼジェンバンク:AF494018の配列から選択され修正されたクロトナーゼ配列427-1209、21-bpのルミオLumioタグエンコード配列1210-1230、停止コドンを含む、9-bpのXbaIサイト1231-1239、223-bpのRbcS2ターミネータ1240-1462、および3端におけるPCRREプライマー1463-1482を含む。このDNAコンストラクトは例3のSEQIDNO:3と類似であり、ただ、Clostridiumbeijerinckiのクロトナーゼジェンバンク:AF494018の配列から選択され修正されたクロトナーゼ配列427-1209が使用される点、および、Lumioタグエンコード配列1210-1230がエノラーゼ配列のC終端に付加されている点で異なる。21-bpのLumioタグエンコード配列1210-1230は、ここではLumioペプチド配列Gly-Cys-Cys-Pro-Gly-Cys-Cysをエンコードするために採用され、これは、現在Invitrogenhttps://catalog.invitrogen.comから商業的に入手可能なLumio試薬とともに扱われるときに蛍光となることができる。Lumio分子タグ技術は、エンジニアリング処理されたテトラシステイン配列に結合する蛍光色素fluoresceinの、EDT1,2-エタンジチオール結合二砒素biarsenical誘導体Lumino試薬をベースにしているKeppetipola、Coffman、その他2003、RapiddetectionofinvitroexpressedproteinsusingLumioTMtechnology、GeneExpression、25.3:7-11。テトラシステイン配列は、Cys-Cys-Xaa-Xaa-Cys-Cysを有し、ここで、Xaaは、この例では、ProまたはGlyのような任意の非システインアミノ酸である。EDTリンクLumino試薬により、砒素原子が自由に回転できるようになり、蛍光色素の蛍光を抑制する。Lumio砒素基のチオールとテトラシステインとの間の共有結合構成により砒素原子の自由な回転が阻止され、蛍光色素の蛍光を開放するGriffin、Adams、およびTsien1998、Specificcovalentlabelingofrecombinantproteinmoleculesinsidelivecells、Science、281:269-272。これにより、蛍光分子画像によりテトラシステインタグタンパク質の視覚化も実現できる。したがって、このようにしてLumioタグを用いることにより、デザイナクロトナーゼが表出されているときにこれを監視し、追跡すれば、デザイナブタノール生産経路酵素が実際にホスト有機体のクロロプラスト中に所望のように運ばれたかどうかを検証できる。Lumioタグ短い7-bpのアミノ酸ペプチドはこの例ではクロトナーゼのC-終端にリンクされており、デザイナ酵素の機能に最小限の影響しか与えないようにすべきであるけれども、Lumino試薬とともに処理されることによりデザイナ酵素分子を可視化することが可能になる。Luminoタグの使用は完全にオプションである。Liminoタグが何らかの悪影響をデザイナ酵素に与えるときには、タグはDNA配列設計中で除去できる。SEQIDNO:5は、デザイナ3-ヒドロキシブチリル-CoAデヒドロゲナーゼDNAコンストラクト1367bpの例5を表し、これはPCRFDプライマー配列1-20、84-bpのニトレートレダクターゼプロモータ21-104、9-bpのXhoINdeIサイト105-113、135-bpのRbcS2トランジットペプチド114-248、Clostridiumbeijerinckiの3-ヒドロキシブチリル-CoAデヒドロゲナーゼ配列ジェンバンク:AF494018から選択され修正された3-ヒドロキシブチリル-CoAデヒドロゲナーゼエンコード配列249-1094、21-bpのLumioタグ配列1095-1115、9-bpのXbaIサイト1116-1124、223-bpのRbcS2ターミネータ1125-1347、およびPCRREプライマー1348-1367を含む。このDNAコンストラクトは例4のSEQIDNO:4と類似であり、ただ、84-bpのニトレートレダクターゼプロモータ21-104、および、Clostridiumbeijerinckiの3-ヒドロキシブチリル-CoAデヒドロゲナーゼ配列ジェンバンク:AF494018から選択され修正された3-ヒドロキシブチリル-CoAデヒドロゲナーゼエンコード配列249-1094が使用される点で異なる。84-bpのニトレートレダクターゼプロモータは、生来のChlamydomonasreinhardtiiのNialプロモータの2つの部分的に同一な配列領域転写の開始点を参照して-231から-201および-77から-25を結合することにより人工的に形成される。実験による検討によれば、84-bpの配列は生来のNialより活性があることが示されたLoppes、およびRadoux2002、TwoshortregionsofthepromoterareessentialforactivationandrepressionofthenitratereductasegeneinChlamydomonasreinhardtii、MolGenetGenomics268:42-48。したがって、これは、合成84-bp配列のような機能的な合成配列、アナログ、機能的誘導体、および/またはデザイナ修正配列がこの発明における種々の実施例に従って選択して使用できる例でもある。SEQIDNO:6は、デザイナチオラーゼDNAコンストラクト1721bpの例6を表し、これはPCRFDプライマー配列1-20、84-bpのニトレートレダクターゼプロモータ21-104、9-bpのXhoINdeIサイト105-113、135-bpのRbcS2トランジットペプチド114-248、Butyrivibriofibrisolvensのチオラーゼ配列AB190764から選択され修正されたチオラーゼエンコード配列248-1448、21-bpのLumioタグ配列1449-1469、9-bpのXbaIサイト1470-1478、223-bpのRbcS2ターミネータ1479-1701、およびPCRREプライマー1702-1721を含む。このDNAコンストラクトも例4のSEQIDNO:4と類似であり、ただ、チオラーゼエンコード配列249-1448、および、84-bpのニトレートレダクターゼプロモータ21-104が使用される点で異なる。これは、機能液合成配列がデザイナDNAコンストラクトにも選択されて使用される他の例である。SEQIDNO:7は、デザイナピルビン酸フェレドキシンオキシドレダクターゼDNAコンストラクト4211bpの例7を表し、これはPCRFDプライマー配列1-20、2×84-bpのニトレートレダクターゼプロモータ21-188、9-bpのXhoINdeIサイト189-197、135-bpのRbcS2トランジットペプチド198-332、Mastigamoebabalamuthiのピルビン酸フェレドキシンオキシドレダクターゼジェンバンク:AY101767の配列から選択され修正されたピルビン酸フェレドキシンオキシドレダクターゼエンコード配列333-3938、21-bpのLumioタグ配列3939-3959、9-bpのXbaIサイト3960-3968、223-bpのRbcS2ターミネータ3969-4191、およびPCRREプライマー4192-4211を含む。このDNAコンストラクトも例4のSEQIDNO:4と類似であり、ただ、2×84-bpのNialプロモータおよびMastigamoebabalamuthiのピルビン酸フェレドキシンオキシドレダクターゼジェンバンク:AY101767の配列から選択され修正されたピルビン酸フェレドキシンオキシドレダクターゼエンコード配列333-3938が使用される点で異なる。2×84-bpのNialプロモータは、先のSEQIDNO:6で表された84-bpの合成Nialプロモータ配列のタンデム複写として構築される。実験テストによれば、2×84-bpのNialプロモータは、生来のNialプロモータより活性がある84-bpの配列よりもさらに強力であることがわかったLoppesおよびRadoux2002、TwoshortregionsofthepromoterareessentialforactivationandrepressionofthenitratereductasegeneinChlamydomonasreinhardtii、MolGenetGenomics268:42-48。この種の誘導可能プロモータを種々のプロモータ長で使用すると、ブタノール生産経路用のデザイナ酵素の表出レベルを調整するのに役立つ。SEQIDNO:8は、デザイナピルビン酸キナーゼDNAコンストラクト2021bpの例8を表し、これはPCRFDプライマー配列1-20、84-bpのニトレートレダクターゼプロモータ21-104、9-bpのXhoINdeIサイト105-113、135-bpのRbcS2トランジットペプチド114-248、Saccharomycescerevisiaeのピルビン酸キナーゼ配列ジェンバンク:AY949876から選択され修正されたピルビン酸キナーゼエンコード配列249-1748、21-bpのLumioタグ配列1749-1769、9-bpのXbaIサイト1770-1778、223-bpのRbcS2ターミネータ1779-2001、およびPCRREプライマー2002-2021を含む。このDNAコンストラクトも例6のSEQIDNO:6と類似であり、ただ、ピルビン酸キナーゼエンコード配列249-1748が使用される点で異なる。SEQIDNO:9は、デザイナエノラーゼ遺伝子1815bpの例9を表し、これはPCRFDプライマー配列1-20、262-bpのニトレートレダクターゼプロモータ21-282、9-bpのXhoINdeIサイト283-291、135-bpのRbcS2トランジットペプチド292-426、Chlamydomonasreinhardtiiの細胞質ゾルのエノラーゼジェンバンク:X66412、P31683から選択され修正されたエノラーゼエンコード配列427-1542、21-bpのLumioタグエンコード配列1507-1527、停止コドンを含む9-bpのXbaIサイト1543-1551、223-bpのRbcS2ターミネータ1552-1795、および3端におけるPCRREプライマー1796-1815を含む。このDNAコンストラクトは例3のSEQIDNO:3と類似であり、ただ、Chlamydomonasreinhardtiiの細胞質ゾルのエノラーゼの配列から選択され修正されたエノラーゼエンコード配列427-1542が使用される点で異なる。SEQIDNO:10は、デザイナホスホグリセレートムターゼDNAコンストラクト2349bpの例10を表し、これはPCRFDプライマー配列1-20、262-bpのニトレートレダクターゼプロモータ21-282、9-bpのXhoINdeIサイト283-291、135-bpのRbcS2トランジットペプチド292-426、Chlamydomonasreinhardtiiの細胞質ゾルのホスホグリセレートムターゼジェンバンク:JGIChlre2タンパク質ID161689、ジェンバンク:AF268078から選択され修正されたホスホグリセレートムターゼエンコード配列427-2097、9-bpのXbaIサイト2098-2106、223-bpのRbcS2ターミネータ2107-2329、および3端におけるPCRREプライマー2330-2349を含む。このDNAコンストラクトは例3のSEQIDNO:3と類似であり、ただ、Chlamydomonasreinhardtiiの細胞質ゾルのホスホグリセレートムターゼの配列から選択され修正されたホスホグリセレートムターゼエンコード配列427-2097が使用される点で異なる。SEQIDNO:11は、デザイナホスホグリセレートキナーゼDNAコンストラクト1908bpの例11を表し、これはPCRFDプライマー配列1-20、262-bpのニトレートレダクターゼNialプロモータ21-282、そのクロロプラスト信号ペプチドおよび成熟酵素配列を含むChlamydomonasreinhardtiiのクロロプラストのホスホグリセレートキナーゼ配列ジェンバンク:U14912から選択され修正されたホスホグリセレートキナーゼエンコード配列283-1665、223-bpのRbcS2ターミネータ1666-1888、およびPCRREプライマー1889-1908を含む。このDNAコンストラクトは例1のSEQIDNO:1と類似であり、ただ、そのクロロプラスト信号ペプチドおよび成熟酵素配列を含むChlamydomonasreinhardtiiのクロロプラストのホスホグリセレートキナーゼ配列から選択され修正されたホスホグリセレートキナーゼエンコード配列283-1665が使用される点で異なる。したがって、これも、NialプロモータDNA配列21-282のような適切な誘導可能プロモータと一緒に使用することが適切なときに、hlamydomonasreinhardtiiのクロロプラストのホスホグリセレートキナーゼのような核エンコードクロロプラスト酵素の配列も使用できる例である。SEQIDNO:12は、デザイナグリセルアルデヒド三リン酸デヒドロゲナーゼ遺伝子1677bpの例12を表し、これはPCRFDプライマー配列1-20、262-bpのニトレートレダクターゼNialプロモータ21-282、135-bpのRbcS2トランジットペプチド283-417、Mesostigmavirideの細胞質ゾルのグリセルアルデヒド三リン酸ヒドロゲナーゼmRNA配列ジェンバンク受入番号DQ873404から選択され修正された酵素エンコード配列418-1434、223-bpのRbcS2ターミネータ1435-1657、およびPCRREプライマー1658-1677を含む。このDNAコンストラクトは例1のSEQIDNO:1と類似であり、ただ、Mesostigmavirideの細胞質ゾルのグリセルアルデヒド三リン酸ヒドロゲナーゼmRNA配列ジェンバンク受入番号DQ873404から選択され修正された酵素エンコード配列418-1434が使用される点で異なる。SEQIDNO:13は、デザイナHydAlプロモータリンクホスホグリセレートムターゼDNAコンストラクト2351bpの例13を表し、これはPCRFDプライマー配列1-20、282-bpのHydAlプロモータ21-302、135-bpのRbcS2トランジットペプチド303-437、Chlamydomonasreinhardtiiの細胞質ゾルのホスホグリセレートムターゼJGIChlre2タンパク質ID161689、ジェンバンク:AF268078から選択され修正されたホスホグリセレートムターゼエンコード配列438-2108、223-bpのRbcS2ターミネータ2109-2331、およびPCRREプライマー2332-2351を含む。このDNAコンストラクトは例1のSEQIDNO:1と極めて類似であり、ただ、Chlamydomonasreinhardtiiの細胞質ゾルのホスホグリセレートムターゼから選択され修正されたホスホグリセレートムターゼエンコード配列438-2108が使用される点で異なる。282-bpのHydAlプロモータ21-302は発明者の実験室における実験分析により活性であることが判明した。HydAlプロモータ21-302を使用すると、嫌気性培養媒体条件を用いることによりデザイナ酵素表出の活性が可能になる。SEQIDNO:13に示す配列と同一の、誘導可能嫌気性プロモータおよびクロロプラスト対象化配列を用いる原理を伴って、SEQIDNO:14~23はデザイン遺伝子例14~23を示す。簡単に説明すると、SEQIDNO:14は、デザイナHydAlプロモータリンクエノラーゼDNAコンストラクト1796bpの例14を表し、これはPCRFDプライマー配列1-20、282-bpのHydAlプロモータ21-302、135-bpのRbcS2トランジットペプチド303-437、Chlamydomonasreinhardtiiの細胞質ゾルのエノラーゼジェンバンク:X66412、P31683から選択され修正されたエノラーゼエンコード配列438-1553、223-bpのRbcS2ターミネータ1554-1776、およびPCRREプライマー1777-1796を含む。SEQIDNO:15は、デザイナHydAlプロモータ制御ピルビン酸キナーゼDNAコンストラクト1796bpの例15を表し、これはPCRFDプライマー配列1-20、282-bpのHydAlプロモータ21-302、135-bpのRbcS2トランジットペプチド303-437、Chlamydomonasreinhardtiiの細胞質ゾルのピルビン酸キナーゼ配列JGIChlre2タンパク質ID138105から選択され修正されたピルビン酸キナーゼエンコード配列438-1589、223-bpのRbcS2ターミネータ1590-1812、およびPCRREプライマー1813-1832を含む。SEQIDNO:16は、デザイナHydAlプロモータリンクピルビン酸フェレドキシンオキシドレダクターゼDNAコンストラクト4376bpの例16を表し、これはPCRFDプライマー配列1-20、282-bpのHydAlプロモータ21-302、135-bpのRbcS2トランジットペプチド303-437、Desulfovibrioafricanusのピルビン酸フェレドキシンオキシドレダクターゼ配列ジェンバンク受入番号Y09702から選択され修正されたピルビン酸フェレドキシンオキシドレダクターゼエンコード配列438-4133、223-bpのRbcS2ターミネータ4134-4356、およびPCRREプライマー4357-4376を含む。SEQIDNO:17は、デザイナHydAlプロモータリンクピルビン酸NADPオキシドレダクターゼDNAコンストラクト6092bpの例17を表し、これはPCRFDプライマー配列1-20、282-bpのHydAlプロモータ21-302、135-bpのRbcS2トランジットペプチド303-437、Euglenagracilisのピルビン酸NADPオキシドレダクターゼの配列ジェンバンク受入番号AB021127から選択され修正されたピルビン酸NADPオキシドレダクターゼエンコード配列438-5489、223-bpのRbcS2ターミネータ5850-6072、およびPCRREプライマー6073-6092を含む。SEQIDNO:18は、デザイナHydAlプロモータリンクチオラーゼDNAコンストラクト1856bpの例18を表し、これはPCRFDプライマー配列1-20、282-bpのHydAlプロモータ21-302、135-bpのRbcS2トランジットペプチド303-437、Thermoanaerobacteriumthermosaccharolyticumのチオラーゼジェンバンク:Z92974から選択され修正されたチオラーゼエンコード配列438-1613、223-bpのRbcS2ターミネータ1614-1836、およびPCRREプライマー1837-1856を含む。SEQIDNO:19は、デザイナHydAlプロモータリンク3-ヒドロキシブチリル-CoAデヒドロゲナーゼDNAコンストラクト1550bpの例19を表し、これはPCRFDプライマー配列1-20、282-bpのHydAlプロモータ21-302、135-bpのRbcS2トランジットペプチド303-437、Thermoanaerobacteriumthermosaccharolyticumの3-ヒドロキシブチリル-CoAデヒドロゲナーゼジェンバンクZ92974の配列から選択され修正された3-ヒドロキシブチリル-CoAデヒドロゲナーゼエンコード配列438-1307、223-bpのRbcS2ターミネータ1308-1530、およびPCRREプライマー1531-1550を含む。SEQIDNO:20は、デザイナHydAlプロモータリンククロトナーゼDNAコンストラクト1457bpの例20を表し、これはPCRFDプライマー配列1-20、282-bpのHydAlプロモータ21-302、135-bpのRbcS2トランジットペプチド303-437、ThermoanaerobacteriumthermosaccharolyticumのクロトナーゼジェンバンクZ92974の配列から選択され修正されたクロトナーゼエンコード配列438-1214、223-bpのRbcS2ターミネータ1215-1437、およびPCRREプライマー1438-1457を含む。SEQIDNO:21は、デザイナHydAlプロモータリンクブチリル-CoAデヒドロゲナーゼDNAコンストラクト1817bpの例21を表し、これはPCRFDプライマー配列1-20、282-bpのHydAlプロモータ21-302、135-bpのRbcS2トランジットペプチド303-437、Thermoanaerobacteriumthermosaccharolyticumのブチリル-CoAデヒドロゲナーゼジェンバンクZ92974の配列から選択され修正されたブチリル-CoAデヒドロゲナーゼエンコード配列438-1574、223-bpのRbcS2ターミネータ1575-1797、およびPCRREプライマー1798-1817を含む。SEQIDNO:22は、デザイナHydAlプロモータリンクブチルアルデヒドデヒドロゲナーゼDNAコンストラクト2084bpの例22を表し、これはPCRFDプライマー配列1-20、282-bpのHydAlプロモータ21-302、135-bpのRbcS2トランジットペプチド303-437、ClostridiumsaccharoperbutylacetonicumのブチルアルデヒドデヒドロゲナーゼジェンバンクAY251646の配列から選択され修正されたブチルアルデヒドデヒドロゲナーゼエンコード配列438-1841、223-bpのRbcS2ターミネータ1842-2064、およびPCRREプライマー2065-2084を含む。SEQIDNO:23は、デザイナHydAlプロモータリンクブタノールデヒドロゲナーゼDNAコンストラクト1733bpの例23を表し、これはPCRFDプライマー配列1-20、282-bpのHydAlプロモータ21-302、135-bpのRbcS2トランジットペプチド303-437、ClostridiumbeijerinckiiのブタノールデヒドロゲナーゼGジェンバンクAF157307の配列から選択され修正されたブタノールデヒドロゲナーゼエンコード配列438-1490、223-bpのRbcS2ターミネータ1491-1713、およびPCRREプライマー1714-1733を含む。さきに述べたのと同一の、2×84合成Nialプロモータおよびクロロプラスト対象化配列を用いる原理を伴って、SEQIDNO:24~26はデザイン酵素DNAコンストラクトのさらなる例を示す。簡単に説明すると、SEQIDNO:24は、デザイナフルクトースジホスフェートアルドラーゼのDNAコンストラクトの例24を表し、これはPCRFDプライマー配列1-20、2×84-bpのNRプロモータ21-188、C.reinhardtiiのクロロプラストのフルクトース-1,6-ビスホスフェートアルドラーゼ配列ジェンバンク:X69969から選択され修正されたフルクトースジホスフェートアルドラーゼエンコード配列189-1313、223-bpのRbcS2ターミネータ1314-1536、およびPCRREプライマー1537-1556を含む。SEQIDNO:25は、デザイナトリオースホスフェートイソメラーゼのDNAコンストラクトの例24を表し、これはPCRFDプライマー配列1-20、2×84-bpのNRプロモータ21-188、Arabidopsisthalianaのクロロプラストトリオースホスフェートイソメラーゼ配列ジェンバンク:AF247559から選択され修正されたトリオースホスフェートイソメラーゼエンコード配列189-1136、223-bpのRbcS2ターミネータ1137-1359、およびPCRREプライマー1360-1379を含む。SEQIDNO:26は、デザイナホスホフルクトースキナーゼのDNAコンストラクトの例26を表し、これはPCRFDプライマー配列1-20、2×84-bpのNRプロモータ21-188、135-bpのRbcS2トランジットペプチド189-323、Arabidopsisthalianaの6-ホスホフルクトキナーゼ配列ジェンバンク:NM_001037043から選択され修正されたホスホフルクトースキナーゼエンコード配列324-1913、223-bpのRbcS2ターミネータ1914-2136、およびPCRREプライマー2137-2156を含む。先の例に示されるような、核酸コンストラクトは、付加的な適切な配列、例えば、選択マーカー遺伝子、およびオプションの生体タグ配列例えば例4、SEQIDNO:4で説明したLumioタグを含んで良い。コンストラクト中に選択され使用されて良い選択可能なマーカーは、カナマイシン、ハイグロマイシン、スペクチノマイシン、ストレプトマイシン、スルホニル尿素、ゲンタマイシン、クロラムフェニコール、その他への耐性を提供するマーカーを含み、これらはすべて、クローン化され、当業者は入手可能である。代替的には、選択的マーカーは、ホスト有機体において欠乏を補足できる栄養素マーカー遺伝子である。例えば、遺伝子エンコードアルギノこはく酸リアーゼarg7は、デザイナコンストラクト中において選択マーカーとして使用でき、これは、Chlamydomonasreinhardtiiarg7-マイナス細胞がホスト細胞として使用されるときに形質転換体を特定することができる。デザイナ遺伝子を担持する核酸コンストラクトは、利用可能な遺伝子形質転換技術、例えば、DNAの電子穿孔、PEG誘導吸引、およびバリスティック搬送、ならびにアグロバクテリウムによる形質転換を利用して、ホストである藻類、藍藻類、または植物の組織または細胞に搬送できる。デザイナコンストラクトを藻類細胞中に搬送するためには、電子穿孔、ガラス玉、およびバイオリスティック遺伝子銃が好ましい方法として選択して使用でき、単細胞または単純な葉状体thallusが形質転換に利用して好ましい。種々のデザイナ遺伝子をホスト細胞中に、ステップごと順次的に、または同時に、1つのコンストラクトまたは1の形質転換を利用して、案内できる。例えば、10種類の酵素のホスホグリセレート分岐ブタノール生産経路のための、SEQIDNO:13~16または17および18~23で示される10個のDNAコンストラクトを、単一の選択マーカーArg7とともにp389-Arg7のような遺伝子ベクター中に配置できる。したがって、この態様でプラスミドを使用することによって、3-ホスホグリセレート分岐ブタノール生産経路図1の03-12のための1つの形質転換においてすべての10種類のDNAコンストラクトデザイナ遺伝子をアルギニン要求Chlamydomonasreinhardtii-arg7ホストCC-48に搬送することができる。必要な場合には、10種類のDNAコンストラクトを含む形質転換体をさらに形質転換させて、より多くのデザイナ遺伝子を付加的な選択マーカー例えばストレプトマイシンとともに遺伝子DNAを取得させて良い。適切なホスト有機体における遺伝子形質転換において種々のデザイナ酵素DNAコンストラクト、例えばSEQIDNO:1~26において提示されたものを組み合わせることにより、種々のブタノール生産経路、例えば図1に示されるものを構築できる。例えば、グリセルアルデヒド三リン酸分岐ブタノール生産経路図1の01~12のために、SEQIDNO:1~12のデザイナDNAコンストラクトを選択でき;フルクトース-1,6-ジホスフェート分岐ブタノール生産経路図1の20~33のために、SEQIDNO:1~12、24および、25のデザイナDNAコンストラクトを選択でき;さらに、フルクトース-6-ホスフェート分岐ブタノール生産経路図1の19~33のために、SEQIDNO:1~12、および24~26のデザイナDNAコンストラクトを選択できる。[光合成ブタノール生産を増強するための付加的なホスト修正][NADPH/NADH変換機構]光合成ブタノール生産経路によれば、1分子のブタノールを、4CO2および5H2Oから製造するために、14個のATPおよび12個のNADPHを必要とすると考えられ、これら双方は、水分解およびチラコイド膜を横切る光リン酸化によって生成される。3-ホスホグリセレート分岐ブタノール生産経路図1の03-12を動作させるためには、光駆動電子搬送プロセスにより生成されるNADPHを使用できるブタノール生産経路酵素を使用するのが好ましいプラクティスである。Clostridiumsaccharoperbutylacetonicumのブタノールデヒドロゲナーゼジェンバンク受入番号:AB257439およびブチルアルデヒドデヒドロゲナーゼジェンバンク:AY251646は、NADPHまたはNADHのいずれかを受容できるブタノール生産経路酵素の例である。NADPHおよびNADHすなわちNADPHの双方を利用できるようなブタノール生産経路酵素も、この3-ホスホグリセレート分岐のデザイナブタノール生産経路、および任意の他のデザイナブタノール生産経路図1にも選択して使用できる。Clostridiumbeijerinckiiのブチリル-CoAデヒドロゲナーゼジェンバンク:AF494018および3-ヒドロキシブチリル-CoAデヒドロゲナーゼジェンバンク:AF494018は、NADHのみを銃猟できるブタノール生産経路酵素の例である。NADHのみを使用できるブタノール生産経路酵素を採用するときには、3-ホスホグリセレート分岐ブタノール生産経路を動作させるためにNADPH/NADH変換機構が必要となるであろう。しかしながら、ホスト有機体の遺伝子バックグラウンドに応じて、NADPHおよびNADHの間の変換機構は、有機体においてNADPHおよびNADHが交換可能に使用できるように、そのホスト中に存在するかもしれない。さらに、NADPHはNADPHホスファターゼ活性によりNADHに変換できることが知られておりPattanayakおよびChatterjee1998、Nicotinamideadeninedinucleotidephosphatephosphatasefacilitatesdarkreductionofnitrate:regulationbynitrateandammonia、BiologiaPlantarium411:75-84、また、NADがNADキナーゼ活性によりNADPに変換できることが知られているMuto、Miyachi、Usuda、Edwards、およびBassham1981、Light-inducedconversionofnicotinamideadeninedinucleotidetonicotinamideadeninedinucleotidephosphateinhigherplantleaves、PlantPhysiology、682:324-328、およびMatsumura-Kadota、Muto、Miyachi1982、Light-inducedconversionofNADtoNADPinChlorellaells、BiochimicaBiophysicaActa、6792:300-300。したがって、増強NADPH/NADH変換が必要な場合には、ホストは遺伝子的に修正されてNADPHホスファターゼおよびNADキナーゼ活性を増強させて良い。このため、種々の実施例の1つにおいて、光合成ブタノール生産デザイナ植物、デザイナ藻類または植物細胞は、NADPHホスファターゼおよびNADキナーゼジェンバンク:XM001609395、XM001324239のようなNADPH/NADH内変換を実施するための、さらに付加的な導入遺伝子図2Bを、藻類クロロプラストのストロマ中に、含む。NADPH/NADH変換機構を提供できる他の実施例は、デザイナブタノール生産経路のためのカルビン回路の適切な分岐点を正しく選択することによる。この実施例に従って経路設計と行うことによりNADPH/NADH変換機構を付与するためには、図1に示されるようなカルビン回路のグリセルアルデヒド三リン酸の点またはその後方でデザイナブタノール経路を分岐するのが好ましいプラクティスである。これらの経路設計において、NADPH/NADH変換は、基本的には2ステップの機構により実現される。すなわち。1NADHを使用して1,3-ジホスホグリセレートをグリセルアルデヒド-3-ホスフェートに還元する、カルビン回路のグリセルアルデヒド三リン酸デヒドロゲナーゼのステップを使用すること、および、2グリセルアルデヒド-3-ホスフェートを3-ジホスホグリセレートに酸化する際にNADHを生成する、デザイナ経路のNAD依存グリセルアルデヒド-3-ホスフェートデヒドロゲナーゼ01のステップを使用することである。上述した2つのステップの正味の結果は、NADPHからNADHへの変換であり、これはデザイナブタノール生産経路のためにNADHを形成する所望の還元力を供給できる。ステップ1については、ホスト有機体中に自然にあるカルビン回路のNADPH依存グリセルアルデヒド-3-ホスフェートデヒドロゲナーゼで通常充分である。この結果、カルビン回路のNADPH依存グリセルアルデヒド-3-ホスフェートデヒドロゲナーゼと協働するためのデザインNAD依存グリセルアルデヒド-3-ホスフェートデヒドロゲナーゼ01を導入すると、NADPH/NADH変換機構の機能を付与でき、これが、3-ホスホグリセレート分岐ブタノール生産経路図1の03-12が良好に動作するためには必要となる。この理由のために、デザインNAD依存グリセルアルデヒド-3-ホスフェートデヒドロゲナーゼのDNAコンストラクト例12、SEQIDNO:12は、NADPH/NADH変換遺伝子図2Bとしても、使用されて、種々の実施例の1つにおいて、3-ホスホグリセレート分岐ブタノール生産経路図1の03-12をサポートする。これは、デザイナブタノール生産経路のためにこの2ステップのNADPH/NADH変換機構を付与するためにNAD依存グリセルアルデヒド-3-ホスフェートデヒドロゲナーゼ01を使用することがなぜ重要であるかの説明となる。したがって、種々の実施例の1つにおいて、図1に示すようなデザイナブタノール生産経路中で、NAD依存グリセルアルデヒド-3-ホスフェートデヒドロゲナーゼ、そのイソ酵素、機能的誘導体、アナログ、デザイナ修正酵素、および/またはそれらの組み合わせを使用することが好ましいプラクティスでもある。[光合成調整機能をさらに管理するためのiRNA技術]この発明の他の実施例において、ホスト植物または細胞がされに修正されて、ホストが、デンプンオキシクロロバクテリアの場合グリコーゲン、セルロース、生物精製所産業がしばしば効率的に使用することが非効率または困難なリグロセルロースを合成する代わりに、直接に液体の燃料ブタノールを製造できるようにするようにカルビン回路を管理するようにされる。種々の実施例の1つにおいて、カルビン回路図1に連結するデンプン合成経路のデンプンシンターゼオキシクロロバクテリアの場合グリコーゲンシンターゼ13、グルコース-1-ホスフェートG-1-Pアデニリルトランスフェラーゼ14、ホスホグルコムターゼ15、およびヘキソースホスフェートイソメラーゼ16のようなキーとなる酵素のいずれかの表出を抑制する余とによって、デンプン合成活性が不活性化される。カルビン回路生産物についてデザイナブタノール生産経路と競合するデンプン合成活性を禁止できる遺伝子的に搬送可能なファクタを導入すると光合成ブタノール生産をさらに助長できる。具体的な実施例において、競合的なデンプン合成経路に対する遺伝子的にエンコード可能なインヒビター図2Cは、図1にラベル13~16で示される、デンプンシンターゼ16、グルコース-1-ホスフェートG-1-Pアデニリルトランスフェラーゼ15、ホスホグルコムターゼ14、および/またはヘキソース-ホスフェート-イソメラーゼ13のようなデンプン合成経路の酵素を個別的に阻害する干渉RNAiRNA分子である。DNA配列エンコードデンプン合成iRNA、グルコース-1-ホスフェートG-1-PアデニリルトランスフェラーゼiRNA、ホスホグルコムターゼiRNA、および/またはG-P-イソメラーゼiRNAは、それぞれ、当業界で知られているRNA干渉技術に基づいて設計され、合成できるLiszewskiJune1,2003、ProgressinRNAinterference、GeneticEngineeringNews、Vol.23、number11、pp.1-59。全般的に述べれば、干渉RNAiRNA分子は、アンチセンスであるが、個々のタンパク質遺伝子の通常のmRNAと相補的であり、そのようなiRNA分子は個別的に個々の遺伝子の通常のmRNAとバインドして、それゆえ、遺伝子固有のmRNAがタンパク質に翻訳されるのを阻害ブロックするようになっているFire、Xu、Montgomery、Kostas、Driver、Mello1998、Potentandspecificgeneticinterferencebydouble-strandedRNAinCaenorhabditiselegans、Nature3916669:806-11;Dykxhoorn、Novina、Sharp2003、Killingthemessenger:shortRNAsthatsilencegeneexpression、NatRevMolCellBiol.46:457-67。デザイナデンプン合成iRNAのDNAコンストラクト図2CはリストのSEQIDNO:27および28に示される。簡単に説明すると、SEQIDNO:27は、デザイナNialプロモータ制御デンプンシンターゼiRNAのDNAコンストラクト860bpの例27を表し、これはPCRFDプライマー配列1-20、262-bpのNailプロモータ21-282、ChlamydomonasreinhardtiiのデンプンシンターゼmRNA配列ジェンバンク:AF026422の2つの固有な配列断片のコドンタグおよび逆相補配列を有する、デンプンシンターゼiRNA配列283-617、223-bpのRbcS2ターミネータ618-850、およびPCRREプライマー851-860を含む。Nialプロモータ21-282を使用しているので、このデザイナデンプン合成iRNA遺伝子は、特別な誘導因子、ニトレートNO3の存在下で光合成ブタノール生産が増強される必要があるときにのみ表出されるように設計され、これはデザイナ有機体を導入するための肥料fertilizerとして培養媒体中に付加されて良い。デンプンシンターゼiRNA系列283-617はデンプンシンターゼ遺伝子の通常のmRNAとバインドするように設計され、そのため機能的なデンプンシンターゼにそれが翻訳されるのを阻害する。このような態様でデンプン/グリコーゲンシンターゼの活性が16において阻害されるので、カルビン回路のより多くの光合成生成物が図1にしめすようなカルビン回路分岐ブタノール生産経路、例えばグリセルアルデヒド-3-ホスフェート分岐ブタノール生産経路01-12に案内される。SEQIDNO:28は、デザイナHydAlプロモータ制御デンプンシンターゼiRNAのDNAコンストラクト1328bpの例28を表し、これはPCRFDプライマー配列1-20、282-bpのHydAlプロモータ21-302、デザイナデンプンシンターゼiRNA配列303-1085、223-bpのRbcS2ターミネータ1086-1308、およびPCRREプライマー1309-1328を含む。デザイナデンプンシンターゼiRNA配列303-1085は:ChlamydomonasreinhardtiiのデンプンシンターゼmRNA配列ジェンバンク:AF026422の最初の300-bpの固有なコード配列から選択された300-bpのセンス断片303-602、183-bpのデザイナイントロン状ループ603-785、および、ChlamydomonasreinhardtiiのデンプンシンターゼmRNA配列ジェンバンク:AF026422の最初の300-bpと相補的な、300-bpのアンチセンス配列を有する。このデザイナデンプンシンターゼiRNA配列303-1085は以下の2つの機構によって、デンプンシンターゼの合成を阻害するように設計されている。第1に、300-bpのアンチセンス相補的iRNA配列DNA配列786-1085に対応するが、デンプンシンターゼ遺伝子の通常のmRNAとバインドして、これが機能的デンプンシンターゼに翻訳されるのを阻止する。第2に、300-bpのアンチセンス相補的iRNA配列DNA配列786-1085に対応するが、同一のデザイナiRNA分子中の300-bpのセンスカウンターパートDNA系列303-602に対応するにもバインドしてループとしての183-bpのデザイナイントロン状配列603-785を伴ってヘアーピン状の二重螺旋RNA構造を形成する。実験的な検討によれば、このタイプのヘアーピン状二重螺旋RNAも翻訳後遺伝子サイレンシングをトリガーすることがわかっているFuhrmann、Stahlberg、Govorunova、Rank、および、Hegemann2001、JournalofCellScience114:3857-3863。HydAlプロモータ21-302を使用しているので、デザイナデンプン合成iRNA遺伝子は、図1において説明する01-12、03-12、および/または20-33のようなブタノール生産経路中に、より多くの光合成生成物を送り込むことにより光生物学的なブタノール生産を増強することが必要なときに、嫌気性条件下のみで、表出するように設計される。[デザイナデンプン分解および解糖の遺伝子]この発明の他の実施例において、光生物学的ブタノール生産は、デザイナブタノール生産遺伝子図2Aに組み合わせて、デンプン/グリコーゲンを分解するのを助長できる付加的な1組のデザイナ遺伝子図2Dを組み入れることにより増強される。デンプン分解のためのそのような付加的なデザイナ遺伝子は、例えば、17:アミラーゼ、デンプンホスホリラーゼ、ヘキソキナーゼ、ホスホグルコムターゼ、および18:グルコース-ホスフェート-イソメラーゼG-P-イソメラーゼを含み、これは図1に示すとおりである。デザイナ解糖glycolysis遺伝子はクロロプラスト対象化解糖酵素:グルコセホスフェートイソメラーゼ18、ホスホフルクトースキナーゼ19、アルドラーゼ20、トリオースホスフェートイソメラーゼ21、グリセルアルデヒド-3-ホスフェートデヒドロゲナーゼ22、ホスホグリセレートキナーゼ23、ホスホグリセレートムターゼ24、エノラーゼ25、およびピルビン酸キナーゼ26をエンコードする。デザイナデンプン分解および解糖遺伝子は図1に示される任意のブタノール生産経路と組み合わせて、デンプン/グリコーゲンからブタノールへの付加的な経路を形成できる17-33。この結果、デンプン分解および解糖の遺伝子をブタノール生産経路遺伝子とともに表出して光生物学的ブタノールの生産も増強させることができる。したがって、この実施例は、増強した光生物学的ブタノール生産のためにカルビン回路を管理するための他のアプローチを実現する。この場合、この場合では、カルビン回路の生成物のいくつかが、デンプン合成経路13-16に流れ出て、この後に、デンプン/グリコーゲンからブタノールへの経路17-33が続き、これは図1に示すとおりである。この場合、デンプン/グリコーゲンはカルビン回路生成物の一時的な貯蔵プールとして働き、そののち、これらはブタノールに変換できる。この機構は、所定の場合には、ブタノール生産収率を最大化させる上で極めて有益である。例えば、正午付近の極めて大きな太陽光強度で、カルビン回路のCO2固定の速度が大きくてブタノール生産経路の最大速度許容値を超えるときには、このデンプン合成機構を使用して過剰な光合成生産物の一時的な貯蔵を可能にし、のちにブタノール生産にも使用できる。図1は、デザイナデンプン/グルコーゲンブタノール経路をデザイナ酵素17から33でラベル付けされているとともにカルビン回路分岐デザイナブタノール生産経路、例えばグリセルアルデヒド-3-ホスフェート分岐ブタノール生産経路01-12と組み合わせて使用して光生物学的なブタノール生産を増強させることも示す。カルビン回路分岐のブタノール生産経路を使用する際の利点と同様に、デザイナデンプン/グリコーゲンブタノール経路17-33を使用すると、糖類が、生物精製所産業によって容易に利用できないリグノセルロースバイオマスのような複雑な生体分子に変換されるまえに、光合成生成物をブタノールに変換するのを支援できる。したがって、カルビン回路分岐のデザイナブタノール生産経路例えば、01-12、03-12、および/または20-33、および/またはデザイナデンプン/グリコーゲンブタノール経路17-33は手に負えないリグノセルロース問題を含む現行のバイオマス技術のボトルネックの問題を有効にバイパスすることができる、とりわけ革新的な技術を提供できる。他の特徴は、カルビン回路分岐デザイナブタノール生産経路活性例えば01-12、03-12、および/または20-33が光がある日中に支配的に起こるということである。なぜならば、それが、チラコロイド膜システムを通じた光合成水分解および光駆動プロトン転地結合電子運搬プロセスにより発生させられる還元力NADPHおよびエネルギーATPの供給を必要とするカルビン回路の中間生成物を利用するからである。デザイナデンプン/グリコーゲンブタノール経路17-33は光合成を通じてデンプン/グリコーゲンとして貯蔵された過剰な糖類を利用でき、日中だけでなく、夜も動作可能である。この結果、図1に示すように、カルビン回路分岐デザイナブタノール生産経路例えば、01-12、03-12、および/または20-33をデザイナデンプン/グリコーゲンブタノール経路17-33とともに使用すると、日中および夜の双方でブタノールを生産できるようになる。デザイナデンプン/グリコーゲンブタノール経路およびカルビン回路分岐デザイナブタノール生産経路の双方の表出は誘導可能プロモータ例えば嫌気性ヒドロゲナーゼプロモータを利用して制御できるので、このタイプのデザイナ有機体は、嫌気性通常条件下で独立栄養で成長可能である。デザイナ光合成有機体が成長して光生物学的ブタノール生産の準備ができたときに、細胞は、嫌気性条件下のような特別な誘導条件下に置かれあるいは、デザイナNial/nirAプロモータ制御ブタノール生産経路が利用されるならば、アンモニアニトレートファーティライザ利用シフトで、図1および図3に示すようにブタノール生産を増強する。デザイナデンプングリコーゲン分解遺伝子は、リストのSEQIDNO:29および33に示される。簡単に説明すると、SEQIDNO:29は、デザイナアミラーゼのDNAコンストラクト1889bpの例29を表し、これはPCRFDプライマー配列1-20、2×84-bpのNRプロモータ21-188、9-bpのXhoINdeIサイト189-197、135-bpのRbcS2トランジットペプチド198-332、Barleyalphaアミラーゼジェンバンク:アリューロン細胞中でテストされたJ04202Amy46表現から選択され修正されたアミラーゼエンコード配列333-1616、21-bpのLumioタグ配列1617-1637、9-bpのXbaIサイト1638-1646、223-bpのRbcS2ターミネータ1647-1869、およびPCRREプライマー1870-1889を含む。SEQIDNO:30は、デザイナデンプンホスホリラーゼのDNAコンストラクト3039bpの例30を表し、これはPCRFDプライマー配列1-20、2×84-bpのNRプロモータ21-188、135-bpのRbcS2トランジットペプチド189-323、Citrusの根のデンプンホスホリラーゼ配列ジェンバンク:AY098895、Citrusの根においてテストされた表現から選択され修正されたデンプンホスホリラーゼエンコード配列324-2846、223-bpのRbcS2ターミネータ2847-3069、およびPCRREプライマー3070-3089を含む。SEQIDNO:31は、デザイナヘキソースキナーゼのDNAコンストラクト1949bpの例31を表し、これはPCRFDプライマー配列1-20、2×84-bpのNRプロモータ21-188、135-bpのRbcS2トランジットペプチド189-323、AjellomycescapsulatusのヘキソキナーゼmRNA配列ジェンバンク:XM_001541513から選択され修正されたヘキソキナーゼエンコード配列324-1706、223-bpのRbcS2ターミネータ1707-1929、およびPCRREプライマー1930-1949を含む。SEQIDNO:32は、デザイナホスホグルコムターゼのDNAコンストラクト2249bpの例32を表し、これはPCRFDプライマー配列1-20、2×84-bpのNRプロモータ21-188、135-bpのRbcS2トランジットペプチド189-323、Pichiastipitisのホスホグルコムターゼ配列ジェンバンク:XM_001383281から選択され修正されたホスホグルコムターゼエンコード配列324-2006、223-bpのRbcS2ターミネータ2007-2229、およびPCRREプライマー2230-2249を含む。SEQIDNO:33は、デザイナグルコセホスフェートのDNAコンストラクト2231bpの例33を表し、これはPCRFDプライマー配列1-20、2×84-bpのNRプロモータ21-188、135-bpのRbcS2トランジットペプチド189-323、S.cerevisiaeのホスホグルコイソメラゼ配列ジェンバンク:M21696から選択され修正されたグルコセホスフェートイソメラーゼエンコード配列324-1988、223-bpのRbcS2ターミネータ1989-2211、およびPCRREプライマー2212-2231を含む。デザイナデンプン分解遺伝子、例えば、SEQIDNO:29-33のものは、図1に示す経路のような種々のデンプン分解ブタノール生産経路を構築するために種々のデザイナブタノール生産経路と組み合わせて選択して使用できる。例えば、SEQIDNO:1-12、24-26、および29-33に示すデザイナ遺伝子は、以下のデザイナ酵素を有する、Nialプロモータ制御デンプンブタノール生産経路を構築するために選択できる。すなわち、アミラーゼ、デンプンホスホリラーゼ、ヘキソキナーゼ、ホスホグルコムターゼ、グルコセホスフェートイソメラーゼ、ホスホフルクトースキナーゼ、フルクトースジホスフェートアルドラーゼ、トリオースホスフェートイソメラーゼ、グリセルアルデヒド-3-ホスフェートデヒドロゲナーゼ、ホスホグリセレートキナーゼ、ホスホグリセレートムターゼ、エノラーゼ、ピルビン酸キナーゼ、ピルビン酸-NADPオシシドレダクターゼまたはピルビン酸フェレドキシンオキシドレダクターゼ、チオラーゼ、3-ヒドロキシブチリル-CoAデヒドロゲナーゼ、クロトナーゼ、ブチリル-CoAデヒドロゲナーゼ、ブチルアルデヒドデヒドロゲナーゼ、およびブタノールデヒドロゲナーゼである。このデンプン/グリコーゲンブタノール経路17-33は単独で利用しても良いし、図1に示されるような3-ホスホグリセレート分岐ブタノール生産経路03-12のような他のブタノール生産経路と組み合わせて使用しても良い。[クロロプラストおよび細胞質の間のデザイナブタノール生産経路の分散]この発明の他の実施例において、光生物学的ブタノール生産活性は、デザイナブタノール生産経路を真核植物細胞中のクロロプラストおよび細胞質の間に選択的に分散させることにより増強される。すなわち、デザイナブタノール生産経路図1のすべてがクロロプラスト中で動作する必要はなく、望まれるときには、デザイナブタノール生産経路の部分が細胞質で動作できても良い。例えば、種々の実施例の1つにおいて、ジヒドロキシアセトンホスフェートブタノール21-33からデザイナデンプンブタノール経路活性の重要な部分は、細胞質で起こり、他方、デンプンからジヒドロキシアセトンホスフェートへのステップ17-20はクロロプラストであるように設計される。この例では、デザイナ経路のクロロプラスト部分と細胞質部分の間のリンクは、トリオースホスフェート-ホスフェートトランスロケータを使用して達成され、これは、ジヒドロキシアセトンをクロロプラスト膜を横切って転置されるのを容易にする。トリオースホスフェート-ホスフェートトランスロケータを使用することで、グリセルアルデヒド-3-ホスフェート分岐デザイナブタノール生産経路がクロロプラストのみでなく、細胞質においても動作可能になる。デザイナブタノール生産経路の細胞質部分は、デザイナブタノール生産経路遺伝子図2AのDNAコンストラクトを、それらのクロロプラスト対象化配列を省略して使用することにより構築でき、これは図2Eに示すとおりである。[デザイナブタノール生産経路を細胞質中に伴うデザイナオキシホトバクテリア]藍藻類シアノバクテリアおよびオキシクロロバクテリアを含むオキシホトバクテリアのような原核光合成有機体は、典型的には光合成チラコイド膜を有しクロロプラスト構造を有さず、この原核光合成有機体では、カルビン回路は細胞質に位置決めされる。この特殊な場合には、これに限定されないが、グリセルアルデヒド-3-ホスフェート分岐ブタノール生産経路01-12、3-ホスホグリセレート分岐ブタノール生産経路03-12、フルクトース-1,6-ジホスフェート分岐経路22-33、フルクトース-6-ホスフェート分岐経路19-33、およびデンプンまたはグリコーゲン-ブタノール経路17-33をふっ組む、完全なデザイナブタノール経路図1が藍藻類の細胞質中でカルビン回路とともに動作するように、設計上、調整される。細胞質デザイナブタノール生産経路の構築は、デザイナブタノール生産経路遺伝子図2AのDNAコンストラクトを、クロロプラスト対象化配列をすべて省略したうえで、使用して実現できる。図2Eに示すように、デザイナDNAコンストラクトにおいてクロロプラスト対象化配列を省略するとき、デザイナ遺伝子は細胞質中の酵素へ転写、翻訳され、これにより、デザイナブタノール生産経路が付与される。デザイナ遺伝子はホストの藍藻類シアノバクテリアおよびオキシクロロバクテリアを含むオキシホトバクテリア中の染色体および/またはプラスミドのDNAに、当業者に知られている遺伝子形質転換の技術を用いて組み込むことができる。デザイナ遺伝子は、統合的な形質転換integrativetransformationを通じて、デザイナ遺伝子に対してより良好な遺伝子的安定性を通常では実現する染色体DNA中に一体化させることが好ましいプラクティスである。シアノバクテリアのようなオキシホトバクテリアにおいては、統合的な形質転換は同種のDNA二重リコンビネーションをホスト染色体DNAにデザイナDNAコンストラクトを使用して組み入れるプロセスを通じて実現でき、これを図2Fに示し、これは、典型的には5の上流から3の下流へ、リコンビネーションサイト1、デザイナブタノール生産経路遺伝子、およびリコンビネーションサイト2を有する。このタイプのDNAコンストラクト図2Fは、電子穿孔、自然形質転換、および/または、接合conjugationを含む、多くの利用可能な遺伝子形質転換手法で、オキシホトバクテリア藍藻類に搬出可能である。藍藻類から形成された遺伝子組み替えデザイナ有機体はデザイナ藍藻類デザイナシアノバクテリアおよびデザイナオキシクロロバクテリアを含むデザイナオキシホトバクテリアとも呼ばれる。デザイナオキシホトバクテリアブタノール生産経路遺伝子の例は、リストのSEQIDNO:34および45に示される。簡単に説明すると、SEQIDNO:34は、デザイナオキシホトバクテリアのブタノールデヒドロゲナーゼのDNAコンストラクト1709bpの例34を表し、これはPCRFDプライマー配列1-20、ThermosynechococcuselongatusBP-1からの400-bpのニトライトレダクターゼnirAプロモータ21-420、Clostridiumsaccharoperbutylacetonicumのブタノールデヒドロゲナーゼ配列AB257439から選択され修正された酵素エンコード配列421-1569、ThermosynechococcuselongatusBP-1からの120-bpのrbcSターミネータ1570-1689、および、3端のPCRREプライマー1690-1709を含む。SEQIDNO:35は、デザイナオキシホトバクテリアのブチルアルデヒドデヒドロゲナーゼのDNAコンストラクト1967bpの例35を表し、これはPCRFDプライマー配列1-20、400-bpのThermosynechococcuselongatusBP-1のニトライトレダクターゼnirAプロモータ21-420、Clostridiumsaccharoperbutylacetonicumのブチルアルデヒドデヒドロゲナーゼ配列AY251646から選択され修正された酵素エンコード配列421-1827、ThermosynechococcuselongatusBP-1からの120-bpのrbcSターミネータ1828-1947、および、PCRREプライマー1690-1709を含む。SEQIDNO:36は、デザイナオキシホトバクテリアのブチリル-CoAデヒドロゲナーゼのDNAコンストラクト1602bpの例36を表し、これはPCRFDプライマー配列1-20、305-bpのThermosynechococcuselongatusBP-1のニトライトレダクターゼプロモータ21-325、Clostridiumbeijerinckiiのブチリル-CoAデヒドロゲナーゼAF494018の配列から選択され修正されたブチリル-CoAデヒドロゲナーゼエンコード配列326-1422、120-bpのThermosynechococcusのrbcSターミネータ1423-1582、および、PCRREプライマー1690-1709を含む。SEQIDNO:37は、デザイナオキシホトバクテリアのクロトナーゼのDNAコンストラクト1248bpの例37を表し、これはPCRFDプライマー配列1-20、305-bpのThermosynechococcuselongatusBP-1のニトライトレダクターゼプロモータ21-325、Clostridiumbeijerinckiiのクロトナーゼジェンバンク:AF494018の配列から選択され修正されたクロトナーゼエンコード配列326-1108、120-bpのThermosynechococcuselongatusBP-1のrbcSターミネータ1109-1228、および、PCRREプライマー1690-1709を含む。SEQIDNO:38は、デザイナオキシホトバクテリアの3-ヒドロキシブチリル-CoAデヒドロゲナーゼのDNAコンストラクト1311bpの例38を表し、これはPCRFDプライマー配列1-20、305-bpのnirAプロモータ21-325、Clostridiumbeijerinckiiの3-ヒドロキシブチリル-CoAデヒドロゲナーゼ配列クロトナーゼジェンバンク:AF494018から選択され修正された3-ヒドロキシブチリル-CoAデヒドロゲナーゼエンコード配列326-1171、120-bpのThermosynechococcusのrbcSターミネータ1172-1291、および、PCRREプライマー1292-1311を含む。SEQIDNO:39は、デザイナオキシホトバクテリアのチオラーゼのDNAコンストラクト1665bpの例39を表し、これはPCRFDプライマー配列1-20、305-bpのThermosynechococcusのnirAプロモータ21-325、Butyrivibriofibrisolvensのチオラーゼ配列AB190764から選択されたチオラーゼエンコード配列326-1525、120-bpのThermosynechococcusのrbcSターミネータ1526-1645、および、PCRREプライマー1646-1665を含む。SEQIDNO:40は、デザイナオキシホトバクテリアのピルビン酸フェレドキシンオキシドレダクターゼのDNAコンストラクト4071bpの例40を表し、これはPCRFDプライマー配列1-20、ThermosynechococcuselongatusBP-1からの305-bpのnirAプロモータ21-325、Mastigamoebabalamuthiのピルビン酸フェレドキシンオキシドレダクターゼジェンバンク:AY101767から選択され修正されたピルビン酸フェレドキシンオキシドレダクターゼエンコード配列326-3931、ThermosynechococcuselongatusBP-1からの120-bpのrbcSターミネータ3932-4051、および、PCRREプライマー4052-4071を含む。SEQIDNO:41は、デザイナオキシホトバクテリアのピルビン酸キナーゼのDNAコンストラクト1806bpの例41を表し、これはPCRFDプライマー配列1-20、Thermosynechococcusからの305-bpのnirAプロモータ21-325、Thermoproteustenaxのピルビン酸キナーゼジェンバンク:AF065890から選択され修正されたピルビン酸キナーゼエンコード配列326-1666、120-bpのThermosynechococcusのrbcSターミネータ1667-1786、および、PCRREプライマー1787-1806を含む。SEQIDNO:42は、デザイナオキシホトバクテリアのエノラーゼのDNAコンストラクト1696bpの例42を表し、これはPCRFDプライマー配列1-20、Thermosynechococcusからの231-bpのnirAプロモータ21-251、Chlamydomonasの細胞質エノラーゼジェンバンク:X66412、P31683の配列から選択され修正されたエノラーゼエンコード配列252-1556、Thermosynechococcusからの120-bpのrbcSターミネータ1557-1676、および、PCRREプライマー1677-1696を含む。SEQIDNO:43は、デザイナオキシホトバクテリアのホスホグリセレートムターゼのDNAコンストラクト2029bpの例43を表し、これはPCRFDプライマー配列1-20、ThermosynechococcuselongatusBP-1からの231-bpのnirAプロモータ21-251、PelotomaculumthermopropionicumSIのホスホグリセレートムターゼジェンバンク:YP001213270の配列から選択され修正されたホスホグリセレートムターゼエンコード配列252-1889、120-bpのThermosynechococcusのrbcSターミネータ1890-2009、および、PCRREプライマー2010-2029を含む。SEQIDNO:44は、デザイナオキシホトバクテリアのホスホグリセレートキナーゼのDNAコンストラクト1687bpの例44を表し、これはPCRFDプライマー配列1-20、ThermosynechococcuselongatusBP-1からの231-bpのnirAプロモータ21-251、PelotomaculumthermopropionicumSIのホスホグリセレートキナーゼジェンバンク:BAF60903から選択され修正されたホスホグリセレートキナーゼエンコード配列252-1433、234-bpのThermosynechococcuselongatusBP-1のrbcSターミネータ1434-1667、および、PCRREプライマー1668-1687を含む。SEQIDNO:45は、デザイナオキシホトバクテリアのグリセルアルデヒド-3-ホスフェートデヒドロゲナーゼのDNAコンストラクト1514bpの例45を表し、これはPCRFDプライマー配列1-20、ThermosynechococcuselongatusBP-1の305-bpのnirAプロモータ21-325、BlastochlorisviridisのNAD依存グリセルアルデヒド-3-ホスフェートデヒドロゲナーゼCAC80993から選択され修正された酵素エンコード配列326-1260、234-bpのThermosynechococcuselongatusBP-1からのrbcSターミネータ1261-1494、および、PCRREプライマー1495-1514を含む。SEQIDNO:34~45に示すようなデザイナオキシホトバクテリア遺伝子は、充分に、または部分的に、および/または、種々の他のデザイナブタノール生産経路遺伝子と組み合わせて、選択して使用して、図1に示すような種々のデザイナオキシホトバクテリアブタノール生産経路を構築できる。例えば、SEQIDNO:34~45に示されるデザイナ遺伝子は、オキシホトバクテリアnirAプロモータ制御で、グリセルアルデヒド-3-ホスフェート分岐ブタノール生産経路01-12を構築するために使用でき、これは以下のデザイナ酵素を有する。すなわち、NAD依存グリセルアルデヒド-3-ホスフェートデヒドロゲナーゼ01、ホスホグリセレートキナーゼ02、ホスホグリセレートムターゼ03、エノラーゼ04、ピルビン酸キナーゼ05、ピルビン酸フェレドキシンオキシドレダクターゼまたはピルビン酸-NADPオキシドレダクターゼ06、チオラーゼ07、3-ヒドロキシブチリル-CoAデヒドロゲナーゼ08、クロトナーゼ09、ブチリル-CoAデヒドロゲナーゼ10、ブチルアルデヒドデヒドロゲナーゼ11、および、ブタノールデヒドロゲナーゼ12である。好熱性または耐熱性のシアノバクテリア中にこれらデザイナオキシホトバクテリアブタノール生産経路遺伝子SEQIDNO:34~45を使用すると、好熱性または耐熱性ブタノール生産オキシホトバクテリアを実現できる。例えば、これらデザイナ遺伝子SEQIDNO:34~45を、ThermosynechococcuselongatusBP-1のような好熱性/耐熱性シアノバクテリア中に使用することにより、デザイナブタノール生産Thermosynechococcusのようなデザイナ好熱性/耐熱性ブタンール生産シアノバクテリアを実現できる。[バイオセーフティを確実にするためのホストのさらなる修正]この発明は、細胞分裂制御可能なデザイナ遺伝子組み換え植物例えば藻類およびオキシホトバクテリアまたは植物細胞に基づく、バイオセーフティ防護光合成バイオ燃料例えばブタノールおよび/または関連する高級アルコール生産方法も実現する。例えば、細胞分裂制御可能なデザイナ号合成有機体図3は、細胞分裂およびメーティング機能matingfunctionが制御可能に停止されてより良好なバイオセーフティ特性が実現されるように、デザイナバイオセーフティ制御遺伝子図2Gを、デザイナブタノール生産経路遺伝子図2A~2Fとの関係で、デザイナバイオセーフティ制御遺伝子図2Gを使用することにより、形成される。種々の実施例の1つにおいて、基本的な特徴は、デザイナ細胞分裂制御可能な光合成有機体例えば、藻類、植物細胞、またはオキシホトバクテリアが2つのキーとなる機能図3Aを含むことである。すなわち、デザイナバイオセーフティ機能およびデザイナバイオ燃料生産経路である。図3Bに示すように、デザイナバイオセーフティ特徴は多くのメカニズムにより付与され、これは、1デザイナプロトンチャンネルを細胞質膜に誘導可能に挿入してどのような細胞分裂もメーティング能力も永久に不能にすること、2デザイナ細胞分裂サイクル制御タンパク質または干渉RNAを選択的に適用して細胞分裂サイクルを永久に阻害し、好ましくは細胞をG1相またはG0状態に保持すること、および、3デザイナバイオ燃料生産経路を表出のために高CO2要求ホスト光合成有機体を革新的に使用することを含む。デザイナバイオ燃料生産経路の例は、デザイナブタノール生産経路を含み、これは、カルビン回路と協働して二酸化炭素CO2および水H2Oから直接にブタノールのようなバイオ燃料を合成する。デザイナ細胞分裂制御技術は、光合成バイオ燃料生産のためのデザイナ有機体に使用してバイオセーフティが確実になるように支援できる。したがって、この実施例は、細胞分裂制御可能デザイナーバイオ燃料生産藻類、シアノバクテリア、オキシクロロバクテリア、植物、または植物細胞をベースにして、とりわけ、バイオセーフティ防護されたバイオ燃料例えばブタノールおよび/または関連する高級アルコール生産方法を実現する。種々の実施例の1つにおいて、細胞分裂制御可能なデザイナブタノール生産真核藻類または植物細胞が、デザイナプロトンチャンネル遺伝子図2Hをホスト藻類または植物細胞図3Bに導入することにより、形成される。SEQIDNO:46は、デザイナNialポロモータ制御プロトンチャンネル遺伝子609bpの詳細なDNAコンストラクトの例46を表し、これはPCRFDプライマー配列1-20、262-bpのニトレートレダクターゼNialプロモータ21-282、メリチンプロトンチャンネルエンコード配列283-366、223-bpのRbcS2ターミネータ367-589、および、PCRREプライマー590-609を含む。デザイナプロトンチャンネル遺伝子図2Hの表出は、誘導可能プロモータ、例えば、ニトレートレダクターゼNialによって制御され、これは、デザイナバイオ燃料生産毛糸遺伝子の表出を制御するためにも使用されて良い。したがって、デザイナ遺伝子の表出が誘導される前に、デザイナ有機体が、野生型の有機体とまったく同様に、光独立栄養で、CO2を炭素源とし、H2Oを電子源として利用する。デザイナ有機体培養が成長してバイオ燃料の光合成生産の準備ができたときに、細胞培養は、特別な誘導条件下例えば、ニトレートレダクターゼNialプロモータが誘導プロモータとして使用されるならばニトレートを培養に付加することによってに配置されて、デザイナプロトンチャンネル遺伝子およびデザイナバイオ燃料生産経路遺伝子の双方の表出が誘導される。プロトンチャンネル遺伝子の表出は核の中にそれが転写され、細胞質にそれが翻訳されることを通じて起こるように設計される。特別な分子設計のために、表出されたプロトンチャンネルは自動的に細胞質膜に挿入されるが、光合成チラコイド膜は完全なままに置かれる。デザイナプロトンチャンネルが細胞質膜に挿入されると、細胞質膜を横切るプロトン勾配が崩壊させられて細胞分裂およびメーティング機能が永久的に不活性となる。しかしながら、クロロプラスト内の光合成チラコイド膜は機能的に完全な状態に維持されてストロマ領域に表出されたデザイナバイオ燃料精製経路酵素がカルビン回路と協働してCO2およびH2Oからバイオ燃料を生産できるようになっている。すなわち、デザイナプロトンチャンネル遺伝子、およびデザイナバイオ燃料生産経路遺伝子の双方がターンオンするときに、デザイナ有機体は、バイオ燃料を専門的に光合成生産するための再生産不可能な細胞となる。この段階で、細胞分裂およびメーティング機能は永久的に不活性化死滅されているので、デザイナ有機体培養は、CO2およびH2Oをバイオ燃料に光化学的に変換するための触媒機能を除けば、もはや生命体ではない。事故による環境への開放がかりに起こり野生型の西郷と接触するようなことになっても、どのような遺伝子物質をも他のどのような細胞との間で、係合し、交換することがもはや不可能である。種々の実施例の1つによれば、ニトレートレダクターゼNialプロモータまたはニトライトレダクターゼnirAプロモータは、デザイナ遺伝子の表出を制御するのに使用して好ましい誘導可能プロモータである。培養媒体中にアンモニアただしニトレートではないがあるときには、Nialプロモータ制御デザイナプロトンチャンネル遺伝子およびバイオ燃料生産経路遺伝子を伴う、デザイナ有機体は、野生型の有機体とまったく同様に、光独立栄養で、CO2を炭素源とし、H2Oを電子源として利用して成長できる。デザイナ有機体培養が成長してバイオ燃料の光合成生産の準備ができたときに、デザイナプロトンチャンネル遺伝子およびデザイナバイオ燃料生産経路遺伝子の双方の表出を、いくらかのニトレートファーティライザを培養媒体に付して誘導することが可能になる。ニトレートは、土壌中に、また地球上のほとんどすべての地表水に広く存在する。したがって、Nialプロモータ制御デザイナ有機体が事故により自然環境に放出されても、それは直ちに死滅してしまう。なぜならば、環境中の二兎レートがNialプロモータ制御デザイナプロトンチャンネル遺伝子の表出をトリガーして、これが、プロトンチャンネルを細胞質膜に挿入し、もって、細胞を死滅させるからである。すなわち、Nialプロモータ制御プロトンチャンネル遺伝子を伴うデザイナ光合成有機体は、環境中のニトレートと遭遇するやいなや死滅するようにプログラムされている。Nialプロモータ制御プロトンチャンネル遺伝子を伴う細胞分裂制御可能デザイナ有機体の、この特徴により、付加的なバイオセーフティ特徴が実現される。プロトンチャンネル遺伝子図2Hをチラコイド膜対象化配列に関連して構築する技術が最近開示されたJamesW.Lee2007、Designerproton-channeltransgenicalgaeforphotobiologicalhydrogenproduction、PCT国際出願公開番号第WO2007/134340A2。細胞分裂制御花王デザイナ有機体を製造する、この発明においては、チラコイド膜対象化配列はプロトンチャンネル遺伝子設計から省略しなければならない。例えば、Nialプロモータ制御デザイナプロトンチャンネル遺伝子の基本的な要素は、プロトンチャンネルが細胞質膜に挿入するけれども光合成チラコイド膜には挿入しないように、単純に、プロトンチャンネルエンコード配列どのようなチラコイド膜対象化配列もないとリンクしたNialプロモータであってよい。種々の実施例の1つによれば、デザイナプロトンチャンネル遺伝子およびデザイナバイオ燃料生産経路遺伝子の双方の表出を制御するために同一のプロモータ例えばNialプロモータを知要することが好ましいプラクティスである。このようにすると、デザイナバイオ燃料生産経路は、細胞分裂およびメーティングを含む所定の細胞機能を終了させるデザイナプロトンチャンネル遺伝子と同時に誘導的に表出させることができる。種々の実施例の1つにおいて、このデザイナバイオセーフティ実施例において使用可能な誘導可能プロモータは、ヒドロゲナーゼプロモータHydAlHydlおよびHydA2、受入番号:AJ308413、AF289201、AY090770、Cyc6遺伝子プロモータ、Cpxl遺伝子プロモータ、熱ショックタンパク質プロモータHSP70A、CabII-1遺伝子受入番号M24072プロモータ、Cal遺伝子受入番号P20507プロモータ、Ca2遺伝子受入番号P24258プロモータ、ニトレートレダクターゼNialプロモータ、ニトライト-レダクターゼ遺伝子nirAプロモータ、双方向ヒドロゲナーゼ-遺伝子hoxプロモータ、光-および熱-応答groEプロモータ、Rubisco-オペロンrbcLプロモータ、金属亜鉛誘導可能smtプロモータ、鉄-応答idiAプロモータ、レドックス-応答crhRプロモー、熱ショック遺伝子hspl6.6プロモータ、小熱ショックタンパク質Hspプロモータ、C02-応答カルボニックアンヒドラーゼ遺伝子プロモータ、緑色/赤色光応答cpcB2A2プロモータ、UV光応答lexA、recA、およびruvBプロモータ、ニトレートレダクターゼ遺伝子narBプロモータ、および、これらの組み合わせからなるグループから選択される。他の実施例において、細胞分裂制御デザイナ光合成有機体は、カルボニックアンヒドラーゼ欠損突然変異体、または高CO2要求突然変異体をホスト有機体として使用してデザイナバイオ燃料生産有機体を形成することにより、形成される。この発明で選択して利用可能な高CO2要求突然変異体は、これに限定されないがChlamydomonasreinhardtiiカルボニックアンヒドラーゼ欠損突然変異体12-1CCC-1219calmt-、Chlamydomonasreinhardtiicia3突然変異体PlantPhysiology2003、132:2267-2275、Synechococcussp.StrainPCC7942の高C02要求突然変異体M3、Synechocystissp.PCC6803のカルボキシソーム欠損細胞PlantbiolStuttg2005、7:342-347を含み、これはCO2濃縮機構を欠いて0.2~3のCO2のような高い濃度の下でのみ光独立栄養で成長できる。環境CO2濃度レベル380ppm下では、カルボニックアンヒドラーゼ欠損または高CO2要求突然変異体は一般には生き残れない。したがって、ここでのキーとなる考え方は、CO2濃縮機構を欠く、高C02要求デザイナバイオ燃料生産有機体は、CO2供給を伴う封視されたバイオリアクタ内で、常に、高いCO2濃度レベル0.2~5CO2の下で、成長し、光生物学的にバイオ燃料を生産するのに使用されるということである。そのようなデザイナ遺伝子組み替え有機体は、それが環境CO2濃度レベル380ppm=0.038CO2に露呈すると生き残れない。なぜならば、有効な光合成CO2固定のためのCO2濃縮機構CCMが突然変異によって壊されているからである。そのようなデザイナ有機体が事故により自然環境に放出されても、その細胞は直ちに分裂またはメーティングができなくなり、炭素の欠乏によりすぐに死滅してしまう。なぜならば、それは、環境CO2濃度レベル380ppmで光合成CO2固定を有効に行えないからである。したがって、そのような高CO2要求突然変異体を、デザイナバイオ燃料生産経路遺伝子の組み換え用ホストとして使用すれば、CO2およびH2Oからバイオセーフティ防護光生物学的にバイオ燃料を生産するために提案された細胞分裂制御可能デザイナ有機体を形成する他の方法が提供可能になる。他の実施例において、細胞分裂制御可能デザイナ有機体図3Bは、デザイナ細胞分裂サイクル調整遺伝子をバイオセーフティ制御遺伝子図2Gとして使用することにより形成され、これは、ホスト有機体において細胞分裂サイクルcdc遺伝子の表出を制御して、デザイナ遺伝子の特別な誘導に基づいてその再生産機能を誘導的にターンオフし、例えば、細胞分裂およびメーティング能力を永久に遮断できるようにするものである。生物学的には、シアノバクテリア、藻類、および高級植物細胞において細胞成長および細胞分裂サイクルを制御するのは自然のcdc遺伝子の表出である。細胞周期の最も基本的な機能は、染色体中の膨大な量のDNAをSフェーズSは合成synthesisを表すで正確に複写して、つぎにこれらコピーをMフェーズMは有糸分裂mitosisを表すで厳格に2つの遺伝子的に同一な娘細胞へと分けていくことである。有糸分裂は典型的には染色体濃度に依存して開始する。複製されたDNAストランドは長尺化された染色体中にパッケージ化され、濃縮されてセグレゲーションに必要なよりコンパクトな染色体となる。つぎに隔膜が破裂し、各々、一対の姉妹染色分体を有する複製染色体が、有糸分裂紡錘体の微小管に結合するようになる。有糸分裂が進むと、細胞はメタフェーズ中期で少し止まり、このとき、染色体は有糸分裂の紡錘体の赤道面に整合させられて分離に準備をする。娘染色分体の急激な分離がアナフェーズ後期の初めを表し、この間に、両染色体が、紡錘体の対向する両極に移動し、ここで脱濃縮されて完全な核を再構成する。細胞はつぎに細胞質分裂サイトキネシス:cytokinesisによって2つに絞られ、細胞分裂が完了する。ここで、ほとんどの細胞は、プロテインの質量および細胞小器官を成長させ倍加するのに、DNAを複製しSフェーズ、分裂するMフェーズのにようする時間より多くの時間を必要とすることに留意されたい。したがって、2つのギャップフェーズがある。すなわち、MフェーズおよびSフェーズの間のG1ギャップと、Sフェーズおよび有糸分裂の間のG2ギャップである。この結果、真核細胞の細胞周期は、伝統的には、4つの順次的なフェーズである、G1、S、G2、およびMに分割される。生理学的には、2つのギャップフェーズは、細胞がSフェーズおよび有糸分裂の大きな激動に対処可能であることを約束する前に、内部および外部の環境を監視して環境が適切で準備が整っているかどうかを、細胞が確かめるための時間も提供する。G1フェーズは、この点でとくに重要である。その長さは、外部環境、および他の細胞からの細胞外信号に多分に左右される。細胞外環境が好ましくないならば、例えば、細胞はG1を通じてプロセスを遅延させ、さらには、G0Gゼロで知られる特別な休止状態に入り、この期間、細胞は数日、数週間、数年さえも止まって、その後、増殖を再開する。実際、多くの細胞は死滅するまで永久的にG0状態に止まる。種々の実施例の1つにおいて、デザイナcdc規制タンパク質をコード化するデザイナ遺伝子、または特殊なcdc-iRNAが使用されて、デザイナ遺伝子が特別な誘導条件によってトリガーされるときに、所定のcdc遺伝子の表出を阻害して細胞分裂を停止させ、メーティング能力を不能にする。細胞分裂制御可能なデザイナ培養が成長してバイオ燃料の生産の準備ができたときに、例えば、デザイナバイオ燃料生産経路遺伝子の誘導とともに、特別なデザイナcdc-iRNAの表出を誘導して細胞がG1フェーズまたはG0状態に永久的に滞留するようになすのが好ましいプラクティスである。このようにして、成長したデザイナ有機体細胞はCO2およびH2Oからバイオ燃料を光合成生産するための完全な触媒になる反面、細胞分裂およびメーティングの機能はG1フェーズまたはG0状態で永久的に遮断されてバイオセーフティが確実になるように支援される。SEQIDNO:1-4558-165においてリストされた種々のデザイナバイオ燃料生産経路遺伝子を伴うバイオセーフティ実施例を使用して種々のバイオセーフティ防護の光生物学的バイオ燃料生産物図3A、3B、および3Cを形成できる。ここで、SEQIDNO:46、および1-12例1-12は、デザイナNialプロモータ制御プロトンチャンネル遺伝子SEQIDNO:46、および一組のデザイナNialプロモータ制御ブタノール生産経路遺伝子SEQIDNO:1-12を含む、細胞分裂制御可能デザイナ藻類例えばChlamydomonasのような細胞分裂制御可能デザイナ真核有機体の例を示すことに留意されたい。デザイナプロトンチャンネル遺伝子およびデザイナバイオ燃料生産経路遺伝子はすべて同一のNialプロモータ配列によって制御されるので、これらは、図3Bに示すように、ニトレートファーティライザを培養媒体中に付加してバイオセーフティ防護光合成バイオ燃料生産能力を付与することにより、同時に表出できる。高CO2要求ホスト光合成有機体、例えば、Chlamydomonasreinhardtiiカルボニックアンヒドラーゼ欠損突然変異体l2-lCCC-1219calmt-、または、Chlamydomonasreinhardtiicia3突然変異体の中に、デザイナNialプロモータ制御ブタノール生産経路遺伝子SEQIDNO:1-12を使用すると、デザイナ細胞分裂制御可能光合成有機体を形成してバイオセーフティを確実にする他の例を表現する。このデザイナバイオセーフティの特徴は他のバイオ燃料、例えば、バイオオイル、バイオ水素、エタノール、および中間生成物を生産する上でも有益である。例えば、このバイオセーフティ実施例は、SEQIDNO:47-53に示される一組のデザイナエタノール生産経路遺伝子を組み合わせて、細胞分裂制御可能エタノール生産装置図3Cを表現できる。簡単に説明すると、SEQIDNO:47は、nirAプロモータ制御デザイナNAD依存グリセルアルデヒド-3-ホスフェートデヒドロゲナーゼ遺伝子の詳細なDNAコンストラクト1360塩基対bpの例47を表し、これはPCRFDプライマー配列1-20、Synechococcussp.淡水シアノバクテリアニトライトレダクターゼ遺伝子プロモータ配列から選択された88-bpのnirAプロモータ21-108、Cyanidiumcaldariumの細胞質NAD依存グリセルアルデヒド-3-ホスフェートデヒドロゲナーゼ配列ジェンバンク受入番号:CAC85917から選択され修正された酵素エンコード配列109-1032、308-bpのSynechococcusのrbcSターミネータ1033-1340、および、3端のPCRREプライマー1341-1360を含む。SEQIDNO:48は、デザイナnirAプロモータ制御ホスホグリセレートキナーゼのDNAコンストラクト1621bpの例48を表し、これはPCRFDプライマー配列1-20、88-bpのSynechococcussp.strainPCC7942のニトライトレダクターゼnirAプロモータ21-108、Geobacilluskaustophilusのホスホグリセレートキナーゼ配列ジェンバンク:BAD77342から選択されたホスホグリセレートキナーゼエンコード配列109-1293、308-bpのSynechococcusのrbcSターミネータ1294-1601、および、PCRREプライマー1602-1621を含む。SEQIDNO:49は、デザイナnirAプロモータ制御ホスホグリセレートムターゼのDNAコンストラクト1990bpの例49を表し、これはPCRFDプライマー配列1-20、88-bpのSynechococcussp.strainPCC7942のニトライトレダクターゼnirAプロモータ21-108、9-bpのXhoINdeIサイト109-117、CaldicellulosiruptorsaccharolyticusDSM8903のホスホグリセレートムターゼジェンバンク:ABP67536の配列から選択されたホスホグリセレートムターゼエンコード配列118-1653、308-bpのSynechococcussp.strainのrbcSターミネータ1663-1970、および、PCRREプライマー1971-1990を含む。SEQIDNO:50は、デザイナnirAプロモータ制御エノラーゼのDNAコンストラクト1765bpの例50を表し、これはPCRFDプライマー配列1-20、88-bpのSynechococcussp.strainPCC7942のニトライトレダクターゼnirAプロモータ21-108、9-bpのXhoINdeIサイト109-117、Cyanothecesp.CCY0110のエノラーゼジェンバンク:ZP01727912の配列から選択されたエノラーゼエンコード配列118-1407、21-bpのLumioタグエンコード配列1408-1428、停止コドンを含む、9-bpのBbaIサイト1429-1437、308-bpのSynechococcusのrbcSターミネータ1438-1745、および、3端のPCRREプライマー1746-1765を含む。SEQIDNO:51は、デザイナnirAプロモータ制御ピルビン酸キナーゼのDNAコンストラクト1888bpの例51を表し、これはPCRFDプライマー配列1-20、88-bpのSynechococcusのニトライトレダクターゼnirAプロモータ21-108、9-bpのXhoINdeIサイト109-117、Selenomonasruminantiumのピルビン酸キナーゼ配列ジェンバンク:AB037182から選択されたピルビン酸キナーゼエンコード配列118-1530、21-bpのLumioタグエンコード配列1531-1551、9-bpのBbaIサイト1552-1560、308-bpのSynechococcusのrbcSターミネータ1561-1868、および、PCRREプライマー1971-1990を含む。SEQIDNO:52は、デザイナnirAプロモータ制御ピルビン酸デカルボキシラーゼのDNAコンストラクト2188bpの例52を表し、これはPCRFDプライマー配列1-20、88-bpのSynechococcusのニトライトレダクターゼnirAプロモータ21-108、9-bpのXhoINdeIサイト109-117、Pichiastipitisのピルビン酸デカルボキシラーゼ配列ジェンバンク:XM001387668の配列から選択されたピルビン酸デカルボキシラーゼエンコード配列118-1830、21-bpのLumioタグエンコード配列1831-1851、9-bpのBbaIサイト1852-1860、308-bpのSynechococcusのrbcSターミネータ1861-2168、および、3端のPCRREプライマー1971-1990を含む。SEQIDNO:53は、デザイナnirAプロモータ制御NADPH依存アルコールデヒドロゲナーゼのDNAコンストラクト1510bpの例53を表し、これはPCRFDプライマー配列1-20、88-bpのSynechococcusのニトライトレダクターゼnirAプロモータ21-108、KluyveromyceslactisのアルコールデヒドロゲナーゼADH3遺伝子ジェンバンク:X62766から選択され修正されたミトコンドリア信号ペプチド配列は除去されている、ADPH依存アルコールデヒドロゲナーゼエンコード配列109-1161、21-bpのLumioタグエンコード配列1162-1182、308-bpのSynechococcusのrbcSターミネータ1183-1490、および、3端のPCRREプライマー1491-1510を含む。SEQIDNO:47-53DNAコンストラクト例47-53は、Synechococcussp.ストレインPCC7942のようなオキシホトバクテリアに使用できる一組のデザイナnirAプロモータ制御エタノール生産経路遺伝子を表すことに留意されたい。この一組のデザイナエタノール生産経路遺伝子をSynechococcussp.ストレインPCC7942突然変異体M3のような高CO2要求シアノバクテリアに利用することにより、CO2およびH2Oからバイオ燃料をバイオセーフティ防御光合成生産するための、細胞分裂制御可能デザイナシアノバクテリアの他の例を表現する。[デザイナカルビン回路チャンネルのブタノールおよび関連高級アルコールの生産に関するその他の事項]この発明は、二酸化炭素および水からブタノールおよび関連高級アルコールを光生物学的に生産する、デザイナDNAコンストラクトデザイナ遺伝子およびデザイナ遺伝子組み換え光合成有機体に関連して、デザイナカルビン回路チャンネルで、光合成NADPH還元されたニコチンアミドアデニンジヌクレオチドホスフェート増強された、経路をさらに開示する。明細書のこの文脈を通じて、さきに述べたように、高級アルコールまたは高級アルコールまたは関連する高級アルコールは少なくとも4個の炭素原子を有するアルコールを指し、これは直鎖または分岐アルコールの双方、例えば1-ブタノールおよび2-メチル-1-ブタノールを含む。カルビン回路チャンネルおよび光合成NADPH増強経路は、ブタノールおよび関連する高級アルコールを光生物学的に生産する、藻類およびオキシホトバクテリアシアノバクテリアおよびオキシクロロバクテリアを含むのようなホスト光合成有機体中のデザイナ遺伝子の利用を通じて表現されるデザイナ酵素により構築される。上述のブタノールおよび関連する高級アルコールは、1-ブタノール、2-メチル-1-ブタノール、イソブタノール、3-メチル-1-ブタノール、1-ヘキサノール、1-オクタノール、1-ペンタノール、1-ヘプタノール、3-メチル-1-ペンタノール、4-メチル-1-ヘキサノール、5-メチル-1-ヘプタノール、4-メチル-1-ペンタノール、5-メチル-1-ヘキサノール、および、6-メチル-1-ヘプタノールからなるグループから選択される。藻類およびオキシホトバクテリアシアノバクテリアおよびオキシクロロバクテリアを含むのようなデザイナ光合成有機体は、二酸化炭素および水から増強された光生物学的対応でブタノールおよび関連高級アルコールを生産するための、カルビン回路チャンネルおよび光合成NADPH増強経路のデザイナ遺伝子、およびバイオセーフティ防護技術を含む。光合成水分解および関連するプロトン勾配結合電子搬送プロセスが、アデノシン三リン酸ATPの形態で化学エネルギーを生成し、還元ニコチアンアミドアデニン三リン酸NADPHの形態で還元力を生成する。しかしながら、所定のブタノール関連代謝経路酵素、例えば、NADPH依存ブタノールヒドロゲナーゼジェンバンク:YP_148778、NP_561774、AAG23613、ZP05082669、AD012118、ADC48983は、NADPHでなく、還元されたニコチンアミドアデニンジヌクレオチドNADHしか使用できない。したがって、ブタノールおよび関連高級アルコールを生産するためにデザイナ経路をカルビン回路に実際に結合するには、この発明に従って、有効なNADPH/NADH変換機構、および/またはNADPH利用酵素例えばNADPH依存酵素を用いて、互換性のあるデザイナ経路を光合成/カルビン回路プロセスに結合することが、好ましいプラクティスである。種々の実施例の1つにおいて、二酸化炭素および水からブタノールおよび高級アルコールを生産するために、所定のアミノ酸対処経路に組み合わせてNADPH/NADH変換機構を使用して多くの種々のデザイナカルビン回路チャンネル経路を形成できる。カルビン回路チャンネルおよび光合成NADPH増強経路は、典型的には、ブタノールおよび高級アルコールを生産するためのホスト藻類またはオキシホトバクテリアのようなホスト光合成有機体の中にデザイナ遺伝子を使用することにより選択的に表現されるデザイナ酵素を用いて構築される。カルビン回路チャンネルおよび光合成NADPH増強経路の構築に使用するために選択できる事例的な酵素のリストは表1に表される。図4~10に示されるように、カルビン回路とともに動作する、カルビン回路チャンネルおよび光合成NADPH増強経路の正味の結果は、光合成により生成されたATPアデノシン三リン酸およびNADPH還元ニコチアンアミドアデニン三リン酸を利用した、二酸化炭素CO2および水H2Oからのブタノールおよび関連する高級アルコールの生産である。特筆すべき特徴は、NADPH依存グリセルアルデヒド-3-ホスフェートデヒドロゲナーゼ34、および、ニコチンアミドアデニンジヌクレオチドNAD依存グリセルアルデヒド-3-ホスフェートデヒドロゲナーゼ35を使用してNADPH/NADH変換機構として働かせ、これが、所定の量の、光合成により製造されたNADPHをNADHに変換でき、これが、NADH依存アルコールデヒドロゲナーゼ43このエンコード遺伝子の例は、ジェンバンク受入番号:BAB59540、CAA89136、NP_148480であるのような、NADH要求経路酵素に使用され、ブタノールおよび高級アルコールを生産する。より具体的には、NADPH依存グリセルアルデヒド-3-ホスフェートデヒドロゲナーゼ34例えば、ジェンバンク受入番号:ADC37857、ADC87332、YP_003471459、ZP_04395517、YP003287699、ZP_07004478、ZP_04399616は、NADPHを利用して1,3-ジホスホグリセレート1,3-DiPGAを3-ホスホスルセルアルデヒド3-PGAldおよび無機のホスフェートPiに還元する以下の反応の触媒として働く。1,3-DiPGANADPHH→3-PGAldNADPPi[3]他方、NAD依存グリセルアルデヒド-3-ホスフェートデヒドロゲナーゼ35例えば、ジェンバンク受入番号:ADM41489、YP_003095198、ADC36961、ZP_07003925、ACQ61431、YP_002285269、ADN80469、ACI60574は、酸化ニコチンアミドアデニンジヌクレオチドNADを1,3-DPGAに戻すことによる、3-PGAldを酸化するときの触媒として働く。3-PGAldNADPi→1,3-DiPGANADHH[4]酵素反応[3]および[4]の正味の結果は、光合成により生成されたNADPHをNADHに変換することであり、NADH依存アルコールデヒドロゲナーゼ43のような種々のNADH要求デザイナ経路酵素は、ブタノールおよび関連高級アルコールを生産する際に、このNADHを利用できる。過剰なNADHがあるときには、このNADPH/NADH変換システムが逆に動作してNADHおよびNADPHの供給をバランスさせる。したがって、ブタノールおよび関連高級アルコールの堅牢なrobust生産を実現することが必要なとき、あるいはこれが必要であれば、デザイナスイッチ可能プロモータ、例えばnirAまたは真核系についてはNialプロモータの制御の下で、このようなNADPH/NADH変換システムを革新的に採用することが好ましいプラクティスである。光生物学的にブタノールおよび関連高級アルコールを生産するために、所定のアミノ酸代謝関連経路とともに、NADPH/NADH変換機構と組み合わせられるカルビン回路チャンネル経路が、さらに以下に説明される。表1は、ブタノールおよび関連高級アルコールを生産するためにデザイナカルビン回路リンク付け経路を構築する酵素の例を列挙する。[デザイナカルビン回路チャンネル1-ブタノール生産経路]種々の実施例の1つにおいて、カルビン回路の中間生成物である、3-ホスホグリセレートを採って、これを、図4の数字ラベル34、35、03-05、36-43で示すようにNADPH依存グリセルアルデヒド-3-ホスフェートデヒドロゲナーゼ34、NAD依存グリセルアルデヒド-3-ホスフェートデヒドロゲナーゼ35、ホスホグリセレートムターゼ03、エノラーゼ04、ピルビン酸キナーゼ05、シトラマレートシンターゼ36、2-メチルリンゴ酸デヒドラターゼ37、3-イソプロピルリンゴ酸デヒドラターゼ38、3-イソプロピルリンゴ酸デヒドロゲナーゼ39、2-イソプロピルリンゴ酸シンターゼ40、イソプロピルリンゴ酸イソメラーゼ41、2-ケト酸デカルボキシラーゼ42、およびアルコールデヒドロゲナーゼNAD依存43を有する1組の酵素を利用して、1-ブタノールに変換する、カルビン回路チャンネル経路が形成される。この経路設計において、上述したとおり、NADPH依存グリセルアルデヒド-3-ホスフェートデヒドロゲナーゼ34およびNAD依存グリセルアルデヒド-3-ホスフェートデヒドロゲナーゼ35は、NADPH/NADH変換機構として働き、これは、光合成により生成されたNADPHの所定の量をNADHに変換でき、NADH要求アルコールヒドロゲナーゼ43このエンコード遺伝子の例は以下のジェンバンク受入番号:BAB59540、CAA89136、NP_148480がこのNADHを利用でき、ブチルアルデヒドの還元により1-ブタノールが生成できる。種々の実施例の1つにおいて、NADPH依存アルコールデヒドロゲナーゼ44も利用することが好ましいプラクティスであり、このデヒドロゲナーゼは、還元剤のソースとしてNADPHを利用でき、ブタノールおよび他のアルコールの増強された光生物学的生産のためのNADH供給の要求を軽減する。表1に列挙されるように、NADPH依存アルコールデヒドロゲナーゼ44はこれに限定されないが、ジェンバンク受入番号YP_001211038、ZP_04573952、XP_002494014、CAY71835、NP_417484、EFC99049、およびZP_02948287のいずれかを伴う酵素を含む。2-ケト酸デカルボキシラーゼ42例えば、AAS49166、ADA65057、CAG34226、AAA35267、CAA59953、A0QBE6、A0PL16、および、アルコールデヒドロゲナーゼ43および/または44は極めて広い基質特異性を有する。この結果、これらを使用することにより、1-ブタノールのみでなく、ホスト光合成有機体の遺伝子または代謝上の背景に基づいてプロパノールのような他のアルコールも生産できるようになる。これは、すべての2-ケト酸が、2-ケト酸デカルボキシラーゼ42およびアルコールデヒドロゲナーゼ44により、それらの広い基質特異性に起因して、アルコールに変換されるからである。したがって、他の実施例によれば、1-ブタノールが所望のときには、または所望されるならば、基質特異性酵素、例えばブタノールデヒドロゲナーゼ12を利用するのが好ましいプラクティスである。表1に列挙されるように、ブタノールデヒドロゲナーゼ12はNADH依存ブタノールデヒドロゲナーゼ例えば、ジェンバンク:YP_148778、NP_561774、AAG23613、ZP_05082669、AD012118、および/またはNADPH依存ブタノールデヒドロゲナーゼ例えば、NP_562172、AAA83520、EFB77036、EFF67629、ZP_06597730、EFE12215、EFC98086、ZP_05979561である。種々の実施例の1つにおいて、カルビン回路の中間生成物である、3-ホスホグリセレートを採って、これを、数字ラベル34、35、03、04、45-52、40-4344/12で示すようにNADPH依存グリセルアルデヒド-3-ホスフェートデヒドロゲナーゼ34、NAD依存グリセルアルデヒド-3-ホスフェートデヒドロゲナーゼ35、ホスホグリセレートムターゼ03、エノラーゼ04、ホスホエノールピルビン酸カルボキシラーゼ45、アスパラギン酸アミノトランスフェラーゼ46、アスパルトキナーゼ47、アスパラギン酸セミアルデヒドデヒドロゲナーゼ48、ホモセリンデヒドロゲナーゼ49、ホモセリンキナーゼ50、トレオニンシンターゼ51、トレオニンアンモニアリアーゼ52、2-イソプロピルリンゴ酸シンターゼ40、イソプロピルリンゴ酸イソメラーゼ41、3-イソプロピルリンゴ酸デヒドロゲナーゼ39、2-ケト酸デカルボキシラーゼ42、およびアルコールデヒドロゲナーゼ43および/またはNADPH依存アルコールデヒドロゲナーゼ44またはブタノールデヒドロゲナーゼ12を有する1組の酵素を利用して、1-ブタノールに変換する、他のカルビン回路チャンネル経路が形成される。他の実施例によれば、アミノ酸代謝関連の1-ブタノール生産経路数字ラベル03-05、36-43;および/または03、04、45-52、および39-4344/12は、他の光生物学的ブタノール生産経路と組み合わせて、および/または並行して、動作可能である。例えば、図4に示すように、フルクトース-6-ホスフェート分岐の1-ブタノール生産経路数字ラベル13-32および44/12は、ピルビン酸、および/またはホスホエノールピルビン酸を結合点として、アミノ酸代謝関連経路数字ラベル36-42および/または45-52および40-42の部分とともに動作可能である。デザイナカルビン回路チャンネルの1-ブタノール生産経路遺伝子DNAコンストラクトの例は、DNA配列表に示される。SEQIDNO:58-70は、ThermosynechococcuselongatusBP1のようなホストオキシホトバクテリア中の、デザイナnirAプロモータ制御カルビン回路チャンネルの1-ブタノール生産経路図4に数字ラベル34、35、03-05、および36-43に示すようなのための一組のデザイナ遺伝子を示す。簡単に説明すると、SEQIDNO:58は、デザイナnirAプロモータ制御のNADPH依存グリセルアルデヒド-3-ホスフェートデヒドロゲナーゼ34のDNAコンストラクト1417bpの例58を表し、これはPCRFDプライマー配列1-20、231-bpのThermosynechococcuselongatusBP1からのnirAプロモータ21-251、Staphylococcusaureus04-02981のNADPH依存グリセルアルデヒド-3-ホスフェートデヒドロゲナーゼジェンバンク:ADC37857の配列から選択され修正された酵素エンコード配列252-1277、BP1からの120-bpのrbcSターミネータ1278-1397、および、3端のPCRREプライマー1398-1417を含む。SEQIDNO:59は、デザイナnirAプロモータ制御のNAD依存グリセルアルデヒド-3-ホスフェートデヒドロゲナーゼ35のDNAコンストラクト1387bpの例59を表し、これはPCRFDプライマー配列1-20、231-bpのThermosynechococcuselongatusBP1からのnirAプロモータ21-251、EdwardsiellatardaFL6-60のNAD依存グリセルアルデヒド-3-ホスフェートデヒドロゲナーゼジェンバンク:ADM41489の配列から選択され修正された酵素エンコード配列252-1247、BP1からの120-bpのrbcSターミネータ1248-1367、および、3端のPCRREプライマー1368-1387を含む。SEQIDNO:60は、デザイナnirAプロモータ制御のホスホグリセレートムターゼ03のDNAコンストラクト1627bpの例60を表し、これはPCRFDプライマー配列1-20、231-bpのThermosynechococcuselongatusBP1からのnirAプロモータ21-251、OceanithermusprofundusDSM14977のホスホグリセレートムターゼジェンバンク:ADR35708の配列から選択され修正された酵素エンコード配列252-1487、BP1からの120-bpのrbcSターミネータ1488-1607、および、PCRREプライマー1659-1678を含む。SEQIDNO:61は、デザイナnirAプロモータ制御のエノラーゼ04のDNAコンストラクト1678bpの例61を表し、これはPCRFDプライマー配列1-20、231-bpのThermosynechococcuselongatusBP1からのnirAプロモータ21-251、Syntrophothermusのエノラーゼジェンバンク:ADI02602の配列から選択された酵素エンコード配列252-1538、BP1からの120-bpのrbcSターミネータ1539-1658、および、PCRREプライマー1659-1678を含む。SEQIDNO:62は、デザイナnirAプロモータ制御のピルビン酸キナーゼ05のDNAコンストラクト2137bpの例62を表し、これはPCRFDプライマー配列1-20、231-bpのThermosynechococcuselongatusBP1からのnirAプロモータ21-251、Syntrophothermuslipocalidusのピルビン酸キナーゼジェンバンク:ADI02459の配列から選択され修正された酵素エンコード配列252-1997、BP1からの120-bpのrbcSターミネータ1998-2117、および、PCRREプライマー2118-2137を含む。SEQIDNO:63は、デザイナnirAプロモータ制御のシトラマレートシンターゼ36のDNAコンストラクト2163bpの例63を表し、これはPCRFDプライマー配列1-20、305-bpのnirAプロモータ21-325、HydrogenobacterthermophilusTK-6のシトラマレートシンターゼYP_003433013から選択され修正された酵素エンコード配列326-1909、BP1からの234-bpのrbcSターミネータ1910-2143、および、PCRREプライマー2144-2163を含む。SEQIDNO:64は、デザイナnirAプロモータ制御の3-イソプロピルリンゴ酸/R-2-メチルリンゴ酸デヒドロゲナーゼ37のDNAコンストラクト2878bpの例64を表し、これはPCRFDプライマー配列1-20、231-bpのThermosynechococcuselongatusBP1からのnirAプロモータ21-251、Eubacteriumの3-イソプロピルリンゴ酸/R-2-メチルリンゴ酸デヒドロゲナーゼの大サブユニットYP002930810の配列から選択され修正された3-イソプロピルリンゴ酸/R-2-メチルリンゴ酸デヒドロゲナーゼの大サブユニットエンコード配列252-2012、231-bpのThermosynechococcuselongatusBP1からのnirAプロモータ2013-2243、Eubacteriumの3-イソプロピルリンゴ酸/R-2-メチルリンゴ酸デヒドロゲナーゼの小サブユニットYP002930809の配列から選択され修正された3-イソプロピルリンゴ酸/R-2-メチルリンゴ酸デヒドロゲナーゼの小サブユニットエンコード配列2244-2738、BP1からの120-bpのrbcSターミネータ2739-2858、および、PCRREプライマー2859-2878を含む。SEQIDNO:65は、デザイナnirAプロモータ制御の3-イソプロピルリンゴ酸デヒドラターゼ38のDNAコンストラクト2380bpの例65を表し、これはPCRFDプライマー配列1-20、231-bpのThermosynechococcuselongatusBP1からのnirAプロモータ21-251、Thermotogapetrophilaの3-イソプロピルリンゴ酸デヒドラターゼの大サブユニットABQ46641の配列から選択され修正された3-イソプロピルリンゴ酸デヒドラターゼの大サブユニットエンコード配列252-1508、231-bpのThermosynechococcuselongatusBP1からのnirAプロモータ1509-1739、Thermotogaの3-イソプロピルリンゴ酸デヒドラターゼの小サブユニットABQ46640の配列から選択され修正された3-イソプロピルリンゴ酸デヒドロゲナーゼの小サブユニットエンコード配列1740-2240、BP1からの120-bpのrbcSターミネータ2241-2360、および、PCRREプライマー2361-2380を含む。SEQIDNO:66は、デザイナnirAプロモータ制御の3-イソプロピルリンゴ酸デヒドロゲナーゼ39のDNAコンストラクト1456bpの例66を表し、これはPCRFDプライマー配列1-20、231-bpのThermosynechococcuselongatusBP1からのnirAプロモータ21-251、Thermotogaの3-イソプロピルリンゴ酸デヒドロゲナーゼジェンバンク:CP000702領域349983..351047の配列から選択され修正された3-イソプロピルリンゴ酸デヒドロゲナーゼエンコード配列252-1316、BP1からの120-bpのrbcSターミネータ1317-1436、および、PCRREプライマー1437-1456を含む。SEQIDNO:67は、デザイナnirAプロモータ制御の2-イソプロピルリンゴ酸シンターゼ40、EC4.1.3.12のDNAコンストラクト1933bpの例67を表し、これはPCRFDプライマー配列1-20、231-bpのThermosynechococcuselongatusからのnirAプロモータ21-251、Thermotogapetrophilaの3-イソプロピルリンゴ酸デヒドロゲナーゼCP000702領域:352811..354352の配列から選択され修正された酵素エンコード配列252-1793、BP1からの120-bpのrbcSターミネータ1794-1913、および、PCRREプライマー1437-1456を含む。SEQIDNO:68は、デザイナnirAプロモータ制御のイソプロピルリンゴ酸イソメラーゼ41のDNAコンストラクト2632bpの例68を表し、これはPCRFDプライマー配列1-20、231-bpのThermosynechococcuselongatusBP1からのnirAプロモータ21-251、Geobacilluskaustophilusの3-イソプロピルリンゴ酸イソメラーゼの大サブユニットYP_148509の配列から選択され修正された3-イソプロピルリンゴ酸イソメラーゼの大サブユニットエンコード配列252-1667、231-bpのThermosynechococcusからのnirAプロモータ1668-1898、Geobacilluskaustophilusの3-イソプロピルリンゴ酸イソメラーゼの小サブユニットYP_148508の配列から選択された3-イソプロピルリンゴ酸イソメラーゼの小サブユニットエンコード配列1899-2492、BP1からの120-bpのrbcSターミネータ2493-2612、および、PCRREプライマー2613-1632を含む。SEQIDNO:69は、デザイナnirAプロモータ制御の2-ケト酸デカルボキシラーゼ42のDNAコンストラクト2035bpの例69を表し、これはPCRFDプライマー配列1-20、231-bpのThermosynechococcuselongatusBP1からのnirAプロモータ21-251、Lactococcuslactisの分岐鎖αケト酸デカルボキシラーゼAAS49166の配列から選択され修正された2-ケト酸デカルボキシラーゼエンコード配列252-1895、BP1からの120-bpのrbcSターミネータ1896-2015、および、3端のPCRREプライマー2016-2035を含む。SEQIDNO:70は、デザイナnirAプロモータ制御のNAD依存アルコールデヒドロゲナーゼ43のDNAコンストラクト1426bpの例70を表し、これはPCRFDプライマー配列1-20、231-bpのThermosynechococcuselongatusBP1からのnirAプロモータ21-251、AeropyrumpernixKlの依存アルコールデヒドロゲナーゼNP_148480の配列から選択され修正された酵素エンコード配列252-1286、BP1からの120-bpのrbcSターミネータ1287-1406、および、PCRREプライマー1407-1426を含む。先に述べたように、還元剤のソースとしてNADPHを使用できるNADPH依存アルコールデヒドロゲナーゼ44を使用すると、増強した光生物学的なブタノールおよび他のアルコールの生産に必要なNADHの供給要求を緩和するのに役立つ。SEQIDNO:71は、デザイナnirAプロモータ制御のNADPH依存アルコールデヒドロゲナーゼ44のDNAコンストラクト1468bpの例71を表し、これはPCRFDプライマー配列1-20、231-bpのThermosynechococcuselongatusBP1からのnirAプロモータ21-251、広範な基質特異性を伴う、PichiapastorisのNADPH依存中鎖アルコールデヒドロゲナーゼXP002494014の配列から選択され修正された酵素エンコード配列252-1328、BP1からの120-bpのrbcSターミネータ1329-1458、および、3端のPCRREプライマー2016-2035を含む。例の1つにおいて、このタイプのNADPH依存アルコールデヒドロゲナーゼ遺伝子SEQIDNO:71はカルビン回路チャンネルブタノール生産経路の構築にも使用できる。ただし、2-ケト酸デカルボキシラーゼ42、SEQIDNO:69、およびアルコールデヒドロゲナーゼ43、SEQIDNO:70;または44、SEQIDNO:71は広範な基質特異性を伴うので、デザイナ遺伝子SEQIDNO:69、およびSEQIDNO:71および/またはSEQIDNO:71によって表出された経路では、単一のアルコールが生産されるのでなくアルコール混合物が生産されることになる。なぜならば、すべての2-ケト酸は、2つの広範な基質の酵素によってアルコールに変換できるからである。したがって、1-ブタノールの特異性を向上させるには、より基質特異性があるブタノールデヒドロゲナーゼ12を使用することが好ましいプラクティスである。SEQIDNO:72は、デザイナnirAプロモータ制御のNADH依存ブタノールデヒドロゲナーゼ12aのDNAコンストラクト1555bpの例72を表し、これはPCRFDプライマー配列1-20、231-bpのThermosynechococcuselongatusBP1からのnirAプロモータ21-251、GeobacilluskaustophilusのNADH依存ブタノールデヒドロゲナーゼYP_148778の配列から選択され修正された酵素エンコード配列252-1415、BP1からの120-bpのrbcSターミネータ1416-1535、および、3端のPCRREプライマー1536-1555を含む。SEQIDNO:73は、デザイナnirAプロモータ制御のNADPH依存ブタノールデヒドロゲナーゼ12bのDNAコンストラクト1558bpの例73を表し、これはPCRFDプライマー配列1-20、231-bpのThermosynechococcuselongatusBP1からのnirAプロモータ21-251、ClostridiumperfringensのNADPH依存ブタノールデヒドロゲナーゼNP562172の配列から選択され修正されたNADPH依存ブタノールデヒドロゲナーゼエンコード配列252-1418、BP1からの120-bpのrbcSターミネータ1419-1528、および、3端のPCRREプライマー1529-1558を含む。SEQIDNO:72および/または7312aおよび/または12bを、SEQIDNO:758-69とともに使用すると、図4において34、35、03-05、36-42、および12の数字ラベルで示すような特別なカルビン回路チャンネル1-ブタノール生産経路が表現される。SEQIDNO:74-81は、代替的なアミノ酸代謝関連経路図4の45-52を表し、これは、カルビン回路チャンネル1-ブタノール生産経路において、ホスホエノールピルビン酸の点から分岐して2-ケトブチレートの点で一緒になる。簡単に説明すると、SEQIDNO:74は、デザイナnirAプロモータ制御のホスホエノールピルビン酸カルボキシラーゼ45のDNAコンストラクト3646bpの例74を表し、これはPCRFDプライマー配列1-20、231-bpのThermosynechococcuselongatusBP1からのnirAプロモータ21-251、ThermaerobactersubterraneusDSM13965のホスホエノールピルビン酸カルボキシラーゼEFR61439の配列から選択され修正された酵素エンコード配列252-3506、BP1からの120-bpのrbcSターミネータ3507-3626、および、3端のPCRREプライマー3627-3646を含む。SEQIDNO:75は、デザイナnirAプロモータ制御のアスパラギン酸アミノトランスフェラーゼ46のDNAコンストラクト1591bpの例75を表し、これはPCRFDプライマー配列1-20、231-bpのThermosynechococcuselongatusBP1からのnirAプロモータ21-251、Thermotogalettingaeのアスパラギン酸アミノトランスフェラーゼYP_001470126の配列から選択され修正された酵素エンコード配列252-1451、BP1からの120-bpのrbcSターミネータ1452-1471、および、PCRREプライマー1472-1591を含む。SEQIDNO:76は、デザイナnirAプロモータ制御のアスパラギン酸キナーゼ47のDNAコンストラクト1588bpの例76を表し、これはPCRFDプライマー配列1-20、231-bpのThermosynechococcuselongatusBP1からのnirAプロモータ21-251、ThermotogalettingaeのTMOアスパラギン酸キナーゼYP_001470361の配列から選択され修正された酵素エンコード配列252-1448、BP1からの120-bpのrbcSターミネータ1449-1568、および、PCRREプライマー1569-1588を含む。SEQIDNO:77は、デザイナnirAプロモータ制御のアスパラギン酸セミアルデヒドデヒドロゲナーゼ48のDNAコンストラクト1411bpの例77を表し、これはPCRFDプライマー配列1-20、231-bpのThermosynechococcuselongatusBP1からのnirAプロモータ21-251、ThermotogalettingaeのTMOアスパラギン酸セミアルデヒドデヒドロゲナーゼYP_001470981の配列から選択され修正された酵素エンコード配列252-1271、BP1からの120-bpのrbcSターミネータ1272-1391、および、3端のPCRREプライマー1392-1411を含む。SEQIDNO:78は、デザイナnirAプロモータ制御のホモセリンデヒドロゲナーゼ49のDNAコンストラクト1684bpの例78を表し、これはPCRFDプライマー配列1-20、231-bpのThermosynechococcuselongatusBP1からのnirAプロモータ21-251、SyntrophothermuslipocalidusDSM12680のホモセリンデヒドロゲナーゼADI02231の配列から選択され修正された酵素エンコード配列252-1544、BP1からの120-bpのrbcSターミネータ1545-1664、および、3端のPCRREプライマー1665-1684を含む。SEQIDNO:79は、デザイナnirAプロモータ制御のホモセリンキナーゼ50のDNAコンストラクト1237bpの例79を表し、これはPCRFDプライマー配列1-20、231-bpのThermosynechococcuselongatusBP1からのnirAプロモータ21-251、ThermotogapetrophilaRKU-1のホモセリンキナーゼYP_001243979の配列から選択され修正された酵素エンコード配列252-1097、BP1からの120-bpのrbcSターミネータ1098-1217、および、3端のPCRREプライマー1218-1237を含む。SEQIDNO:80は、デザイナnirAプロモータ制御のトレオニンシンターゼ51のDNAコンストラクト1438bpの例80を表し、これはPCRFDプライマー配列1-20、231-bpのThermosynechococcuselongatusBP1からのnirAプロモータ21-251、ThermotogaのトレオニンシンターゼYP_001243978の配列から選択され修正された酵素エンコード配列252-1298、BP1からの120-bpのrbcSターミネータ1299-1418、および、PCRREプライマー1419-1438を含む。SEQIDNO:81は、デザイナnirAプロモータ制御のトレオニンアンモニアリアーゼ52のDNAコンストラクト1600bpの例81を表し、これはPCRFDプライマー配列1-20、231-bpのThermosynechococcuselongatusBP1からのnirAプロモータ21-251、GeobacilluskaustophilusのトレオニンアンモニアリアーゼBAD75876Thermotogaの配列から選択され修正された酵素エンコード配列252-1460、BP1からの120-bpのrbcSターミネータ1461-1580、および、3端のPCRREプライマー1581-1600を含む。SEQIDNO:58-61、74-81、66-69、および72および/または73は、34、35、03、04、45-52、40、41、39、42、および12のカルビン回路3-ホスホグリセレート分岐光合成NADPH増強1-ブタノール生産経路を表現し、他方、SEQIDNO:58-69および72および/または93は、図4において、34、35、03-05、36-42、および12として数字ラベル付けされる、他のカルビン回路3-ホスホグリセレート分岐光合成NADPH増強1-ブタノール生産経路を表現することに留意されたい。カルビン回路と協働するデザイナ光合成NADPH増強経路の正味の結果は、光合成により生成されたATPアデノシン三リン酸およびNADPH還元されたニコチンアミドアデニンジヌクレオチドホスフェートを用いて、次のプロセス反応に従って、二酸化炭素CO2および水H2Oから1-ブタノールCH3CH2CH2CH2OHを光生物学的に生産することである。4CO25H2O→CH3CH2CH2CH2OH6O2[5][デザイナカルビン回路チャンネル2-メチル-1-ブタノール生産経路]種々の実施例の1つにおいて、カルビン回路の中間生成物である、3-ホスホグリセレートを採って、これを、図5において数字ラベル34、35、03-05、36-39、53-55、42、43、または44/56で示すようにNADPH依存グリセルアルデヒド-3-ホスフェートデヒドロゲナーゼ34、NAD依存グリセルアルデヒド-3-ホスフェートデヒドロゲナーゼ35、ホスホグリセレートムターゼ03、エノラーゼ04、ピルビン酸キナーゼ05、シトラマレートシンターゼ36、2-メチルリンゴ酸デヒドラターゼ37、3-イソプロピルリンゴ酸デヒドラターゼ38、3-イソプロピルリンゴ酸デヒドロゲナーゼ39、アセト乳酸シンターゼ53、ケトール酸レダクトイソメラーゼ54、ジヒドロキシ酸デヒドラターゼ55、2-ケト酸デカルボキシラーゼ42、およびNAD依存アルコールデヒドロゲナーゼ43またはNADPH依存アルコールデヒドロゲナーゼ44;より好ましくは、2-メチルブチルアルデヒドレダクターゼ56を有する1組の酵素を例えば利用して、2-メチル-1-ブタノールに変換する、カルビン回路チャンネル2-メチル-1-ブタノール生産経路が形成される。他の実施例において、カルビン回路の中間生成物である、3-ホスホグリセレートを採って、これを、図5において数字ラベル34、35、03、04、45-55、42、43、または44/56で示すようにNADPH依存グリセルアルデヒド-3-ホスフェートデヒドロゲナーゼ34、NAD依存グリセルアルデヒド-3-ホスフェートデヒドロゲナーゼ35、ホスホグリセレートムターゼ03、エノラーゼ04、ホスホエノールピルビン酸カルボキシラーゼ45、アスパラギン酸アミノトランスフェラーゼ46、アスパルトキナーゼ47、アスパラギン酸セミアルデヒドデヒドロゲナーゼ48、ホモセリンデヒドロゲナーゼ49、ホモセリンキナーゼ50、トレオニンシンターゼ51、トレオニンアンモニアリアーゼ52、アセト乳酸シンターゼ53、ケトール酸レダクトイソメラーゼ54、ジヒドロキシ酸デヒドラターゼ55、2-ケト酸デカルボキシラーゼ42、およびNAD依存アルコールデヒドロゲナーゼ43またはNADPH依存アルコールデヒドロゲナーゼ44;より好ましくは、2-メチルブチルアルデヒドレダクターゼ56を有する1組の酵素を例えば利用して、2-メチル-1-ブタノールに変換する、カルビン回路チャンネル2-メチル-1-ブタノール生産経路が形成される。これら経路図5は、図4の経路と極めて類似している。ただし、アセト乳酸シンターゼ53、ケトール酸レダクトイソメラーゼ54、ジヒドロキシ酸デヒドラターゼ55、および、2-メチルブチルアルデヒドレダクターゼ56を使用する点で異なる。SEQIDNO:82は、デザイナnirAプロモータ制御のアセト乳酸シンターゼ53のDNAコンストラクト2107bpの例82を表し、これはPCRFDプライマー配列1-20、231-bpのThermosynechococcuselongatusBP1からのnirAプロモータ21-251、Bacillussubtilissubsp.subtilisstr.168のアセト乳酸シンターゼCAB07802の配列から選択され修正されたアセト乳酸シンターゼエンコード配列252-1967、BP1からの120-bpのrbcSターミネータ1968-2087、および、3端のPCRREプライマー2088-2107を含む。SEQIDNO:83は、デザイナnirAプロモータ制御のケトール酸レダクトイソメラーゼ54のDNAコンストラクト1405bpの例83を表し、これはPCRFDプライマー配列1-20、231-bpのThermosynechococcuselongatusBP1からのnirAプロモータ21-251、SyntrophothermuslipocalidusDSM12680のケトール酸レダクトイソメラーゼADI02902の配列から選択され修正されたケトール酸レダクトイソメラーゼエンコード配列252-1265、BP1からの120-bpのrbcSターミネータ12668-1385、および、3端のPCRREプライマー1386-1405を含む。SEQIDNO:84は、デザイナnirAプロモータ制御のジヒドロキシ酸デヒドラターゼ55のDNAコンストラクト2056bpの例84を表し、これはPCRFDプライマー配列1-20、231-bpのThermosynechococcuselongatusBP1からのnirAプロモータ21-251、Thermotogaのジヒドロキシ酸デヒドラターゼYP001243973の配列から選択された酵素エンコード配列252-1916、BP1からの120-bpのrbcSターミネータ1917-2036、および、PCRREプライマー2037-2056を含む。SEQIDNO:85は、デザイナnirAプロモータ制御の2-メチルブチルアルデヒドレダクターゼ56のDNAコンストラクト1360bpの例85を表し、これはPCRFDプライマー配列1-20、231-bpのThermosynechococcuselongatusBP1からのnirAプロモータ21-251、Schizosaccharomycesjaponicusの2-メチルブチルアルデヒドレダクターゼXP_002173231の配列から選択され修正された酵素エンコード配列252-1220、BP1からの120-bpのrbcSターミネータ1221-1340、および、3端のPCRREプライマー1341-1360を含む。SEQIDNO:58-66、82-84、69、および85は、34、35、03-05、36-39、53-55、42、および56として数字ラベル付けされたカルビン回路3-ホスホグリセレート分岐光合成NADPH増強2-メチル-1-ブタノール生産経路を表現できるサンプルデザイナ遺伝子の他の組を表現することに留意されたい。ここで、SEQIDNO:58-66、82-84、69、および85は、図5における、34、35、03-05、36-39、53-55、42、および56の他のカルビン回路3-ホスホグリセレート分岐光合成NADPH増強2-メチル-1-ブタノール生産経路を表現できる一組のサンプルデザイナ遺伝子を表現する。これらのデザイナ遺伝子は、図5において13-26、36-39、53-55、42、および56および/または、13-25、45-55、42、および56としてとして数字ラベル付けされたカルビン回路フルクトース-6-ホスフェート分岐2-メチル-1-ブタノール生産経路のような所定の他の経路を表出するために他の経路遺伝子と組み合わせて使用しても良い。カルビン回路と協働するデザイナ光合成NADPH増強経路の正味の結果は、光合成により生成されたATPおよびNADPHを用いて、次のプロセス反応に従って、二酸化炭素CO2および水H2Oから2-メチル-1-ブタノールCH3CH2CHCH3CH2OHを光生物学的に生産することである。10CO212H2O→2CH3CH2CHCH3CH2OH15O2[6][イソブタノールおよび3-メチル-1-ブタノールを生産するカルビン回路チャンネル経路]種々の実施例の1つによれば、カルビン回路の中間生成物である、3-ホスホグリセレートを採って、これを、図6において数字ラベル34、35、03-05、53-55、42、43または44で示すようにNADPH依存グリセルアルデヒド-3-ホスフェートデヒドロゲナーゼ34、NAD依存グリセルアルデヒド-3-ホスフェートデヒドロゲナーゼ35、ホスホグリセレートムターゼ03、エノラーゼ04、ピルビン酸キナーゼ05、アセト乳酸シンターゼ53、ケトール酸レダクトイソメラーゼ54、ジヒドロキシ酸デヒドラターゼ55、2-ケト酸デカルボキシラーゼ42、およびNAD依存アルコールデヒドロゲナーゼ43またはNADPH依存アルコールデヒドロゲナーゼ44を有する1組の酵素を例えば利用して、イソブタノールに変換する、デザイナカルビン回路チャンネル経路が形成される。カルビン回路と協働するこの経路の正味の結果は、光合成により生成されたATPおよびNADPHを用いて、次のプロセス反応に従って、二酸化炭素CO2および水H2OからイソブタノールCH32CHCH2OHを光生物学的に生産することである。4CO25H2O→CH32CHCH2OH6O2[7]他の実施例によれば、カルビン回路の中間生成物である、3-ホスホグリセレートを採って、これを、図6において数字ラベル34、35、03-05、53-55、40、38、39、42、43または44/57で示すようにNADPH依存グリセルアルデヒド-3-ホスフェートデヒドロゲナーゼ34、NAD依存グリセルアルデヒド-3-ホスフェートデヒドロゲナーゼ35、ホスホグリセレートムターゼ03、エノラーゼ04、ピルビン酸キナーゼ05、アセト乳酸シンターゼ53、ケトール酸レダクトイソメラーゼ54、ジヒドロキシ酸デヒドラターゼ55、2-イソプロピルリンゴ酸シンターゼ40、3-イソプロピルリンゴ酸デヒドラターゼ38、3-イソプロピルリンゴ酸デヒドロゲナーゼ39、2-ケト酸デカルボキシラーゼ42、およびNAD依存アルコールデヒドロゲナーゼ43またはNADPH依存アルコールデヒドロゲナーゼ44;または、より好ましくは、3-メチルブタナールレダクターゼ57を有する1組の酵素を例えば利用して、3-メチル-1-ブタノールに変換する、デザイナカルビン回路チャンネル経路が形成される。カルビン回路と協働するこの経路の正味の結果は、光合成により生成されたATPおよびNADPHを用いて、次のプロセス反応に従って、二酸化炭素CO2および水H2Oから3-メチル-1-ブタノールCH3CHCH3CH2CH2OHを光生物学的に生産することである。10CO212H2O→CH3CHCH3CH2CH2OH15O2[8]これらデザイナ経路図6では図4および5のデザイナ経路酵素の番号を流用する。ただし、3-メチルブタナールレダクターゼ57は好ましくは3-メチル-1-ブタノールの生産に使用される。これらはすべて、NADPH依存グリセルアルデヒド-3-ホスフェートデヒドロゲナーゼ34およびNAD依存グリセルアルデヒド-3-ホスフェートデヒドロゲナーゼ35を、光合成により生成されたHADPHの所定の量をNADHに変換するNADPH/NADH変換機構として使用し、このNADHをNADH要求アルコールデヒドロゲナーゼ43のようなNADH要求経路酵素に使用させることができるという共通の特徴を伴う。SEQIDNO:86は、デザイナnirAプロモータ制御の3-メチルブタナールレダクターゼ57のDNAコンストラクト1420bpの例86を表し、これはPCRFDプライマー配列1-20、231-bpのThermosynechococcuselongatusBP1からのnirAプロモータ21-251、SaccharomycescerevisiaeS288cの3-メチルブタナールレダクターゼDAA10635の配列から選択され修正された酵素エンコード配列252-1280、BP1からの120-bpのrbcSターミネータ1280-1400、および、3端のPCRREプライマー1401-1420を含む。SEQIDNO:58-66、82-84、69、7071は、カルビン回路3-ホスホグリセレート分岐光合成NADPH増強イソブタノール生産経路34、35、03-05、53-55、42、43または44を表現できる一組のサンプルデザイナ遺伝子を表現する。他方、SEQIDNO:58-62、82-84、65-67、69、および86は、他のカルビン回路3-ホスホグリセレート分岐光合成NADPH増強3-メチル-1-ブタノール生産経路図6における、34、35、03-05、53-55、40、38、39、42、および57を表現できる他の一組のサンプルデザイナ遺伝子を表現する。これらのデザイナ遺伝子は、図6において13-26、53-54、39-40、42、および57または43/44で示されるカルビン回路フルクトース-6-ホスフェート分岐3-メチル-1-ブタノール生産経路のような所定の他の経路を表出するために他の経路遺伝子と組み合わせて使用しても良い。カルビン回路と協働するデザイナ光合成NADPH増強経路の正味の結果は、光合成により生成されたATPおよびNADPHを用いて、二酸化炭素CO2および水H2OからイソブタノールCH32CHCH2OHおよび/または3-メチル-1-ブタノールCH3CHCH3CH2CH2OHを生産することでもある。[1-ヘキサノールおよび1-オクタノールを生産するカルビン回路チャンネル経路]種々の実施例の1つによれば、カルビン回路の中間生成物である、3-ホスホグリセレートを採って、これを、図7において数字ラベル34、35、03-10、07-12で示すようにNADPH依存グリセルアルデヒド-3-ホスフェートデヒドロゲナーゼ34、NAD依存グリセルアルデヒド-3-ホスフェートデヒドロゲナーゼ35、ホスホグリセレートムターゼ03、エノラーゼ04、ピルビン酸キナーゼ05、ピルビン酸フェレドキシンオキシドレダクターゼ06、チオラーゼ07、3-ヒドロキシブチリル-CoAデヒドロゲナーゼ08、クロトナーゼ09、ブチリル-CoAデヒドロゲナーゼ10、デザイナ3-ケトチオラーゼ07、デザイナ3-ヒドロキシアシル-CoAデヒドロゲナーゼ08、デザイナエノイル-CoAデヒドラターゼ09、デザイナ2-エノイル-CoAレダクターゼ10、デザイナアシル-CoAレダクターゼ11、およびヘキサノールデヒロゲナーゼ12を有する1組の酵素を例えば利用して、1-ヘキサノールに変換する、デザイナカルビン回路チャンネル経路が形成される。カルビン回路と協働するこの経路の正味の結果は、光合成により生成されたATPおよびNADPHを用いて、次のプロセス反応に従って、二酸化炭素CO2および水H2Oから1-ヘキサノールCH3CH2CH2CH2CH2CH2OHを光生物学的に生産することである。6CO27H2O→CH3CH2CH2CH2CH2CH2OH9O2[9]他の実施例によれば、カルビン回路の中間生成物である、3-ホスホグリセレートを採って、これを、図7において数字ラベル34、35、03-10、07-10、および07-12で示すようにNADPH依存グリセルアルデヒド-3-ホスフェートデヒドロゲナーゼ34、NAD依存グリセルアルデヒド-3-ホスフェートデヒドロゲナーゼ35、ホスホグリセレートムターゼ03、エノラーゼ04、ピルビン酸キナーゼ05、ピルビン酸フェレドキシンオキシドレダクターゼ06、チオラーゼ07、3-ヒドロキシブチリル-CoAデヒドロゲナーゼ08、クロトナーゼ09、ブチリル-CoAデヒドロゲナーゼ10、デザイナ3-ケトチオラーゼ07、デザイナ3-ヒドロキシアシル-CoAデヒドロゲナーゼ08、デザイナエノイル-CoAデヒドラターゼ09、デザイナ2-エノイル-CoAレダクターゼ10、デザイナ3-ケトチオラーゼ07、デザイナ3-ヒドロキシアシル-CoAデヒドロゲナーゼ08、デザイナエノイル-CoAデヒドラターゼ09、デザイナ2-エノイル-CoAレダクターゼ10、デザイナアシル-CoAレダクターゼ11、および、オクタノールデヒドロゲナーゼ12を有する1組の酵素を例えば利用して、1-ヘキサノールに変換する、デザイナカルビン回路チャンネル経路が形成される。これら経路は、さきに開示した1-ブタノール生産経路03-10の部分を伴う経路設計において著しく品質を向上させる。キーとなる特徴は、1-ヘキサノールを生産するために図7において07-12で示す、NADPH依存グリセルアルデヒド-3-ホスフェートデヒドロゲナーゼ34およびNAD依存グリセルアルデヒド-3-ホスフェートデヒドロゲナーゼ35を、NADPH/NADH変換機能として採用してNADPH要求デザイン炭化水素鎖伸長経路07ー10を駆動する点である。SEQIDNO:87-92は、一組の1-ヘキサノールを生産するためにデザイナ炭化水素鎖伸長経路図7において07-12で示すを表す。簡単に説明すると、SEQIDNO:87は、デザイナnirAプロモータ制御の3-ケトチオラーゼ07のDNAコンストラクト1540bpの例87を表し、これはPCRFDプライマー配列1-20、231-bpのThermosynechococcuselongatusBP1からのnirAプロモータ21-251、Geobacilluskaustophilusの3-ケトチオラーゼYP_147173の配列から選択され修正された酵素エンコード配列252-1400、BP1からの120-bpのrbcSターミネータ1401-1520、および、PCRREプライマー1521-1540を含む。SEQIDNO:88は、デザイナnirAプロモータ制御の3-ヒドロキシアシル-CoAデヒドロゲナーゼ08のDNAコンストラクト1231bpの例88を表し、これはPCRFDプライマー配列1-20、231-bpのThermosynechococcuselongatusBP1からのnirAプロモータ21-251、Syntrophothermuslipocalidusの3-ヒドロキシアシル-CoAデヒドロゲナーゼYP_003702743の配列から選択され修正された酵素エンコード配列252-1091、BP1からの120-bpのrbcSターミネータ1092-1211、および、PCRREプライマー1212-1231を含む。SEQIDNO:89は、デザイナnirAプロモータ制御のエノイル-CoAデヒドラターゼ09のDNAコンストラクト1162bpの例89を表し、これはPCRFDプライマー配列1-20、231-bpのThermosynechococcuselongatusBP1からのnirAプロモータ21-251、Bordetellapetriiのエノイル-CoAデヒドラターゼCAP41574の配列から選択され修正された酵素エンコード配列252-1022、BP1からの120-bpのrbcSターミネータ1023-1442、および、3端のPCRREプライマー1443-1162を含む。SEQIDNO:90は、デザイナnirAプロモータ制御の2-エノイル-CoAレダクターゼ10のDNAコンストラクト1561bpの例90を表し、これはPCRFDプライマー配列1-20、231-bpのThermosynechococcuselongatusBP1からのnirAプロモータ21-251、Xanthomonascampestrisの2-エノイル-CoAレダクターゼCAP53709の配列から選択され修正された酵素エンコード配列252-1421、BP1からの120-bpのrbcSターミネータ1422-1541、および、PCRREプライマー1542-1561を含む。SEQIDNO:91は、デザイナnirAプロモータ制御のアシル-CoAレダクターゼ11のDNAコンストラクト1747bpの例91を表し、これはPCRFDプライマー配列1-20、231-bpのThermosynechococcuselongatusBP1からのnirAプロモータ21-251、Clostridiumcellulovoransのアシル-CoAレダクターゼYP_003845606の配列から選択され修正された酵素エンコード配列252-1607、BP1からの120-bpのrbcSターミネータ1608-1727、および、PCRREプライマー1728-1747を含む。SEQIDNO:92は、デザイナnirAプロモータ制御のヘキサノールデヒドロゲナーゼ12のDNAコンストラクト1450bpの例92を表し、これはPCRFDプライマー配列1-20、231-bpのThermosynechococcuselongatusBP1からのnirAプロモータ21-251、MycobacteriumchubuenseのヘキサノールデヒドロゲナーゼACZ56328の配列から選択され修正された酵素エンコード配列252-1310、BP1からの120-bpのrbcSターミネータ1311-1430、および、PCRREプライマー1431-1450を含む。SEQIDNO:93は、デザイナnirAプロモータ制御のオクタノールデヒドロゲナーゼ12のDNAコンストラクト1074bpの例93を表し、これはPCRFDプライマー配列1-20、231-bpのThermosynechococcuselongatusBP1からのnirAプロモータ21-251、Drosophilasubobscuraのオクタノールデヒドロゲナーゼの配列から選択され修正された酵素エンコード配列252-934、BP1からの120-bpのrbcSターミネータ935-1054、および、3端のPCRREプライマー1055-1074を含む。SEQIDNO:87-91のデザイナ酵素は所定の広範な基質特異性を伴うことに留意されたい。この結果、これらは、デザイナ3-ケトチオラーゼ07、デザイナ3-ヒドロキシアシル-CoAデヒドロゲナーゼ08、デザイナエノイル-CoAデヒドラターゼ09、デザイナ2-エノイル-CoAレダクターゼ10、および、デザイナアシル-CoAレダクターゼ11としても使用できる。したがって、SEQIDNO:87-91および93は、1-オクタノール生産のための他のデザイナ炭化水素鎖伸長経路図7において07-10および07ー12で示すを表現することができる1組のデザイナ遺伝子を表す。SEQIDNO:93オクタノールデヒドロゲナーゼ12をエンコードするはこの経路において1-オクタノールを生産可能にするキーとなるデザイナ遺伝子である。カルビン回路と協働するこの経路の正味の結果は、光合成により生成されたATPおよびNADPHを用いて、次のプロセス反応に従って、二酸化炭素CO2および水H2Oから1-オクタノールCH3CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2OHを光生物学的に生産することである。8CO29H2O→CH3CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2OH12O2[10][1-ペンタノール、1-ヘキサノールおよび1-ヘプタノールを生産するカルビン回路チャンネル経路]種々の実施例の1つによれば、カルビン回路の中間生成物である、3-ホスホグリセレートを採って、これを、図8において数字ラベル34、35、03-05、36-41、39、39-43、39ー43、12、および39ー43で示すようにNADPH依存グリセルアルデヒド-3-ホスフェートデヒドロゲナーゼ34、NAD依存グリセルアルデヒド-3-ホスフェートデヒドロゲナーゼ35、ホスホグリセレートムターゼ03、エノラーゼ04、ピルビン酸キナーゼ05、シトラマレートシンターゼ36、2-メチルリンゴ酸デヒドラターゼ37、3-イソプロピルリンゴ酸デヒドラターゼ38、3-イソプロピルリンゴ酸デヒドロゲナーゼ39、2-イソプロピルリンゴ酸シンターゼ40、イソプロピルリンゴ酸イソメラーゼ41、3-イソプロピルリンゴ酸デヒドロゲナーゼ39、デザイナイソプロピルリンゴ酸シンターゼ40、デザイナイソプロピルリンゴ酸イソメラーゼ41、デザイナ3-イソプロピルリンゴ酸デヒドロゲナーゼ39、デザイナ2-ケト酸デカルボキシラーゼ42、短鎖アルコールデヒドロゲナーゼ43、ヘキサノールデヒドロゲナーゼ12、デザイナイソプロピルリンゴ酸シンターゼ40、デザイナイソプロピルリンゴ酸イソメラーゼ41、デザイナ3-イソプロピルリンゴ酸デヒドロゲナーゼ39、デザイナ2-ケト酸デカルボキシラーゼ42、およびデザイナアセト乳酸シンターゼ53、ケトール酸レダクトイソメラーゼ54、ジヒドロキシ酸デヒドラターゼ55、2-ケト酸デカルボキシラーゼ42、および、短鎖アルコールデヒドロゲナーゼ43を有する1組の酵素を例えば利用して、1-ペンタノール、1-ヘキサノール、および/または、1-ヘプタノールに変換する、デザイナカルビン回路チャンネル経路が形成される。この経路は、カルビン回路と協働して、光合成により生成されたATPおよびNADPHを用いて、次のプロセス反応に従って、二酸化炭素CO2および水H2Oから1-ペンタノールCH3CH2CH2CH2CH2OH、1-ヘキサノールCH3CH2CH2CH2CH2CH2OH、および/または1-ヘプタノールCH3CH2CH2CH2CH2CH2CH2OHを光生物学的に生産することである。10CO212H2O→2CH3CH2CH2CH2CH2OH15O2[11]6CO27H2O→CH3CH2CH2CH2CH2CH2OH9O2[12]14CO216H2O→2CH3CH2CH2CH2CH2CH2CH2OH21O2[13]他の実施例によれば、カルビン回路の中間生成物である、3-ホスホグリセレートを採って、これを、図8において数字ラベル34、35、03-05、45-52、40、41、39、39-43、12、および39ー43で示すようにNADPH依存グリセルアルデヒド-3-ホスフェートデヒドロゲナーゼ34、NAD依存グリセルアルデヒド-3-ホスフェートデヒドロゲナーゼ35、ホスホグリセレートムターゼ03、エノラーゼ04、ホスホエノールピルビン酸カルボキシラーゼ45、アスパラギン酸アミノトランスフェラーゼ46、アスパルトキナーゼ47、アスパラギン酸セミアルデヒドデヒドロゲナーゼ48、ホモセリンデヒドロゲナーゼ49、ホモセリンキナーゼ50、トレオニンシンターゼ51、トレオニンアンモニアリアーゼ52、2-イソプロピルリンゴ酸シンターゼ40、イソプロピルリンゴ酸イソメラーゼ41、3-イソプロピルリンゴ酸デヒドロゲナーゼ39、デザイナイソプロピルリンゴ酸シンターゼ40、デザイナイソプロピルリンゴ酸イソメラーゼ41、デザイナ3-イソプロピルリンゴ酸デヒドロゲナーゼ39、デザイナ2-ケト酸デカルボキシラーゼ42、短鎖アルコールデヒドロゲナーゼ43、ヘキサノールデヒドロゲナーゼ12、デザイナイソプロピルリンゴ酸シンターゼ40、デザイナイソプロピルリンゴ酸イソメラーゼ41、デザイナ3-イソプロピルリンゴ酸デヒドロゲナーゼ39、デザイナ2-ケト酸デカルボキシラーゼ42、および短鎖アルコールデヒドロゲナーゼ43を有する1組の酵素を例えば利用して、1-ペンタノール、1-ヘキサノール、および/または、1-ヘプタノールに変換する、デザイナカルビン回路チャンネル経路が形成される。これら経路図8は、NADPH依存グリセルアルデヒド-3-ホスフェートデヒドロゲナーゼ34およびNAD依存グリセルアルデヒド-3-ホスフェートデヒドロゲナーゼ35を、NADPH/NADH変換機構として使用し、デザイナカルビン回路チャンネル経路をデザイナ炭化水素鎖伸長経路40、41、39と組み合わせて、1-ペンタノール、1-ヘキサノールおよび/または1-ヘプタノールの生産を推進するという共通の特徴を伴う。この実施例は、2-イソプロピルリンゴ酸シンターゼ40、イソプロピルリンゴ酸イソメラーゼ41、3-イソプロピルリンゴ酸デヒドロゲナーゼ39、2-ケト酸デカルボキシラーゼ42、および短鎖アルコールデヒドロゲナーゼ43が、デザイナイソプロピルリンゴ酸シンターゼ40、デザイナイソプロピルリンゴ酸イソメラーゼ41、デザイナ3-イソプロピルリンゴ酸デヒドロゲナーゼ39、デザイナ2-ケト酸デカルボキシラーゼ42、短鎖アルコールデヒドロゲナーゼ43、デザイナイソプロピルリンゴ酸シンターゼ40、デザイナイソプロピルリンゴ酸イソメラーゼ41、デザイナ3-イソプロピルリンゴ酸デヒドロゲナーゼ39、デザイナ2-ケト酸デカルボキシラーゼ42、および短鎖アルコールデヒドロゲナーゼ43として機能できるようにして、これらの広範な基質特異性の利点も有する。この場合、所定の混乱性を伴って適切に短鎖アルコールデヒドロゲナーゼを選択するも重要である。SEQIDNO:94は、デザイナnirAプロモータ制御の短鎖アルコールデヒドロゲナーゼのDNAコンストラクト1096bpの例94を表し、これはPCRFDプライマー配列1-20、231-bpのThermosynechococcuselongatusBP1からのnirAプロモータ21-251、PyrococcusfuriosusDSM3638の短鎖アルコールデヒドロゲナーゼAAC25556の配列から選択され修正された酵素エンコード配列252-956、BP1からの120-bpのrbcSターミネータ957-1076、および、3端のPCRREプライマー1077-1096を含む。したがって、SEQIDNO:58-69および94は、図8において数字ラベル34、35、03-05、36-41、39、39-43、39-43で示されるカルビン回路3-ホスホグリセレート分岐光合成NADPH増強1-ペンタノール、1-ヘキサノールおよび/または1-ヘプタノール生産経路を表現できる一組のデザイナ遺伝子を表現する。同様に、SEQIDNO:58-61、74-81、66-69、および94は、図8において数字ラベル34、35、03、04、45-52、40、41、39、39-43、39-43で示されるカルビン回路3-ホスホグリセレート分岐光合成NADPH増強1-ペンタノール、1-ヘキサノールおよび/または1-ヘプタノール生産経路を表現できる他の一組のサンプルデザイナ遺伝子を表現する。ここで、これら2つの経路は、ともに、単一のアルコールではなく異なる鎖長のアルコール混合物を生成することに留意されたい。なぜならば、混雑性を伴う、デザイナ2-ケト酸デカルボキシラーゼ42およびデザイナ短鎖アルコールデヒドロゲナーゼ43を利用して、2-ケト酸例えば2-ケトヘキサノエート、2-ケトヘプタノエート、および2-ケトオクタノエートがアルコールに変換されるからである。生成物の特定性を向上させるには、基質特異性のあるデザイナ酵素を使用することが好ましいプラクティスである。例えば、混雑性の短鎖アルコールデヒドロゲナーゼ43の代わりに基質特異性のあるデザイナ1-ヘキサノールデヒドロゲナーゼ12SEQIDNO:92を使用すれば、1-ヘキサノールについての生成物特定性が向上する。この結果、SEQIDNO:58-69および92は、図8において数字ラベル34、35、03-05、36-41、39、39-43、39-42および12で示されるカルビン回路3-ホスホグリセレート分岐光合成NADPH増強1-ヘキサノール生産経路を表現できる一組のサンプルデザイナ遺伝子を表現する。[3-メチル-1-ペンタノール、4-メチル-1-ヘキサノール、および5-メチル-1-ヘプタノールを生産するカルビン回路チャンネル経路]種々の実施例の1つによれば、カルビン回路の中間生成物である、3-ホスホグリセレートを採って、これを、図9において数字ラベル34、35、03-05、36-39、53-55、39-43、39ー43、および39ー43で示すようにNADPH依存グリセルアルデヒド-3-ホスフェートデヒドロゲナーゼ34、NAD依存グリセルアルデヒド-3-ホスフェートデヒドロゲナーゼ35、ホスホグリセレートムターゼ03、エノラーゼ04、ピルビン酸キナーゼ05、シトラマレートシンターゼ36、2-メチルリンゴ酸デヒドラターゼ37、3-イソプロピルリンゴ酸デヒドラターゼ38、3-イソプロピルリンゴ酸デヒドロゲナーゼ39、アセト乳酸シンターゼ53、ケトール酸レダクターゼ54、ジヒドロキシ酸デヒドラターゼ55、デザイナイソプロピルリンゴ酸シンターゼ40、デザイナイソプロピルリンゴ酸イソメラーゼ41、デザイナ3-イソプロピルリンゴ酸デヒドロゲナーゼ39、デザイナ2-ケト酸デカルボキシラーゼ42、短鎖アルコールデヒドロゲナーゼ43、デザイナイソプロピルリンゴ酸シンターゼ40、デザイナイソプロピルリンゴ酸イソメラーゼ41、デザイナ3-イソプロピルリンゴ酸デヒドロゲナーゼ39、デザイナ2-ケト酸デカルボキシラーゼ42、および短鎖アルコールデヒドロゲナーゼ43を有する1組の酵素を例えば利用して、3-メチル-1-ペンタノール、4-メチル-1-ヘキサノール、および/または、5-メチル-1-ヘプタノールに変換する、デザイナカルビン回路チャンネル経路が形成される。他の実施例によれば、この中間生成物である、3-ホスホグリセレートを採って、これを、図9において数字ラベル34、35、03、04、45-55、39、39-43、39-43、および39ー43で示すようにNADPH依存グリセルアルデヒド-3-ホスフェートデヒドロゲナーゼ34、NAD依存グリセルアルデヒド-3-ホスフェートデヒドロゲナーゼ35、ホスホグリセレートムターゼ03、エノラーゼ04、ホスホエノールピルビン酸カルボキシラーゼ45、アスパラギン酸アミノトランスフェラーゼ46、アスパルトキナーゼ47、アスパラギン酸セミアルデヒドデヒドロゲナーゼ48、ホモセリンデヒドロゲナーゼ49、ホモセリンキナーゼ50、トレオニンシンターゼ51、トレオニンアンモニアリアーゼ52、アセト乳酸シンターゼ53、ケトール酸レダクトイソメラーゼ54、ジヒドロキシ酸デヒドラターゼ55、デザイナイソプロピルリンゴ酸シンターゼ40、デザイナイソプロピルリンゴ酸イソメラーゼ41、デザイナ3-イソプロピルリンゴ酸デヒドロゲナーゼ39、デザイナ2-ケト酸デカルボキシラーゼ42、短鎖アルコールデヒドロゲナーゼ43、デザイナイソプロピルリンゴ酸シンターゼ40、デザイナイソプロピルリンゴ酸イソメラーゼ41、デザイナ3-イソプロピルリンゴ酸デヒドロゲナーゼ39、デザイナ2-ケト酸デカルボキシラーゼ42、および短鎖アルコールデヒドロゲナーゼ43を有する1組の酵素を例えば利用して、3-メチル-1-ペンタノール、4-メチル-1-ヘキサノール、および/または、5-メチル-1-ヘプタノールに変換する、デザイナカルビン回路チャンネル経路が形成される。これら経路図9は、図8に示す経路と類似である。ただし、これらは、アセト乳酸シンターゼ53、ケトール酸レダクトイソメラーゼ54、ジヒドロキシ酸デヒドラターゼ55、および、2-メチルブチルアルデヒドレダクターゼ56を、3-メチル-1-ペンタノール、4-メチル-1-ヘキサノール、および/または、5-メチル-1-ヘプタノールの生産経路の一部として使用する点で異なる。これらは、すべて、NADPH依存グリセルアルデヒド-3-ホスフェートデヒドロゲナーゼ34およびNAD依存グリセルアルデヒド-3-ホスフェートデヒドロゲナーゼ35を、NADPH/NADH変換機構として使用し、デザイナカルビン回路チャンネル経路をデザイナ炭化水素鎖伸長経路40、41、39と組み合わせて、3-メチル-1-ペンタノール、4-メチル-1-ヘキサノール、および/または、5-メチル-1-ヘプタノールの生産を推進するという共通の特徴を伴う。この実施例は、2-イソプロピルリンゴ酸シンターゼ40、イソプロピルリンゴ酸イソメラーゼ41、3-イソプロピルリンゴ酸デヒドロゲナーゼ39、2-ケト酸デカルボキシラーゼ42、および短鎖アルコールデヒドロゲナーゼ43が、デザイナイソプロピルリンゴ酸シンターゼ40、デザイナイソプロピルリンゴ酸イソメラーゼ41、デザイナ3-イソプロピルリンゴ酸デヒドロゲナーゼ39、デザイナ2-ケト酸デカルボキシラーゼ42、短鎖アルコールデヒドロゲナーゼ43、デザイナイソプロピルリンゴ酸シンターゼ40、デザイナイソプロピルリンゴ酸イソメラーゼ41、デザイナ3-イソプロピルリンゴ酸デヒドロゲナーゼ39、デザイナ2-ケト酸デカルボキシラーゼ42、および短鎖アルコールデヒドロゲナーゼ43として機能できるようになし、これらの広範な基質特異性の利点も有する。したがって、SEQIDNO:58-69、82-84、および94は、図9において数字ラベル34、35、03-05、36-39、53-55、39-43、39-43、および39-43で示されるカルビン回路3-ホスホグリセレート分岐光合成NADPH増強、3-メチル-1-ペンタノール、4-メチル-1-ヘキサノール、および/または、5-メチル-1-ヘプタノール生産経路を表現できる一組のデザイナ遺伝子を表現する。同様に、SEQIDNO:58-61、74-81、82-84、66-69、および94は、図9において数字ラベル34、35、03、04、45-55、39-43、39-43、39-43で示されるカルビン回路3-ホスホグリセレート分岐光合成NADPH増強3-メチル-1-ペンタノール、4-メチル-1-ヘキサノール、および/または、5-メチル-1-ヘプタノール生産経路を表現できる他の一組のサンプルデザイナ遺伝子を表現する。カルビン回路と協働するデザイナ光合成NADPH増強経路の正味の結果は、光合成により生成されたATPおよびNADPHを用いて、次のプロセス反応に従って、二酸化炭素CO2および水H2Oから3-メチル-1-ペンタノールCH3CH2CHCH3CH2CH2OH、4-メチル-1-ヘキサノールCH3CH2CHCH3CH2CH2CH2OH、および5-メチル-1-ヘプタノールCH3CH2CHCH3CH2CH2CH2CH2OHを生産することである。6CO27H2O→CH3CH2CHCH3CH2CH2OH9O2[14]14CO216H2O→2CH3CH2CHCH3CH2CH2CH2OH21O2[15]8CO29H2O→CH3CH2CHCH3CH2CH2CH2CH2OH12O2[16][4-メチル-1-ペンタノール、5-メチル-1-ヘキサノール、および6-メチル-1-ヘプタノールを生産するカルビン回路チャンネル経路]種々の実施例の1つによれば、カルビン回路の中間生成物である、3-ホスホグリセレートを採って、これを、図10において数字ラベル34、35、03-05、53-55、40、38、39、39-43、39ー43、および39ー43で示すようにNADPH依存グリセルアルデヒド-3-ホスフェートデヒドロゲナーゼ34、NAD依存グリセルアルデヒド-3-ホスフェートデヒドロゲナーゼ35、ホスホグリセレートムターゼ03、エノラーゼ04、ピルビン酸キナーゼ05、アセト乳酸シンターゼ53、ケトール酸レダクターゼ54、ジヒドロキシ酸デヒドラターゼ55、イソプロピルリンゴ酸シンターゼ40、3-イソプロピルリンゴ酸デヒドラターゼ38、3-イソプロピルリンゴ酸デヒドロゲナーゼ39、デザイナイソプロピルリンゴ酸シンターゼ40、デザイナイソプロピルリンゴ酸イソメラーゼ41、デザイナ3-イソプロピルリンゴ酸デヒドロゲナーゼ39、デザイナ2-ケト酸デカルボキシラーゼ42、短鎖アルコールデヒドロゲナーゼ43、デザイナイソプロピルリンゴ酸シンターゼ40、デザイナイソプロピルリンゴ酸イソメラーゼ41、デザイナ3-イソプロピルリンゴ酸デヒドロゲナーゼ39、デザイナ2-ケト酸デカルボキシラーゼ42、および短鎖アルコールデヒドロゲナーゼ43を有する1組の酵素を例えば利用して、4-メチル-1-ペンタノール、5-メチル-1-ヘキサノール、および/または、6-メチル-1-ヘプタノールに変換する、デザイナカルビン回路チャンネル経路が形成される。これら経路図10は、図8に示す経路と類似である。ただし、これらは、シトラマレートシンターゼ36、および2-メチルリンゴ酸デヒドラターゼ37を使用せず、アセト乳酸シンターゼ53、ケトール酸レダクトイソメラーゼ54、ジヒドロキシ酸デヒドラターゼ55を、4-メチル-1-ペンタノール、5-メチル-1-ヘキサノール、および/または、6-メチル-1-ヘプタノールの生産経路の一部として使用する点で異なる。これらは、すべて、NADPH依存グリセルアルデヒド-3-ホスフェートデヒドロゲナーゼ34およびNAD依存グリセルアルデヒド-3-ホスフェートデヒドロゲナーゼ35を、NADPH/NADH変換機構として使用し、デザイナカルビン回路チャンネル経路をデザイナ炭化水素鎖伸長経路40、41、39と組み合わせて、4-メチル-1-ペンタノール、5-メチル-1-ヘキサノール、および6-メチル-1-ヘプタノールの生産を推進するという共通の特徴を伴う。この実施例は、2-イソプロピルリンゴ酸シンターゼ40、イソプロピルリンゴ酸イソメラーゼ41、3-イソプロピルリンゴ酸デヒドロゲナーゼ39、2-ケト酸デカルボキシラーゼ42、および短鎖アルコールデヒドロゲナーゼ43が、デザイナイソプロピルリンゴ酸シンターゼ40、デザイナイソプロピルリンゴ酸イソメラーゼ41、デザイナ3-イソプロピルリンゴ酸デヒドロゲナーゼ39、デザイナ2-ケト酸デカルボキシラーゼ42、短鎖アルコールデヒドロゲナーゼ43、デザイナイソプロピルリンゴ酸シンターゼ40、デザイナイソプロピルリンゴ酸イソメラーゼ41、デザイナ3-イソプロピルリンゴ酸デヒドロゲナーゼ39、デザイナ2-ケト酸デカルボキシラーゼ42、および短鎖アルコールデヒドロゲナーゼ43として機能できるようになし、これらの広範な基質特異性の利点も有する。したがって、SEQIDNO:58-62、82-84、65-69、および94は、図10において数字ラベル34、35、03-05、53-55、40、38、39、39-43、39-43、および39-43で示されるカルビン回路3-ホスホグリセレート分岐光合成NADPH増強、4-メチル-1-ペンタノール、5-メチル-1-ヘキサノール、および/または、6-メチル-1-ヘプタノール生産経路を表現できる一組のデザイナ遺伝子を表現する。カルビン回路と協働するデザイナ光合成NADPH増強経路の正味の結果は、光合成により生成されたATPおよびNADPHを用いて、次のプロセス反応に従って、二酸化炭素CO2および水H2Oから4-メチル-1-ペンタノールCH3CHCH3CH2CH2CH2OH、5-メチル-1-ヘキサノールCH3CHCH3CH2CH2CH2CH2OH、および6-メチル-1-ペプタノールCH3CHCH3CH2CH2CH2CH2CH2OHを生産することである。6CO27H2O→CH3CHCH3CH2CH2CH2OH9O2[17]14CO216H2O→2CH3CHCH3CH2CH2CH2CH2OH21O2[18]8CO29H2O→CH3CHCH3CH2CH2CH2CH2CH2OH12O2[19][ブタノールおよび関連高級アルコールを生産するカルビン回路チャンネル経路を伴うデザイナオキシホトバクテリア]種々の実施例の1つによれば、所定のオキシホトバクテリアホストの遺伝子形質探検においてデザイナDNAを使用することにより、二酸化炭素および水からブタノールおよび関連高級アルコールを光生物学的に生産するカルビン回路チャンネル経路を伴う種々の遺伝子組み替えオキシホトバクテリアを形成できる。デザイナ遺伝子組み替え光合成有機体ベースのバイオ燃料生産に使用する際にバイオセーフティを確実にするには、バイオセーフティ防護された特徴をデザイナ遺伝子組み換え光合成有機体にも組み込むことが好ましいプラクティスである。したがって、この発明によれば、デザイナ遺伝子組み替えオキシホトバクテリアを含む種々のデザイナ光合成有機体が、細胞分裂制御可能なデザイナ遺伝子組み替え古豪性有機体をベースにしてバイオセーフティ防護された光生物学的バイオ燃料生産技術を用いて形成される。細胞分裂制御可能なデザイナ高暴政有機体は2つのキーとなる機能を含む。すなわち、デザイナバイオセーフティ機能およびデザイナバイオ燃料生産経路である。デザイナバイオセーフティ特徴は多くのメカニズムにより付与され、これは、1デザイナプロトンチャンネルを細胞質膜に誘導可能に挿入してどのような細胞分裂もメーティング能力も永久に不能にすること、2デザイナ細胞分裂サイクル制御タンパク質または干渉RNAiRNAを選択的に適用して細胞分裂サイクルを永久に阻害し、好ましくは細胞をG1相またはG0状態に保持すること、および、3デザイナバイオ燃料生産経路を表出のために高CO2要求ホスト光合成有機体を革新的に使用することを含む。デザイナ細胞分裂制御技術は、光合成バイオ燃料生産のためのデザイナ有機体に使用してバイオセーフティが確実になるように支援できる。光生物学的にブタノールおよび関連高級アルコールを生産するためにデザイナ遺伝子組み替えオキシホトバクテリアを形成する際にホスト有機体として選択して使用できるオキシホトバクテリアシアノバクテリアおよびオキシクロロバクテリアを含むはこれに限定されないが以下を含む。すなわち、ThermosynechococcuselongatusBP-l、Nostocsp.PCC7120、SynechococcuselongatusPCC6301、Syncechococcussp.strainPCC7942、Syncechococcussp.strainPCC7002、Syncechocystissp.strainPCC6803、ProchlorococcusmarinusMED4、ProchlorococcusmarinusMIT9313,ProchlorococcusmarinusNATLIA、ProchlorococcusSS120、SpirulinaplatensisArthrospiraplatensis、Spirulinapacifica、Lyngbyamajuscule、Anabaenasp.,Synechocystissp.、Synechococcuselongates、SynechococcusMC-A、Trichodesmiumsp.、Richeliaintracellularis、SynechococcusWH7803、SynechococcusWH8102、Nostocpunctiforme、Syncechococcussp.strainPCC7943、SynechocyitisPCC6714phycocyanin-deficientmutantPD-l、Cyanothecestrain51142、Cyanothecesp.CCYO110、Oscillatorialimosa、Lyngbyamajuscula、Symplocamuscorum、Gloeobacterviolaceus、Prochlorondidemni、Prochlorothrixhollandica、Prochlorococcusmarinus、ProchlorococcusSS120、SynechococcusWH8102、Lyngbyamajuscula、Symplocamuscorum、Synechococcusbigranulatus,cryophilicOscillatoriasp.、Phormidiumsp.、Nostocsp.-l、Calothrixparietina、thermophilicSynechococcusbigranulatus、Synechococcuslividus、thermophilicMastigocladuslaminosus、ChlorogloeopsisfritschiiPCC6912、Synechococcusvulcanus、Synechococcussp.strainMA4、Synechococcussp.strainMAI9、およびThermosynechococcuselongatusを含む。例の1つによれば、ThermosynechococcuselongatusBP-1のような所定のオキシホトバクテリアホストを、SEQIDNO:58-94のようなデザイナDNAコンストラクトを使用して、遺伝子形質転換すると、ブタノールおよび関連高級アルコールを生産するカルビン回路チャンネル経路と伴う一連のデザイナ遺伝子オキシホトバクテリアを形成できる。この結果、SEQIDNO:58-61、74-81、66-69、および72および/または73は、二酸化炭素および水から1-ブタノールを光生物学的に生産するカルビン回路3-ホスホグリセレート分岐光合成NADPH増強1-ブタノール生産経路図4において34、35、03、04、45-52、40、41、39、42、および12として数字ラベル付けされるのデザイナ遺伝子を有するデザイナ遺伝子組み替えThermosynechococcusのようなデザイナ遺伝子組み換えオキシホトバクテリアを表現する。また、SEQIDNO:58-69、および72および/または73は、二酸化炭素および水から1-ブタノールを光生物学的に生産するカルビン回路3-ホスホグリセレート分岐光合成NADPH増強1-ブタノール生産経路図4において34、35、03-05、36-42、および12として数字ラベル付けされるのデザイナ遺伝子を有するデザイナ遺伝子組み替えThermosynechococcusのような他のデザイナ遺伝子組み換えオキシホトバクテリアを表現する。同様に、SEQIDNO:58-66、82-84、69、および85は、二酸化炭素および水から2-メチル-1-ブタノールを光生物学的に生産するカルビン回路3-ホスホグリセレート分岐光合成NADPH増強2-メチル-1-ブタノール生産経路図5において34、35、03-05、36-39、53-55、42、および56として数字ラベル付けされるを伴うデザイナ遺伝子組み替えThermosynechococcusのような他のデザイナ遺伝子組み換えオキシホトバクテリアを表現する。他方、SEQIDNO:58-61、74-84、69および85は、二酸化炭素および水から2-メチル-1-ブタノールを光生物学的に生産するカルビン回路3-ホスホグリセレート分岐光合成NADPH増強2-メチル-1-ブタノール生産経路図5において34、35、03、04、45-55、42、および56として数字ラベル付けされるを伴う他のデザイナ遺伝子組み替えThermosynechococcusを表現する。SEQIDNO:58-63、82-84、69、70または71は、カルビン回路3-ホスホグリセレート分岐光合成NADPH増強イソブタノール生産経路34、35、03-05、53-5、42、43、または44を伴うデザイナ遺伝子組み替えThermosynechococcusのような他のデザイナ遺伝子組み換えオキシホトバクテリアを表現する。他方、SEQIDNO:58-62、81-83、65-67、69、および86は、カルビン回路3-ホスホグリセレート分岐光合成NADPH増強3-メチル-1-ブタノール生産経路図6において34、35、03-05、53-55、40、38、39、42、および57として数字ラベル付けされるを伴う他のデザイナ遺伝子組み替えThermosynechococcusを表現する。SEQIDNO:87-89は、光生物学的に1-ヘキサノールを生産するためのデザイナ炭化水素鎖伸長経路図7に07-12で示されるを伴う他のデザイナ遺伝子組み替えThermosynechococcusを表現する。他方、SEQIDNO:87-91、および93は、光生物学的に1-オクタノールを生産するためのデザイナ炭化水素鎖伸長経路図7に07-10、および07-12で示されるを伴う他のデザイナ遺伝子組み替えThermosynechococcusを表現する。SEQIDNO:58-69、および92は、二酸化炭素および水から1-ヘキサノールを光生物学的に生産するデザイナカルビン回路3-ホスホグリセレート分岐光合成NADPH増強経路図9の34、35、03-05、36-39、53-55、39-40、39-42、および12を伴う他のデザイナ遺伝子組み替えThermosynechococcusを表現する。SEQIDNO:58-69、82-84、および94は、二酸化炭素および水から3-メチル-1-ペンタノール、4-メチル-1-ヘキサノール、および5-メチル-1-ヘプタノールを光生物学的に生産するデザイナカルビン回路3-ホスホグリセレート分岐光合成NADPH増強経路図9の34、35、03-05、36-39、53-55、39-43、39-43、39-43を伴うデザイナ遺伝子組み替えThermosynechococcusを表現する。また、SEQIDNO:58-61、74-81、82-84、66-69、および94は、二酸化炭素および水から3-メチル-1-ペンタノール、4-メチル-1-ヘキサノール、および5-メチル-1-ヘプタノールを光生物学的に生産するカルビン回路3-ホスホグリセレート分岐光合成NADPH増強経路図9の34、35、03、04、45-55、39-43、39-43、39-43を伴う他のデザイナ遺伝子組み替えThermosynechococcusを表現する。SEQIDNO:58-62、82-84、および94は、二酸化炭素および水から4-メチル-1-ペンタノール、5-メチル-1-ヘキサノール、および/または6-メチル-1-ヘプタノールを光生物学的に生産するデザイナカルビン回路3-ホスホグリセレート分岐光合成NADPH増強経路ラベル図10の34、35、03-05、53-55、40、38、39、39-43、39-43、および39-43を伴うデザイナ遺伝子組み替えThermosynechococcusを表現する。適切なデザイナDNAコンストラクト遺伝子を利用して遺伝子形質転換を行うために、Synechococcussp.strainPCC7942、Synechocystissp.strainPCC6803、Prochlorococcusmarinus、Cyanothecesp.ATCC51142のようなホストオキシホトバクテリアを利用すると、ブタノールおよび高級アルコールを光生物学的に生産する他のデザイナオキシホトバクテリアを形成できる。例えば、SEDIDNO:95-98および/または99を利用する遺伝子形質転換に、Synechococcussp.strainPCC7942をホスト有機体として用いると、1-ブタノールを光生物学的に生産するデザイナ遺伝子組み替えSynechococcusを形成できる。簡単に説明すると、SEQIDNO:95は、デザイナNADPH依存グリセルアルデヒド-3-ホスフェートデヒドロゲナーゼ34の遺伝子の詳細なDNAコンストラクト1438塩基対bpの例95を表し、これは、PCRFDプライマー配列1-20、Synechococcussp.strainPCC7942淡水シアノバクテリアのニトライトレダクターゼ遺伝子プロモータ配列から選択された、88-bpのnirAプロモータ21-108、StaphylococcusのNADPH依存グリセルアルデヒド-3-ホスフェートヒドロゲナーゼ配列ジェンバンク受入番号:YP_003471459から選択され修正された酵素エンコード配列109-1110、308-bpのSynechococcusのrbcSターミネータ1111-1418、および、PCRREプライマー1419-1438を含む。SEQIDNO:96は、デザイナNAD依存グリセルアルデヒド-3-ホスフェートデヒドロゲナーゼ35の遺伝子の詳細なDNAコンストラクト1477bpの例96を表し、これは、PCRFDプライマー配列1-20、Synechococcusのニトライトレダクターゼ遺伝子プロモータ配列から選択された、88-bpのnirAプロモータ21-108、StaphylococcusaureusのNAD依存グリセルアルデヒド-3-ホスフェートデヒドロゲナーゼ配列ジェンバンク受入番号:ADC36961から選択され修正された酵素エンコード配列109-1119、308-bpのSynechococcusのrbcSターミネータ1120-1427、および、PCRREプライマー1428-1447を含む。SEQIDNO:97は、デザイナ2-ケト酸デカルボキシラーゼ42の遺伝子の詳細なDNAコンストラクト2080bpの例97を表し、これは、PCRFDプライマー配列1-20、Synechococcusのニトライトレダクターゼ遺伝子プロモータ配列から選択された、88-bpのnirAプロモータ21-108、Lactococcuslactisの分岐鎖アルファ-ケト酸デカルボキシラーゼジェンバンク受入番号:AAS49166から選択され酵素エンコード配列109-1752、308-bpのSynechococcusのrbcSターミネータ1753-2060、および、PCRREプライマー2060-2080を含む。SEQIDNO:98は、デザイナNADPH依存ブタノールデヒドロゲナーゼ12aの遺伝子の詳細なDNAコンストラクト1603bpの例98を表し、これは、PCRFDプライマー配列1-20、Synechococcusのニトライトレダクターゼ遺伝子プロモータ配列から選択された、88-bpのnirAプロモータ21-108、ClostridiumのNADH依存ブタノールデヒドロゲナーゼジェンバンク受入番号:ADOI2118から選択され酵素エンコード配列109-1275、308-bpのSynechococcusのrbcSターミネータ1276-1583、および、PCRREプライマー1584-1603を含む。SEQIDNO:99は、デザイナNADPH依存ブタノールデヒドロゲナーゼ12bの遺伝子の詳細なDNAコンストラクト1654bpの例99を表し、これは、PCRFDプライマー配列1-20、Synechococcusのニトライトレダクターゼ遺伝子プロモータ配列から選択された、88-bpのnirAプロモータ21-108、ButyrivibrioのNADPH依存ブタノールデヒドロゲナーゼジェンバンク:EFF67629から選択され酵素エンコード配列109-1326、308-bpのSynechococcusのrbcSターミネータ1327-1634、および、PCRREプライマー1635-1654を含む。SEQIDNO:95-98および/または99により表現されるデザイナ遺伝子組み替えSynechococcusにおいては、Synechococcusの生来の酵素03-05、36-41、および、45-52は、34、35、42、および12のデザイナnirAプロモータ制御酵素SEQIDNO:95-98および/または99によりエンコードされると組み合わせて利用され、二酸化炭素および水から1-ブタノールを光生物学的に生成する図4カルビン回路3-ホスホグリセレート分岐光合成NADPH増強経路を付与する。同様に、SEDIDNO:100-102および/または103を利用する遺伝子形質転換に、Synechocystissp.strainPCC6803をホスト有機体として用いると、1-ブタノールを光生物学的に生産するデザイナ遺伝子組み替えSynechocystisを形成できる。簡単に説明すると、SEQIDNO:100は、デザイナNAD依存グリセルアルデヒド-3-ホスフェートデヒドロゲナーゼ35の遺伝子の詳細なDNAコンストラクト1440bpの例100を表し、これは、PCRFDプライマー配列1-20、89-bpのSynechocystissp.strainPCC6803のニトライトレダクターゼのnirAプロモータ21-109、StreptococcuspyogenesのNAD依存グリセルアルデヒド-3-ホスフェートデヒドロゲナーゼジェンバンク:YP_002285269から選択された酵素エンコード配列110-1011、409-bpのSynechocystissp.strainPCC6803のrbcSターミネータ1012-1420、および、PCRREプライマー1421-1440を含む。SEQIDNO:101は、デザイナnirAプロモータ制御2-ケト酸デカルボキシラーゼ42のDNAコンストラクト2180bpの例101を表し、これは、PCRFDプライマー配列1-20、89-bpのSynechocystissp.strainPCC6803のニトライトレダクターゼのnirAプロモータ21-109、Lactococcuslactisの分岐鎖アルファ-ケト酸デカルボキシラーゼジェンバンク:AAS49166から選択された酵素エンコード配列110-1753、409-bpのSynechocystissp.strainPCC6803のrbcSターミネータ1754-2162、および、PCRREプライマー2163-2182を含む。SEQIDNO:102は、デザイナnirAプロモータ制御NADPH依存ブタノールデヒドロゲナーゼ12aのDNAコンストラクト1705bpの例102を表し、これは、PCRFDプライマー配列1-20、89-bpのSynechocystissp.strainPCC6803のニトライトレダクターゼのnirAプロモータ21-109、ClostridiumcarboxidivoransP7のNADPH依存ブタノールデヒドロゲナーゼジェンバンク:AD012118から選択された酵素エンコード配列110-1276、409-bpのSynechocystissp.strainPCC6803のrbcSターミネータ1277-1685、および、PCRREプライマー1686-1705を含む。SEQIDNO:103は、デザイナnirAプロモータ制御NADPH依存ブタノールデヒドロゲナーゼ12bのDNAコンストラクト1756bpの例103を表し、これは、PCRFDプライマー配列1-20、89-bpのSynechocystissp.strainPCC6803のニトライトレダクターゼのnirAプロモータ21-109、ButyrivibriocrossotusのNADPH依存ブタノールデヒドロゲナーゼジェンバンク:EFF67629から選択された酵素エンコード配列110-1327、409-bpのSynechocystissp.strainPCC6803のrbcSターミネータ1328-1736、および、PCRREプライマー1737-1756を含む。SEQIDNO:100-102および/または103のデザイナ遺伝子を含むデザイナ遺伝子組み換えSynechocystisにおいては、Synechocystisの正味の酵素34、03-05、36-41、および45-52は、35、42、および12のデザイナnirAプロモータ制御酵素SEQIDNO:100-102および/または103によりエンコードされると組み合わせて利用され、二酸化炭素および水から1-ブタノールを光生物学的に生成する図4カルビン回路3-ホスホグリセレート分岐光合成NADPH増強経路を付与することに留意されたい。SEDIDNO:104-109を利用する遺伝子形質転換に、Nostocsp.strainPCC7120をホスト有機体として用いると、2-メチル-1-ブタノールを光生物学的に生産する図5デザイナ遺伝子組み替えNostocを形成できる。簡単に説明すると、SEQIDNO:104は、デザイナhoxプロモータ制御NAD依存グリセルアルデヒド-3-ホスフェートデヒドロゲナーゼ35のDNAコンストラクト1655bpの例104を表し、これは、PCRFDプライマー配列1-20、172-bpのNostocsp.strainPCC7120AnabaenaPCC7120のhoxプロモータ21-192、StreptococcuspyogenesNZ131のNAD依存グリセルアルデヒド-3-ホスフェートデヒドロゲナーゼジェンバンク:YP_002285269から選択され修正された酵素エンコード配列193-1203、432-bpのNostocsp.strainPCC7120のgorターミネータ1204-1635、および、PCRREプライマー1636-1655を含む。SEQIDNO:105は、デザイナhoxプロモータ制御アセト乳酸シンターゼ53のDNAコンストラクト2303bpの例105を表し、これは、PCRFDプライマー配列1-20、172-bpのNostocsp.strainPCC7120AnabaenaPCC7120のhoxプロモータ21-192、ThermosynechococcuselongatusBP-1のアセト乳酸シンターゼジェンバンク:NP_682614の配列から選択され修正された酵素エンコード配列193-1851、432-bpのNostocsp.strainPCC7120のgorターミネータ1852-2283、および、PCRREプライマー2284-2303を含む。SEQIDNO:106は、デザイナhoxプロモータ制御ケトール酸レダクトイソメラーゼ54のDNAコンストラクト1661bpの例106を表し、これは、PCRFDプライマー配列1-20、172-bpのNostocsp.strainPCC7120AnabaenaPCC7120のhoxプロモータ21-192、Calditerrivibrionitroredueensのケトール酸レダクトイソメラーゼジェンバンク:YP_004050904の配列から選択され修正された酵素エンコード配列193-1209、432-bpのNostocsp.strainPCC7120のgorターミネータ1210-1641、および、PCRREプライマー1642-1661を含む。SEQIDNO:107は、デザイナhoxプロモータ制御ジヒドロキシ酸デヒドラターゼ55のDNAコンストラクト2324bpの例107を表し、これは、PCRFDプライマー配列1-20、172-bpのNostocsp.strainPCC7120AnabaenaPCC7120のhoxプロモータ21-192、MarivirgatraetuosaDSM4126のジヒドロキシ酸デヒドラターゼジェンバンク:YP_004053736の配列から選択され修正された酵素エンコード配列193-1872、432-bpのNostocsp.strainPCC7120のgorターミネータ1873-2304、および、PCRREプライマー2305-2324を含む。SEQIDNO:108は、デザイナhoxプロモータ制御分岐鎖アルファ-ケト酸デカルボキシラーゼ42のDNAコンストラクト2288bpの例108を表し、これは、PCRFDプライマー配列1-20、172-bpのNostocsp.strainPCC7120AnabaenaPCC7120のhoxプロモータ21-192、Lactococcuslactisの分岐鎖アルファ-ケト酸デカルボキシラーゼジェンバンク:AAS49166の配列から選択され修正された酵素エンコード配列193-1836、432-bpのNostocsp.strainPCC7120のgorターミネータ1837-2268、および、PCRREプライマー2269-2288を含む。SEQIDNO:109は、デザイナhoxプロモータ制御2-メチルブチルアルデヒドレダクターゼ56のDNAコンストラクト1613bpの例109を表し、これは、PCRFDプライマー配列1-20、172-bpのNostocsp.strainPCC7120AnabaenaPCC7120のhoxプロモータ21-192、Schizosaccharomycesjaponicusの2-メチルブチルアルデヒドレダクターゼジェンバンク:XP_002173231の配列から選択され修正された酵素エンコード配列193-1461、432-bpのNostocsp.strainPCC7120のgorターミネータ1462-1893、および、PCRREプライマー1894-1613を含む。SEQIDNO:104-109のデザイナhoxプロモータ制御遺伝子を含むデザイナ遺伝子組み換えNostocにおいては、Nostocの正味の酵素34、03-05、36-39、および45-52は、35、53-55、42、および56のデザイナhoxプロモータ制御酵素SEQIDNO:104-109のDNAコントラクトによりエンコードされると組み合わせて利用され、二酸化炭素および水から2-メチル-1-ブタノールを光生物学的に生成する図5カルビン回路3-ホスホグリセレート分岐光合成NADPH増強経路を付与することに留意されたい。SEDIDNO:110-122を利用する遺伝子形質転換に、ProchlorococcusmarinusMIT9313をホスト有機体として用いると、イソブタノール、および/または、3-メチル-1-ブタノールを光生物学的に生産する図6デザイナ遺伝子組み替えProchlorococcusmarinusを形成できる。簡単に説明すると、SEQIDNO:110は、デザイナgroEプロモータ制御NAD依存グリセルアルデヒド-3-ホスフェートデヒドロゲナーゼ35のDNAコンストラクト1300bpの例110を表し、これは、PCRFDプライマー配列1-20、137-bpのProchlorococcusmarinusMIT9313の熱および光応答groEプロモータ21-157、VibriocholeraeMJ-1236NAD依存グリセルアルデヒド-3-ホスフェートデヒドロゲナーゼジェンバンク:ACQ61431から選択された酵素エンコード配列158-1159、121-bpのProchlorococcusmarinusMIT9313のrbcSターミネータ1160-1280、および、PCRREプライマー1281-1300を含む。SEQIDNO:111は、デザイナgroEプロモータ制御ホスホグリセレートムターゼ03のDNAコンストラクト1498bpの例111を表し、これは、PCRFDプライマー配列1-20、137-bpのProchlorococcusmarinusMIT9313の熱および光応答groEプロモータ21-157、PelotomaculumthermopropionicumS1のホスホグリセレートムターゼジェンバンク:YP_001212148から選択された酵素エンコード配列158-1357、121-bpのProchlorococcusmarinusのrbcSターミネータ1358-1478、および、PCRREプライマー1479-1498を含む。SEQIDNO:112は、デザイナgroEプロモータ制御エノラーゼ04のDNAコンストラクト1588bpの例112を表し、これは、PCRFDプライマー配列1-20、137-bpのProchlorococcusmarinusMIT9313の熱および光応答groEプロモータ21-157、Thermotogaのエノラーゼジェンバンク:ABQ46079から選択された酵素エンコード配列158-1447、121-bpのProchlorococcusmarinusのrbcSターミネータ1448-1568、および、PCRREプライマー1569-1588を含む。SEQIDNO:113は、デザイナgroEプロモータ制御ピルビン酸キナーゼ05のDNAコンストラクト1717bpの例113を表し、これは、PCRFDプライマー配列1-20、137-bpのProchlorococcusmarinusMIT9313の熱および光応答groEプロモータ21-157、ThermotogalettingaeTMOのピルビン酸キナーゼジェンバンク:YP_001471580から選択された酵素エンコード配列158-1576、121-bpのProchlorococcusmarinusMIT9313のrbcSターミネータ1577-1697、および、PCRREプライマー1698-1717を含む。SEQIDNO:114は、デザイナgroEプロモータ制御アセト乳酸シンターゼ53のDNAコンストラクト2017bpの例114を表し、これは、PCRFDプライマー配列1-20、137-bpのProchlorococcusmarinusMIT9313の熱および光応答groEプロモータ21-157、BacilluslicheniformisATCC14580のアセト乳酸シンターゼジェンバンク:AAU42663から選択された酵素エンコード配列158-1876、121-bpのProchlorococcusmarinusMIT9313のrbcSターミネータ1877-1997、および、PCRREプライマー1998-2017を含む。SEQIDNO:115は、デザイナgroEプロモータ制御ケトール酸レダクトイソメラーゼ54のDNAコンストラクト1588bpの例115を表し、これは、PCRFDプライマー配列1-20、137-bpのProchlorococcusmarinusMIT9313の熱および光応答groEプロモータ21-157、ThermotogapetrophilaRKU-1のケトール酸レダクトイソメラーゼジェンバンク:ABQ46398から選択された酵素エンコード配列158-1168、121-bpのProchlorococcusmarinusMIT9313のrbcSターミネータ1169-1568、および、PCRREプライマー1569-1588を含む。SEQIDNO:116は、デザイナgroEプロモータ制御ジヒドロキシ酸デヒドラターゼ55のDNAコンストラクト1960bpの例116を表し、これは、PCRFDプライマー配列1-20、137-bpのProchlorococcusmarinusの熱および光応答groEプロモータ21-157、SyntrophothermuslipoealidusDSM12680のジヒドロキシ酸デヒドラターゼジェンバンク:ADI02905から選択された酵素エンコード配列158-1819、121-bpのProchlorococcusmarinusのrbcSターミネータ1820-1940、および、PCRREプライマー1941-1960を含む。SEQIDNO:117は、デザイナgroEプロモータ制御2-ケト酸デカルボキシラーゼ42のDNAコンストラクト1945bpの例117を表し、これは、PCRFDプライマー配列1-20、137-bpのProchlorococcusmarinusの熱および光応答groEプロモータ21-157、Lactococcuslactisアルファ-ケト吉草酸デカルボキシラーゼジェンバンク:ADA65057から選択された酵素エンコード配列158-1804、121-bpのProchlorococcusのrbcSターミネータ1805-1925、および、PCRREプライマー1926-1945を含む。SEQIDNO:118は、デザイナgroEプロモータ制御アルコールデヒドロゲナーゼ43/44のDNAコンストラクト1138bpの例118を表し、これは、PCRFDプライマー配列1-20、251-bpのProchlorococcusのnirAプロモータ21-271、Geobacillusの短鎖アルコールデヒドロゲナーゼジェンバンク:YP_146837から選択された酵素エンコード配列272-997、121-bpのProchlorococcusのrbcSターミネータ998-1118、および、PCRREプライマー1119-1138を含む。SEQIDNO:110-118のデザイナ遺伝子を含むデザイナ遺伝子組み換えProchlorococcusにおいては、Prochlorococcusの正味の遺伝子酵素34は、35、03-05、53-55、42、および43/44のデザイナgroEおよびnirAプロモータ制御遺伝子酵素SEQIDNO:110-118のDNAコントラクトによりエンコードされると組み合わせて利用され、二酸化炭素および水からイソブタノールを光生物学的に生成する図6カルビン回路3-ホスホグリセレート分岐光合成NADPH増強経路を付与することに留意されたい。以下の4つのデザイナgroEプロモータ制御遺伝子SEQIDNO:119-122を加えると、二酸化炭素および水からイソブタノールおよび3-メチル-1-ブタノールの双方を生成することができる図6に35、03-05、53-55、42、43/44、さらに加えて、38-40、および57で示す他のデザイナ遺伝子組み換えProchlorococcusを得る。簡単に説明すると、SEQIDNO:119は、デザイナgroEプロモータ制御2-イソプロピルリンゴ酸シンターゼ40のDNAコンストラクト1816bpの例119を表し、これは、PCRFDプライマー配列1-20、137-bpのProchlorococcusmarinusMIT9313の熱および光応答groEプロモータ21-157、PelotomaculumthermopropionicumS1の2-イソプロピルリンゴ酸シンターゼジェンバンク:YP_001211081から選択された酵素エンコード配列158-1675、121-bpのProchlorococcusmarinusのrbcSターミネータ1676-1796、および、PCRREプライマー1797-1816を含む。SEQIDNO:120は、デザイナgroEプロモータ制御3-イソプロピルリンゴ酸デヒドラターゼ38のDNAコンストラクト2199bpの例120を表し、これは、PCRFDプライマー配列1-20、137-bpのProchlorococcusmarinusMIT9313の熱および光応答groEプロモータ21-157、PelotomaculumthermopropionicumSIの3-イソプロピルリンゴ酸デヒドラターゼ大サブユニットジェンバンク:YP_001211082から選択された3-イソプロピルリンゴ酸デヒドラターゼ大サブユニットエンコード配列158-1420、137-bpのProchlorococcusmarinusMIT9313の熱および光応答groEプロモータ1421-1557、PelotomaculumthermopropionicumSIの3-イソプロピルリンゴ酸デヒドラターゼ小サブユニットジェンバンク:YP_001211083から選択された3-イソプロピルリンゴ酸デヒドラターゼ小サブユニットエンコード配列1558-2058、121-bpのProchlorococcusmarinusのrbcSターミネータ2059-2179、および、PCRREプライマー2180-2199を含む。SEQIDNO:121は、デザイナgroEプロモータ制御3-イソプロピルリンゴ酸デヒドロゲナーゼ39のDNAコンストラクト1378bpの例121を表し、これは、PCRFDプライマー配列1-20、137-bpのProchlorococcusmarinusMIT9313の熱および光応答groEプロモータ21-157、SyntrophothermuslipocalidusDSM12680の3-イソプロピルリンゴ酸デヒドロゲナーゼジェンバンク:ADI02898から選択された酵素エンコード配列158-1237、121-bpのProchlorococcusmarinusのrbcSターミネータ1238-1358、および、PCRREプライマー1359-1378を含む。SEQIDNO:122は、デザイナgroEプロモータ制御3-メチルブタナールレダクターゼ57のDNAコンストラクト1327bpの例122を表し、これは、PCRFDプライマー配列1-20、137-bpのProchlorococcusmarinusMIT9313の熱および光応答groEプロモータ21-157、SaccharomycescerevisiaeS288cの3-メチルブタナールレダクターゼジェンバンク:DAA10635から選択された酵素エンコード配列158-1186、121-bpのProchlorococcusmarinusMIT9313のrbcSターミネータ1187-1307、および、PCRREプライマー1308-1327を含む。SEQIDNO:110-117および119-122をProchlorococcusmarinusMIT9313の遺伝子形質転換に利用すると、groEプロモータ制御デザイナカルビン回路チャンネル経路図6において34正味、35、03-05、53-55、38-40、42、および57として特定されるを利用して、二酸化炭素および水から3-メチル-1-ブタノールを光生物学的に生成する他の遺伝子組み換えProchlorococcusmarinusを形成することに留意されたい。SEDIDNO:123-128を利用する遺伝子形質転換に、Cyanothecesp.ATCC51142をホスト有機体として用いると、1-ペンタノール、1-ヘキサノール、および/または、1-ヘプタノールを光生物学的に生産する図8デザイナ遺伝子組み替えCyanotheceを形成できる。簡単に説明すると、SEQIDNO:123は、デザイナnirAプロモータ制御2-イソプロピルリンゴ酸シンターゼ40のDNAコンストラクト2004bpの例123を表し、これは、PCRFDプライマー配列1-20、203-bpのCyanotheceのnirAプロモータ21-223、Hydrogenobacterthermophilusの2-イソプロピルリンゴ酸シンターゼ配列ジェンバンク:BAI69273から選択された酵素エンコード配列224-1783、201-bpのCyanothecesp.のrbcSターミネータ1784-1984、および、PCRREプライマー1985-2004を含む。SEQIDNO:124は、デザイナnieAプロモータ制御イソプロピルリンゴ酸イソメラーゼ38の大/小サブユニットのDNAコンストラクト2648bpの例124を表し、これは、PCRFDプライマー配列1-20、203-bpのCyanothecesp.ATCC51142のnirAプロモータ21-223、AnoxybacillusflavithermusWK1のイソプロピルリンゴ酸イソメラーゼの大サブユニットの配列ジェンバンク:YP_002314962から選択されたイソプロピルリンゴ酸イソメラーゼ大サブユニットエンコード配列224-1639、203-bpのCyanothecesp.ATCC51142のnirAプロモータ1640-1842、AnoxybacillusflavithermusWK1のイソプロピルリンゴ酸イソメラーゼの小サブユニットの配列ジェンバンク:YP_002314963から選択されたイソプロピルリンゴ酸イソメラーゼ小サブユニットエンコード配列1843-2427、201-bpのCyanothecesp.ATCC51142のrbcS2428-1628、および、PCRREプライマー2629-2648を含む。SEQIDNO:125は、デザイナnirAプロモータ制御3-イソプロピルリンゴ酸デヒドロゲナーゼ39のDNAコンストラクト1530bpの例125を表し、これは、PCRFDプライマー配列1-20、203-bpのCyanothecesp.ATCC51142のnirAプロモータ21-223、ThermosynechococcuselongatusBP-1の3-イソプロピルリンゴ酸デヒドロゲナーゼの配列ジェンバンク:BAC09152から選択された酵素エンコード配列224-1309、201-bpのCyanothecesp.ATCC51142のrbcSターミネータ1310-1310、および、PCRREプライマー1311-1530を含む。SEQIDNO:126は、デザイナnirAプロモータ制御2-ケト酸デカルボキシラーゼ42のDNAコンストラクト2088bpの例126を表し、これは、PCRFDプライマー配列1-20、203-bpのCyanotheceのnirAプロモータ21-223、Lactococcuslactisの2-ケト酸デカルボキシラーゼジェンバンク:AAS49166から選択された酵素エンコード配列224-1867、201-bpのCyanotheceのrbcSターミネータ1868-2068、および、PCRREプライマー2069-2088を含む。SEQIDNO:127は、デザイナnirAプロモータ制御ヘキサノールデヒドロゲナーゼ12のDNAコンストラクト1503bpの例127を表し、これは、PCRFDプライマー配列1-20、203-bpのCyanotheceのnirAプロモータ21-223、Mycobacteriumchubuenseのヘキサノールデヒドロゲナーゼジェンバンク:ACZ56328から選択された酵素エンコード配列224-1282、201-bpのCyanotheceのrbcSターミネータ1283-1483、および、PCRREプライマー1484-1503を含む。SEQIDNO:128は、デザイナnirAプロモータ制御短鎖アルコールデヒドロゲナーゼ43、43のDNAコンストラクト1149bpの例128を表し、これは、PCRFDプライマー配列1-20、203-bpのCyanothecesp.ATCC51142のnirAプロモータ21-223、PyrococcusfuriosusDSM3638の短鎖アルコールデヒドロゲナーゼジェンバンク:AAC25556から選択された酵素エンコード配列224-928、201-bpのCyanothecesp.ATCC51142のrbcSターミネータ929-1129、および、PCRREプライマー1130-1149を含む。SEQIDNO:123-127のデザイナnirAプロモータ制御遺伝子を含むデザイナ遺伝子組み換えCyanotheceにおいては、Cyanotheceの正味の酵素34、03-05、36-38、および45-52は、35、39-4139-41、39-41、42、および12のデザイナnirAプロモータ制御酵素SEQIDNO:123-127のDNAコントラクトによりエンコードされると組み合わせて利用され、二酸化炭素および水から1-ヘキサノールを光生物学的に生成する図8カルビン回路3-ホスホグリセレート分岐光合成NADPH増強経路を付与することに留意されたい。乱雑性を伴う、デザイナnirAプロモータ制御遺伝子SEQIDNO:128を加えると、二酸化炭素および水からイソブタノールおよび1-ペンタノール、1-ヘキサノール、および、1ヘキサノールを生成することができる図8に35、39-41、39-43、39-43、および39-43で示すカルビン回路チャンネル経路を含む、他のデザイナ遺伝子組み換えCyanotheceを得る。[ブタノールおよび関連高級アルコールを生産するカルビン回路チャンネル経路を伴うデザイナ高度光合成有機体]種々の実施例の1つによれば、植物細胞、真核水性植物例えば、真核藻類、沈水性水草、浮草duckweed、ウォーターキャベツ、ワーターリリー、ホテイアオイ、Bolbitisheudelotii、Cabombasp.、および海草を含むのような真核光合成有機体を遺伝子形質変換する際に、所定のデザイナDNAコンストラクトを使用すると、二酸化炭素および水からブタノールおよび関連高級アルコールを生成するためのデザイナ遺伝子組み換え真核光合成有機体を形成できる。二酸化炭素および水からブタノールおよび関連高級アルコールを光生物学的に生産するためのデザイナ藻類を形成するためにホスト有機体として選択できる真核藻類はこれに限定されないがつぎのものを含む。すなわち、Dunaliellasalina、Dunaliellaviridis、Dunaliellabardowil、Crypthecodiniumcohnii、Schizochytriumsp.、Chlamydomonasreinhardtii、Platymonassubcordiformis、Chlorellafusca、Chlorellasorokiniana、Chlorellavulgaris、Chlorellaellipsoidea、Chlorellaspp.、Haematococcuspluvialis;Parachlorellakessleri、Betaphycusgelatinum、Chondruscrispus、Cyanidioschyzonmerolae、Cyanidiumcaldarium、Galdieriasulphuraria、Gelidiellaacerosa、Gracilariachangii、Kappaphycusalvarezii、Porphyraminiata、Ostreococcustauri、Porphyrayezoensis、Porphyridiumsp.、Palmariapalmata、Gracilariaspp.、Isochrysisgalbana、Kappaphycusspp.、Laminariajaponica、Laminariaspp.、Monostromaspp.、Nannochloropsisoculata、Porphyraspp.、Porphyridiumspp.、Undariapinnatifida、Ulvalactuca、Ulvaspp.、Undariaspp.、PhaeodactylumTricornutum、Naviculasaprophila、Cylindrothecafusiformis、Cyclotellacryptica、Euglenagracilis、Amphidiniumsp.、Symbiodiniummicroadriaticum、Macrocystispyrifera、Ankistrodesmusbraunii、Scenedesmusobliquus、Stichococcussp.、Platymonassp.、Dunalielkisauna、およびStephanopteragracilisである。他の実施例によれば、遺伝子組み替え光合成有機体は、水性植物、植物細胞、緑藻類、紅藻類、褐藻類、藍藻類シアノバクテリアおよびオキシクロロバクテリアを含むオキシホトバクテリア、珪藻、海藻類、淡水藻類、耐塩性藻類株、耐冷温藻類株、耐熱性藻類株、アンテナ色素欠失変異体、耐ブタノール性藻類株、耐高級アルコール性藻類株、耐ブタノール性オキシホトバクテリア、耐高級アルコール性オキシホトバクテリア、およびこれらの組み合わせからなるグループから選択された、遺伝子組み替えデザイナ植物または植物細胞を有する。他の実施例によれば、上述の遺伝子組み替え光合成有機体は、予め定められた誘導条件の下で誘導可能なデザイナプロトンチャンネル遺伝子、予め定められた誘導条件の下で誘導可能なデザイナ細胞分裂周期iRNA遺伝子、デザイナ細胞分裂制御可能な光合成有機体を形成する際にデザイナバイオ燃料生産経路遺伝子を用いて形質転換するためのホストとしての高CO2要求突然変異、および、これらの組み合わせからなるグループから選択されるバイオセーフティ防護機構を有する。真核植物細胞はより複雑で局在化しているので、水および二酸化炭素からブタノールおよび/または高級アルコールを生産するために区画上隔離された、広範な範囲の光生物学的に活性なデザイナ有機体および新規な代謝経路を形成できる。真核藻類細胞においては、例えば、デザイナ角遺伝子の翻訳は、細胞質ゾルで起こり、他方、光合成/カルビン回路は藻類の葉緑体の内部に位置づけられる。藻類の葉緑体光合成は、細胞質膜、細胞質ゾル、およびミトコンドリアのような他の細胞内器官と明確に隔離されるので、バイオセーフティ防護デザイナ藻類を、デザイナプロトンチャンネルを誘導可能に細胞質に挿入してどのような細胞分裂、および/または、メーティング能力も永久的に不能にしつつ、それでいて、ブタノールおよび関連高級アルコールを生産するデザイナバイオ燃料生産経路を伴う藻類葉緑体機能を維持することを通じて、バイオセーフティ防護のデザイナ藻類を形成できるという利点がもたらされる。ただし、デザイナ酵素を遺伝子的に葉緑体に搬入してカルビン回路を付与してCO2およびH2Oからの直接的なブタノールへの同化作用を方向づけることが基本である。このため、所望の結果を得るにはより複雑な遺伝子設計が必要となる。種々の実施例の1つにおいて、デザイナ不明遺伝子を用いてエンコードしたデザイナ回路チャンネル経路酵素は、トランジット信号ペプチド配列を利用して藻類葉緑体中に対象化されて表現される。その信号ペプチドは、ヒドロゲナーゼトランジットペプチド配列HydA1およびHydA2フェレドキシントランジットペプチド配列Frx1、チオレドキシンmトランジットペプチド配列Trx2、グルタミンシンターゼトランジットペプチド配列Gs2、LhcIIトランジットペプチド配列、PSII-Tトランジットペプチド配列PsbT、PSII-Sトランジットペプチド配列PsbS、PSII-Wトランジットペプチド配列PsbW、CF0CF1サブユニット-γトランジットペプチド配列AtpC、CF0CF1サブユニット-δトランジットペプチド配列AtpD、CF0CF1サブユニット-Iトランジットペプチド配列AtpG、ホトシステムIPSI、RubiscoSSUトランジットペプチド配列、およびこれらの組み合わせからなるグループから選択される。SEDIDNO:129-165は、ブタノールおよび関連高級アルコールを光生物学的に生産するためにカルビン回路チャンネル光合成NADPH増強された経路を知要するデザイナ藻類のようなデザイナ真核光合成有機体を形成するためのデザイナ葉緑体対象化酵素のデザイナDNSコンストラクトの例を表す。簡単に説明すると、SEQIDNO:129は、デザイナNialプロモータ制御葉緑体対象化ホスホグリセレートムターゼ03のDNAコンストラクト1910bpの例129を示し、これは、PCRFDプライマー配列1-20、2×84-bpのChlamydomonasのNialニトレートレダクターゼプロモータ21-188、135-bpのChlamydomonasのRbcS2トランジットペプチド189-323、NostocazollaeのホスホグリセレートムターゼADI65627から選択されたホスホグリセレートムターゼエンコード配列324-1667、223-bpのChlamydomonasのRbcS2ターミネータ1668-1890、および、PCRREプライマー1891-1910を含む。SEQIDNO:130は、デザイナNialプロモータ制御葉緑体対象化エノラーゼ04のDNAコンストラクト1856bpの例130を示し、これは、PCRFDプライマー配列1-20、2×84-bpのChlamydomonasreinhardtiiのNialプロモータ21-188、135-bpのChlamydomonasreinhardtiiのRbcS2トランジットペプチド189-323、NostocazollaeのエノラーゼADI63801から選択され修正されたエノラーゼエンコード配列324-1613、223-bpのChlamydomonasのRbcS2ターミネータ1614-1836、および、PCRREプライマー18837-1856を含む。SEQIDNO:131は、デザイナNialプロモータ制御葉緑体対象化ピルビン酸キナーゼ05のDNAコンストラクト1985bpの例131を示し、これは、PCRFDプライマー配列1-20、2×84-bpのChlamydomonasreinhardtiiのNialプロモータ21-188、135-bpのChlamydomonasreinhardtiiのRbcS2トランジットペプチド189-323、Cyanothecesp.PCC8802のピルビン酸キナーゼYP_003138017から選択され修正された酵素エンコード配列324-1742、223-bpのChlamydomonasのRbcS2ターミネータ1743-1965、および、PCRREプライマー1966-1985を含む。SEQIDNO:132は、デザイナNialプロモータ制御葉緑体対象化NADPH依存グリセルアルデヒド-3-ホスフェートデヒドロゲナーゼ34のDNAコンストラクト1568bpの例132を示し、これは、PCRFDプライマー配列1-20、2×84-bpのChlamydomonasのNialプロモータ21-188、135-bpのChlamydomonasのRbcS2トランジットペプチド189-323、StaphylococcuslugdunensisのNADPH依存グリセルアルデヒド-3-ホスフェートデヒドロゲナーゼADC87332から選択され修正されたNADPH依存グリセルアルデヒド-3-ホスフェートデヒドロゲナーゼエンコード配列324-1325、223-bpのChlamydomonasのRbcS2ターミネータ1326-1548、および、PCRREプライマー1549-1568を含む。SEQIDNO:133は、デザイナNialプロモータ制御葉緑体対象化NAD依存グリセルアルデヒド-3-ホスフェートデヒドロゲナーゼ35のDNAコンストラクト1571bpの例133を示し、これは、PCRFDプライマー配列1-20、2×84-bpのChlamydomonasのNialニトレートレダクターゼプロモータ21-188、135-bpのChlamydomonasのRbcS2トランジットペプチド189-323、FlavobacteriaceaebacteriumのNAD依存グリセルアルデヒド-3-ホスフェートデヒドロゲナーゼYP_003095198から選択され修正されたNAD依存グリセルアルデヒド-3-ホスフェートデヒドロゲナーゼエンコード配列324-1328、223-bpのChlamydomonasのRbcS2ターミネータ1329-1551、および、PCRREプライマー1552-1571を含む。SEQIDNO:134は、デザイナNialプロモータ制御葉緑体対象化シトラマレートシンターゼ36のDNAコンストラクト2150bpの例134を示し、これは、PCRFDプライマー配列1-20、2×84-bpのChlamydomonasのNialニトレートレダクターゼプロモータ21-188、135-bpのChlamydomonasのRbcS2トランジットペプチド189-323、HydrogenobacterのシトラマレートシンターゼAD045737から選択されたシトラマレートシンターゼエンコード配列324-1907、223-bpのChlamydomonasのRbcS2ターミネータ1908-2130、および、PCRREプライマー20131-2150を含む。SEQIDNO:135は、デザイナNialプロモータ制御葉緑体対象化3-イソプロピルリンゴ酸/R-メチルリンゴ酸デヒドラターゼ37の大/小サブユニットのDNAコンストラクト3125bpの例135を示し、これは、PCRFDプライマー配列1-20、2×84-bpのChlamydomonasreinhardtiiのNialプロモータ21-188、135-bpのChlamydomonasのRbcS2トランジットペプチド189-323、Eubacteriumeligensの3-イソプロピルリンゴ酸/R-メチルリンゴ酸デヒドラターゼの大サブユニットYP_002930810から選択され修正された3-イソプロピルリンゴ酸/R-メチルリンゴ酸デヒドラターゼの大サブユニットのエンコード配列324-2084、2×84-bpのChlamydomonasのNialプロモータ2085-2252、135-bpのChlamydomonasのRbcS2トランジットペプチド2253-2387、Eubacteriumeligensの3-イソプロピルリンゴ酸/R-メチルリンゴ酸デヒドラターゼの小サブユニットYP_002930809から選択され修正された3-イソプロピルリンゴ酸/R-メチルリンゴ酸デヒドラターゼの小サブユニットのエンコード配列2388-2882、223-bpのChlamydomonasのRbcS2ターミネータ2883-3105、および、PCRREプライマー3106-3125を含む。SEQIDNO:136は、デザイナNialプロモータ制御葉緑体対象化3-イソプロピルリンゴ酸デヒドラターゼ38の大/小サブユニットのDNAコンストラクト2879bpの例136を示し、これは、PCRFDプライマー配列1-20、2×84-bpのChlamydomonasのNialプロモータ21-188、135-bpのChlamydomonasのRbcS2トランジットペプチド189-323、Cyanotheceの3-イソプロピルリンゴ酸デヒドラターゼ大サブユニットYP_003886427から選択され修正された3-イソプロピルリンゴ酸デヒドラターゼ大サブユニットのエンコード配列324-1727、2×84-bpのChlamydomonasのNialプロモータ1727-1894、135-bpのChlamydomonasのRbcS2トランジットペプチド1895-2029、Cyanotheceの3-イソプロピルリンゴ酸デヒドラターゼの小サブユニットYP_003889452から選択され修正された3-イソプロピルリンゴ酸デヒドラターゼの小サブユニットのエンコード配列2030-2636、223-bpのChlamydomonasのRbcS2ターミネータ2637-2859、および、PCRREプライマー2860-2879を含む。SEQIDNO:137は、デザイナNialプロモータ制御葉緑体対象化3-イソプロピルリンゴ酸デヒドロゲナーゼ39のDNAコンストラクト1661bpの例137を示し、これは、PCRFDプライマー配列1-20、2×84-bpのChlamydomonasのNialニトレートレダクターゼプロモータ21-188、135-bpのChlamydomonasのRbcS2トランジットペプチド189-323、Cyanotheceの3-イソプロピルリンゴ酸デヒドロゲナーゼYP_003888480から選択され修正された3-イソプロピルリンゴ酸デヒドロゲナーゼエンコード配列324-1418、223-bpのChlamydomonasのRbcS2ターミネータ1419-1641、および、PCRREプライマー1642-1661を含む。SEQIDNO:138は、デザイナNialプロモータ制御葉緑体対象化2-イソプロピルリンゴ酸シンターゼ40のDNAコンストラクト2174bpの例138を示し、これは、PCRFDプライマー配列1-20、2×84-bpのChlamydomonasのNialプロモータ21-188、135-bpのChlamydomonasのRbcS2トランジットペプチド189-323、Cyanotheceの2-イソプロピルリンゴ酸シンターゼYP_003890122から選択され修正された2-イソプロピルリンゴ酸シンターゼエンコード配列324-1931、223-bpのChlamydomonasのRbcS2ターミネータ1932-2154、および、PCRREプライマー2155-2174を含む。SEQIDNO:139は、デザイナNialプロモータ制御葉緑体対象化イソプロピルリンゴ酸イソメラーゼ41の大/小サブユニットのDNAコンストラクト2882bpの例139を示し、これは、PCRFDプライマー配列1-20、2×84-bpのChlamydomonasのNialプロモータ21-188、135-bpのChlamydomonasのRbcS2トランジットペプチド189-323、Anabaenavariabilisのイソプロピルリンゴ酸イソメラーゼの大サブユニットYP_324467から選択され修正されたイソプロピルリンゴ酸イソメラーゼの大サブユニットのエンコード配列324-1727、2×84-bpのChlamydomonasreinhardtiiのNialプロモータ1728-1895、135-bpのChlamydomonasのRbcS2トランジットペプチド1896-2030、Anabaenaのイソプロピルリンゴ酸イソメラーゼの小サブユニットYP_324466から選択され修正されたイソプロピルリンゴ酸イソメラーゼの小サブユニットの小サブユニットのエンコード配列2031-2639、223-bpのChlamydomonasのRbcS2ターミネータ2640-2862、および、PCRREプライマー2863-2882を含む。SEQIDNO:140は、デザイナNialプロモータ制御葉緑体対象化2-ケト酸デカルボキシラーゼ42のDNAコンストラクト2210bpの例140を示し、これは、PCRFDプライマー配列1-20、2×84-bpのChlamydomonasのNialプロモータ21-188、135-bpのChlamydomonasのRbcS2トランジットペプチド189-323、Lactococcusの2-ケト酸デカルボキシラーゼAAS49166から選択された2-イソプロピルリンゴ酸シンターゼエンコード配列324-1967、223-bpのChlamydomonasのRbcS2ターミネータ1968-2190、および、PCRREプライマー2191-2210を含む。SEQIDNO:142は、デザイナNialプロモータ制御葉緑体対象化NADH依存アルコールデヒドロゲナーゼ43のDNAコンストラクト1724bpの例141を示し、これは、PCRFDプライマー配列1-20、2×84-bpのChlamydomonasのNialプロモータ21-188、135-bpのChlamydomonasのRbcS2トランジットペプチド189-323、GluconacetobacterhanseniiのNADH依存アルコールデヒドロゲナーゼZP_06834544から選択され修正されたNADH依存アルコールデヒドロゲナーゼのエンコード配列324-1481、223-bpのChlamydomonasのRbcS2ターミネータ1482-1704、および、PCRREプライマー1705-1724を含む。SEQIDNO:142は、デザイナNialプロモータ制御葉緑体対象化NADPH依存アルコールデヒドロゲナーゼ44のDNAコンストラクト1676bpの例142を示し、これは、PCRFDプライマー配列1-20、2×84-bpのChlamydomonasのNialプロモータ21-188、135-bpのChlamydomonasreinhardtiiのRbcS2トランジットペプチド189-323、FusobacteriumのNADPH依存アルコールデヒドロゲナーゼZP_04573952から選択され修正されたNADPH依存アルコールデヒドロゲナーゼのエンコード配列324-1433、223-bpのChlamydomonasreinhardtiiのRbcS2ターミネータ1434-1656、および、PCRREプライマー1657-1676を含む。Chlamydomonasのような真核光合成有機体を遺伝子形質転換する際にSEQIDNO:129-141および/または142を使用すると、二酸化炭素および水から光生物学的に1-ブタノールを生産するためのカルビン回路チャンネル3-ホスホグリセレート分岐NADPH増強経路図4の03-05、34-43/44を伴うデザイナChlamydomonasのようなデザイナ真核光合成有機体を形成できることに留意されたい。SEQIDNO:143は、デザイナNialプロモータ制御葉緑体対象化ホスホエノールピルビン酸カルボキシラーゼ45のDNAコンストラクト3629bpの例143を示し、これは、PCRFDプライマー配列1-20、2×84-bpのChlamydomonasのNialプロモータ21-188、135-bpのChlamydomonasreinhardtiiのRbcS2トランジットペプチド189-323、Cyanothecesp.PCC7822のホスホエノールピルビン酸カルボキシラーゼYP_003887888から選択され修正されたホスホエノールピルビン酸カルボキシラーゼのエンコード配列324-3386、223-bpのChlamydomonasreinhardtiiのRbcS2ターミネータ3387-3609、および、PCRREプライマー3610-3629を含む。SEQIDNO:144は、デザイナNialプロモータ制御葉緑体対象化アスパラギン酸アミノトランスフェラーゼ46のDNAコンストラクト1745bpの例144を示し、これは、PCRFDプライマー配列1-20、2×84-bpのChlamydomonasのNialプロモータ21-188、135-bpのChlamydomonasreinhardtiiのRbcS2トランジットペプチド189-323、SynechococcuselongatusPCC6301のアスパラギン酸アミノトランスフェラーゼYP_172275から選択され修正されたアスパラギン酸アミノトランスフェラーゼのエンコード配列324-1502、223-bpのChlamydomonasreinhardtiiのRbcS2ターミネータ1503-1525、および、PCRREプライマー1526-1745を含む。SEQIDNO:145は、デザイナNialプロモータ制御葉緑体対象化アスパルトキナーゼ47のDNAコンストラクト2366bpの例145を示し、これは、PCRFDプライマー配列1-20、2×84-bpのChlamydomonasのNialプロモータ21-188、135-bpのChlamydomonasreinhardtiiのRbcS2トランジットペプチド189-323、CyanotheceのアスパルトキナーゼYP_003136939から選択され修正されたアスパルトキナーゼのエンコード配列324-2123、223-bpのChlamydomonasのRbcS2ターミネータ2124-2346、および、PCRREプライマー2347-2366を含む。SEQIDNO:146は、デザイナNialプロモータ制御葉緑体対象化アスパラギン酸セミアルデヒドデヒドロゲナーゼ48のDNAコンストラクト1604bpの例146を示し、これは、PCRFDプライマー配列1-20、2×84-bpのChlamydomonasreinhardtiiのNialプロモータ21-188、135-bpのChlamydomonasreinhardtiiのRbcS2トランジットペプチド189-323、TrichodesmiumerythraeumIMS101のアスパラギン酸セミアルデヒドデヒドロゲナーゼABG50031から選択され修正されたアスパラギン酸セミアルデヒドデヒドロゲナーゼのエンコード配列324-1361、223-bpのChlamydomonasのRbcS2ターミネータ1362-1584、および、PCRREプライマー1585-1604を含む。SEQIDNO:147は、デザイナNialプロモータ制御葉緑体対象化ホモセリンデヒドロゲナーゼ49のDNAコンストラクト1868bpの例147を示し、これは、PCRFDプライマー配列1-20、2×84-bpのChlamydomonasのNialプロモータ21-188、135-bpのChlamydomonasのRbcS2トランジットペプチド189-323、CyanotheceのホモセリンデヒドロゲナーゼYP_003887242から選択されたホモセリンデヒドロゲナーゼのエンコード配列324-1625、223-bpのChlamydomonasのRbcS2ターミネータ1626-1848、および、PCRREプライマー1849-1868を含む。SEQIDNO:148は、デザイナNialプロモータ制御葉緑体対象化ホモセリンデキナーゼ50のDNAコンストラクト1472bpの例148を示し、これは、PCRFDプライマー配列1-20、2×84-bpのChlamydomonasのNialプロモータ21-188、135-bpのChlamydomonasのRbcS2トランジットペプチド189-323、CyanotheceのホモセリンキナーゼYP_003886645から選択され修正されたホモセリンキナーゼのエンコード配列324-1229、223-bpのChlamydomonasのRbcS2ターミネータ1230-1452、および、PCRREプライマー1453-1472を含む。SEQIDNO:149は、デザイナNialプロモータ制御葉緑体対象化トレオニンシンターゼ51のDNAコンストラクト1655bpの例149を示し、これは、PCRFDプライマー配列1-20、2×84-bpのChlamydomonasのNialプロモータ21-188、135-bpのChlamydomonasのRbcS2トランジットペプチド189-323、CyanotheceのトレオニンシンターゼYP_002485009から選択され修正されたトレオニンシンターゼのエンコード配列324-1412、223-bpのChlamydomonasのRbcS2ターミネータ1413-1635、および、PCRREプライマー1636-1655を含む。SEQIDNO:150は、デザイナNialプロモータ制御葉緑体対象化トレオアンモニアリアーゼ52のDNAコンストラクト2078bpの例150を示し、これは、PCRFDプライマー配列1-20、2×84-bpのChlamydomonasのNialプロモータ21-188、135-bpのChlamydomonasのRbcS2トランジットペプチド189-323、SynechococcusのトレオアンモニアリアーゼZP_05035047から選択され修正されたトレオアンモニアリアーゼのエンコード配列324-1835、223-bpのChlamydomonasのRbcS2ターミネータ1836-2058、および、PCRREプライマー2059-2078を含む。Chlamydomonasのような真核光合成有機体を遺伝子形質転換する際にSEQIDNO:129、130、132、133、143-150、137-141および/または141を使用すると、二酸化炭素および水から光生物学的に1-ブタノールを生産するためのカルビン回路チャンネル3-ホスホグリセレート分岐NADPH増強経路図4の03-05、34、35、45-52、39-43/44を伴うデザイナChlamydomonasのようなデザイナ真核光合成有機体を形成できることに留意されたい。SEQIDNO:151は、デザイナNialプロモータ制御葉緑体対象化アセトラクテートシンターゼ53のDNAコンストラクト2282bpの例151を示し、これは、PCRFDプライマー配列1-20、2×84-bpのChlamydomonasreinhardtiiのNialプロモータ21-188、135-bpのChlamydomonasのRbcS2トランジットペプチド189-323、BacillussubtilisのアセトラクテートシンターゼCAB07802から選択されたアセトラクテートシンターゼのエンコード配列324-2039、223-bpのChlamydomonasのRbcS2ターミネータ2040-2262、および、PCRREプライマー2263-2282を含む。SEQIDNO:152は、デザイナNialプロモータ制御葉緑体対象化ケトール酸レダクトイソメラーゼ54のDNAコンストラクト1562bpの例152を示し、これは、PCRFDプライマー配列1-20、2×84-bpのChlamydomonasのNialプロモータ21-188、135-bpのChlamydomonasのRbcS2トランジットペプチド189-323、Cyanotheceのケトール酸レダクトイソメラーゼYP_003885458から選択され修正された酵素エンコード配列324-1319、223-bpのChlamydomonasのRbcS2ターミネータ1320-1542、および、PCRREプライマー1543-1562を含む。SEQIDNO:153は、デザイナNialプロモータ制御葉緑体対象化ジヒドロキシ酸デヒドラターゼ55のDNAコンストラクト2252bpの例153を示し、これは、PCRFDプライマー配列1-20、2×84-bpのChlamydomonasのNialプロモータ21-188、135-bpのChlamydomonasのRbcS2トランジットペプチド189-323、Cyanotheceのジヒドロキシ酸デヒドラターゼYP_003887466から選択されたジヒドロキシ酸デヒドラターゼのエンコード配列324-2009、223-bpのChlamydomonasのRbcS2ターミネータ2010-2232、および、PCRREプライマー2233-2252を含む。SEQIDNO:154は、デザイナNialプロモータ制御葉緑体対象化2-メチルブチルアルデヒドレダクターゼ56のDNAコンストラクト1496bpの例154を示し、これは、PCRFDプライマー配列1-20、2×84-bpのChlamydomonasreinhardtiiのNialプロモータ21-188、135-bpのChlamydomonasreinhardtiiのRbcS2トランジットペプチド189-323、PichiapastorisOS115の2-メチルブチルアルデヒドレダクターゼXP_002490018から選択され修正された酵素エンコード配列324-1253、223-bpのChlamydomonasのRbcS2ターミネータ1254-1476、および、PCRREプライマー1477-1496を含む。Chlamydomonasのような真核光合成有機体を遺伝子形質転換する際にSEQIDNO:129-137、140、および151-154を使用すると、二酸化炭素および水から光生物学的に2-メチル-1-ブタノールを生産するためのカルビン回路チャンネル3-ホスホグリセレート分岐NADPH増強経路図5の03-05、34-39、53-55、42、および、56を伴うデザイナChlamydomonasのようなデザイナ真核光合成有機体を形成できることに留意されたい。SEQIDNO:155は、デザイナNialプロモータ制御葉緑体対象化3-メチルブタナールレダクターゼ57のDNAコンストラクト1595bpの例155を示し、これは、PCRFDプライマー配列1-20、2×84-bpのChlamydomonasreinhardtiiのNialプロモータ21-188、135-bpのChlamydomonasreinhardtiiのRbcS2トランジットペプチド189-323、SaccharomycescerevisiaeS288cの3-メチルブタナールレダクターゼDAA10635から選択され修正された3-メチルブタナールレダクターゼのエンコード配列324-1352、223-bpのChlamydomonasのRbcS2ターミネータ1353-1575、および、PCRREプライマー1576-1595を含む。Chlamydomonasのような真核光合成有機体を遺伝子形質転換する際にSEQIDNO:129-133、151-153、140、および141または142を使用すると、二酸化炭素および水から光生物学的にイソブタノールを生産するためのカルビン回路チャンネル3-ホスホグリセレート分岐NADPH増強経路図6の03-05、34、35、53-55、42、および、4344を伴うデザイナChlamydomonasのようなデザイナ真核光合成有機体を形成できることに留意されたい。他方、Chlamydomonasのような真核光合成有機体を遺伝子形質転換する際にSEQIDNO:129-133、151-153、136-138、140、および155を使用すると、二酸化炭素および水から光生物学的に3-メチル-1-ブタノールを生産するためのカルビン回路チャンネル3-ホスホグリセレート分岐NADPH増強経路図6の03-05、34、35、53-55、40、38、39、42、および、57を伴うデザイナChlamydomonasのようなデザイナ真核光合成有機体を形成できる。SEQIDNO:156は、デザイナNialプロモータ制御葉緑体対象化NADH依存ブタノールデヒドロゲナーゼ12aのDNAコンストラクト1739bpの例156を示し、これは、PCRFDプライマー配列1-20、2×84-bpのChlamydomonasreinhardtiiのNialプロモータ21-188、135-bpのChlamydomonasreinhardtiiのRbcS2トランジットペプチド189-323、ClostridiumperfringensのNADH依存ブタノールデヒドロゲナーゼNP_561774から選択され修正された酵素エンコード配列324-1496、223-bpのChlamydomonasのRbcS2ターミネータ1497-1719、および、PCRREプライマー1720-1739を含む。SEQIDNO:157は、デザイナNialプロモータ制御葉緑体対象化NADPH依存ブタノールデヒドロゲナーゼ12bのDNAコンストラクト1739bpの例157を示し、これは、PCRFDプライマー配列1-20、2×84-bpのChlamydomonasreinhardtiiのNialプロモータ21-188、135-bpのChlamydomonasreinhardtiiのRbcS2トランジットペプチド189-323、ClostridiumsaccharobutylicumのNADPH依存ブタノールデヒドロゲナーゼAAA83520から選択され修正された酵素エンコード配列324-1490、223-bpのChlamydomonasのRbcS2ターミネータ1491-1713、および、PCRREプライマー1714-1733を含む。Chlamydomonasのような真核光合成有機体を遺伝子形質転換する際にSEQIDNO:129-140、および156および/または157を使用すると、二酸化炭素および水から光生物学的にイソブタノールをより特定的に生産するためのカルビン回路チャンネル3-ホスホグリセレート分岐NADPH増強経路図4の03-05、34-42、および12を伴うデザイナChlamydomonasのようなデザイナ真核光合成有機体を形成できることに留意されたい。同様に、SEQIDNO:129、130、132、133、143-150、137-140、および156および/または157は、二酸化炭素および水から光生物学的に1-ブタノールを生産するためのカルビン回路チャンネル3-ホスホグリセレート分岐NADPH増強経路図4の03、04、34、35、45-52、39-42、および12を伴うデザイナChlamydomonasのような他のデザイナ真核光合成有機体を表す。SEQIDNO:158は、デザイナNialプロモータ制御葉緑体対象化3-ケトチオラーゼ07のDNAコンストラクト1745bpの例158を示し、これは、PCRFDプライマー配列1-20、2×84-bpのChlamydomonasのNialニトレートレダクターゼプロモータ21-188、135-bpのChlamydomonasのRbcS2トランジットペプチド189-323、Azohydromonaslataの3-ケトチオラーゼAADI0275から選択され修正された3-ケトチオラーゼのエンコード配列324-1502、223-bpのChlamydomonasのRbcS2ターミネータ1503-1725、および、PCRREプライマー1726-1745を含む。SEQIDNO:159は、デザイナNialプロモータ制御葉緑体対象化3-ヒドロキシアシル-CoAデヒドロゲナーゼ08のDNAコンストラクト1479bpを示し、これは、PCRFDプライマー配列1-20、2×84-bpのChlamydomonasのNialプロモータ21-188、135-bpのChlamydomonasのRbcS2トランジットペプチド189-323、Oceanithermusの3-ヒドロキシアシル-CoAデヒドロゲナーゼADR36325から選択され修正された酵素エンコード配列324-1196、223-bpのChlamydomonasのRbcS2ターミネータ1197-1419、および、PCRREプライマー1420-1439を含む。SEQIDNO:160は、デザイナNialプロモータ制御葉緑体対象化エノイル-CoAデヒドラターゼ09のDNAコンストラクト1337bpの例160を示し、これは、PCRFDプライマー配列1-20、2×84-bpのChlamydomonasのNialプロモータ21-188、135-bpのChlamydomonasのRbcS2トランジットペプチド189-323、Bordetellapetriiのエノイル-CoAデヒドラターゼYP_001629844から選択され修正された酵素エンコード配列324-1094、223-bpのChlamydomonasのRbcS2ターミネータ1095-1317、および、PCRREプライマー1318-1337を含む。SEQIDNO:161は、デザイナNialプロモータ制御葉緑体対象化2-エノイル-CoAレダクターゼ10のDNAコンストラクト1736bpの例161を示し、これは、PCRFDプライマー配列1-20、2×84-bpのChlamydomonasのNialプロモータ21-188、135-bpのChlamydomonasのRbcS2トランジットペプチド189-323、Xanthomonascampestrisの2-エノイル-CoAレダクターゼYP_001905744から選択され修正された酵素エンコード配列324-1493、223-bpのChlamydomonasのRbcS2ターミネータ1494-1716、および、PCRREプライマー1717-1736を含む。SEQIDNO:162は、デザイナNialプロモータ制御葉緑体対象化アシル-CoAレダクターゼ11のDNAコンストラクト2036bpの例162を示し、これは、PCRFDプライマー配列1-20、2×84-bpのChlamydomonasreinhardtiiのNialプロモータ21-188、135-bpのChlamydomonasのRbcS2トランジットペプチド189-323、Thermosphaeraaggregansのアシル-CoAレダクターゼYP_003649571から選択され修正された酵素エンコード配列324-1793、223-bpのChlamydomonasのRbcS2ターミネータ1794-2016、および、PCRREプライマー2017-2036を含む。SEQIDNO:163は、デザイナNialプロモータ制御葉緑体対象化ヘキサノールデヒドロゲナーゼ12のDNAコンストラクト1625bpの例163を示し、これは、PCRFDプライマー配列1-20、2×84-bpのChlamydomonasのNialプロモータ21-188、135-bpのChlamydomonasのRbcS2トランジットペプチド189-323、MycobacteriumchubuenseのヘキサノールデヒドロゲナーゼACZ56328から選択され修正された酵素エンコード配列324-1382、223-bpのChlamydomonasのRbcS2ターミネータ13834-1605、および、PCRREプライマー1606-1625を含む。Chlamydomonasのような真核光合成有機体を遺伝子形質転換する際にSEQIDNO:158-163を、他の適切な、SEQIDNO:132、および133のようなDNAコンストラクトとともに使用すると、二酸化炭素および水から光生物学的に1-ヘキサノールを生産するためのカルビン回路チャンネル3-ホスホグリセレート分岐NADPH増強経路図7の34、35、03-10、07-12を伴うデザイナChlamydomonasのようなデザイナ真核光合成有機体を形成できることに留意されたい。SEQIDNO:164は、デザイナNialプロモータ制御葉緑体対象化オクタノールデヒドロゲナーゼ12のDNAコンストラクト1249bpの例164を示し、これは、PCRFDプライマー配列1-20、2×84-bpのChlamydomonasのNialプロモータ21-188、135-bpのChlamydomonasのRbcS2トランジットペプチド189-323、DrosophilasubobscuraのオクタノールデヒドロゲナーゼAB065263から選択され修正された酵素エンコード配列324-1006、223-bpのChlamydomonasのRbcS2ターミネータ1007-1229、および、PCRREプライマー1230-1249を含む。SEQIDNO:132、133、および、158-163は、光生物学的に1-ヘキサノールを生産するためのデザイナ炭化水素鎖伸長経路図7の34、35、07-12を伴うデザイナChlamydomonasのようなデザイナ真核光合成有機体を表す。SEQIDNO:132、133、158-162、および164は、光生物学的に1-オクタノールを生産するためのデザイナ炭化水素鎖伸長経路図7の34、35、07-10、および07-012を伴うデザイナChlamydomonasのような他のデザイナ真核光合成有機体を表す。SEQIDNO:165は、デザイナNialプロモータ制御葉緑体対象化短鎖アルコールデヒドロゲナーゼ43のDNAコンストラクト1769bpを示し、これは、PCRFDプライマー配列1-20、2×84-bpのChlamydomonasのNialプロモータ21-188、135-bpのChlamydomonasのRbcS2トランジットペプチド189-323、Burkholderiaの短鎖アルコールデヒドロゲナーゼAB056626から選択され修正された酵素エンコード配列324-1526、223-bpのChlamydomonasのRbcS2ターミネータ1527-1749、および、PCRREプライマー1750-1769を含む。Chlamydomonasのような真核光合成有機体を遺伝子形質転換する際にSEQIDNO:129-140、および165を使用すると、二酸化炭素および水から光生物学的に1-ペンタノール、1-ヘキサノール、および、1-ヘプタノールを生産するためのカルビン回路チャンネル3-ホスホグリセレート分岐NADPH増強経路図8の03-05、34-41、39-43、39-43、および39-43を伴うデザイナChlamydomonasのようなデザイナ真核光合成有機体を形成できることに留意されたい。同様に、SEQIDNO:129-140、および、163は、二酸化炭素および水から光生物学的に1-ヘキサノールを生産するためのカルビン回路チャンネル3-ホスホグリセレート分岐NADPH増強経路図8の03-05、34-41、39-41、39-42、および、12を伴うデザイナChlamydomonasのような他のデザイナ真核光合成有機体を表す。同様に、Chlamydomonasのような真核光合成有機体を遺伝子形質転換する際にSEQIDNO:129-137、151-153、138-140、および165を使用すると、二酸化炭素および水から光生物学的に3-メチル-1-ペンタノール、4-メチル-1-ヘキサノール、および、5-メチル-1-ヘプタノールを生産するためのカルビン回路チャンネル3-ホスホグリセレート分岐NADPH増強経路図9の03-05、34-39、53-55、39-43、39-43、および39-43を伴うデザイナChlamydomonasのようなデザイナ真核光合成有機体を形成できる。ホストChlamydomonasのような真核光合成有機体における、SEQIDNO:129、130、132、133、143-150、151-153、137-140、および165の表現は、二酸化炭素および水から光生物学的に3-メチル-1-ペンタノール、4-メチル-1-ヘキサノール、および、5-メチル-1-ヘプタノールを生産するためのカルビン回路チャンネル3-ホスホグリセレート分岐NADPH増強経路図9の03、05、34、35、42-55、39-43、39-43、および39-43を伴う他のデザイナ真核光合成有機体を表す。Chlamydomonasのようなホスト真核光合成有機体における、SEQIDNO:129-133、151-153、136-140、および165の表現は、二酸化炭素および水から光生物学的に4-メチル-1-ペンタノール、5-メチル-1-ヘキサノール、および、6-メチル-1-ヘプタノールを生産するためのカルビン回路チャンネル3-ホスホグリセレート分岐NADPH増強経路図10の03-05、34、35、53-55、40、38、39、39-43、39-43、および39-43を伴う、さらに他のデザイナ真核光合成有機体を表す。[ブタノールおよび関連高級アルコールを生産収穫するために光バイオリアクタを伴うデザイナ光合成有機体の利用]デザイナカルビン回路チャンネル光合成NADPH増強経路図1、および図4-10を伴うデザイナ光合成有機体は、ブタノールおよび/または関連高級アルコールを生産収穫するために、光バイオリアクタと一緒に使用することができる。上述のブタノールおよび/または関連高級アルコールは、1-ブタノール、2-メチル-1-ブタノール、イソブタノール、3-メチル-1-ブタノール、1-ヘキサノール、1-オクタノール、1-ペンタノール、1-ヘプタノール、3-メチル-1-ペンタノール、4-メチル-1-ヘキサノール、5-メチル-1-ヘプタノール、4-メチル-1-ペンタノール、5-メチル-1-ヘキサノール、6-メチル-1-ヘプタノール、およびこれらの組み合わせからなるグループから選択される。デザイナ遺伝子組み換えオキシホトバクテリアおよび藻類のような上述のデザイナ光合成有機体は、二酸化炭素および水からのブタノールおよび関連高級アルコールの生産を増進するために、デザイナカルビン回路チャンネルの光合成NADPH増強された経路遺伝子と、バイオセーフティ防護技術とを有する。種々の実施例の1つによれば、無機栄養素を含む培養媒体とともに、二酸化炭素CO2および水H2Oを炭素および電子のソースとして用いて、デザイナ光合成有機体を、光独立栄養の態様で成長させることが好ましいプラクティスである。酸素光合成有機体成長に一般的に必要とされる栄養素の元素は、約1-10mMの濃度のN、P、およびKと、約0.5~1.0mMの濃度のMg、Ca、S、およびClと、μMの濃度レベルの微量元素traceelementのMn、Fe、Cu、Zn、B、Co、Mo、その他である。鉱物栄養素のすべては、水デザイナ淡水藻類に対しては淡水、耐塩性デザイナ海洋藻類に対しては海水、および、比較的少量の廉価な肥料、および、鉱物、例えば、重炭酸アンモニアNH4HCO3または硝酸アンモニア、塩化アンモニア、リン酸カリウムK2HPO4およびKH2PO4、硫酸マグネシウム7水和物MgSO47H2O、塩化カルシウムCaCl2、硫酸亜鉛7水和物ZnSO47H2O、蓚酸鉄II7水和物FeSO47H2O、およびホウ酸H3BO3、その他を用いる、充分に確立した処方の水素光合成有機体例えば藻類の培養媒体を利用して製造できる、水最小の媒体中に供給できる。すなわち、大量のデザイナ藻類またはオキシホトバクテリアの細胞を短期間で廉価に成長させることができる。なぜならば、デザイナ藻類は、野生型の親株と同様の速さで空気のCO2を利用してそれ自体が光独立栄養で池のような好気性条件下で成長できるからである。再生可能な太陽エネルギー生産のための光活性なバイオ触媒デザイナ藻類またはオキシホトバクテリアのようなデザイナ光合成バイオ燃料生産有機体を生産する費用効率の予期解決手段を実現できるという点がこの発明の特質すべき特徴利点である。種々の実施例の1つによれば、デザイナ光合成有機体が成長してブタノールおよび/または関連高級アルコールを光合成生産する準備ができたとき、デザイナ光合成有機体細胞は、二酸化炭素および水からブタノールおよび/または関連高級アルコールを生産するために、デザイナカルビン回路チャンネル光合成NADPH増強経路を表出するように誘導される。例えば、デザイナカルビン回路チャンネル経路遺伝子、例えば、二酸化炭素および水から1-ブタノールを生産するためのカルビン回路3-ホスホグリセレート分岐光合成NADPH増強経路図4に34、35、03-05、35-42、および12で数字でラベル付けされるのデザイナ遺伝子を有する、デザイナ遺伝子組み替えThermosynechococcusを表すSEQIDNO:58-69、および72および/または73のようなデザイナカルビン回路チャンネル経路遺伝子を制御するためにnirAプロモータを使用するとき、または使用するならば、デザイナ遺伝子組み替えThermosynechococcusは、アンモニアただし硝酸塩はないおよび他の無機栄養素を含む水最小の培養媒体中で成長させられる。デザイナ遺伝子組み換えThermosynechococcusが成長してバイオ燃料のブタノールを光合成生産する準備ができたとき、硝酸塩肥料が培養媒体に加えられてデザイナnirA制御カルビン回路チャンネル経路の表現が誘導されてこの例では二酸化炭素および水から1-ブタノールが生産されるようになる。デザイナホメオボックスhoxプロモータ制御カルビン回路3-ホスホグリセレート分岐経路遺伝子のSEQIDNO:104-109を含む、デザイナ遺伝子組み替えNostocのような嫌気性プロモータ制御経路を具備するデザイナ光合成有機体については、二酸化炭素および水から光生物学的に2-メチル-1-ブタノールを生産する図5ためのデザイナ経路遺伝子の表出を誘導するために、嫌気性条件を採用できる。すなわち、デザイナ遺伝子組み替えNostoc培養が成長して光生物学的にバイオ燃料を生産する準備ができたときに、そのセルは所定の嫌気性条件内に配されシールされ、二酸化炭素および水から2-メチル-1-ブタノールを光生物学的に生産するためにデザイナhox制御経路遺伝子の表出を誘導する。一組のデザイナgroEプロモータ制御およびnirAプロモータ制御のカルビン回路3-ホスホグリセレート分岐経路遺伝子のSEQIDNO:110-118を含む、デザイナ遺伝子組み替えProchlorococcusのような熱および光応答プロモータ制御およびnirAプロモータ制御の経路を具備するデザイナ光合成有機体については、二酸化炭素および水から光生物学的にイソブタノールを生産する図6ためのデザイナ経路遺伝子の表出を誘導するために、光および熱を、硝酸塩添加とともに採用できる。他の実施例において、デザイナ海洋藻類または海洋オキシホトバクテリアを使用すると、淡水またな農業土壌を必要とすることなく海水および/または地表水を利用してバイオ燃料の光生物学的な生産が可能になる。例えば、デザイナ遺伝子のSEQIDNO:110-117および119-122を含むデザイナProchlorococcusmarinusは、groEプロモータ制御デザイナカルビン回路チャンネル経路図6において、34ネイティブ、35、03-05、53-55、38-40、42、および57で特定されるを用いて、海水および/または所定の地表水を用いて、光独立栄養で成長して、また、二酸化炭素および水から3-メチル-1-ブタノールを生産できる。デザイナ光合成有機体は、高効率に水を使用してイソブタノールを生産するため、砂漠で作動する光バイオリアクタ内に封止されて使用されてもよい。蒸発および/または発散により水のロスがほとんど、またはまったくないからである。通常の作物システムは耐えることができないであろう。すなわち、この実施例は、耕作地または淡水源を必要とすることなく再生可能なエネルギーブタノールおよび関連高級アルコールを新たに生成することが可能になる。他の実施例によれば、窒素固定のデザイナオキシホトバクテリアを利用して、窒素肥料を必要とすることなく、光生物学的にバイオ燃料を生産できる。例えば、デザイナhoxプロモータ制御遺伝子のSEQIDNO:104-109を含むデザイナ遺伝子組み替えNostocは窒素N2固化、および、二酸化炭素および水からの2-メチル-1-ブタノールの生産の双方を実施できる図6。したがって、デザイナ遺伝子組み替えNostocを使用すると、光独立栄養で成長するとともに2-メチル-1-ブタノールを二酸化炭素および水から光合成で生産できる。所定のオキシホトバクテリアは複数の機能を実現するように設計される。例えば、デザイナnirAプロモータ制御遺伝子のSEQIDNO:123-127を含むデザイナ遺伝子組み替えCyanotheceは。1海水を使用でき、2窒素N2を固定し、二酸化炭素および水から1-ヘキサノールを光生物学的に生産できる図8。このタイプのデザイナオキシホトバクテリアを使用すると、窒素肥料を必要とすることなく海水を使用して1-ヘキサノールのような高度なバイオ燃料を光生物学的に生産できる。種々の実施例の1つによれば、ブタノールおよび関連高級アルコールを光生物学的に生産収穫する方法は:aカルビン回路の中間生成物に作用して中間生成物をブタノールおよび関連高級アルコールに変換するように構成された一組の酵素のための遺伝子組み換えコードを有する遺伝子組み換え光合成有機体を、光生物学的リアクタシステムに導入し;b遺伝子光合成有機体に関連して光合成水分解およびプロトン勾配結合電子搬送プロセスから取得される還元力およびエネルギーを光バイオリアクタ中で利用して二酸化炭素および水からブタノールおよび関連高級アルコールを合成し;c精選物分離プロセスを利用して合成ブタノールおよび/または関連高級アkルコールを光バイオリアクタから収穫することを有する。まとめると、どのようにデザイナ有機体が使用されて光生物学的にブタノールおよび/または関連高級アルコールを生産するかについて多くの実施例がある。好ましい実施例の1つは、光生物学的に直接にCO2およびH2Oからブタノールを生産するためのデザイナ有機体を、光生物学的リアクタおよびブタノール収穫フィルタリングおよび蒸留/蒸発システムとともに使用することであり、これは、以下のステップとして記述される具体的な操作プロセスを含み、これらステップは、aデザイナブタノール生産経路遺伝子の表出を誘導する前に、好気性通常条件の下で、空気のCO2を炭素源として用いる、最小培養媒体中で光独立栄養でデザイナ遺伝子組み換え有機体を成長させ;bデザイナ有機体が成長してブタノール生産の準備ができたときに、培養を特別な条件下に封止または配置してデザイナカルビン回路チャンネル経路遺伝子の表出を誘導し;cデザイナ経路酵素が表出されたときに、太陽光のような可視光エネルギーを供給してデザイナ遺伝子表出細胞が触媒として働きブタノールおよび/または関連高級アルコールがCO2およびH2Oから生産されるようになし;d当業者に知られている任意の方法を使用して生産物のブタノールおよび/または関連高級アルコールを収穫する。例えば、光生物学的なリアクタからのブタノールおよび/または関連高級アルコールの収穫は、膜フィルタリングおよび蒸留/蒸発のブタノール収穫技法を組み合わせて実現できる。デザイナ有機体を使用して光生物学的にブタノールおよび関連高級アルコールを生産し収穫する上述のプロセスは、複数の操作サイクルだけ繰り返してより所望の結果を実現して良い。上述のプロセスのステップa~dのいずれかを所定の特別な条件に適合化させるためにこの発明に従って調整されても良い。実際には、このプロセスのステップa~dのいずれかが全面的に、または部分的に適用され、および/または任意の調整された組み合わせで適用され、この発明に従うブタノールおよび高級アルコールの光生物学的な生産が増進されるようにして良い。ブタノールおよび/または関連高級アルコールの生産に加えて、デザイナ有機体、または、そのデザイナブタノール生産経路の一部を利用して所定のデザイナカルビン回路チャンネル経路図1、および4-10の所定の中間生成物を生成することも可能であり、この中間生成物はこれに限定されないが、ブチルアルデヒド、ブチリル-CoA、クロトニル-CoA、3-ヒドロキシブチリル-CoA、アセトロアセチル-CoA、アセチル-CoA、ピルビン酸エステル、ホスホエノールピルビン酸エステル、2-ホスホグリセレート、1,3-ジホスホグリセレート、グリセルアルデヒド-3-ホスフェート、ジヒドロキシアセトンホスフェート、フルクトース-1,6-ジホスフェート、フルクトース-6-ジホスフェート、グルコース-6-ホスフェート、グルコース、グルコース-1-ホスフェート、シトラマレート、シトラコネート、メチル-D-リンゴ酸、2-ケトブチレート、2-ケトバレレート、オクサロアセテート、アスパラギン酸エステル、ホモセリン、トレオニン、2-ケト-3-メチルバレレート、2-メチルブチルアルデヒド、3-メチルブチルアルデヒド、4-メチル-2-オクソペンタノエート、3-イソプロピルリンゴ酸、2-イソプロピルリンゴ酸、2-オクソイソバレレート、2,3-ジヒドロキシ-イソバレレート、2-アセトラクテート、イソブチルアルデヒド、3-ケト-C6-アシル-CoA、3-ヒドロキシ-C6-アシル-CoA、C6-エノイル-CoA、C6-アシル-CoA、3-ケト-C8-アシル-CoA、3-ヒドロキシ-C8-アシル-CoA、C8-エノイル-CoA、C8-アシル-CoA、オクタナール、1-ペンタノール、1-ヘキサノール、1-ヘプタノール、2-ケトヘキサノエート、2-ケトヘプタノエート、2-ケトオクタノエート、2-エチルリンゴ酸、3-エチルリンゴ酸、3-メチル-1-ペンタナール、4-メチル-1-ヘキサナール、5-メチル-1-ヘプタナール、2-ヒドロキシ-2-エチル-3-オクソブタノエート、2,3-ヒドロキシ-3-メチル-ペンタノエート、2-ケト-4-メチル-ヘキサノエート、2-ケト-5-メチル-ヘプタノエート、2-ケト-6-メチル-オクタノエート、4-メチル-1-ペンタナール、5-メチル-1-ヘキサナール、6-メチル-1-ヘプタナール、2-ケト-7-メチルオクタノエート、2-ケト-6-メチル-ヘプタノエート、および、2-ケト-5-メチル-ヘキサノエートを含む。したがって、種々の実施例の1つによれば、さらなる実施例は、誘導された遺伝子組み換えデザイナ有機体からも生産されて良い中間生成物を収穫する付加的なステップを有する。中間的な生成物の生産は、デザイナ経路でその消費を触媒として増進させるデザイナ酵素活性をスイッチオフすることにより、選択的に増強させることができる。その中間生成物の生産は、1またはいくつかのデザイナ酵素をデザイナブタノール生産経路から省力したデザイナ有機体を使用することよっても増強させることができる。例えば、図1のデザイナ経路からブタノールデヒドロゲナーゼまたはブチルアルデヒドデヒドロゲナーゼを省略したデザイナ有機体を使用してブチルアルデヒドまたはブチリル-CoAをそれぞれ生産できる。[デザイナカルビン回路チャンネル好気性水素化バイオ燃料経路]種々の実施例の1つによれば、水素H2、酸素O2、および二酸化炭素CO2を取得してブタノールおよび関連高級アルコールを含む高度なバイオ燃料をデザイナカルビン回路チャンネル経路図1、および図4-10を通じて生産するデザイナ水素化カルビン回路チャンネル経路図11が形成される。図11に示すように、種々の実施例の1つは、ここでは、シアノバクテリアのようなデザイナ微生物細胞において水素の消費からNADPHおよびATPを形成するデザイナ酸素O2耐性ヒドロゲナーゼの表現である。膜束縛ヒドロゲナーゼ表1に列挙されるMBH70、およびその付属タンパク質72は、吸気性電子搬送チェーンETCシステムを通じてH2の酸化を可能にし、プロトンHを細胞膜を横切ってポンプで引き上げATP合成のための膜横断電気化学ポテンシャルを形成し、他方、溶解可能なヒドロゲナーゼSH71、およびその付属タンパク質72を使用すると、H2によるNADPのSH仲介還元を通じてNADPHの形成が可能になる。ATPおよびNADPHを利用すると、デザイナカルビン回路チャンネル経路図1、および図4-10が駆動されて、CO2が固定され、バイオ燃料ブタノールおよび関連高級歩きオールが生産される。したがって、これは、デザイナカルビン回路チャンネルのバイオ燃料生産経路を革新的な応用を表現する。例えば、膜束縛ヒドロゲナーゼMBH70およびその付属タンパク質72と、溶解可能ヒドロゲナーゼSH71およびその付属タンパク質72が、すでにデザイナブタノール生産経路遺伝子であるSEQIDNO:58-69、および72および/または73を含むデザイナ遺伝子組み換えシアノバクテリア中に表現されると、図4において数字の34、35、03-05、36-42、および12でラベル付けされる水素化カルビン回路3-ホスホグリセレート分岐1-ブタノール生成経路を形成できる。このデザイナ水素化経路の正味の結果は、次のプロセス反応に従って、二酸化炭素CO2および水H2Oから1-ブタノールCH3CH2CH2CH2OHを光生物学的に生産することである。122nH24CO2nH2O→CH3CH2CH2CH2OH7nO2[20]吸気性電子搬送結合リン酸化反応により水素H2を酸化して1-ブタノールを生産するために使用される酸素O2分子の数は、この例では、約5であると見積もられた。デザイナ遺伝子がオンに切り換えられる前には、遺伝子組み換えシアノバクテリア図11は、CO2、H2O、および太陽光を利用して野生型の親株と同様に成長できることに留意されたい。それらは、成長して利用準備が整うと、H2約85、およびCO2約10の供給を受け、O2約5を制限されたバイオリアクタ中に配置されて、高級アルコール、例えば1-ブタノールを、例えば図1のカルビン回路チャンネルブタノール生産経路を通じて、光合成または太陽光を必要とすることなく、水素化合成してよい。H2は、水の電気分解を含む多数のソースから製造できるので、デザイナ水素化カルビン回路チャンネル経路技術図11を用いると、廉価な産業性CO2と太陽電池、風力、および原子力発電所からの電気とを利用して、耕作値または光合成を何ら必要とすることなく、ブタノールのようなドロップインレディdrop-in-readyの液体搬送燃料を生産できるようになる。[デザイナ嫌気性水素化還元性アセチル-CoAバイオ燃料生産経路]種々の実施例の1つによれば、デザイナ水素化還元性アセチル-CoAバイオ燃料生産経路技術図12が形成され、これは、水素H2および二酸化炭素CO2を取得してブタノールおよび関連高級アルコールを含む高度なバイオ燃料を嫌気性条件下で生産する。図12に示すように、種々の実施例の1つは、ここでは、シアノバクテリアのようなデザイナ微生物細胞においてデザイナ嫌気性水素化システム、および、還元性アセチル-CoAブタノール生産経路図13を付与する一組のデザイナ遺伝子の表現である。デザイナ嫌気性水素化システムは、例えば、エネルギー変換ヒドロゲナーゼ表1中のEch、91、[NiFe]-ヒドロゲナーゼMvh95、コエンザイムF420-還元性ヒドロゲナーゼFrh、96、野生型または異種の溶解性ヒドロゲナーゼFH、71、NADPH、還元フェレドキシンFDred2-、HS-CoM、HS-CoB、および、ヘテロジスルフィドレダクターゼHdr;94を含み、他方、デザイナ還元性アセチル-CoAブタノール生産経路図13において数字83-90、および07-12/43で示されるは、ホルミルメタノフランデヒドロゲナーゼdehydroganse83、ホルミルトランスフェラーゼ84、10-メテニル-テトラヒドロメタノプテリンシクロヒドロラーゼ85、10-メチレン-H4メタノプテリンデヒドロゲナーゼ86、10-メチレン-H4メタノプテリンレダクターゼ87、10-メチレン-H4メタノプテリン:コリノイド鉄硫黄タンパク質メチルトランスフェラーゼ88、コリノイド鉄硫黄タンパク質89、COデヒドロゲナーゼ/アセチル-CoAシンターゼ90、チオラーゼ07、3-ヒドロキシブチリル-CoAデヒドロゲナーゼ08、クロトナーゼ09、ブチリル-CoAデヒドロゲナーゼ10、ブチルアルデヒドデヒドロゲナーゼ11、ブタノールデヒドロゲナーゼ12、および/またはアルコールデヒドロゲナーゼ43を有する。この例では、デザイナ嫌気性水素化還元性アセチル-CoAブタノール生産経路技術図12および図13の正味の結果は、次のプロセス反応に従って、水素H2および二酸化炭素CO2から1-ブタノールCH3CH2CH2CH2OHを光生物学的に生産することである。12H24CO2→CH3CH2CH2CH2OH7O2[21]この全体的な還元のための標準的な自由エネルギー変化ΔrG0は、-244.7kJ/mol1-ブタノールであり、これは、この水素駆動のブタノール生産技術が熱力学の法則に反しないことを示す。この等式は、12分子24電子の水素H2が4分子の二酸化炭素CO2から1分子の1-ブタノールを生成できることを示す。12分子のH2を水の電気分解から生成するためにはこれは電気から24個の電子を使用する。したがって、水の電気分解が水素源として使用されるならば、24個の電子電気からのが、デザイナ嫌気性水素化還元性アセチル-CoAブタノール生産経路技術図12および図13を通じて4分子の二酸化炭素CO2から1分子の1-ブタノールを生成するために十分である。したがって、種々の実施例の1つにおいて、デザイナ独立栄養有機体は、一組のデザイナ遺伝子例えば、デザイナDNAコンストラクトを有し、これらは、デザイナ嫌気性水素化ブタノール生産経路システム図12および図13に示すを付与する一組の酵素を表現し、これらは、エネルギー変換ヒドロゲナーゼEch91、[NiFe]-ヒドロゲナーゼMvh95、コエンザイムF420-還元性ヒドロゲナーゼFrh9696、野生型または異種の溶解性ヒドロゲナーゼFH71、ヘテロジスルフィドレダクターゼHdr94、ホルミルメタノフランデヒドロゲナーゼdehydroganse83、ホルミルトランスフェラーゼ84、10-メテニル-テトラヒドロメタノプテリンシクロヒドロラーゼ85、10-メチレン-H4メタノプテリンデヒドロゲナーゼ86、10-メチレン-H4メタノプテリンレダクターゼ87、10-メチレン-H4メタノプテリン:コリノイド鉄硫黄タンパク質メチルトランスフェラーゼ88、コリノイド鉄硫黄タンパク質89、COデヒドロゲナーゼ/アセチル-CoAシンターゼ90、チオラーゼ07、3-ヒドロキシブチリル-CoAデヒドロゲナーゼ08、クロトナーゼ09、ブチリル-CoAデヒドロゲナーゼ10、ブチルアルデヒドデヒドロゲナーゼ11、ブタノールデヒドロゲナーゼ12、および/またはアルコールデヒドロゲナーゼ43を有する。デザイナ遺伝子がオンに切り換えられる前には、遺伝子組み換えシアノバクテリア図12は、CO2、H2O、および太陽光を利用して野生型の親株と同様に成長できる。それらは、成長して利用準備が整うと、バイオリアクタ中に配置されて、嫌気性条件下で、どのような光合成も必要とすることなく、また、どのようなH2の酸素分子O2による吸気酸化も必要とすることなく、H2およびCO2からブタノールを生産する。このデザイナ還元性アセチル-CoAブタノール生産経路図13の固有の特徴は、何らATPを必要としない点である。この経路は、還元フェレドキシンFDred2-、F420H2、およびNADPHを使用し、このデザイナ嫌気性水素化システム図12は、これらを、H2から供給でき、その際、所定の電子-プロトン結合バイオエネルギー二分岐機構を採用する。種々の実施例の1つによれば、このデザイナ経路図13は現時点では最もエネルギー効率のよいブタノール生産プロセスの1つを表す。この具体的な嫌気性水素化ブタノール生産プロセス[式21]の標準的な自由エネルギー変化ΔrG0は、使用H2あたり、-20.4kJ/molである。その最高水素H2-ブタノールエネルギー変換効率は約91.4と見積もられる。種々の実施例の1つによれば、デザイナ水素化還元性アセチル-CoAバイオ燃料生産経路技術図14において数字ラベル74-81、および07-12/43で示されるが形成され、これは、水素H2および二酸化炭素CO2を取得して1-ブタノールを一組の酵素から生産し、この一組の酵素は、葉酸デヒドロゲナーゼ74、10-ホルミル-H4ホレートシンターゼ75、メテニルテトラヒドロホレートシクロヒドロラーゼ76、10-メチレン-H4ホレートデヒドロゲナーゼ77、10-メチレン-H4ホレートレダクターゼ78、メチル-H4ホレート:コリノイド鉄硫黄タンパク質メチルトランスフェラーゼ79、コリノイド鉄硫黄タンパク質80、COデヒドロゲナーゼ/アセチル-CoAシンターゼ81、チオラーゼ07、3-ヒドロキシブチリル-CoAデヒドロゲナーゼ08、クロトナーゼ09、ブチリル-CoAデヒドロゲナーゼ10、ブチルアルデヒドデヒドロゲナーゼ11、ブタノールデヒドロゲナーゼ12、および/またはアルコールデヒドロゲナーゼ43を有する。このデザイナ経路は、10-ホルミル-H4ホレートシンターゼ75図14のステップにおいてATP消費を必要とする点を除いて図13の経路と類似している。したがって、これは、動作するために他の細胞プロセスからのATP供給を必要とする。種々の実施例の1つにおいて、この経路図14は、ATP、FDred2-、FDred2-、F420H2、およびNADPHを生成するデザイナメタン生成水素化細胞システム図15によりサポートできる。このデザイナ独立栄養有機体は、一組のデザイナ遺伝子例えば、デザイナDNAコンストラクトを有し、これらは、デザイナメタン生成水素化ブタノール生産経路システム図14および図16に示すを表現する一組の酵素を有し、これらは、メチル-H4MPT:コエンザイム-MメチルトランスフェラーゼMtr92、原生または異種のA1A0-ATPシンターゼ97、メチル-コエンザイムMレダクターゼMcr93、エネルギー変換ヒドロゲナーゼEch91、[NiFe]-ヒドロゲナーゼMvh95、コエンザイムF420還元ヒドロゲナーゼFrh96、原生または異種の溶解性ヒドロゲナーゼSH71、ヘテロジスルフィドレダクターゼHdr94、ホルミルメタノフランデヒドロゲナーゼdehydroganse83、ホルミルトランスフェラーゼ84、10-メテニル-テトラヒドロメタノプテリンシクロヒドロラーゼ85、10-メチレン-H4メタノプテリンデヒドロゲナーゼ86、10-メチレン-H4メタノプテリンレダクターゼ87、10-メチレン-H4メタノプテリン:コリノイド鉄硫黄タンパク質メチルトランスフェラーゼ88、コリノイド鉄硫黄タンパク質89、COデヒドロゲナーゼ/アセチル-CoAシンターゼ90、チオラーゼ07、3-ヒドロキシブチリル-CoAデヒドロゲナーゼ08、クロトナーゼ09、ブチリル-CoAデヒドロゲナーゼ10、ブチルアルデヒドデヒドロゲナーゼ11、ブタノールデヒドロゲナーゼ12、および/またはアルコールデヒドロゲナーゼ43を有する。例えば、デザイナメタン生成水素化システム図15は、メチル-H4MPT:コエンザイム-MメチルトランスフェラーゼMtr92、A1A0-ATPシンターゼ97、エネルギー変換ヒドロゲナーゼEch;表1の91、[NiFe]-ヒドロゲナーゼMvh95、コエンザイムF420-還元性ヒドロゲナーゼFrh、96、野生型または異種の溶解性ヒドロゲナーゼFH、71、NADPH、還元フェレドキシンFdred2-、HS-CoM、HS-C0M、メチル-コエンザイムMレダクターゼMcr93、およびヘテロジスルフィドレダクターゼHdr、94を含む。このシステム中のMtr92は、CH3-H4MPT中間体の一部を採ってメタンを生産し、ATP合成用に膜透過電気化学ポテンシャルを形成し、これは、図14のATP要求嫌気性還元性アセチル-CoAブタノール生産経路を支持する。したがって、メタン生成水素化システム図15とATP要求嫌気性還元性アセチル-CoAブタノール生産経路を組み合わせると、ブタノールおよびメタンの双方を生産する組み合わせ経路図16が得られる。この正味の結果は、次のプロセス反応に従って、水素H2および二酸化炭素CO2からブタノールおよびメタンCH4を生産することである。ここで、mは、生産される1-ブタノール当たり、ともに生成されるCH4分子の数である。124mH24mCO2→CH3CH2CH2CH2OH7mH2OmCH4[22]非ATP要求嫌気性還元性アセチル-CoAブタノール生産経路図13も、もちろん、このデザイナメタン生成水素化システム図15とともに動作でき、ブタノールおよびメタンの双方を生産する他の組み合わせ経路をもたらす図17。したがって、種々の実施例の1つにおいて、デザイナ独立栄養有機体は、一組のデザイナ遺伝子例えば、デザイナDNAコンストラクトを有し、これらは、デザイナメタン生成水素化嫌気性水素化ブタノール生産経路システム図15、図13、および図17に示すを表現する一組の酵素を有し、これらは、メチル-H4MPT:コエンザイム-MメチルトランスフェラーゼMtr92、原生または異種のA1A0-ATPシンターゼ97、メチル-コエンザイムMレダクターゼMcr93、エネルギー変換ヒドロゲナーゼEch91、[NiFe]-ヒドロゲナーゼMvh95、コエンザイムF420還元ヒドロゲナーゼFrh96、原生または異種の溶解性ヒドロゲナーゼSH71、ヘテロジスルフィドレダクターゼHdr94、葉酸デヒドロゲナーゼ74、10-ホルミル-H4ホレートシンターゼ75、メテニルテトラヒドロホレートシクロヒドロラーゼ76、10-メチレン-H4ホレートデヒドロゲナーゼ77、10-メチレン-H4ホレートレダクターゼ78、メチル-H4ホレート:コリノイド鉄硫黄タンパク質メチルトランスフェラーゼ79、コリノイド鉄硫黄タンパク質80、COデヒドロゲナーゼ/アセチル-CoAシンターゼ81、チオラーゼ07、3-ヒドロキシブチリル-CoAデヒドロゲナーゼ08、クロトナーゼ09、ブチリル-CoAデヒドロゲナーゼ10、ブチルアルデヒドデヒドロゲナーゼ11、ブタノールデヒドロゲナーゼ12、および/またはアルコールデヒドロゲナーゼ43を有する。これら酵素のいくつかは、ホスト有機体のいくつかの中にその遺伝的な背景に依存して自然に存在する。これら原生の酵素のいくつかは、デザイナ遺伝子とともに、デザイナ経路図12~図17の非恥部を構築するのに使用してよい。したがって、種々の実施例の1つによれば、嫌気性水素化還元性アセチル-CoAバイオ燃料生産経路を通じてブタノールのようなバイオ燃料を生産するためのデザイナ独立栄養有機体は、以下のグループから選択された少なくとも1つの酵素を表現できるデザイナ遺伝子を有し、このグループは、エネルギー変換ヒドロゲナーゼEch91、メチル-H4MPT:コエンザイム-MメチルトランスフェラーゼMtr92、メチル-コエンザイムMレダクターゼMcr93、ヘテロジスルフィドレダクターゼHdr94、[NiFe]-ヒドロゲナーゼMvh95、コエンザイムF420還元ヒドロゲナーゼFrh96、溶解性ヒドロゲナーゼSH71、A1A0-ATPシンターゼ97、葉酸デヒドロゲナーゼ74、10-ホルミル-H4ホレートシンターゼ75、メテニルテトラヒドロホレートシクロヒドロラーゼ76、10-メチレン-H4ホレートデヒドロゲナーゼ77、10-メチレン-H4ホレートレダクターゼ78、メチル-H4ホレート:コリノイド鉄硫黄タンパク質メチルトランスフェラーゼ79、コリノイド鉄硫黄タンパク質80、COデヒドロゲナーゼ/アセチル-CoAシンターゼ81、ホルミルメタノフランデヒドロゲナーゼdehydroganse83、ホルミルトランスフェラーゼ84、10-メテニル-テトラヒドロメタノプテリンシクロヒドロラーゼ85、10-メチレン-H4メタノプテリンデヒドロゲナーゼ86、10-メチレン-H4メタノプテリンレダクターゼ87、10-メチレン-H4メタノプテリン:コリノイド鉄硫黄タンパク質メチルトランスフェラーゼ88、コリノイド鉄硫黄タンパク質89、COデヒドロゲナーゼ/アセチル-CoAシンターゼ90、チオラーゼ07、3-ヒドロキシブチリル-CoAデヒドロゲナーゼ08、クロトナーゼ09、ブチリル-CoAデヒドロゲナーゼ10、ブチルアルデヒドデヒドロゲナーゼ11、ブタノールデヒドロゲナーゼ12、および/またはアルコールデヒドロゲナーゼ43からなる。SEQIDNO:166-198は、還元性アセチル-CoAバイオ燃料生産経路を伴う、デザイナシアノバクテリアのようなデザイナ水素化バイオ燃料生産有機体を形成するためのデザイナ酵素のデザイナDNAコンストラクトの例を表す。簡単に説明すると、SEQIDNO:166は、デザイナhoxlプロモータ制御ホルミルメタノフランデヒドロゲナーゼFmd;83のDNAコンストラクト6110bpの例166を示し、これは、PCRFDプライマー配列1-20、172-bpのNostocAnabaenaPCC7120のhoxプロモータ21-192、MethanothermobactermarburgensisのホルミルメタノフランデヒドロゲナーゼのサブユニットB、C、Eジェンバンク:ADL58895、ADL58894、ADL58893、およびMethanosphaerastadtmanaeのホルミルメタノフランデヒドロゲナーゼのサブユニットA、D、およびGジェンバンク:ABC56660、ABC56658、ABC56657の配列から選択され修正された酵素エンコード配列193-5659、432-bpのNostocsp.strainPCC7120のgorターミネータ5659-6090、および、3端のPCRREプライマー6091-6110を含む。SEQIDNO:167は、デザイナhoxlプロモータ制御ホルミルトランスフェラーゼ84のDNAコンストラクト1538bpの例167を示し、これは、PCRFDプライマー配列1-20、172-bpのNostocAnabaenaPCC7120のhoxプロモータ21-192、Methanothermobactermarburgensisのホルミルメタノフランテトラヒドロメタノプテリンホルミルトランスフェラーゼジェンバンク:ADL59225の配列から選択され修正された酵素エンコード配列193-1086、432-bpのNostocのgorターミネータ1087-1518、および、PCRREプライマー1519-1538を含む。SEQIDNO:168は、デザイナhoxlプロモータ制御5,10-メテニルテトラヒドロメタノプテリンH4メタノプテリンシクロヒドロラーゼ85のDNAコンストラクト1631bpの例168を示し、これは、PCRFDプライマー配列1-20、172-bpのAnabaenaPCC7120のhoxプロモータ21-192、MethanosphaerastadtmanaeのN5,N10-メテニルテトラヒドロメタノプテリンシクロヒドロラーゼジェンバンク:ABC57615の配列から選択された酵素エンコード配列193-1179、432-bpのNostocのgorターミネータ1180-1161、および、PCRREプライマー1162-1631を含む。SEQIDNO:169は、デザイナhoxlプロモータ制御5,10-メチレン-H4-メタノプテリンヒドロゲナーゼ86のDNAコンストラクト1475bpの例169を示し、これは、PCRFDプライマー配列1-20、172-bpのAnabaenaPCC7120のhoxプロモータ21-192、MethanothermobactermarburgensisのF420依存メチレン-5,6,7,8-テトラヒドロメタノプテリンヒドロゲナーゼジェンバンク:ADL57660の配列から選択された酵素エンコード配列193-1023、432-bpのNostocのgorターミネータ1180-1161、および、PCRREプライマー1162-1631を含む。SEQIDNO:170は、デザイナhoxlプロモータ制御メチレンテトラヒドロホレートレダクターゼ、および/またはメチレン-H4-メタノプテリンレダクターゼ78、87のDNAコンストラクト2594bpの例170を示し、これは、PCRFDプライマー配列1-20、172-bpのNostocsp.strainPCC7120AnabaenaPCC7120のhoxプロモータ21-192、Moorellathermoaceticaのメチレンテトラヒドロホレートレダクターゼジェンバンク:YP_430048およびMethanoplanuspetroleariusのF420依存N5,N10-メテニルテトラヒドロメタノプテリンレダクターゼジェンバンク:ADN36752の配列から選択され修正された酵素エンコード配列193-2142、432-bpのNostocのgorターミネータ2143-2574、および、PCRREプライマー2575-2594を含む。SEQIDNO:171は、デザイナhoxlプロモータ制御メチルテトラヒドロホレート:コリノイド鉄硫黄タンパク質メチルトランスフェラーゼ79、88のDNAコンストラクト2819bpの例171を示し、これは、PCRFDプライマー配列1-20、172-bpのNostocAnabaenaPCC7120のhoxプロモータ21-192、Moorellathermoaceticaのメチレンテトラヒドロホレート:コリノイド鉄硫黄タンパク質メチルトランスフェラーゼジェンバンク:YP_430950およびMethanothermobactermarburgensisのアセチル-CoAデカルボニラーゼ/シンターゼのサブユニットガンマジェンバンク:ADL57900の配列から選択され修正された酵素エンコード配列193-2467、432-bpのNostocsp.strainPCC7120のgorターミネータ2468-2899、および、PCRREプライマー2575-2594を含む。SEQIDNO:172は、デザイナhoxlプロモータ制御コリノイド鉄硫黄タンパク質80、89のDNAコンストラクト2771bpの例172を示し、これは、PCRFDプライマー配列1-20、172-bpのNostocAnabaenaPCC7120のhoxプロモータ21-192、Moorellathermoaceticaの小サブユニットコリノイド鉄硫黄タンパク質ジェンバンク:AAA23255およびMethanothermobactermarburgensisのアセチル-CoAデカルボニラーゼ/シンターゼのサブユニットデルタジェンバンク:ADL57899の配列から選択され修正された酵素エンコード配列193-2319、432-bpのNostocのgorターミネータ2319-2751、および、PCRREプライマー2752-2771を含む。SEQIDNO:173は、デザイナhoxlプロモータ制御COデヒドロゲナーゼ/アセチル-CoAシンターゼ81、90のDNAコンストラクト7061bpの例173を示し、これは、PCRFDプライマー配列1-20、172-bpのNostocAnabaenaPCC7120のhoxプロモータ21-192、Moorellathermoaceticaのアセチル-CoAデカルボニラーゼ/シンターゼベータサブユニット/アセチル-CoAデカルボニラーゼ/シンターゼアルファサブユニットジェンバンク:ABC19516、およびMethanothermobactermarburgensisのアセチル-CoAデカルボニラーゼ/シンターゼのサブユニットアルファ、ベータ、イプシロンデルタジェンバンク:ADL57895、ADL59006、ADL57897の配列から選択され修正された酵素エンコード配列193-6609、432-bpのNostocsp.strainPCC7120のgorターミネータ6610-7041、および、PCRREプライマー7042-7061を含む。SEQIDNO:174は、デザイナhoxlプロモータ制御チオラーゼ07のDNAコンストラクト1847bpの例174を示し、これは、PCRFDプライマー配列1-20、172-bpのNostocAnabaenaPCC7120のhoxプロモータ21-192、Butyrivibriofibrisolvensのチオラーゼジェンバンク:AB190764の配列から選択され修正された酵素エンコード配列193-1395、432-bpのNostocのgorターミネータ1396-1827、および、PCRREプライマー1828-1847を含む。SEQIDNO:175は、デザイナhoxlプロモータ制御3-ヒドロキシブチリル-CoAデヒドロゲナーゼ08のDNAコンストラクト1514bpの例175を示し、これは、PCRFDプライマー配列1-20、172-bpのNostocAnabaenaPCC7120のhoxプロモータ21-192、Thermoanaerobacteriumの3-ヒドロキシブチリル-CoAデヒドロゲナーゼジェンバンク:Z92974の配列から選択され修正された酵素エンコード配列193-1062、432-bpのNostocのgorターミネータ1063-1494、および、PCRREプライマー1495-1514を含む。SEQIDNO:176は、デザイナhoxlプロモータ制御クロトナーゼ09のDNAコンストラクト1430bpの例176を示し、これは、PCRFDプライマー配列1-20、172-bpのNostocAnabaenaPCC7120のhoxプロモータ21-192、Clostridiumbetjerinckiiのクロトナーゼジェンバンク:AF494018の配列から選択された酵素エンコード配列193-978、432-bpのNostocのgorターミネータ979-1410、および、PCRREプライマー1411-1430を含む。SEQIDNO:177は、デザイナhoxlプロモータ制御ブチリル-CoAデヒドロゲナーゼ10のDNAコンストラクト1784bpの例177を示し、これは、PCRFDプライマー配列1-20、172-bpのNostocAnabaenaPCC7120のhoxプロモータ21-192、Clostridiumbetjerinckiiのブチリル-CoAデヒドロゲナーゼジェンバンク:AF494018の配列から選択され修正された酵素エンコード配列193-1332、432-bpのNostocのgorターミネータ1333-1764、および、PCRREプライマー1765-1784を含む。SEQIDNO:178は、デザイナhoxlプロモータ制御ブチルアルデヒドデヒドロゲナーゼ11のDNAコンストラクト2051bpの例178を示し、これは、PCRFDプライマー配列1-20、172-bpのNostocAnabaenaPCC7120のhoxプロモータ21-192、Clostridiumsaccharoperbutylacetonicumのブチルアルデヒドデヒドロゲナーゼジェンバンク:AY251646の配列から選択され修正された酵素エンコード配列193-1599、432-bpのNostocのgorターミネータ1600-2031、および、PCRREプライマー2032-2051を含む。SEQIDNO:179は、デザイナhoxlプロモータ制御NADH依存ブタノールデヒドロゲナーゼ12のDNAコンストラクト1808bpの例179を示し、これは、PCRFDプライマー配列1-20、172-bpのNostocAnabaenaPCC7120のhoxプロモータ21-192、GeobacilluskaustophilusのNADH依存ブタノールデヒドロゲナーゼジェンバンク:YP_148778の配列から選択され修正された酵素エンコード配列193-1356、432-bpのNostocsp.strainPCC7120のgorターミネータ1357-1788、および、3端のPCRREプライマー1789-1808を含む。シアノバクテリアAnabaenaPCC7120のような微生物細胞これに限定されないがを含む微生物ホスト細胞を遺伝子形質転換する際にSEQIDNO:166-179を使用すると、光合成すなわち太陽光を必要とすることなく、水素および二酸化炭素から1-ペンタノールを生産するためのデザイナ還元性アセチル-CoAバイオ燃料生産経路図8に83-90、および07-12として数字でラベル付けされるを伴うデザイナAnabaenaのようなデザイナシアノバクテリアを形成できることに留意されたい。すなわち、SEQIDNO:166-179は、AnabaenaPCC7120のようなバクテリアの中において、デザイナ水素化還元性アセチル-CoAバイオ燃料生産経路図13において83-90、および07-12を伴うデザイナ有機体を表し、この経路は、完全に真っ暗な中でも、水素および二酸化炭素からブタノールを嫌気性条件で化学合成独立栄養chemolithoautotrophicにより生産するように動作可能である。SEQIDNO:180は、デザイナhoxlプロモータ制御エネルギー変換ヒドロゲナーゼEch91のDNAコンストラクト10538bpの例180を示し、これは、PCRFDプライマー配列1-20、172-bpのNostocAnabaenaPCC7120のhoxプロモータ21-192、MethanosphaerastadtmanaeDSM3091のエネルギー変換ヒドロゲナーゼサブユニットEchA、B、C、D、E、F、G、H、I、J、K、L、M、N、O、P、Qジェンバンク:ABC57807、およびABC57812-ABC57827の配列から選択され修正された酵素エンコード配列193-10086、432-bpのNostocのgorターミネータ10087-10518、および、PCRREプライマー10519-10538を含む。SEQIDNO:181は、デザイナhoxlプロモータ制御[NiFe]-ヒドロゲナーゼMvhADG95のDNAコンストラクト3416bpの例181を示し、これは、PCRFDプライマー配列1-20、172-bpのNostocAnabaenaPCC7120のhoxプロモータ21-192、Methanothermobactermarburgensisの[NiFe]-ヒドロゲナーゼMvhADGジェンバンク:ADL59096、ADL59098、ADL59097の配列から選択され修正された酵素エンコード配列193-2964、432-bpのNostocsp.strainPCC7120のgorターミネータ2965-3396、および、PCRREプライマー3397-3416を含む。SEQIDNO:182は、デザイナhoxlプロモータ制御ヘテロジスルフィドレダクターゼHdrABC、HdrDE94のDNAコンストラクト6695bpの例182を示し、これは、PCRFDプライマー配列1-20、172-bpのAnabaenaPCC7120のhoxプロモータ21-192、MethanosaetaharundinaceaのヘテロジスルフィドレダクターゼHdrABC、HdrDEジェンバンク:AET63985、AET63982、AET63983、AET64166、AET64165の配列から選択され修正された酵素エンコード配列193-6243、432-bpのNostocのgorターミネータ6244-6675、および、PCRREプライマー6676-6695を含む。SEQIDNO:183は、デザイナhoxlプロモータ制御コエンザイムF420還元性ヒドロゲナーゼFrh96のDNAコンストラクト3407bpの例183を示し、これは、PCRFDプライマー配列1-20、172-bpのNostocsp.strainPCC7120AnabaenaPCC7120のhoxプロモータ21-192、MethanocellapaludicolaSANAEMeのコエンザイムF420還元性ヒドロゲナーゼFrhB1-3ジェンバンク:YP_003357229、YP_003357467、YP_003357509の配列から選択され修正された酵素エンコード配列193-2955、432-bpのNostocsp.strainPCC7120のgorターミネータ2956-3387、および、3端のPCRREプライマー3388-3407を含む。シアノバクテリアAnabaenaPCC7120のようなバクテリア細胞これに限定されないがを含む微生物ホスト細胞を遺伝子形質転換する際にSEQIDNO:180-183を使用すると、デザイナ還元性アセチル-CoAブタノール生産経路図13において83-90、07-12のサポートの下で、H2から還元力Fdred2-およびF420H2を生成する嫌気性化学合成独立栄養chemolithoautotrophic水素利用システムを付与することができ、このシステムは図12に示すように、エネルギー変換ヒドロゲナーゼEch91、[NiFe]-ヒドロゲナーゼMvhADG95、コエンザイムF420-還元性ヒドロゲナーゼFrh96、およびコエンザイムF420-還元性ヒドロゲナーゼFrh96を有する。したがって、AnabaenaPCC7120のようなバクテリアにおける、SEQIDNO:180-183の表現は、SEQIDNO:166-179を伴うと、光合成または好気性の吸気を必要とすることなく水素および二酸化炭素からブタノールを嫌気性条件で化学合成独立栄養chemolithoautotrophicにより生産することができる、フルデザイナ還元性アセチル-CoAバイオ燃料生産経路システム図12および図13を伴うデザイナ有機体デザイナAnabaenaのようなを表す。この例の正味の結果は、反応式[21]に示されるように水素および二酸化炭素からブタノールを嫌気性条件で化学合成独立栄養chemolithoautotrophicにより生産することである。また、これらデザイナ遺伝子SEQIDNO:166-183はデザイナhox嫌気性プロモータによって制御されることに留意されたい。したがって、開放された池の大規模培養中のような、嫌気性条件下で、この例のデザイナAnabaenaは、野生型の親株とまったく同様に空気の二酸化炭素および水を炭素および電子のソースとして利用して急速に光独立栄養で成長する。デザイナAnabaena細胞培養が成長して使用この用途における触媒としての準備ができると、これらは、暗所で嫌気性化学合成独立栄養でブタノールを生産する図12および図13に示すためのデザイナ遺伝子表現を誘導するために、産業CO2およびH2ガスの供給を受ける、嫌気性リアクタ中へと配置できる。SEQIDNO:184は、デザイナhoxlプロモータ制御メチル-H4MPT:コエンザイムMメチルトランスフェラーゼMtrA-H92のDNAコンストラクト5417bpの例184を示し、これは、PCRFDプライマー配列1-20、172-bpのAnabaenaPCC7120のhoxプロモータ21-192、Methanosphaerastadtmanaeのメチル-H4MPT:コエンザイムMメチルトランスフェラーゼMtrA-Hジェンバンク:ABC56714、ABC56713、YP_447360、YP_447354、YP_447359、YP_447355、および、MethanosaetaharundinaceaおよびMethanoculleusmarisnigriのmtrEFAET65445、NC_009051の配列から選択され修正された酵素エンコード配列193-4965、432-bpのNostocsp.strainPCC7120のgorターミネータ4966-5397、および、PCRREプライマー5398-5417を含む。SEQIDNO:185は、デザイナhoxlプロモータ制御メチルコエンザイムMレダクターゼMcr93のDNAコンストラクト5042bpの例185を示し、これは、PCRFDプライマー配列1-20、172-bpのNostocsp.strainPCC7120AnabaenaPCC7120のhoxプロモータ21-192、MethanosphaerastadtmanaeのメチルコエンザイムMレダクターゼのサブユニットA、B、C、Gジェンバンク:CAE48306、CAE48303、ABC56709、CAE48305の配列から選択され修正された酵素エンコード配列193-4590、432-bpのNostocsp.strainPCC7120のgorターミネータ4591-5022、および、PCRREプライマー5023-50427を含む。シアノバクテリアAnabaenaPCC7120のようなバクテリア細胞を含む微生物ホスト細胞を遺伝子形質転換する際にSEQIDNO:184および185をSEQIDNO:180-183とともに使用すると、メタン生成水素化システムを付与でき、このシステムは、図15に示すように、メチル-H4MPT:コエンザイムMメチルトランスフェラーゼMtrA-H92、メチルコエンザイムMレダクターゼMcr93、エネルギー変換ヒドロゲナーゼEch91、[NiFe]-ヒドロゲナーゼMvhADG95、コエンザイムF420-還元性ヒドロゲナーゼFrh96、およびコエンザイムF420-還元性ヒドロゲナーゼFrh96を有する。これら酵素は、原生のATPアーゼ97と一緒に、デザイナ還元性アセチル-CoAメタン生成ブタノール生産経路図16および図17のサポートの下で、H2からATPおよび還元力Fdred2-およびF420H2を生成できる。したがって、AnabaenaPCC7120のようなバクテリアにおける、SEQIDNO:180-185の表現は、SEQIDNO:166-179を伴うと、光合成を必要とすることなく水素および二酸化炭素からブタノールおよびメタンを嫌気性条件で生産するように動作することができる、デザイナ水素化還元性アセチル-CoAメタン生成バイオ燃料生産経路システム図15および図17を伴うデザイナ有機体デザイナAnabaenaのようなを表す。この例の正味の結果は、反応式[22]に示されるように水素および二酸化炭素からブタノールおよびメタンを嫌気性条件で化学合成独立栄養chemolithoautotrophicにより生産することである。SEQIDNO:186は、デザイナhoxlプロモータ制御葉酸デヒドロゲナーゼ74のDNAコンストラクト5450bpの例186を示し、これは、PCRFDプライマー配列1-20、172-bpのNostocsp.strainPCC7120AnabaenaPCC7120のhoxプロモータ21-192、Moorellathermoaceticaの葉酸デヒドロゲナーゼのアルファおよびベータサブユニットジェンバンク:AAB18330、AAB18329の配列から選択され修正された酵素エンコード配列193-4998、432-bpのNostocsp.strainPCC7120のgorターミネータ4999-5430、および、PCRREプライマー5431-5450を含む。SEQIDNO:187は、デザイナhoxlプロモータ制御10-ホルミル-H4ホレートシンターゼ75のDNAコンストラクト2324bpの例187を示し、これは、PCRFDプライマー配列1-20、172-bpのNostocAnabaenaPCC7120のhoxプロモータ21-192、Moorellathermoaceticaの10-ホルミルテトラヒドロホレートシンセターゼジェンバンク:YP_428991の配列から選択され修正された酵素エンコード配列193-1872、432-bpのNostocsp.strainPCC7120のgorターミネータ1873-2304、および、PCRREプライマー2305-2324を含む。SEQIDNO:188は、デザイナhoxlプロモータ制御10-メテニル-H4ホレートシクロヒドロラーゼ76のDNAコンストラクト1487bpの例188を示し、これは、PCRFDプライマー配列1-20、172-bpのNostocAnabaenaPCC7120のhoxプロモータ21-192、Moorellathermoaceticaのメテニルテトラヒドロホレートシクロヒドロラーゼジェンバンク:YP_430368の配列から選択され修正された酵素エンコード配列193-1035、432-bpのNostocのgorターミネータ1036-1467、および、PCRREプライマー1468-1487を含む。SEQIDNO:189は、デザイナhoxlプロモータ制御10-メチレン-H4ホレートデヒドロゲナーゼ77のDNAコンストラクト1487bpの例189を示し、これは、PCRFDプライマー配列1-20、172-bpのNostocAnabaenaPCC7120のhoxプロモータ21-192、Moorellathermoaceticaのメテニルテトラヒドロホレートシクロヒドロラーゼ/5,10-メチレンテトラヒドロホレートデヒドロゲナーゼジェンバンク:ABC19825の配列から選択され修正された酵素エンコード配列193-1035、432-bpのNostocのgorターミネータ1036-1467、および、PCRREプライマー1468-1487を含む。SEQIDNO:190は、デザイナhoxlプロモータ制御10-メチレン-H4ホレートレダクターゼ78のDNAコンストラクト1565bpの例190を示し、これは、PCRFDプライマー配列1-20、172-bpのNostocAnabaenaPCC7120のhoxプロモータ21-192、Moorellathermoaceticaのメテニルテトラヒドロホレートレダクターゼジェンバンク:ABC1505の配列から選択され修正された酵素エンコード配列193-1113、432-bpのNostocのgorターミネータ1114-1545、および、PCRREプライマー1546-1565を含む。SEQIDNO:191は、デザイナhoxlプロモータ制御メチレン-H4ホレート:コリノイド鉄硫黄タンパク質メチルトランスフェラーゼ79のDNAコンストラクト1442bpの例191を示し、これは、PCRFDプライマー配列1-20、172-bpのAnabaenaPCC7120のhoxプロモータ21-192、Moorellathermoaceticaのメチルテトラヒドロホレート:コリノイド/鉄硫黄タンパク質メチルトランスフェラーゼジェンバンク:YP_430174の配列から選択され修正された酵素エンコード配列193-690、432-bpのNostocのgorターミネータ691-1122、および、PCRREプライマー1123-1442を含む。SEQIDNO:192は、デザイナhoxlプロモータ制御コリノイド鉄硫黄タンパク質80のDNAコンストラクト2942bpの例192を示し、これは、PCRFDプライマー配列1-20、172-bpのAnabaenaPCC7120のhoxプロモータ21-192、Clostridiumautoethanogenumのコリノイド鉄硫黄タンパク質の大および小サブユニットジェンバンク:AEI90745、AEI90746の配列から選択され修正された酵素エンコード配列193-2490、432-bpのNostocsp.strainPCC7120のgorターミネータ2491-2922、および、PCRREプライマー2923-2942を含む。SEQIDNO:193は、デザイナhoxlプロモータ制御COデヒドロゲナーゼ/アセチル-CoAシンターゼ81のDNAコンストラクト4859bpの例193を示し、これは、PCRFDプライマー配列1-20、172-bpのAnabaenaPCC7120のhoxプロモータ21-192、Moorellathermoaceticaの一酸化炭素デヒドロゲナーゼのアルファサブユニットおよびベータサブユニットトジェンバンク:AAA23229、AAA23228の配列から選択され修正された酵素エンコード配列193-4407、432-bpのNostocのgorターミネータ4408-4839、および、PCRREプライマー4840-4859を含む。シアノバクテリアAnabaenaPCC7120のような微生物ホスト細胞を遺伝子形質転換する際にSEQIDNO:186-193をSEQIDNO:174-179とともに使用すると、ATP要求還元性アセチル-CoAブタノール生産経路図14の74-81、および07-12/42を付与できる。同様に、シアノバクテリアAnabaenaPCC7120のようなバクテリアを遺伝子形質転換する際にSEQIDNO:186-193をSEQIDNO:180-185とともに使用すると、ATP要求還元性アセチル-CoAメタン生成バイオ燃料生産経路および水素化メタン生成結合ATP生成システム図15および図16を伴うデザイナ有機体デザイナAnabaenaのようなを表すことができ、これらシステムは水素および二酸化炭素からブタノールおよびメタンの双方を生産するように動作できる。この例の正味の結果は、反応式[22]に示されるように水素および二酸化炭素からブタノールおよびメタンを嫌気性条件で化学合成独立栄養chemolithoautotrophicにより生産することである。SEQIDNO:194は、デザイナhoxlプロモータ制御F420合成酵素99のDNAコンストラクト6428bpの例194を示し、これは、PCRFDプライマー配列1-20、172-bpのAnabaenaPCC7120のhoxプロモータ21-192、MethanobrevibacterruminantiumのラクトアルデヒドデヒドロゲナーゼCoAジェンバンク:ADC46523、MethanothermobacterMarburgensisの2-ホスホ-1-ラクテートグアニリルトランスフェラーゼジェンバンク:ADL58588、Methanococcusmaripaludisの2-ホスホ-L-ラクテートトランスフェラーゼジェンバンク:NP_987524、MethanocorpusculumlabreanumのコエンザイムF420-0ガンマ-グルタミルリガーゼYP_001030766、MethanocellapaludicolamのFOシンターゼのサブユニット1および2YP_003357513、YP_003357511の配列から選択され修正された酵素エンコード配列193-4976、432-bpのNostocsp.strainPCC7120のgorターミネータ4977-6408、および、PCRREプライマー6409-6428を含む。SEQIDNO:195は、デザイナhoxlプロモータ制御ピリドキサールホスフェート依存L-チロシンデカルボキシラーゼmfnAはメタノフラン合成を表す100のDNAコンストラクト1778bpの例195を示し、これは、PCRFDプライマー配列1-20、172-bpのAnabaenaPCC7120のhoxプロモータ21-192、MethanocellapaludicolaのL-チロシンデカルボキシラーゼジェンバンク:YP_003355454の配列から選択され修正された酵素エンコード配列193-1326、432-bpのNostocのgorターミネータ1327-1758、および、PCRREプライマー1759-1778を含む。SEQIDNO:196は、デザイナhoxlプロモータ制御メタノプテリン合成酵素101のDNAコンストラクト3215bpの例196を示し、これは、PCRFDプライマー配列1-20、172-bpのAnabaenaPCC7120のhoxプロモータ21-192、MethanosphaerastadtmanaeDSM3091のGTPシクロヒドロラーゼジェンバンク:YP_447347、MethanococcusmaripaludisC5の環状ホスホジエステラーゼMptBAB035741、MethanocellapaludicolaSANAEのベータ-リボフラノシラミノベンゼン5-ホスフェートシンターゼYP_003356610の配列から選択され修正された酵素エンコード配列193-2763、432-bpのNostocsp.strainPCC7120のgorターミネータ2764-3195、および、PCRREプライマー3196-3215を含む。SEQIDNO:197は、デザイナhoxlプロモータ制御コエンザイムM合成酵素102のDNAコンストラクト4226bpの例197を示し、これは、PCRFDプライマー配列1-20、172-bpのAnabaenaPCC7120AnabaenaPCC7120のhoxプロモータ21-192、Methanothermobactermarburgensisのホスホスルホラクテートシンターゼ、2-ホスホスルホラクテートホスファターゼ、およびスルホラクテートデヒドロゲナーゼジェンバンク:ADL57861、YP_003850451、ADL59162、およびMethanocellapaludicolaSANAEのスルホピルビン酸デカルボキシラーゼYP_003357048の配列から選択され修正された酵素エンコード配列193-3774、432-bpのNostocsp.strainPCC7120のgorターミネータ3775-4026、および、PCRREプライマー4027-4226を含む。SEQIDNO:198は、デザイナhoxlプロモータ制御コエンザイムB合成酵素103のDNAコンストラクト5198bpの例197を示し、これは、PCRFDプライマー配列1-20、172-bpのAnabaenaPCC7120のhoxプロモータ21-192、Methanopyruskandleriのノイソプロピルリンゴ酸デヒドロゲナーゼジェンバンク:AAM01606、NP_614498、Marinobacteradhaerensのイソプロピルリンゴ酸イソメラーゼの大および小サブユニットADP98363、ADP98362の配列から選択され修正された酵素エンコード配列193-4746、432-bpのNostocのgorターミネータ4747-5178、および、PCRREプライマー5179-5198を含む。シアノバクテリアAnabaenaPCC7120のような微生物ホスト細胞中のSEQIDNO:194-198の表現は、デザイナ水素化還元性アセチル-CoAバイオ燃料生産経路図13、14、16、および17の経路が動作するために必要な、F420、メタノフラン、メタノプテリン、コエンザイムM、およびコエンザイムBのようなコファクターのいくつかを合成する能力を実現する。シアノバクテリアのような種々のホスト細胞の遺伝子バックグラウンドに左右されて、それらの多くは、これら酵素のいくつかを処理してこの種の特別なコファクターを合成してもよいし、しなくてもよい。したがって、種々の実施例の1つにおいて、これらの例で示すように、この種のデザイナコファクター酵素例えば、SEQIDNO:194-198を水素化デザイナ還元性アセチル-CoAバイオ燃料生産経路遺伝子と一緒に表現するのが好ましいプラクティスである。MethanocellapaludicolaSANAEのような水素化バクテリアおよびメタン細菌の多くは、自然に、所定の水素化、および/または、還元性アセチル-CoA経路、ならびに、F420、メタノフラン、メタノプテリン、コエンザイムM、およびコエンザイムBを含む関連するコファクターを合成する能力を保持する。したがって、水素H2および二酸化炭素CO2から1-ブタノールのような高度なバイオ燃料を化学合成独立栄養で生産するための水素化、および/またはメタン生成ホスト細胞中に、バイオ燃料生産経路図1、4、5、6、7、8、10、13、および14例えばSEDIDNO:174-179を、所定のデザイナ遺伝子中に表現することも好ましいプラクティスである。種々の実施例の1つによれば、この具体的な適用のための水素化、および/またはメタン生成ホスト有機体は、次のグループから選択され、このグループは、MethanocellapaludicolaSANAE、AcinetobacterbaumanniiABNlH3、AcinetobacterbaumanniiABNlH4、Acinetobactersp.DR1、Agrobacteriumsp.H13-3;AgrobacteriumvitisS4、Alcaligenessp.、AllochromatiumvinosumDSM180、AmycolatopsismediterraneiS699、AnoxybacillusflavithermusWK1、AquifexaeolicusVF5、ArchaeoglobusfulgidusDSM4304、ArchaeoglobusveneficusSNP6、Azospirillumsp.B510、BurkholderiacenocepaciaHI2424、CaldicellulosiruptorbesciiDSM6725、Carboxydothermushydrogenoformans、CentipedaperiodontiiDSM2778、Clostridiumautoethanogenum、Clostridiumragsdalei、ClostridiumsticklandiiDSM519、Clostridiumsticklandii、Corynebacteriumglutamicum、CupriavidusmetalliduransCH34、CupriavidusnecatorN-1、DesulfobaccaacetoxidansDSM11109、Exiguobacteriumsp.AT1b、FerrimonasbalearicaDSM9799、FerroglobusplacidusDSM10642、GeobacilluskaustophilusHTA426、HelicobacterbilisATCC43879、HerbaspirillumseropedicaeSmR1、HydrogenobacterthermophilusTK-6、Hydrogenovibriomarinus、KlebsiellavariicolaAt-22、Methanobacteriumsp.SWAN-I、MethanobrevibacterruminantiumM1、MethanocaldococcusfervensAG86、MethanocaldococcusinfemusME、Methanocaldococcusjannaschii、Methanocaldococcussp.FS406-22、MethanocaldococcusvulcaniusM7、MethanococcusaeolicusNankai-3、MethanococcusmaripaludisC6、MethanococcusmaripaludisS2、MethanococcusvoltaeA3、MethanocorpusculumlabreanumZ、MethanoculleusmarisnigriJR1、MethanohalophilusmahiiDSM5219、MethanolineatardaNOBl-1、MethanoplanuspetroleariusDSM11571、Methanoplanuspetrolearius、MethanopyruskandleriAV19、Methanoregulaboonei6A8、Methanosaetaharundinacea6Ac、MethanosalsumzhilinaeDSM4017、MethanosarcinaacetivoransC2A、Methanosarcinabarkeristr.Fusaro、MethanosarcinamazeiGo1、Methanosphaerastadtmanae、MethanospirillumhungateiJF-1、Methanothermobactermarburgensisstr.Marburg、Methanothermobactermarburgensis、Methanothermobacterthermautotrophicus、Methanothermococcusokinawensis1H1、MethanothermusfervidusDSM2088、Methylobacillusflagellates、Methylobacteriumorganophilum、Methylococcuscapsulatus、Methylomicrobiumkenyense、MethylomonasmethanicaMC09、Methylomonassp.LW13、Methylosinussp.LW2、MethylosinustrichosporiumOB3b、MethyloteneramobilisJLW8、Methyloteneraversatilis301、MethylovorusglucosetrophusS1P3-4、MoorellathermoaceticaATCC39073、Moorellathermoacetica、OligotrophacarboxidovoransOM5、PaenibacillusterraeHPL-003、PelotomaculumthermopropionicumS1、PlanctomycesbrasiliensisDSM5305、PyrococcusfuriosusDSM3638、PyrococcushorikoshiiOT3、PyrococcusyayanosiiCHI、RalstoniaeutrophaH16、Rubrivivaxsp.、SelenomonasnoxiaATCC43541、ShewanellabalticaBA175、Stenotrophomonassp.SKAI4、Synechococcussp.JA-2-3Ba2-13、Synechococcussp.JA-3-3Ab、ThermococcusgammatoleransEJ3、ThermococcuskodakarensisKOD1、ThermococcusonnurineusNA1、Thermococcussp.4557、ThermodesulfatatorindicusDSM15286、ThermofilumpendensHrk5、ThermotogalettingaeTMO、ThermotogapetrophilaRKU1、Thiocapsaroseopersicina、ThiomonasintermediaK12、Xanthobacterautotrophicus、YersiniapestisAntiqua、およびこれらの組み合わせから成る。この発明はいくつかの実施例により説明され、また説明した実施例は非常に詳細に説明されたけれども、この出願は、添付の特許請求の範囲のスコープをその詳細な程度にまで制限し、その他、どのような態様でもその詳細な程度にまで制限する意図はない。付加的な利点および変更は当業者には容易に理解できる。したがって、この発明は、その最も広い側面では具体的な詳細、対応する装置および方法、ならびに、図示され、説明された、図説の例に限定されない。したがって、この出願の全体的な発明概念の精神または範囲から逸脱することなく、そのような詳細からに変更できる。"