Faits : A. Le 2 mars 2011, A._ SA (requérante) et B._ (propriétaire) ont formé une demande d'autorisation de construire un ensemble de logements avec commerces au rez et garage souterrain sur les parcelles n° 4'544 et 2'323 de la commune de Plan-les-Ouates, en zone 4B (villages et hameaux) protégée. Le projet implique la démolition de trois immeubles anciens situés au 137, 139 et 141 de la route de Saint-Julien, comprenant actuellement des commerces et dix logements de 33,5 pièces au total pour une surface de plancher globale de 944 m2. Les nouveaux immeubles, d'un seul tenant, comprennent des commerces et appartements au rez, ainsi que deux étages plus combles, soit dix appartements locatifs aux loyers contrôlés et 13 appartements en PPE ou à loyers libres. Le projet a donné lieu à deux préavis négatifs de la Commission des monuments de la nature et des sites, Sous-commission d'architecture (ci-après: CMNS) des 21 juin 2011 et 18 septembre 2012. Selon un rapport d'analyse historique et architecturale, le recensement architectural attribuait la note 3 (intéressant) à l'immeuble n° 137 et 4+ (bonne intégration du volume et de la substance) au n os 139 et 141. Les bâtiments s'intégraient parfaitement dans l'environnement bâti historique de type "village-rue" avec des jardins privatifs situés à l'arrière du côté du Mail. D'autres bâtiments (les nos 116 et 143 de la route de Saint-Julien) avaient connu d'heureuses restaurations et il devait en aller de même pour les bâtiments concernés. La commune de Plan-les-Ouates a émis en premier lieu un préavis défavorable en estimant que l'architecture proposée ne s'accordait pas avec l'aspect villageois en raison de l'absence d'une toiture à deux pans. Dans un second préavis, après modification du projet, elle s'est déclarée favorable avec des réserves mineures. Par décision du 12 novembre 2013, le Département cantonal de l'aménagement, du logement et de l'énergie (ci-après: le DALE) a refusé l'autorisation en se fondant notamment sur le préavis de la CMNS et sur la clause d'esthétique de l'art. 15 al. 1 de la loi genevoise sur les constructions et installations diverses (LCI). B. Ce refus a été confirmé, sur recours des constructeurs, le 10 avril 2014 par le Tribunal administratif de première instance, puis par arrêt du 29 septembre 2015 de la Chambre administrative de la Cour de justice du canton de Genève. Le refus du département pouvait se fonder sur la clause d'esthétique de l'art. 106 al. 1 LCI, applicable aux villages protégés. L'application de cette clause pour rejeter la demande de démolition ne constituait pas une mesure de protection déguisée indépendante des caractéristiques du nouveau projet. Le préavis de la CMNS, établi après une inspection locale, était contraignant. Il reposait sur des considérations raisonnables, le projet ne s'intégrant pas à l'environnement. Les transformations successives apportées sur les bâtiments concernés ou sur d'autres immeubles des environs justifiaient d'autant plus le besoin de protection. L'obligation de tirer parti du bâti existant, moins contraignante qu'une mesure de classement ou une obligation d'affectation, n'était pas disproportion-née; les devis censés démontrer qu'une rénovation légère ou lourde ne serait pas rentable, ne se référaient pas à des projets concrets. C. A._ SA et B._ forment un recours en matière de droit public contre l'arrêt cantonal. Ils demandent au Tribunal fédéral d'annuler cet arrêt ainsi que les décisions de refus de démolir et de construire, et d'ordonner au DALE de délivrer les autorisations. La Chambre administrative persiste dans le dispositif et les considérants de son arrêt. Le DALE conclut au rejet du recours. Les recourants ont déposé de nouvelles observations, persistant dans leurs motifs et leurs conclusions.