JP2006280282A - Method for producing gene-transferred cell, tissue or plant without being affected by selected marker gene - Google Patents

Method for producing gene-transferred cell, tissue or plant without being affected by selected marker gene Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To improve the efficiency of production of a marker-free tissue in the method for producing a plant by utilizing a malformation-inducing gene. <P>SOLUTION: A target gene, a selected marker gene except a cytokinin-synthesizing gene, and a vector for introducing the target gene having a leaving site and the selected marker gene arranged at the leaving site are introduced to a plant cell, and the cell is selected by using the expression of the selected marker as an index. Thereafter, a vector for removing the selected marker, having the malformation-inducing gene, an eliminase gene and a leaving site, wherein the malformation-inducing gene and the eliminase gene are arranged at the leaving site is introduced to the plant cell, and the marker-free gene-introduced cell or tissue is selected by using the malformation of the cultured tissue caused by the expression of the malformation-inducing gene as an index. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、選抜マーカー遺伝子の影響が排除された遺伝子導入細胞、組織又は植物の作成方法に関する。   The present invention relates to a method for producing a transgenic cell, tissue or plant in which the influence of a selection marker gene is excluded.

近年、植物分野での遺伝子導入技術の進歩は目覚しく、遺伝子導入によって新規な形質を付与した組換え農作物が作出されるようになり、既に、野外で大規模に栽培されている。   In recent years, the progress of gene transfer technology in the field of plants has been remarkable, and recombinant crops with new traits have been created by gene transfer and have already been cultivated on a large scale in the field.

植物への遺伝子導入では、このように所定の形質を付与するため植物細胞への導入が企図される遺伝子、即ち目的遺伝子は、選抜マーカー遺伝子と共に植物細胞に導入され、その植物細胞への選抜マーカー遺伝子の導入の有無、つまりはその植物細胞における選抜マーカー遺伝子の発現の有無が、目的遺伝子導入の指標として用いられるのが普通である。   In gene introduction into a plant, a gene intended to be introduced into a plant cell in order to impart a predetermined character as described above, that is, a target gene is introduced into the plant cell together with the selection marker gene, and the selection marker for the plant cell is introduced. The presence / absence of gene introduction, that is, the presence / absence of expression of a selection marker gene in the plant cell, is usually used as an index for introduction of the target gene.

しかし、遺伝子導入細胞の選抜に用いられた選抜マーカー遺伝子は、その細胞に存在し続け、更に、かかる細胞を起源として作成された遺伝子導入植物の細胞にも伝達されて存在し続けるため、様々な障害を与える。   However, the selection marker gene used for the selection of the transgenic cell continues to exist in the cell, and is further transmitted to the cells of the transgenic plant created from such a cell. Give an obstacle.

例えば、遺伝子導入技術を利用した植物育種を行おうとする場合において、いったん、ある選抜マーカー遺伝子を用いて遺伝子導入を行い、遺伝子導入植物を作成してしまうと、この遺伝子導入植物に対しては、先に用いられた選抜マーカー遺伝子と同一の選抜マーカー遺伝子を用いて遺伝子導入を行うことは、二度とできない。すでに、その植物細胞には、この選抜マーカー遺伝子が存在しているため、再びこれと同一の選抜マーカー遺伝子を新たな目的遺伝子と共に導入しても、新たな目的遺伝子が導入されようがされまいが、その植物の細胞や組織ではこれが常に発現し、新たな目的遺伝子導入の指標とすることは、もはやできないからである。従って、このような遺伝子の多重導入は、各遺伝子の導入毎に異なる選抜マーカー遺伝子を用いなければならない。しかし、現在実用できる選抜マーカー遺伝子の種類はごく限られており、このことが、ある植物に遺伝子の多重導入を行うことのできる回数を制約して、より有用かつ実用的な形質をその植物に付与する試みを困難なものとしている。また、そもそも、遺伝子導入植物が選抜マーカー遺伝子を保持するものである限り、どのように遺伝子導入技術を駆使し、どのように画期的な形質を付与したとしても、これを食用等に供することについて、社会的な同意を得るのは、現状では非常に困難である。   For example, in the case of plant breeding using gene transfer technology, once gene transfer is performed using a selected marker gene and a gene transfer plant is created, for this gene transfer plant, It is never possible to introduce a gene using the same selection marker gene as the previously used selection marker gene. Since this selection marker gene already exists in the plant cell, even if the same selection marker gene is introduced together with the new target gene, the new target gene will not be introduced. This is because it is always expressed in the cells and tissues of the plant and can no longer be used as an index for introducing a new target gene. Therefore, such a multiple introduction of genes must use a different selection marker gene for each introduction of each gene. However, there are only a limited number of selectable marker genes that can be used at present, and this limits the number of times that a gene can be introduced into a plant in multiple ways, giving it more useful and practical traits. Attempts to grant are difficult. In the first place, as long as the transgenic plant retains the selection marker gene, no matter how the gene transfer technology is used, no matter how a breakthrough trait is imparted, this should be used for food, etc. It is very difficult at present to obtain social consent.

従って、遺伝子導入細胞の選抜後、選抜に用いた選抜マーカー遺伝子を、それが存在し、機能する染色体等のDNAから除去するなどして、その影響を、遺伝子導入細胞、組織、更には植物体から排除する技術は、遺伝子工学技術を用いた植物育種の新たな展開に必須のものであると言える。   Therefore, after the selection of the transgenic cell, the selection marker gene used for the selection is removed from the DNA such as the chromosome in which it exists and functions, and the influence thereof is introduced into the transgenic cell, tissue, and plant body. It can be said that the technology excluded from the above is indispensable for new development of plant breeding using genetic engineering technology.

このような技術として、本出願人は、先に、選抜マーカー遺伝子として形態異常誘導遺伝子を利用し、植物細胞への遺伝子導入に際し、この選抜マーカー遺伝子をトランスポゾンや部位特異的組換え系等と組合せて用いることにより、選抜マーカー遺伝子の影響を排除した、いわゆるマーカーフリーの遺伝子導入植物を作成する方法を提案した(例えば、特許文献1、特許文献2)。   As such a technique, the present applicant previously used a morphological abnormality-inducing gene as a selection marker gene, and combined this selection marker gene with a transposon, a site-specific recombination system, or the like when introducing a gene into a plant cell. In other words, a method for creating a so-called marker-free transgenic plant in which the influence of a selected marker gene is eliminated has been proposed (for example, Patent Document 1 and Patent Document 2).

この方法によれば、目的遺伝子と共に植物細胞の染色体DNA等に導入された選抜マーカー遺伝子は、一定期間の経過後、トランスポゾンや部位特異的組換え系の働きにより、導入されたDNAから除去され、しかも、そのDNAへの導入及び除去が、遺伝子導入細胞に由来する組織の形状変化として、肉眼で容易に検出できる。つまり、この方法では、まず、遺伝子導入処理後の植物細胞を適当な条件下で培養し、この培養細胞が増殖して生じてくる組織の中から、形態異常を示す組織を選抜すれば、選抜マーカー遺伝子と目的遺伝子とが染色体DNA等に導入された植物細胞及び組織を得ることができ、次いで、この形態異常を示す組織をやはり適当な条件下で培養し、その後、この組織から生じてくる、今度は正常な形態を示す組織を選抜すれば、そのDNAから選抜マーカー遺伝子が除去されて目的遺伝子のみがこの染色体DNA等に残留し続けている遺伝子導入細胞及び組織、換言すれば選抜マーカー遺伝子の影響が排除された、マーカーフリーの遺伝子導入細胞及び組織を得ることができ、更に、かかる細胞及び組織からマーカーフリーの遺伝子導入植物を得ることができる。   According to this method, the selection marker gene introduced into the chromosomal DNA of the plant cell together with the target gene is removed from the introduced DNA by the action of a transposon or site-specific recombination system after a certain period of time, Moreover, the introduction and removal of the DNA can be easily detected with the naked eye as a change in the shape of the tissue derived from the transgenic cell. In other words, in this method, plant cells after gene transfer treatment are first cultured under appropriate conditions, and a tissue exhibiting a morphological abnormality is selected from the tissues produced by the growth of the cultured cells. Plant cells and tissues in which a marker gene and a target gene are introduced into chromosomal DNA can be obtained, and then a tissue exhibiting this morphological abnormality is also cultured under appropriate conditions, and then arises from this tissue In this case, if a tissue showing normal morphology is selected, the selected marker gene is removed from the DNA and only the target gene remains in this chromosomal DNA, etc. In other words, the selected marker gene Marker-free transgenic cells and tissues in which the effects of the above are eliminated, and marker-free transgenic plants can be obtained from such cells and tissues. Rukoto can.

特開平9−154580JP-A-9-154580 特開平10−327860JP-A-10-327860

上記方法において、選抜マーカー遺伝子の染色体DNA等への導入及び除去が、遺伝子導入細胞に由来する組織の形状変化をもたらすのは、この選抜マーカー遺伝子が形態異常誘導遺伝子であるため、目的遺伝子と共に植物の染色体DNA等に導入され、発現することによって、その植物細胞の増殖・分化の方向を狂わせて、通常とは異なる、つまり異常な形態分化を引き起こすためである。   In the above method, introduction and removal of the selection marker gene into the chromosomal DNA and the like result in a change in the shape of the tissue derived from the transgenic cell, since this selection marker gene is a morphological abnormality inducing gene. This is because, when introduced into and expressed in the chromosomal DNA or the like, the direction of proliferation / differentiation of the plant cell is distorted to cause unusual morphological differentiation.

しかし、形態異常誘導遺伝子の一つである、サイトカイニン合成遺伝子を植物の染色体DNAに導入すると、その発現産物であるサイトカイニンが、隣接する非遺伝子導入細胞にも影響を及ぼし、その結果、遺伝子導入細胞のみならず、非遺伝子導入細胞までもが異常な形態分化を起こしてしまうことがある。このため、上記方法において、選抜マーカー遺伝子である形態異常誘導遺伝子としてサイトカイニン合成遺伝子を用いた場合には、遺伝子導入処理後の植物細胞より生じてくる形態異常を示す組織の中には、選抜マーカー遺伝子はもちろん、目的遺伝子も全く導入されていない非遺伝子導入細胞からなる組織や、遺伝子導入細胞とこのような非遺伝子導入細胞とが混在するキメラ組織が含まれる可能性も高く、結果的に、マーカーフリーの細胞・組織の作成効率が低下するという問題があった。   However, when a cytokinin synthesis gene, which is one of the morphological abnormality-inducing genes, is introduced into the chromosomal DNA of a plant, its expression product, cytokinin, also affects adjacent non-transgenic cells. Not only non-transgenic cells but also abnormal morphological differentiation may occur. For this reason, in the above method, when a cytokinin synthetic gene is used as a morphological abnormality induction gene that is a selection marker gene, a selection marker may be included in a tissue exhibiting morphological abnormality caused by a plant cell after gene introduction treatment. There is a high possibility that a tissue composed of non-gene-transfected cells into which not only the gene of interest is introduced but also a gene-transfected cell and such non-gene-transfected cells are mixed, and as a result, There has been a problem that the efficiency of creating marker-free cells and tissues is reduced.

本発明は、かかる問題点に鑑み、形態異常誘導遺伝子を利用したマーカーフリーの遺伝子導入細胞、組織又は植物の作成方法において、マーカーフリーの組織の作成効率を向上させることを目的としてなされたものである。   In view of such problems, the present invention has been made for the purpose of improving marker-free tissue creation efficiency in a marker-free gene-transfected cell, tissue or plant production method using a morphological abnormality-inducing gene. is there.

すなわち、本発明は、選抜マーカー遺伝子の影響が排除された遺伝子導入細胞又は組織の作成方法であって、次の過程(A)〜(D)を経ることを特徴とする。
(A)目的遺伝子、サイトカイニン合成遺伝子以外の選抜マーカー遺伝子、及び、脱離部位を有し、上記選抜マーカー遺伝子が脱離部位に存在することを特徴とするベクターを、植物細胞に導入する過程
(B)(A)でベクターが導入された植物細胞を培養し、上記選抜マーカー遺伝子の発現を指標として、目的遺伝子が導入された植物細胞を選抜する過程
(C)形態異常誘導遺伝子、脱離酵素遺伝子、及び、脱離部位を有し、形態異常誘導遺伝子と脱離酵素遺伝子とが、脱離部位に存在することを特徴とするベクターを、(B)で選抜された植物細胞に導入する過程
(D)(C)でベクターが導入された植物細胞を培養し、その結果、該細胞が増殖して得られる組織より生じる、異常な形態をした組織を選抜する過程
(E)(D)で選抜された異常な形態をした組織を培養し、その結果生じる、正常な形態をした組織を選抜する過程
That is, the present invention is a method for producing a gene-introduced cell or tissue in which the influence of a selection marker gene is eliminated, and is characterized by undergoing the following steps (A) to (D).
(A) A process of introducing a vector comprising a target gene, a selection marker gene other than a cytokinin synthesis gene, and a detachment site, wherein the selection marker gene is present in the detachment site ( B) Process of culturing plant cells introduced with the vector in (A) and selecting plant cells introduced with the target gene using the expression of the selection marker gene as an indicator (C) Morphological abnormality induction gene, desorption enzyme A process of introducing a vector having a gene and a detachment site, wherein the morphological abnormality-inducing gene and the detachment enzyme gene are present in the detachment site into the plant cell selected in (B) (D) In the process (E) and (D) of culturing the plant cell introduced with the vector in (C), and as a result, selecting an abnormally shaped tissue generated from the tissue obtained by the proliferation of the cell. Selected Were cultured with tissue abnormal form, the process of selecting a resulting was normal morphology tissues

本発明においては、まず、目的遺伝子、サイトカイニン合成遺伝子以外の選抜マーカー遺伝子、及び、脱離部位を有し、上記選抜マーカー遺伝子を脱離部位に配したベクター(以下、目的遺伝子導入用ベクターという。)を植物細胞に導入し、選抜マーカー遺伝子の発現を指標として、その染色体DNA等に目的遺伝子が導入された植物細胞を選抜するので、遺伝子導入細胞を確実に選抜することができる。   In the present invention, first, a vector having a selection gene other than a target gene and a cytokinin synthesis gene and a desorption site, and having the selection marker gene arranged at the desorption site (hereinafter referred to as a target gene introduction vector). ) Is introduced into the plant cell, and the plant cell having the target gene introduced into its chromosomal DNA or the like is selected using the expression of the selection marker gene as an index, so that the gene-transferred cell can be reliably selected.

さらに本発明は、上記のようにして選抜された遺伝子導入細胞に対し、形態異常誘導遺伝子、脱離酵素遺伝子、及び、脱離部位を有し、形態異常誘導遺伝子と脱離酵素遺伝子とを、脱離部位に配したベクター(以下、選抜マーカー除去用ベクターという)を導入するので、目的遺伝子と共に遺伝子導入細胞の染色体DNA等に導入されていた選抜マーカー遺伝子は、その染色体DNA等から除去される。   Furthermore, the present invention has a morphological abnormality-inducing gene, a desorption enzyme gene, and a detachment site, and the morphological abnormality-inducing gene and the desorption enzyme gene are selected from the transgenic cells selected as described above. Since a vector (hereinafter referred to as a selection marker removal vector) arranged at the detachment site is introduced, the selection marker gene introduced into the chromosomal DNA of the gene-transferred cell together with the target gene is removed from the chromosomal DNA, etc. .

従って、本発明によれば、遺伝子導入処理後の植物細胞から、非遺伝子導入細胞からなる組織や、遺伝子導入細胞と非遺伝子導入細胞とが混在するキメラ組織が選抜する可能性を低減させ、その後の過程において、マーカーフリーの細胞及び組織の作成効率を向上させることができる。   Therefore, according to the present invention, it is possible to reduce the possibility of selecting a tissue composed of non-gene-transduced cells or a chimeric tissue in which gene-transfected cells and non-gene-transfected cells are mixed from plant cells after gene introduction treatment, In this process, the efficiency of creating marker-free cells and tissues can be improved.

しかも、選抜マーカー遺伝子の除去は、選抜マーカー除去用ベクターに配した形態異常誘導遺伝子の働きにより、遺伝子導入細胞に由来する組織の形状変化として、肉眼で容易に検出できるので、上記マーカーフリーの細胞及び組織の作成を容易に行うことができる。   In addition, the removal of the selection marker gene can be easily detected with the naked eye as a change in the shape of the tissue derived from the transgenic cell by the function of the morphological abnormality inducing gene arranged in the vector for removing the selection marker. In addition, the organization can be easily created.

また、本発明においては、選抜マーカー遺伝子の導入と除去とを2段階に分けて行う。つまり、まず、目的遺伝子導入用ベクターを用いて目的遺伝子と共に選抜マーカー遺伝子を導入し、次いで、選抜マーカー除去用ベクターを用いて選抜マーカー遺伝子を除去するので、選抜マーカー遺伝子を除去するタイミングを人為的に調節することができ、実用上、非常に便利である。   In the present invention, the selection marker gene is introduced and removed in two stages. In other words, the selection marker gene is first introduced together with the target gene using the target gene introduction vector, and then the selection marker gene is removed using the selection marker removal vector. It is practically very convenient.

以下、本発明について詳細に説明する。   Hereinafter, the present invention will be described in detail.

まず、本発明において用いるベクターの構造について説明する。   First, the structure of the vector used in the present invention will be described.

本発明においては、目的遺伝子、サイトカイニン合成遺伝子以外の選抜マーカー遺伝子、及び、脱離部位を有し、上記選抜マーカー遺伝子を脱離部位に配した、目的遺伝子導入用ベクターと、形態異常誘導遺伝子、脱離酵素遺伝子、及び、脱離部位を有し、形態異常誘導遺伝子と脱離酵素遺伝子とを、脱離部位に配した、選抜マーカー除去用ベクターとを用いる。   In the present invention, the target gene, a selectable marker gene other than the cytokinin synthesis gene, and a detachment site, the target gene introduction vector having the selection marker gene arranged at the detachment site, a morphological abnormality induction gene, A selective marker removal vector having a desorption enzyme gene and a desorption site, in which a morphological abnormality induction gene and a desorption enzyme gene are arranged at the desorption site, is used.

目的遺伝子導入用ベクターに配される目的遺伝子の種類、つまり、本発明の方法により植物細胞に導入することができる目的遺伝子の種類に特に限定はない。例えば、高成長性を付与するC2C1A遺伝子(ペルオキシダーゼ遺伝子)、耐乾燥性を付与するgols遺伝子、耐塩及び耐乾燥性を付与するcodA遺伝子、耐冷性を付与するデサチュラーゼ遺伝子など、農業的に優れた形質を付与できる遺伝子、農業的に優れた形質を付与するとは限らないが、遺伝子発現機構の研究に必要とされる遺伝子等、目的に応じて種々選択することができる。さらに、厳密には遺伝子と言えないが、所定の構造を有し、所定の機能を細胞内で果たすDNA因子も、本発明でいう目的遺伝子として植物細胞に導入することができる。例えば、このような場合として、遺伝子の発現抑制を目的として、その遺伝子の転写調節因子をアンチセンス方向に配置した構造を導入する場合等が考えられる。   There is no particular limitation on the type of target gene to be distributed in the target gene introduction vector, that is, the type of target gene that can be introduced into plant cells by the method of the present invention. For example, C2C1A gene (peroxidase gene) that imparts high growth potential, gals gene that imparts drought tolerance, codA gene that imparts salt and drought tolerance, desaturase gene that imparts cold tolerance, and other agriculturally superior traits A gene capable of imparting a gene and an agriculturally superior trait are not necessarily imparted, but various genes such as a gene required for the study of gene expression mechanisms can be selected. Furthermore, although not strictly a gene, a DNA factor having a predetermined structure and performing a predetermined function in a cell can also be introduced into a plant cell as a target gene in the present invention. For example, in such a case, for the purpose of suppressing the expression of a gene, a case where a structure in which the transcriptional regulatory factor of the gene is arranged in the antisense direction is introduced.

目的遺伝子導入用ベクターに用いる選抜マーカー遺伝子としては、目的遺伝子が植物細胞の染色体DNA等に導入された場合の指標となって、かかる細胞の選抜を可能とするものであれば、何であれ用いることができる。このような選抜マーカー遺伝子としては、例えば、カナマイシンに対する耐性を付与するネオマイシンホスホトランスフェラーゼ遺伝子(NPTII遺伝子)、ハイグロマイシンに対する耐性を付与するハイグロマイシンホスホトランスフェラーゼ遺伝子等の抗生物質耐性遺伝子、及び、ビアラホス(bialaphos)に対する耐性を付与するホスフィノスリシンアセチルトランスフェラーゼ遺伝子(bar遺伝子)等の除草剤耐性遺伝子のような、いわゆる薬剤耐性遺伝子を始め、緑色蛍光タンパク質遺伝子(GFP遺伝子)、β−グルクロニダーゼ遺伝子(GUS遺伝子)、ルシフェラーゼ遺伝子等の視覚的選抜を可能とする遺伝子、アグロバクテリウム・リゾジェネス(Agrobacterium rhizogenes:以下、A.リゾジェネスと略す。)のT−DNA上に存在するrolArolB及び/又はrolC等からなるrol遺伝子など、汎用のものを使用することができる。また、これらの選抜マーカー遺伝子を2種類以上組合せて使用しても構わない。ただし、本発明の目的遺伝子導入用ベクターに用いる選抜マーカー遺伝子として、サイトカイニン合成遺伝子を使用することはできない。サイトカイニン合成遺伝子を選抜マーカー遺伝子として使用した場合には、遺伝子導入処理後の植物細胞から、非遺伝子導入細胞からなる組織や、遺伝子導入細胞と非遺伝子導入細胞とが混在するキメラ組織が選抜される可能性が高くなり、その後の過程において、マーカーフリーの細胞及び組織の作成効率が低下するからである。 As the selection marker gene used for the target gene introduction vector, any marker gene can be used as long as it can be used as an index when the target gene is introduced into the chromosomal DNA of a plant cell. Can do. Examples of such selectable marker genes include antibiotic resistance genes such as a neomycin phosphotransferase gene (NPTII gene) that confer resistance to kanamycin, a hygromycin phosphotransferase gene that confer resistance to hygromycin, and bialaphos. ), A so-called drug resistance gene such as a herbicide resistance gene such as a phosphinothricin acetyltransferase gene (bar gene) that imparts resistance to), a green fluorescent protein gene (GFP gene), a β-glucuronidase gene (GUS gene) ) gene to allow visual selection of the luciferase gene and the like, Agrobacterium rhizogenes (Agrobacterium rhizogenes:.. hereinafter, the a rhizogenes abbreviated) exist on T-DNA of To rolA, etc. rol gene consisting rolB and / or rolC like, can be used as general-purpose. Further, two or more kinds of these selection marker genes may be used in combination. However, a cytokinin synthesis gene cannot be used as a selection marker gene used for the target gene introduction vector of the present invention. When a cytokinin synthesis gene is used as a selection marker gene, a tissue composed of non-gene-transferred cells or a chimera tissue in which gene-transferred cells and non-gene-transferred cells are mixed is selected from plant cells after gene transfer treatment. This is because the possibility of the creation of marker-free cells and tissues decreases in the subsequent process.

一方、選抜マーカー除去用ベクターに用いる形態異常誘導遺伝子としては、その発現によって、宿主細胞の増殖・分化の方向を狂わせて、通常とは異なる形態分化を引起こす遺伝子全般を用いることができる。かかる遺伝子として、代表的には、宿主植物に矮化、頂芽優勢の崩壊、色素の変化、根頭癌腫、毛状根、葉の波打ち等を引起こす、植物ホルモン合成系遺伝子や植物ホルモンシグナルトランスダクション系遺伝子など、植物ホルモン関連遺伝子を例示することができる。   On the other hand, as the morphological abnormality inducing gene used for the selection marker removing vector, all genes that cause morphological differentiation different from normal by deviating the direction of proliferation / differentiation of the host cell by its expression can be used. Such genes typically include plant hormone synthesis genes and plant hormone signals that cause the host plant to hatch, disrupt the bud dominance, change pigments, root cancer, hairy roots, leaf ripples, etc. Plant hormone-related genes such as transduction genes can be exemplified.

ここで、植物ホルモン合成系遺伝子とは、サイトカイニン合成遺伝子のように、植物ホルモンの合成に関与するタンパク等をコードする遺伝子を意味し、植物病原菌であるアグロバクテリウム等に存在するipt(isopentenyltoransferase)遺伝子(A. C. Smigocki、L. D. Owens、Proc. Natl. Acad. Sci. USA、85:5131、1988)、iaaM(tryptophan monooxygenase)遺伝子(H. J. Klee et al.、GENES & DEVELOPMENT、1:86、1987)、gene遺伝子(H. kerber et al.、EMBO Journal、10:3983、1991)、gene6b遺伝子(P. J. J. Hooyaas et al.、Plant Mol. Biol.、11:791、1988)、及びrol遺伝子群(F. F. White et al.、J. Bacteriol.、164:33、1985)、シュードモナス・シリンガエの亜種(Pseudomonas syringae subsp. savastanoi)に存在するiaaL(indoleacetic acid-lysine synthetase)遺伝子(A. Spena et al.、Mol. Gen. Genet.、227:205、1991)、更には、種々の植物のホメオボックス遺伝子やフィトクローム遺伝子等が知られている。 Here, the plant hormone synthesis gene means a gene that encodes a protein involved in the synthesis of plant hormones, such as a cytokinin synthesis gene, and is an ipt (isopentenyltoransferase) present in phytopathogenic fungi such as Agrobacterium. Gene (AC Smigocki, LD Owens, Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 85: 5131, 1988 ), iaM (tryptophan monooxygenase) gene (HJ Klee et al., GENES & DEVELOPMENT, 1:86, 1987), gene 5 genes (H. kerber et al., EMBO Journal, 10: 3983, 1991), gene 6b gene (PJJ Hooyaas et al., Plant Mol. Biol., 11: 791, 1988), and rol gene group (FF White et al., J. Bacteriol., 164: 33, 1985), iaL (indoleacetic acid-lysine synthetase) gene (A. Spena et al., Mol.) present in Pseudomonas syringae subsp. savastanoi . Gen. Genet., 227: 205, 1991), Furthermore, homeobox genes and phytochrome genes of various plants are known.

植物ホルモンシグナルトランスダクション系遺伝子とは、ジベレリン、エチレン、オーキシン、サイトカイニン等の植物ホルモンの存在を認識するセンサーや、そのセンサーからの情報を伝達していく、一連の情報伝達経路に関わるタンパクをコードする遺伝子を意味し、エチレン受容体遺伝子であるETR1遺伝子(C. Chang et al.、Science、262:539、1993)、サイトカイニン受容体遺伝子であると考えられているCKI1遺伝子(T. Kakimoto、Science、274:982、1996)とその変異体(ex.CKI2遺伝子)及びGCR1遺伝子(S. Plakidou-Dymock et al.、Current Biology、8:315、1998)の他、IBC6遺伝子及びIBC7遺伝子(I. Brandstatter、J. J. Kieber、The Plant Cell、10:1009、1998)等が知られている。 Plant hormone signal transduction genes encode sensors that recognize the presence of plant hormones such as gibberellin, ethylene, auxin, and cytokinin, and proteins related to a series of signal transduction pathways that transmit information from the sensor. gene means that an ethylene receptor gene ETR1 gene (C. Chang et al, Science, 262:. 539,1993), believed to be a cytokinin receptor gene CKI1 gene (T. Kakimoto, Science 274: 982, 1996) and its mutants (ex. CKI2 gene) and GCR1 gene (S. Plakidou-Dymock et al., Current Biology, 8: 315, 1998), IBC6 gene and IBC7 gene (I. Brandstatter, JJ Kieber, The Plant Cell, 10: 1009, 1998).

本発明の選抜マーカー除去用ベクターにおいては、これら形態異常誘導遺伝子のいずれをも使用することができる、しかし、中でも特に、頂芽優勢の崩壊を引き起こすipt遺伝子は、特徴的な形態の異常を引き起こし、植物個体の再分化を妨げることから、植物に用いる形態異常誘導遺伝子として好ましい。 Any of these morphological abnormality-inducing genes can be used in the selection marker removal vector of the present invention. However, in particular, the ipt gene that causes disruption of apical dominance causes a characteristic morphological abnormality. It is preferable as a morphological abnormality-inducing gene used for plants because it prevents re-differentiation of plant individuals.

また、本発明の目的遺伝子導入用ベクター及び選抜マーカー除去用ベクターにおいて脱離部位とは、植物細胞のDNAに組込まれた場合に、特定の脱離酵素の働きにより、そのDNAから脱離する、ある範囲を有するDNA領域をいい、このような脱離部位及び脱離酵素遺伝子としては、例えば、部位特的組換え系に由来するものやトランスポゾン等を用いることができる。   Further, in the target gene introduction vector and the selective marker removal vector of the present invention, the desorption site is desorbed from the DNA by the action of a specific desorption enzyme when it is incorporated into the DNA of the plant cell. It refers to a DNA region having a certain range. As such a desorption site and desorption enzyme gene, for example, those derived from site-specific recombination systems, transposons, and the like can be used.

部位特異的組換え系は、特徴的なDNA配列を有する組換え酵素認識配列、及び、組換え酵素認識配列を認識して、この認識配列が2以上存在したとき、その配列間の組換えを触媒する組換え酵素、という2つの要素からなっている。そして、この組換え酵素認識配列が同一DNA分子上に、互いに同方向を向いてある一定の間隔で二つ存在している場合には、これに挟まれた領域がこのDNA分子から脱離する、という挙動を示すので、本発明では、部位特異的組換え系の互いに同方向を向いた二つの組換え酵素認識配列に挟まれた領域を脱離部位、このとき組換え酵素認識配列を認識して作用する組換え酵素を脱離酵素、該組換え酵素をコードする遺伝子を脱離酵素遺伝子として利用する。また、選抜マーカー遺伝子、又は、形態異常誘導遺伝子及び脱離酵素遺伝子を脱離部位に配するには、これらの遺伝子を、上記の互いに同方向を向いた二つの組換え酵素認識配列に挟まれた領域であって、その脱離に影響を及ぼさない位置に配すればよい。   The site-specific recombination system recognizes a recombination enzyme recognition sequence having a characteristic DNA sequence and a recombination enzyme recognition sequence. When two or more recognition sequences exist, recombination between the sequences is performed. It consists of two elements: a catalytic recombination enzyme. When two recombination enzyme recognition sequences are present on the same DNA molecule at a certain interval in the same direction, the region between them is detached from the DNA molecule. Therefore, in the present invention, a region sandwiched between two recombination enzyme recognition sequences oriented in the same direction in the site-specific recombination system is recognized as a desorption site. At this time, the recombination enzyme recognition sequence is recognized. The recombinase acting as a desorption enzyme is used as a desorption enzyme, and the gene encoding the recombination enzyme is used as a desorption enzyme gene. In addition, in order to place a selection marker gene, or a morphological abnormality inducing gene and a desorption enzyme gene in a desorption site, these genes are sandwiched between the two recombination enzyme recognition sequences oriented in the same direction as described above. It may be arranged in a region that does not affect the detachment.

なお、組換え酵素認識配列、及び、この認識配列を認識して作用する組換え酵素の組合せとしては、現在、Cre/lox系、R/RS系、FLP/FRT系、cer系、fim系など、ファージ、細菌(例えば大腸菌)、酵母等の微生物から分離されたもののみが知られており(総説として、N L. Craig、Annu. rev. genet.、22:17、1988)、高等生物ではまだその存在を知られていない。しかし、微生物から分離されたこれらの組換え酵素認識配列及び組換え酵素も、その由来する生物種と異なる生物種、即ち、植物や動物に導入された場合でも、そもそもの生物内における挙動と同一の挙動をとることが明らかとなっており、本発明においても、こうした組換え酵素認識配列及び組換え酵素の組合せを自由に選択し、脱離部位を構成し、また、脱離酵素として利用することができる。中でも、Cre/lox系、R/RS系は、動物、植物等で広く用いられており、組換え効率も高いので、こうした組合わせとして好ましい。もっとも、本発明において、組換え酵素認識配列は、上記野生型の認識配列だけではなく、そのDNA配列が一部改変された、変異型認識配列を用いることもできる。ただし、このとき、変異型認識配列は、脱離酵素として用いる、組換え酵素により認識され得るものであることを要する。 In addition, as a combination of a recombination enzyme recognition sequence and a recombination enzyme that recognizes and acts on this recognition sequence, Cre / lox system, R / RS system, FLP / FRT system, cer system, fim system, etc. Only those isolated from microorganisms such as phages, bacteria (eg E. coli), yeast, etc. (as a review, NL. Craig, Annu. Rev. Genet., 22:17, 1988) The existence is not yet known. However, even when these recombinase recognition sequences and recombinases isolated from microorganisms are introduced into a species different from the species from which they are derived, that is, when introduced into plants or animals, their behavior in the organism is the same. In the present invention, a combination of such a recombination enzyme recognition sequence and a recombination enzyme can be freely selected to form a desorption site and to be used as a desorption enzyme. be able to. Among these, the Cre / lox system and the R / RS system are preferred as such combinations because they are widely used in animals, plants, and the like and have high recombination efficiency. However, in the present invention, as the recombination enzyme recognition sequence, not only the wild type recognition sequence but also a mutant recognition sequence in which the DNA sequence is partially modified can be used. However, at this time, the mutant recognition sequence must be one that can be recognized by a recombinant enzyme used as a desorption enzyme.

一方、本発明の脱離部位及び脱離酵素遺伝子としてトランスポゾンを用いる場合には、非自律性のトランスポゾンを用いる。このとき、トランスポゾン本体を脱離部位、その転移酵素を脱離酵素、該転移酵素遺伝子を脱離酵素遺伝子として利用することができる。選抜マーカー遺伝子、又は、形態異常誘導遺伝子及び脱離酵素遺伝子を脱離部位に配するには、これらの遺伝子を、トランスポゾン本体内部の、その脱離に影響を及ぼさない位置に配すればよい。この意味において、これらの遺伝子の位置は、トランスポゾン本体の内部であって、転移酵素が結合する末端領域よりは下流に配することが好ましい。なお、トランスポゾンは、通常、転移酵素の働きによりその存在するDNA上から脱離し、その後、DNA上の新たな部位に転移するが、一定の確率で転移できぬままその機能を失い、消失等する場合も生ずるので、本発明ではこのようなトランスポゾンの転移ミスを利用する。   On the other hand, when a transposon is used as the desorption site and desorption enzyme gene of the present invention, a non-autonomous transposon is used. At this time, the transposon body can be used as a desorption site, its transferase as a desorption enzyme, and the transferase gene as a desorption enzyme gene. In order to arrange the selection marker gene, or the morphological abnormality inducing gene and the desorption enzyme gene in the desorption site, these genes may be arranged in the transposon body so as not to affect the desorption. In this sense, the position of these genes is preferably arranged in the transposon body and downstream of the terminal region to which the transferase is bound. A transposon is usually detached from its existing DNA by the action of a transferase, and then transferred to a new site on the DNA, but loses its function without being transferred with a certain probability, and disappears. In some cases, the present invention uses such a transposon transfer error.

非自律性トランスポゾンは、DsdSpmを始め(H. -P. D〓ring and P. Starlinger、Ann. Rev. Genet.、20:175、1986)、トウモロコシ、キンギョソウ、アサガオ等の多くの植物から単離されている(例えば、Y. Inagaki et al.、Plant Cell、6:375 、1994)。これらのトランスポゾンも、その由来する植物と、異なる種類の植物の染色体DNA等に導入された場合にも、その能力を発揮して脱離し、転移することが多くの例で知られている(例えば、B. Baker et al.、Proc. Natl. Acad. Sci. USA、83:4844 、1986)ので、本発明においても、こうした非自律性トランスポゾンを自由に選択して利用することができる。 Non-autonomous transposons include Ds and dSpm (H. -P. D〓ring and P. Starlinger, Ann. Rev. Genet., 20: 175, 1986), and many plants such as corn, snapdragon and morning glory. It has been isolated (eg, Y. Inagaki et al., Plant Cell, 6: 375, 1994). Even when these transposons are introduced into the chromosomal DNA of a plant of a different type from that of the plant from which they are derived, it is known in many cases that they exhibit their abilities and are detached and transferred (for example, B. Baker et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 83: 4844, 1986), so that in the present invention, such a non-autonomous transposon can be freely selected and used.

次に、上記ベクターを用いて行う、本発明による選抜マーカー遺伝子の影響が排除された遺伝子導入細胞及び組織の作成方法について説明する。   Next, a method for producing a gene-introduced cell and tissue in which the influence of the selection marker gene according to the present invention, which is performed using the above vector, is described.

この方法においては、まず、上記構造を有する目的遺伝子導入用ベクターを植物細胞に導入することにより、目的遺伝子及び選抜マーカー遺伝子を、その染色体DNA等に導入する。植物細胞への導入法としては、例えば、マイクロインジェクション法、エレクトロポレーション法、ポリエチレングリコール法、融合法、高速バリスティックベネトレーション法等の物理的・化学的手法による直接的な導入法の他、植物に感染するウイルスや細菌を介して行う、間接的な導入法も使用することができる(I. Potrykus、Annu. Rev. Plant Physiol. Plant Mol. Biol.、42:205、1991)。この場合、ウイルスとしては、カリフラワーモザイクウイルス、ジェミニウイルス、タバコモザイクウイルス、ブロムモザイクウイルス等が使用でき、細菌としては、アグロバクテリウム・ツメファシエンス(Agrobacterium tumefaciense:以下、A.ツメファシエンスと略す。)、A.リゾジェネス等が使用できる。 In this method, first, a target gene introduction vector having the above structure is introduced into a plant cell to introduce the target gene and a selectable marker gene into its chromosomal DNA or the like. As an introduction method into plant cells, for example, in addition to direct introduction methods by physical and chemical methods such as microinjection method, electroporation method, polyethylene glycol method, fusion method, high-speed ballistic penetration method, Indirect transfection methods can also be used via viruses and bacteria that infect plants (I. Potrykus, Annu. Rev. Plant Physiol. Plant Mol. Biol., 42: 205, 1991). In this case, as the virus, cauliflower mosaic virus, available geminivirus, tobacco mosaic virus, brome mosaic virus, and examples of the bacteria, Agrobacterium tumefaciens (Agrobacterium tumefaciense:.. Hereinafter abbreviated as A tumefaciens), A . Rhizogenes can be used.

目的遺伝子導入用ベクターを導入した植物細胞は、適当な培地を用いて培養し、目的遺伝子と共に染色体DNA等に導入された選抜マーカー遺伝子の発現を指標として選抜する。このとき培地としては、ムラシゲ・スクーグ(MS(T. Murashige and F. Skoog、Physiol. Plant.、15:473、1962))やガンボーグのB5等、植物の組織培養用培地として公知の基本培地又はこれを希釈したものに、必要に応じ、ショ糖等の炭素源、及び/もしくは、サイトカイニンやオーキシン等の植物ホルモンを添加した固体又は液体培地を用いることができる。ただし、使用する選抜マーカー遺伝子の種類によっては、その発現を検出するため、必要な成分を培地中に添加する必要がある。例えば、選抜マーカー遺伝子として、薬剤耐性遺伝子を使用した場合には、対応する薬剤を培地中に添加して選抜マーカー遺伝子の発現を検出する必要があり、GUS遺伝子を使用した場合には5−ブロモ−4−クロロ−3−インドリル−β−D−グルクロニドシクロヘキシルアンモニウム塩を、ルシフェラーゼ遺伝子を使用した場合にはルシフェリンを培地中に添加して、選抜マーカー遺伝子の発現を検出する必要がある。なお、培養温度や湿度、光強度等の培養環境条件は、その植物細胞の培養に適した条件を適宜採用すればよい。   Plant cells into which a target gene introduction vector has been introduced are cultured using an appropriate medium, and selected using the expression of a selectable marker gene introduced into chromosomal DNA together with the target gene as an indicator. At this time, as the medium, Murashige and Skoog (MS (T. Murashige and F. Skoog, Physiol. Plant., 15: 473, 1962)), B5 of Gamborg, etc., a basic medium known as a plant tissue culture medium or the like If necessary, a solid or liquid medium to which a carbon source such as sucrose and / or a plant hormone such as cytokinin or auxin is added can be used. However, depending on the type of selection marker gene used, it is necessary to add necessary components to the medium in order to detect its expression. For example, when a drug resistance gene is used as a selection marker gene, it is necessary to detect the expression of the selection marker gene by adding a corresponding drug to the medium. When a GUS gene is used, 5-bromo When -4-chloro-3-indolyl-β-D-glucuronide cyclohexylammonium salt is used as a luciferase gene, it is necessary to add luciferin to the medium and detect the expression of the selection marker gene. In addition, what is necessary is just to employ | adopt suitably the conditions suitable for culture | cultivation of the plant cell, such as culture | cultivation temperature, humidity, and light intensity.

次いで、上記培養により選抜された植物細胞に、選抜マーカー除去用ベクターを導入し、この細胞を培養する。すると、その細胞は、選抜マーカー除去用ベクターに配した形態異常誘導遺伝子が染色体DNA等に導入され、発現することにより、増殖・分化の方向が狂わされ、多芽体や発根能のない不定芽の分化、不定根の分化など、通常とは異なる形態の分化を起こす。そこで、このような形態異常を示す組織を選抜し、更に培養を続けると、やがて、この形態異常誘導遺伝子と共に、選抜マーカー除去用ベクターにより植物細胞に導入された脱離酵素遺伝子が働いて、脱離部位に存在する形態異常誘導遺伝子、そして、目的遺伝子導入用ベクターにより導入された選抜マーカー遺伝子が、これらが導入されていた染色体DNA等から脱離して、その機能を失い、その結果、形態異常を示す組織から、今度は正常な形態を示す組織が生じるので、これを選抜する。こうして選抜される組織は、従来法と比べ、マーカーフリー組織である確率が大きく向上している。   Next, a selection marker removal vector is introduced into the plant cell selected by the above culture, and the cell is cultured. Then, the morphological abnormality-inducing gene arranged in the vector for removing the selection marker is introduced into the chromosomal DNA and expressed, and the direction of proliferation / differentiation is distorted, and there is indefiniteness without polyblasts or rooting ability. Differentiate forms such as bud differentiation and adventitious root differentiation. Therefore, when a tissue exhibiting such a morphological abnormality is selected and further cultured, the detachment enzyme gene introduced into the plant cell by the selective marker removal vector works together with the morphological abnormality induction gene. The morphological abnormality-inducing gene present in the isolated site and the selectable marker gene introduced by the target gene introduction vector are detached from the chromosomal DNA into which they have been introduced and lose their function, resulting in morphological abnormality. This time, a tissue showing a normal form is generated from the tissue showing, and this is selected. The probability that the selected tissue is a marker-free tissue is greatly improved as compared with the conventional method.

選抜マーカー除去用ベクターの導入、及び、導入後の細胞の培養は、目的遺伝子導入用ベクターの導入と、その導入後の細胞の培養に準じて行うことができる。ただし、このとき培地中に、選抜マーカー遺伝子の発現を検出するための成分を添加する必要はない。マーカーフリーの植物は、上記のようにして得られたマーカーフリー組織を、定法によって増殖させ、再分化させることにより得ることができる。   The introduction of the selection marker removal vector and the culture of the cells after the introduction can be performed according to the introduction of the target gene introduction vector and the cultivation of the cells after the introduction. However, at this time, it is not necessary to add a component for detecting the expression of the selection marker gene to the medium. A marker-free plant can be obtained by growing and redifferentiating the marker-free tissue obtained as described above by a conventional method.

なお、本発明において、適用できる植物種は特に限定されない。例えば、タバコ、キク、カーネーション、イネ等の草本植物や、ユーカリ、ポプラ、マツ、アカシア、サクラ、ヤマモモ、クヌギ、ブドウ、リンゴ、バラ、ツバキ、ウメ等の木本植物にも本願発明を適用することができる。   In the present invention, applicable plant species are not particularly limited. For example, the present invention is also applied to herbaceous plants such as tobacco, chrysanthemum, carnation, rice, and woody plants such as eucalyptus, poplar, pine, acacia, cherry blossom, bayberry, kunugi, grape, apple, rose, camellia and ume. be able to.

以下、実施例に従い、発明の詳細を述べる。もっとも、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。   The details of the invention will be described below according to examples. However, the present invention is not limited to the following examples.

なお、以下の実施例において、更に詳細な実験操作のうち分子生物学的手法についてはは、特に述べる場合を除き、Molecular Cloning(Sambrook et al.、1989)、又は製造業者の取り扱い説明書に従い行った。   In the following examples, molecular biological techniques among the more detailed experimental procedures are performed according to Molecular Cloning (Sambrook et al., 1989) or the manufacturer's instructions unless otherwise specified. It was.

[実施例1]
I.目的遺伝子導入用ベクター(pIGFP21)の構築
プラスミドpIG221(Plant Cell Physio. 3(6):805-813. 1990)を制限酵素Sse83871(以下、SseIと略記する。)で消化し、T4DNAポリメラーゼにて処理した後、再連結することで、制限酵素SseI部位が欠失したプラスミドpIG221ΔSseを構築した。このpIG221ΔSseの制限酵素SmaI部位に二本鎖オリゴヌクレオチド(5'-cctgcagg-3')を連結して、CAMV35Sプロモーター(35S−P)とGUS構造遺伝子の間に制限酵素SseI部位が導入されたプラスミドpIG221sseΔsseを構築した後、このpIG221sseΔsseより、35S−Pとノパリンシンターゼ遺伝子のポリアデニル化シグナル(以下、ポリアデニル化シグナルは全てノパリンシンターゼ由来のものを用いた。)を連結したGUS遺伝子を制限酵素HindIIIとEcoRIにて切出し、これを、プラスミドpBI121(clontech社)の制限酵素HindIIIとEcoRI部位に配された、35S−P、GUS構造遺伝子及びポリアデニル化シグナルに置換して、プラスミドpBIG221sse(図1)を構築した。
[Example 1]
I. Construction of target gene introduction vector (pIGFP21) Plasmid pIG221 (Plant Cell Physio. 3 (6): 805-813. 1990) was digested with restriction enzyme Sse83871 (hereinafter abbreviated as SseI ), and T4 DNA polymerase was used. After the treatment, plasmid pIG221ΔSse lacking the restriction enzyme Sse I site was constructed by religation. A double-stranded oligonucleotide (5′-cctgcagg-3 ′) is ligated to the restriction enzyme Sma I site of pIG221ΔSse, and the restriction enzyme Sse I site is introduced between the CAMV35S promoter (35S-P) and the GUS structural gene. After constructing the plasmid pIG221sseΔsse, the GUS gene to which 35S-P and the polyadenylation signal of the nopaline synthase gene (hereinafter, all polyadenylation signals were derived from nopaline synthase) was restricted from this pIG221sseΔsse. cut at enzymes Hind III and EcoR I, which was arranged in restriction enzyme Hind III and EcoR I sites of plasmid pBI121 (clontech, Inc.), 35S-P, is replaced with GUS structural gene and a polyadenylation signal, a plasmid pBIG2 1sse (Figure 1) was constructed.

一方、プラスミド128−35GFPより、互いに同方向を向いている部位特異的組換え系の組換え酵素認識配列(以下、単に認識配列ともいう。)RS二つに挟まれた、ノパリンシンターゼ遺伝子のプロモーター(Nos−P)及びポリアデニル化シグナルを連結したGFP構造遺伝子を制限酵素SseIにて切出し、これをpBIG221sseの制限酵素SseI部位に挿入して、本発明の目的遺伝子導入用ベクタープラスミドpIGFP21を構築した((独)産業技術総合研究所特許生物寄託センター宛てに3月29日付けで寄託済み)。 On the other hand, from the plasmid 128-35GFP, the site-specific recombination system recombination enzyme recognition sequence (hereinafter also simply referred to as the recognition sequence) of the nopaline synthase gene, sandwiched between two RSs, facing in the same direction. promoter cut at (Nos-P) and polyadenylation limit GFP structural gene linked to signal enzyme Sse I, and inserted into a restriction enzyme Sse I site of PBIG221sse, the desired gene transfer vector plasmids pIGFP21 of the present invention (Deposited on March 29 to the National Institute of Advanced Industrial Science and Technology Patent Biological Deposit Center).

pIGFP21の主な構造を図2に示す。このpIGFP21は、目的遺伝子のモデルとしてNPTII遺伝子、選抜マーカー遺伝子としてGFP遺伝子を有し、選抜マーカー遺伝子は、互いに同方向を向いた部位特異的組換え系の組換え酵素認識配列RS二つに挟まれた、脱離部位に位置するように配されている。なお、図中、四角形の枠で囲まれた黒三角形はRS及びその配列の方向を、Tはポリアデニル化シグナルを示す(以下同じ。)。このベクターを植物細胞に導入した場合、T−DNA領域、即ち、小さな黒三角形で示したT−DNAのライトボーダー(RB)とレフトボーダー(LB)間が、染色体DNA中に組込まれることとなる。   The main structure of pIGFP21 is shown in FIG. This pIGFP21 has an NPTII gene as a model of a target gene and a GFP gene as a selection marker gene, and the selection marker gene is sandwiched between two recombination enzyme recognition sequences RS of a site-specific recombination system oriented in the same direction. It is arranged so as to be located at the desorption site. In the figure, a black triangle surrounded by a square frame indicates the direction of RS and its arrangement, and T indicates a polyadenylation signal (the same applies hereinafter). When this vector is introduced into a plant cell, the T-DNA region, that is, the region between the right border (RB) and the left border (LB) of T-DNA indicated by a small black triangle is integrated into the chromosomal DNA. .

II.選抜マーカー除去用ベクター(pTSspsMRSrubipt35R)の構築
プラスミド128−35Rrubipt(特願2004−382394)より、互いに同方向を向いている二つの認識配列RSで挟まれた、Rubiscoプロモーター(Rub−P)を連結したipt遺伝子(プロモーターのみ、本来のプロモーターに換えてRub−Pを使用。)、並びに、35S−P及びポリアデニル化シグナルを連結した部位特異的組換え系の組換え酵素(以下、単に組換え酵素ともいう。)R構造遺伝子を制限酵素SseIにて切出し、これをプラスミドpTSsps(特願2004−382394)の制限酵素SseI部位に挿入して、選抜マーカー除去用ベクタープラスミドpTSspsMRSrubipt35Rを構築した((独)産業技術総合研究所特許生物寄託センター宛てに3月29日付けで寄託済み)。
II. Construction of a selection marker removal vector (pTSspsMRSrubipt35R) From the plasmid 128-35Rrubit (Japanese Patent Application No. 2004-382394), a Rubisco promoter (Rub-P) sandwiched between two recognition sequences RS facing in the same direction was linked. ipt gene (promoter only; use Rub-P in place of the original promoter), and site-specific recombination recombination enzyme linking 35S-P and a polyadenylation signal (hereinafter simply referred to as recombination enzyme). The R structural gene was excised with the restriction enzyme Sse I, and this was inserted into the restriction enzyme Sse I site of the plasmid pTSsps (Japanese Patent Application No. 2004-382394) to construct a selection marker removal vector plasmid pTSspSMRrubipt35R ((Germany). )industry Operative Research Institute, has been deposited with the Patent Organism Depositary Center on March 29 with the addressed).

pTSspsMRSrubipt35Rの主な構造を図3に示す。このpTSspsMRSrubipt35Rは、形態異常誘導遺伝子としてipt遺伝子、脱離酵素遺伝子として部位特異的組換え系の組換え酵素Rの遺伝子を有し、これらの遺伝子は、互いに同方向を向いた部位特異的組換え系の組換え酵素認識配列RS二つに挟まれた、脱離部位に位置するように配されている。 The main structure of pTSspsMRSrubipt35R is shown in FIG. This pTSspsMRSrubipt35R is morphological abnormality induction gene as ipt gene includes a gene for the recombinant enzyme R site-specific recombination system as lyase gene, these genes, site-specific recombination facing the same direction It is arranged so as to be located at the elimination site sandwiched between two recombination enzyme recognition sequences RS of the system.

III.目的遺伝子導入用ベクター(pIGFP21)及び選抜マーカー除去用ベクター(pTSspsMRSrubipt35R)のアグロバクテリウムへの導入
A.ツメファシエンス4404株を、10mlのYEB液体培地(ビーフエキス5g/l、酵母エキス1g/l、ペプトン1g/l、ショ糖5g/l、2mM MgSO、22℃でのpH7.2(以下、特に示さない場合、22℃でのpHとする。))に接種し、OD630が0.4から0.6の範囲に至るまで、28℃で培養した。この培養液を、6900×g、4℃、10分間遠心して集菌した後、菌体を20mlの10mM HEPES(pH8.0)に懸濁して、再度6900×g、4℃、10分間遠心して集菌し、次いで200μlのYEB液体培地に懸濁して、これをプラスミド導入用菌液とした。
III. Introduction of a target gene introduction vector (pIGFP21) and a selection marker removal vector (pTSspsMRSrubipt35R) into Agrobacterium Tumefaciens 4404 strain was added to 10 ml of YEB liquid medium (beef extract 5 g / l, yeast extract 1 g / l, peptone 1 g / l, sucrose 5 g / l, 2 mM MgSO 4 , pH 7.2 at 22 ° C. (hereinafter not particularly indicated) In this case, the pH is set at 22 ° C.))) and inoculated at 28 ° C. until the OD 630 is in the range of 0.4 to 0.6. The culture was collected by centrifugation at 6900 × g, 4 ° C. for 10 minutes, and then the cells were suspended in 20 ml of 10 mM HEPES (pH 8.0) and centrifuged again at 6900 × g, 4 ° C. for 10 minutes. The cells were collected and then suspended in 200 μl of YEB liquid medium, which was used as a bacterial solution for plasmid introduction.

アグロバクテリウムへのベクターの導入には、エレクトロポレーション法を用いた。すなわち、0.5mlチューブ内で、上記のようにして調製したプラスミド導入用菌液50μlと、3μlのpIGFP21を混合し、この混合液についてエレクトロポレーションを行った(ジーンパルサーIIシステム[BIORAD社])後、200μlのYEB液体培地を加えて、これを25℃で1時間振とうして培養し、得られた菌体を、50mg/lカナマイシン添加YEB寒天培地(寒天1.5w/v%、他の組成は上記に同じ。)に播種し、28℃、2日間培養して菌コロニーを形成させた。アグロバクテリウムへのpIGFP21の導入の確認は、この菌コロニーをYEB液体培地に移植して培養した後、菌体からアルカリ法でプラスミドを抽出し、定法にて行った。こうしてpIGFP21が導入されたA.ツメファシエンス4404株を、LBA4404(pIGFP21)とした。   An electroporation method was used to introduce the vector into Agrobacterium. That is, in a 0.5 ml tube, 50 μl of the plasmid-introducing bacterial solution prepared as described above and 3 μl of pIGFP21 were mixed, and electroporation was performed on this mixed solution (Gene Pulser II system [BIORAD, Inc.]). ) Thereafter, 200 μl of YEB liquid medium was added, and this was cultured with shaking at 25 ° C. for 1 hour. The obtained bacterial cells were added to 50 mg / l kanamycin-added YEB agar medium (agar 1.5 w / v%, The other composition was the same as above.), And cultured at 28 ° C. for 2 days to form bacterial colonies. Confirmation of the introduction of pIGFP21 into Agrobacterium was performed by transplanting this bacterial colony into a YEB liquid medium and culturing, and then extracting the plasmid from the bacterial cell by the alkaline method and performing the standard method. In this way, p. Tumefaciens 4404 strain was designated as LBA4404 (pIGFP21).

なお、pTSspsMRSrubipt35Rについても、同様にしてアグロバクテリウム4404株に導入し、これをLBA4404(pTSspsMRSrubipt35R)とした。   In addition, pTSspsMRSrubipt35R was similarly introduced into Agrobacterium 4404 strain, and this was designated as LBA4404 (pTSspsMRSrubipt35R).

IV.タバコへの目的遺伝子導入用ベクター(pIGFP21)の導入
培養容器内で無菌的に成育させたタバコ(Nicotiana tabacum SR1、特に記載する場合を除き、以下同じ。)の葉から、中脈を取り除いて約8mm角となるようにカットして得られた葉片36片を、上記LBA4404(pIGFP21)の菌液(OD630=0.25、YEB液体培地にて一夜培養後、滅菌水で稀釈して菌体濃度を調整。)に約1分間浸してこれに感染させ、滅菌した濾紙の上に置いて余分な菌液を除いてから、アセトシリンゴン50mg/lを添加した植物ホルモンを含まない(ホルモンフリー)MS寒天培地(寒天0.8w/v%)に、葉の裏が上になるように置床して、25℃、全明(特に記載されない限り、外植片及び植物組織・植物体の培養はこの条件で行った。)で3日間培養行った。
IV. Introduction of vector for introduction of target gene into tobacco (pIGFP21) About 8 mm by removing the middle vein from the leaves of Nicotiana tabacum SR1, which is aseptically grown in a culture container. 36 pieces of leaf pieces obtained by cutting so as to form corners were cultured overnight in the above-mentioned LBA4404 (pIGFP21) bacterial solution (OD630 = 0.25, YEB liquid medium), then diluted with sterilized water to obtain the bacterial cell concentration. Incubate for about 1 minute to infect this, place it on a sterilized filter paper to remove the excess bacterial solution, and then remove the phytohormone (hormone free) MS supplemented with 50 mg / l acetosyringone Place on an agar medium (agar 0.8 w / v%) so that the back of the leaf is on top, 25 ° C, all bright (unless otherwise stated, culture of explants and plant tissues / plants On condition The culture was performed for 3 days.

上記培養後の葉片を、6−ベンジルアミノプリン1mg/l、ナフタレン酢酸0.1mg/l、カルベニシリン500mg/l及びカナマイシン200mg/lを添加したMS寒天培地に移植して培養を続けたところ、不定芽13個が再分化してきたので、この不定芽を分離し、更にカルベニシリン500mg/l及びカナマイシンン200mg/lを含むホルモンフリーMS寒天培地に移植して培養することにより発根させた。結局、13個の不定芽にそれぞれ由来する、カナマイシン耐性組換え体13系統を得ることができた。   The cultured leaf pieces were transplanted to an MS agar medium supplemented with 6-benzylaminopurine 1 mg / l, naphthalene acetic acid 0.1 mg / l, carbenicillin 500 mg / l and kanamycin 200 mg / l. Since 13 shoots had been redifferentiated, the adventitious buds were isolated and rooted by transplanting and culturing onto a hormone-free MS agar medium containing 500 mg / l carbenicillin and 200 mg / l kanamycin. Eventually, it was possible to obtain 13 kanamycin-resistant recombinant lines derived from 13 adventitious shoots.

V.目的遺伝子導入用ベクター(pIGFP21)が導入されたタバコのサザン分析
IVで得られたカナマイシン耐性組換え体13系統(pIGFP21−1〜13)より、CTAB法を用いて染色体DNAを抽出し、これを制限酵素BamHIで切断して、0.8%アガロースゲル電気泳動に供した。電気泳動後のアガロースゲルは、アルカリ・酸処理の後、その電気泳動面をナイロンメンブランに転写し、このナイロンメンブランについて、DIG PCR labeling kit(Boehringer Mannheim社より購入)にて予めラベリングしておいた、GUS遺伝子と相同性を有するプローブP1を用いてハイブリダイゼーションを行った。ハイブリダイゼーション後、DIG Wash and Block Buffer(Boehringer Mannheim社より購入)により化学発光検出を行ったところ、サザン分析に供した2系統(pIGFP21−10、13)において、1コピーのpIGFP21が導入されていることが確認された。
V. Chromosomal DNA was extracted from the 13 kanamycin-resistant recombinant lines (pIGFP21-1 to 13) obtained by Southern analysis IV of tobacco into which the target gene introduction vector (pIGFP21) was introduced , using the CTAB method. After digestion with restriction enzyme Bam HI, it was subjected to 0.8% agarose gel electrophoresis. The agarose gel after electrophoresis was transferred to a nylon membrane after alkali / acid treatment, and this nylon membrane was previously labeled with a DIG PCR labeling kit (purchased from Boehringer Mannheim). Hybridization was performed using a probe P1 having homology with the GUS gene. After hybridization, chemiluminescence detection was performed using DIG Wash and Block Buffer (purchased from Boehringer Mannheim). As a result, one copy of pIGFP21 was introduced into two lines (pIGFP21-10 and 13) subjected to Southern analysis. It was confirmed.

VI.目的遺伝子導入用ベクター(pIGFP21)が導入されたタバコへの選抜マーカー除去用ベクター(pTSspsMRSrubipt35R)の導入
IVと同様にして調製したpIGFP21−13の葉片を、前記LBA4404(pTSspsMRSrubipt35R)の菌液(OD630=0.25、YEB液体培地にて一夜培養後、滅菌水で稀釈して菌体濃度を調整。)に約1分間浸してこれに感染させ、滅菌した濾紙の上に置いて余分な菌液を除いてから、アセトシリンゴン50mg/lを添加したホルモンフリーMS寒天培地(寒天0.8w/v%)に、葉の裏が上になるように置床して、25℃、全暗で2日間培養行った。
VI. The leaf piece of pIGFP21-13 prepared in the same manner as the introduction IV of the selection marker removal vector (pTSspsMRSrubipt35R) into tobacco into which the target gene introduction vector (pIGFP21) has been introduced, was added to the bacterial solution of the LBA4404 (pTSspsMRSrubipt35R) (OD630 = Incubate overnight in 0.25, YEB liquid medium and dilute with sterile water to adjust the bacterial cell concentration.) Infect with this for about 1 minute, place it on sterile filter paper and remove excess bacterial solution After removing, place it on hormone-free MS agar medium (agar 0.8 w / v%) supplemented with 50 mg / l acetosyringone so that the back of the leaf is on top, 25 ° C., 2 days in total darkness Culture was performed.

上記培養後の葉片を、カルベニシリン500mg/lを添加したホルモンフリーMS寒天培地に移植して培養を続けたところ、不定芽65個が再分化してきたので、これら不定芽を分離し、同組成の培地で引き続き培養した。この培養の間に、29個の不定芽より多芽体が形成され、更に、その多芽体から正常な形態をした不定芽28個が伸長した。こうして多芽体から生じた不定芽は、セフォタキシム100mg/lを添加したホルモンフリーMS寒天培地で培養することにより発根し、28個の発根個体を得ることができた。これらの発根個体は継代培養を行って維持しつつ、以下の分析に供した。   The cultured leaf pieces were transplanted to a hormone-free MS agar medium supplemented with 500 mg / l carbenicillin, and the cultivation was continued. As a result, 65 adventitious buds were re-differentiated. The culture was continued in the medium. During this culture, multi-buds were formed from 29 adventitious buds, and 28 adventitious buds of normal morphology were elongated from the multi-buds. The adventitious shoots thus produced from the multi-buds were rooted by culturing on a hormone-free MS agar medium supplemented with 100 mg / l of cefotaxime, and 28 rooted individuals could be obtained. These rooted individuals were subjected to the following analysis while being subcultured and maintained.

VII.目的遺伝子導入用ベクター(pIGFP21)、次いで選抜マーカー除去用ベクター(pTSspsMRSrubipt35R)が導入されたタバコの分析
A.PCR分析によるGFP遺伝子除去の確認
VIにおいて作成した発根個体28個の染色体DNAをFast DNA kit (BIO 101 Inc)により抽出し、この染色体DNAについて、35S−Pに結合するプライマー35s60と、GUS構造遺伝子に結合するプライマーEXGUSを用いて、PCR分析を行った。この場合において、目的遺伝子導入用ベクター(pIGFP21)により、タバコの染色体DNA中にNPTII遺伝子(目的遺伝子)と共に導入されたGFP遺伝子(選抜マーカー遺伝子)が、選抜マーカー除去用ベクター(pTSspsMRSrubipt35R)により導入されたR遺伝子(脱離酵素遺伝子)の働きで脱離して、そのDNA上から除去されると、900bpのDNA断片が増幅されることとなる(図4)。
VII. Analysis of tobacco into which a target gene introduction vector (pIGFP21) and then a selection marker removal vector (pTSspsMRSrubipt35R) were introduced Confirmation of GFP gene removal by PCR analysis The chromosomal DNA of 28 rooting individuals prepared in VI was extracted with Fast DNA kit (BIO 101 Inc), and about this chromosomal DNA, primer 35s60 binding to 35S-P and GUS structure PCR analysis was performed using the primer EXGUS that binds to the gene. In this case, the GFP gene (selection marker gene) introduced together with the NPTII gene (target gene) into tobacco chromosomal DNA by the target gene introduction vector (pIGFP21) is introduced by the selection marker removal vector (pTSspsMRSrubipt35R). When the DNA is removed by the action of the R gene (eliminase gene) and removed from the DNA, a 900 bp DNA fragment is amplified (FIG. 4).

PCR反応は、上記のようにして抽出した染色体DNA1μgを、このプライマー0.2μMを含む、10mM Tris−HCl(25℃でのpH8.8)、50mM KCl、1.5mM MgCl、1w/v% TritonX−100、0.1mM dNTP、及び1.25ユニットのTaqポリメラーゼ(CETUS社より購入)という組成を有する混合液50μl中に溶解し、これを94℃で1分30秒間加温した後、94℃で30秒、60℃で30秒、72℃で2分の加温サイクルを30回繰り返して行った。得られた反応混合物はアガロースゲル電気泳動にて分析し、DNA断片の増幅を検出した。 In the PCR reaction, 1 μg of the chromosomal DNA extracted as described above, 10 mM Tris-HCl (pH 8.8 at 25 ° C.) containing 50 μM of this primer, 50 mM KCl, 1.5 mM MgCl 2 , 1 w / v% After dissolving in 50 μl of a mixture having a composition of Triton X-100, 0.1 mM dNTP, and 1.25 units of Taq polymerase (purchased from CETUS), this was heated at 94 ° C. for 1 minute 30 seconds, and then 94 A heating cycle of 30 ° C. for 30 seconds, 60 ° C. for 30 seconds, and 72 ° C. for 2 minutes was repeated 30 times. The obtained reaction mixture was analyzed by agarose gel electrophoresis to detect amplification of DNA fragments.

PCR分析の結果、分析に供した28個体中7個体において、900bpのDNA断片の増幅が認められた。よって、これら7個体は、目的遺伝子導入用ベクター(pIGFP21)により、いったんは染色体DNA中に導入された選抜マーカー遺伝子が、選抜マーカー除去用ベクター(pTSspsMRSrubipt35R)により導入された脱離酵素遺伝子の働きで、除去されたものと考えられる。   As a result of PCR analysis, amplification of a 900 bp DNA fragment was observed in 7 out of 28 individuals subjected to the analysis. Therefore, these 7 individuals are affected by the desorption enzyme gene once introduced into the chromosomal DNA by the target gene introduction vector (pIGFP21) and introduced by the selection marker removal vector (pTSspsMRSrubipt35R). , Considered to have been removed.

また、このとき、1個体において、上記900bpのDNA断片と共に、1.9kbpのDNA断片の増幅も観察された。この1.9kbpのDNA断片は、GFP遺伝子が、目的遺伝子導入用ベクター(pIGFP21)により導入された状態のまま、染色体DNA上に存在し続けている場合に増幅されるDNA断片の大きさに相当する。従って、この個体は、同一個体内に選抜マーカー遺伝子が除去された細胞と除去されていない細胞とが存在する、キメラ個体であると考えられる。   At this time, amplification of a 1.9 kbp DNA fragment was also observed in one individual together with the 900 bp DNA fragment. This 1.9 kbp DNA fragment corresponds to the size of the DNA fragment that is amplified when the GFP gene continues to be present on the chromosomal DNA while being introduced by the target gene introduction vector (pIGFP21). To do. Therefore, this individual is considered to be a chimeric individual in which cells from which the selection marker gene has been removed and cells from which the selection marker gene has not been removed exist in the same individual.

B.GUS活性試験
目的遺伝子導入用ベクター(pIGFP21)において、GFP遺伝子は35S−PとGUS構造遺伝子を分断する位置に配置されている。従って、目的遺伝子導入用ベクター(pIGFP21)により、タバコの染色体DNA中にNPTII遺伝子(目的遺伝子)と共に導入されたGFP遺伝子(選抜マーカー遺伝子)が、選抜マーカー除去用ベクター(pTSspsMRSrubipt35R)により導入されたR遺伝子(脱離酵素遺伝子)の働きで脱離して、そのDNA上から除去されると、35S−PとGUS構造遺伝子とが連結し、GUS遺伝子が発現するようになる(図4)。
B. GUS activity test In the target gene introduction vector (pIGFP21), the GFP gene is located at a position where 35S-P and the GUS structural gene are separated. Therefore, the GFP gene (selection marker gene) introduced into the chromosomal DNA of tobacco together with the NPTII gene (target gene) by the target gene introduction vector (pIGFP21) is introduced by the selection marker removal vector (pTSspsMRSrubipp35R). When it is desorbed by the action of a gene (eliminase gene) and removed from the DNA, 35S-P and the GUS structural gene are linked and the GUS gene is expressed (FIG. 4).

そこで、上記PCR分析によってGFP遺伝子の除去が確認された7個体に由来する7系統について、植物体の一部を採取し、Jeffersonらの方法に準拠してGUS活性試験を行った。   Therefore, a part of the plant body was collected from 7 lines derived from 7 individuals in which removal of the GFP gene was confirmed by the PCR analysis, and a GUS activity test was performed according to the method of Jefferson et al.

その結果、上記7系統のGUS活性試験に供した個体の全てで、GUSによる染色が観察され、GFP遺伝子が除去されていることが確認された。一方、前記IVにて、目的遺伝子導入用ベクターの導入後に作成されたpIGFP21−13についても、同様にしてGUS活性試験を行ったが、この系統に由来する個体ではGUSによる染色は観察されなかった。   As a result, staining with GUS was observed in all of the individuals subjected to the GUS activity test of the above seven lines, and it was confirmed that the GFP gene was removed. On the other hand, the pGGFP21-13 prepared after the introduction of the target gene introduction vector in the above IV was similarly tested for GUS activity, but no staining with GUS was observed in individuals derived from this strain. .

C.サザン分析
PCR分析によって選抜マーカー遺伝子の除去が確認された8個体(キメラ個体と考えられる個体も含む。)に由来する8系統の個体から、染色体DNAを抽出して、制限酵素EcoRIで切断し、前記Vと同様にしてサザン分析を行った。この場合において、目的遺伝子導入用ベクター(pIGFP21)により、タバコの染色体DNA中にNPTII遺伝子(目的遺伝子)と共に導入されたGFP遺伝子(選抜マーカー遺伝子)が、選抜マーカー除去用ベクター(pTSspsMRSrubipt35R)により導入されたR遺伝子(脱離酵素遺伝子)の働きで脱離して、そのDNA上から除去されている場合には約7.0kbp、一方、GFP遺伝子が、目的遺伝子導入用ベクター(pIGFP21)により導入された状態のまま、染色体DNA上に存在し続けている場合には約2.7kbpのバンドが検出されることとなる。
C. Southern analysis Chromosomal DNA was extracted from 8 individuals derived from 8 individuals (including individuals considered to be chimeric individuals) whose removal of the selection marker gene was confirmed by PCR analysis, and cleaved with the restriction enzyme EcoR I. Southern analysis was conducted in the same manner as V. In this case, the GFP gene (selection marker gene) introduced together with the NPTII gene (target gene) into tobacco chromosomal DNA by the target gene introduction vector (pIGFP21) is introduced by the selection marker removal vector (pTSspsMRSrubipt35R). When the DNA is removed from the DNA by the action of the R gene (eliminase gene), about 7.0 kbp, while the GFP gene was introduced by the target gene introduction vector (pIGFP21) If the chromosomal DNA continues to exist in the state, a band of about 2.7 kbp will be detected.

その結果、分析に供した上記8系統の個体全てで約7.0kbpのバンドが観察され、GFP遺伝子が除去されていることが確認された。また、PCR分析の結果、キメラ性が示唆された1系統の個体については、この約7.0kbpのバンドと併せ、約2.7kbpのバンドも検出され、この系統がキメラ個体の系統であることが確認された。一方、前記IVにて、目的遺伝子導入用ベクターの導入後に作成されたpIGFP21−13に由来する系統の個体では、約2.7kbpのバンドしか検出されなかった。   As a result, a band of about 7.0 kbp was observed in all the 8 strains subjected to the analysis, and it was confirmed that the GFP gene was removed. In addition, as a result of PCR analysis, about one individual whose chimerism was suggested, a band of about 2.7 kbp was detected in addition to the band of about 7.0 kbp, and this line is a line of a chimeric individual. Was confirmed. On the other hand, in the above IV, only about 2.7 kbp band was detected in individuals of the strain derived from pIGFP21-13 prepared after introduction of the target gene introduction vector.

VIII.次世代マーカーフリータバコの分析
上記PCR分析、GUS活性試験及びサザン分析の結果、染色体DNAからのGFP遺伝子の除去が確認された7系統は、IVでカナマイシン耐性も確認されていることから、染色体DNAに目的遺伝子(NPTII遺伝子)が導入され、かつ、その染色体DNAから選抜マーカー遺伝子(GFP遺伝子)が除去されている、マーカーフリー細胞からなるマーカーフリー個体の系統であると考えられる。
VIII. Analysis of next generation marker-free tobacco As a result of the above PCR analysis, GUS activity test and Southern analysis, 7 lines in which the removal of the GFP gene from the chromosomal DNA was confirmed. It is considered that this is a marker-free individual line consisting of marker-free cells, in which the target gene (NPTII gene) has been introduced and the selected marker gene (GFP gene) has been removed from its chromosomal DNA.

そこで、これらの系統について、その次世代の分析を行うべく、自家受粉により得られた種子から幼植物体を生育させ、上記VII−A及び−Bと同様にして、PCR分析及びGUS活性試験を行った。   Therefore, in order to analyze the next generation of these lines, seedlings obtained by self-pollination were grown from seedlings, and PCR analysis and GUS activity tests were conducted in the same manner as in the above VII-A and -B. went.

その結果、ここで分析に供した次世代の全ての幼植物体において、親世代と同様に、PCR分析による900bpのDNA断片の増幅、及び、GUS活性試験によるGUS染色が観察された。従って、これらの系統について、親世代の形質はその次世代にも確実に伝達されており、しかも、これらの親世代7系統は、マーカーフリー細胞のみから構成される個体の系統であって、キメラ性を全く有していないと考えられる。   As a result, amplification of a 900 bp DNA fragment by PCR analysis and GUS staining by GUS activity test were observed in all the young plants of the next generation subjected to analysis here, as in the parent generation. Therefore, with respect to these lines, the traits of the parent generation are surely transmitted to the next generation, and these parent generation 7 lines are individual lines composed only of marker-free cells and are chimeric. It is thought that it has no sex at all.

[実施例2]
I.目的遺伝子導入用ベクター(pIRol21)の構築
rol遺伝子が、互いに同方向を向いた部位特異的組換え系の認識配列RS二つの間に挟まれている構造を有するプラスミド128−rolを構築し、次いで、この認識配列RS間に挟まれたrol遺伝子を、制限酵素SseIにて128−rolより切出し、これを、実施例1−Iで構築したプラスミドpBIG221sseの制限酵素SseI部位に挿入して、本発明の目的遺伝子導入用ベクタープラスミドpIRol21を構築した((独)産業技術総合研究所特許生物寄託センター宛てに3月29日付けで寄託済み)。
[Example 2]
I. Construction of target gene transfer vector (pIRol21)
A plasmid 128-rol having a structure in which the rol gene is sandwiched between two recognition sequences RS of the site-specific recombination system oriented in the same direction and then sandwiched between the recognition sequences RS The rol gene is excised from the 128-rol with the restriction enzyme Sse I, and inserted into the restriction enzyme Sse I site of the plasmid pBIG221sse constructed in Example 1-1, and the vector plasmid pIRol21 for introducing the target gene of the present invention. (Deposited on March 29 to the National Institute of Advanced Industrial Science and Technology Patent Biological Depositary).

pIRol21の主な構造を図5に示す。このpIRol21は、選抜マーカー遺伝子としてrol遺伝子を有する他は、実施例1で用いた目的遺伝子導入用ベクターpIGFP21と同様の構造をしている。 The main structure of pIRol21 is shown in FIG. This pIRol21 has the same structure as the target gene introduction vector pIGFP21 used in Example 1, except that it has the rol gene as a selection marker gene.

II.目的遺伝子導入用ベクター(pIRol21)のアグロバクテリウムへの導入
実施例1−IIIと同様にして、pIRol21をA.ツメファシエンス4404株に導入し、この菌をLBA4404(pIRol21)とした。
II. Introduction of target gene introduction vector (pIRol21) into Agrobacterium In the same manner as in Example 1-III, pIRol21 was transformed into A. coli. This strain was introduced into Tumefaciens 4404 strain, and this strain was designated LBA4404 (pIRol21).

III.タバコへの目的遺伝子導入用ベクター(pIRol21)の導入
上記LBA4404(pIRol21)を、実施例1−IVと同様にして、タバコに感染させた。
III. Introduction of target gene introduction vector (pIRol21) into tobacco The above LBA4404 (pIRol21) was infected with tobacco in the same manner as in Example 1-IV.

感染処理後のタバコ葉片105片は、6−ベンジルアミノプリン1mg/l、ナフタレン酢酸0.1mg/l、カルベニシリン500mg/l及びカナマイシン200mg/lを添加したMS寒天培地に移植して培養を続けたところ、不定芽11個が再分化してきたので、この不定芽を分離し、更にカルベニシリン500mg/l及びカナマイシンン200mg/lを含むホルモンフリーMS寒天培地に移植して培養することにより発根させた。結局、11個の不定芽にそれぞれ由来する、カナマイシン耐性組換え体11系統を得ることができた。   The 105 tobacco leaf pieces after the infection treatment were transplanted to MS agar medium supplemented with 1 mg / l 6-benzylaminopurine, 0.1 mg / l naphthalene acetic acid, 500 mg / l carbenicillin and 200 mg / l kanamycin, and the culture was continued. However, since 11 adventitious buds were redifferentiated, the adventitious buds were isolated and further rooted by transplanting and culturing them on a hormone-free MS agar medium containing 500 mg / l carbenicillin and 200 mg / l kanamycin. . Eventually, 11 kanamycin-resistant recombinant lines each derived from 11 adventitious buds could be obtained.

IV.目的遺伝子導入用ベクター(pIRol21)が導入されたタバコのサザン分析
IIIで得られたカナマイシン耐性組換え体11系統(pIRol21−1〜11)について、実施例1−Vと同様にしてサザン分析を行ったところ、そのうち2系統(pIRol21−7、11)に、1コピーのpIRol21が導入されていることが確認された。
IV. Southern analysis of the 11 kanamycin-resistant recombinant lines (pIRol21-1 to 11) obtained in Southern analysis III of tobacco into which the target gene introduction vector (pIRol21) was introduced was carried out in the same manner as in Example 1-V. As a result, it was confirmed that one copy of pIRol21 was introduced into two of them (pIRol21-7, 11).

V.目的遺伝子導入用ベクター(pIRol21)が導入されたタバコへの選抜マーカー除去用ベクター(pTSspsMRSrubipt35R)の導入
実施例1−VIと同様にして、IVで1コピーのpIRol21の導入を確認したpIRol21−11に、前記LBA4404(pTSspsMRSrubipt35R)を感染させ、感染後の葉片を培養して不定芽84個を再分化させ、更に、この不定芽から多芽体を経由して、109個の発根個体を得た。これらの発根個体は継代培養を行って維持しつつ、以下の分析に供した。
V. Introduction of selection marker removal vector (pTSspsMRSrubipt35R) into tobacco into which the target gene introduction vector (pIRol21) has been introduced In the same manner as in Example 1-VI, pIRol21-11 confirmed the introduction of one copy of pIRol21 in IV. Infected with the LBA4404 (pTSspsMRSrubipt35R), cultured leaf pieces were cultured to redifferentiate 84 adventitious buds, and 109 rooted individuals were obtained from the adventitious buds via multi-buds. . These rooted individuals were subjected to the following analysis while being subcultured and maintained.

VI.目的遺伝子導入用ベクター(pIRol21)、次いで選抜マーカー除去用ベクター(pTSspsMRSrubipt35R)が導入されたタバコの分析
A.PCR分析によるrol遺伝子の除去の確認
Vにおいて作成した発根個体109個の染色体DNAについて、プライマー35s60とEXGUS、及び、rol遺伝子に結合し、その一部を増幅するように設計したプライマーrolc1とrolc2とを用い、実施例1−VIIAと同様にしてPCR分析を行った。この場合において、目的遺伝子導入用ベクター(pIRol21)により、タバコの染色体DNA中にNPTII遺伝子(目的遺伝子)と共に導入されたrol遺伝子(選抜マーカー遺伝子)が、選抜マーカー除去用ベクター(pTSspsMRSrubipt35R)により導入されたR遺伝子(脱離酵素遺伝子)の働きで脱離して、そのDNA上から除去されると、900bpのDNA断片が増幅され、また、rol遺伝子が、目的遺伝子導入用ベクター(pIRol21)により導入された状態のまま、染色体DNA上に存在し続けていると、1.0kbpのDNA断片が増幅されることとなる(図6)。
VI. Analysis of tobacco into which a target gene introduction vector (pIRol21) and then a selection marker removal vector (pTSspsMRSrubipt35R) were introduced For rooting individuals 109 chromosomes DNA created at check V removal of rol gene by PCR analysis, primer 35s60 and EXGUS, and bind to rol genes, the primers rolc1 designed to amplify a part rolc2 PCR analysis was performed in the same manner as in Example 1-VIIA. In this case, the rol gene (selection marker gene) introduced together with the NPTII gene (target gene) into the chromosomal DNA of tobacco by the target gene introduction vector (pIRol21) is introduced by the selection marker removal vector (pTSspsMRSrubipt35R). When the DNA is removed by the action of the R gene (eliminase gene) and removed from the DNA, a 900 bp DNA fragment is amplified, and the rol gene is introduced by the target gene introduction vector (pIRol21). If the DNA fragment continues to exist on the chromosomal DNA, a 1.0 kbp DNA fragment will be amplified (FIG. 6).

PCR分析の結果、分析に供した109個体中17個体において、900bpのDNA断片の増幅が認められた。よって、これら17個体は、目的遺伝子導入用ベクター(pIRol21)により、いったんは染色体DNA中に導入された選抜マーカー遺伝子が、選抜マーカー除去用ベクター(pTSspsMRSrubipt35R)により導入された脱離酵素遺伝子の働きで、除去されたものと考えられる。   As a result of PCR analysis, amplification of a 900 bp DNA fragment was observed in 17 out of 109 individuals subjected to the analysis. Therefore, in these 17 individuals, the selection marker gene once introduced into the chromosomal DNA by the target gene introduction vector (pIRol21) is caused by the action of the desorption enzyme gene introduced by the selection marker removal vector (pTSspsMRSrubipt35R). , Considered to have been removed.

また、このとき、9個体において、上記900bpのDNA断片と共に、1.0kbpのDNA断片の増幅も観察された。従って、この個体は、同一個体内に選抜マーカー遺伝子が除去された細胞と除去されていない細胞とが存在する、キメラ個体であると考えられる。   At this time, amplification of a 1.0 kbp DNA fragment was also observed in 9 individuals along with the 900 bp DNA fragment. Therefore, this individual is considered to be a chimeric individual in which cells from which the selection marker gene has been removed and cells from which the selection marker gene has not been removed exist in the same individual.

B.サザン分析
PCR分析によって選抜マーカー遺伝子の除去が確認された26個体(キメラ個体と考えられる個体も含む。)に由来する26系統の個体から染色体DNAを抽出して、制限酵素EcoRIで切断し、実施例1−Vと同様にしてサザン分析を行った。この場合において、目的遺伝子導入用ベクター(pIRol21)により、タバコの染色体DNA中にNPTII遺伝子(目的遺伝子)と共に導入されたrol遺伝子(選抜マーカー遺伝子)が、選抜マーカー除去用ベクター(pTSspsMRSrubipt35R)により導入されたR遺伝子(脱離酵素遺伝子)の働きで脱離して、そのDNA上から除去されている場合には約7.0kbp又は約20.0kbp、一方、rol遺伝子が、目的遺伝子導入用ベクター(pIRol21)により導入された状態のまま、染色体DNA上に存在し続けている場合には約2.7kbpのバンドが検出されることとなる。
B. Southern analysis Chromosomal DNA was extracted from 26 individuals derived from 26 individuals (including individuals considered to be chimeric individuals) whose removal of the selection marker gene was confirmed by PCR analysis, and cleaved with restriction enzyme EcoR I. Southern analysis was performed in the same manner as in Example 1-V. In this case, the rol gene (selection marker gene) introduced together with the NPTII gene (target gene) into the chromosomal DNA of tobacco by the target gene introduction vector (pIRol21) is introduced by the selection marker removal vector (pTSspsMRSrubipt35R). About 7.0 kbp or about 20.0 kbp when the DNA is removed from the DNA by the action of the R gene (eliminase gene), while the rol gene is the target gene introduction vector (pIRol21 ), A band of about 2.7 kbp will be detected if it continues to exist on the chromosomal DNA in the state introduced by (1).

その結果、分析に供した上記26系統の個体のうち、PCR分析によりキメラ性が示唆された系統の個体を除く17系統の個体全てで、約7.0kbp又約20.0kbpのバンドが観察され、rol遺伝子が除去されていることが確認された。また、PCR分析によりキメラ性が示唆された9系統の個体については、その全てで、約20.0kbpのバンドと約2.7kbpのバンドとが検出され、この系統がキメラ個体の系統であることが確認された。一方、前記IIIにて、目的遺伝子導入用ベクターの導入後に作成されたpIRol21−11では、約2.7kbpのバンドしか検出されなかった。 As a result, a band of about 7.0 kbp or about 20.0 kbp was observed in all of the above-mentioned 26 individuals subjected to the analysis, except for the individual of the strain whose chimerism was suggested by PCR analysis. It was confirmed that the rol gene was removed. In addition, about 9 individuals whose chimerism was suggested by PCR analysis, a band of about 20.0 kbp and a band of about 2.7 kbp were detected in all of them, and this line was a line of chimeric individuals. Was confirmed. On the other hand, in III, only about 2.7 kbp band was detected in pIRol21-11 prepared after introduction of the target gene introduction vector.

VII.次世代マーカーフリー個体及びキメラ個体の分析
上記PCR分析及びサザン分析の結果、染色体DNAからのrol遺伝子の除去が確認された26系統(キメラ個体の系統も含む。)の個体について、自家受粉を行い、得られた種子から幼植物体を生育させて以下の実験を行った。
VII. Analysis of next-generation marker-free individuals and chimeric individuals Self-pollination was performed on 26 individuals (including chimeric individuals) in which removal of the rol gene from the chromosomal DNA was confirmed as a result of the PCR analysis and Southern analysis. Then, seedlings were grown from the obtained seeds, and the following experiment was conducted.

A.PCR分析
上記26系統の個体を親世代とする幼植物体について、実施例1−VIIAと同様にしてPCR分析を行ったところ、ここで分析に供した全ての幼植物体で、選抜マーカー遺伝子(rol遺伝子)の除去を示す900bpのDNA断片の増幅が観察された。つまり、この次世代分析では、親世代において、900bpのDNA断片と共に1.0kbpのDNA断片の増幅も観察された、キメラ個体の系統から得られた幼植物体においても、900bpのDNA断片の増幅しか観察されず、この個体及び系統のキメラ性が消失していることが判明した。
A. PCR analysis PCR was performed on the seedlings having the above 26 strains as the parent generation in the same manner as in Example 1-VIIA. As a result, the selection marker gene ( An amplification of a 900 bp DNA fragment indicating the removal of the rol gene) was observed. In other words, in this next-generation analysis, amplification of a 1.0-kbp DNA fragment was observed along with a 900-bp DNA fragment in the parent generation, and a 900-bp DNA fragment was also amplified in a seedling obtained from a chimeric individual line. However, it was observed that the chimerism of this individual and strain disappeared.

このように、本発明の方法にて得られたキメラ個体が、全て、その次世代においてキメラ性を消失させる、という共通の結果を示したことは、これらのキメラ性が不規則なものではなく、一定の規則性を有していることを示唆し、非常に興味深いことである。この理由は明らかではないが、植物体を形成する組織は、大きくL1(表皮などに発達する)層、L2(生殖器官に発達する)層及びL3(骨格構造に発達する)層の3つに分けることができるので、上記キメラ個体においては、L2層の細胞においてのみ、目的遺伝子導入用ベクター(pIRol21)により染色体DNA中に導入されたrol遺伝子が、選抜マーカー除去用ベクター(pTSspsMRSrubipt35R)により導入されたR遺伝子の働きでそのDNA上から除去され、L1及びL3層の細胞では、このrol遺伝子が、目的遺伝子導入用ベクター(pIRol21)により導入された状態のまま、染色体DNA上に存在し続けている、とも考えられる。 As described above, the chimera individuals obtained by the method of the present invention all showed the common result that the chimera disappeared in the next generation. These chimeras are not irregular. It is very interesting, suggesting that it has a certain regularity. The reason for this is not clear, but the tissues that form the plant are largely divided into three layers: the L1 (development in the epidermis) layer, the L2 (development in the reproductive organs) layer, and the L3 (development in the skeletal structure) layer. In the above-described chimeric individuals, the rol gene introduced into the chromosomal DNA by the target gene introduction vector (pIRol21) is introduced only by the selection marker removal vector (pTSspsMRSrubipt35R) only in the L2 layer cells. The R gene is removed from the DNA by the action of the R gene, and in the cells of the L1 and L3 layers, the rol gene continues to be present on the chromosomal DNA while being introduced by the target gene introduction vector (pIRol21). It is thought that there is.

B.GUS活性試験
この実施例で用いた目的遺伝子導入用ベクター(pIRol21)においても、rol遺伝子は、35S−PとGUS構造遺伝子を分断する位置に配置されており、目的遺伝子導入用ベクター(pIGFP21)により、タバコの染色体DNA中にNPTII遺伝子(目的遺伝子)と共に導入されたrol遺伝子(選抜マーカー遺伝子)が、選抜マーカー除去用ベクター(pTSspsMRSrubipt35R)により導入されたR遺伝子(脱離酵素遺伝子)の働きで脱離して、そのDNA上から除去されると、35S−PとGUS構造遺伝子とが連結し、GUS遺伝子が発現するようになる(図6)。
B. GUS activity test Also in the target gene introduction vector (pIRol21) used in this example, the rol gene is located at a position where 35S-P and the GUS structural gene are separated, and the target gene introduction vector (pIGFP21) is used. The rol gene (selection marker gene) introduced together with the NPTII gene (target gene) into the chromosomal DNA of tobacco is removed by the action of the R gene (elimination enzyme gene) introduced by the selection marker removal vector (pTSspsMRSrubipt35R). When separated and removed from the DNA, 35S-P and the GUS structural gene are linked and the GUS gene is expressed (FIG. 6).

そこで、ここでは、上記PCR分析及びサザン分析の結果、染色体DNAからのrol遺伝子の除去が確認された26系統のうち、キメラ性が示唆された系統を除く17系統を親世代とする幼植物体について、実施例1−VIIBと同様にしてGUS活性試験を行った。その結果、ここで分析に供した全ての幼植物体において、GUSによる染色が観察され、rol遺伝子が除去されていることが確認された。従って、これらの系統についても親世代の形質はその次世代に確実に伝達されており、これらの親世代17系統は、マーカーフリー細胞のみから構成される個体の系統であって、キメラ性を全く有していないと考えられる。 Therefore, here, among the 26 lines in which removal of the rol gene from the chromosomal DNA was confirmed as a result of the PCR analysis and the Southern analysis, 17 seedlings excluding the line suggested to have chimerism were used as parent plants. The GUS activity test was conducted in the same manner as in Example 1-VIIB. As a result, in all the seedlings subjected to the analysis here, staining with GUS was observed, and it was confirmed that the rol gene was removed. Therefore, the parental generation traits are reliably transmitted to the next generation of these strains, and these parental generation 17 strains are individual strains composed only of marker-free cells and have no chimerism. It is thought that it does not have.

目的遺伝子導入用ベクタープラスミドpIGFP21の作成スキムのうち、プラスミドpIG221からプラスミドpBIG221sseの構築までを示す図である。It is a figure which shows from construction of plasmid pIG221 to construction of plasmid pBIG221sse among the preparation schemes of the vector plasmid pIGFP21 for target gene introduction | transduction. 目的遺伝子導入用ベクタープラスミドpIGFP21の作成スキムのうち、プラスミドpBIG221sseからpIGFP21の構築までを示す図である。It is a figure which shows from construction of plasmid pBIG221sse to construction of pIGFP21 among the preparation schemes of the vector plasmid pIGFP21 for target gene introduction | transduction. 選抜マーカー除去用ベクタープラスミドpTSspsMRSrubipt35Rの作成スキムを示す図である。It is a figure which shows the preparation scheme of the vector plasmid pTSspsMRSrubipt35R for selection marker removal. 目的遺伝子導入用ベクタープラスミドpIGFP21により、そのT−DNA領域が組込まれた染色体DNAの構造、及び、この染色体DNAからGFP遺伝子が除去された後の構造を示す、説明図である。It is explanatory drawing which shows the structure of the chromosomal DNA in which the T-DNA area | region was integrated by the vector plasmid pIGFP21 for target gene introduction | transduction, and the structure after a GFP gene was removed from this chromosomal DNA. 目的遺伝子導入用ベクタープラスミドpIRol21の作成スキムを示す図である。It is a figure which shows the preparation scheme of the vector plasmid pIRol21 for target gene introduction | transduction. 目的遺伝子導入用ベクタープラスミドpIRol21により、そのT−DNA領域が組込まれた染色体DNAの構造、及び、この染色体DNAからrol遺伝子が除去された後の構造を示す、説明図である。It is explanatory drawing which shows the structure of the chromosomal DNA in which the T-DNA area | region was integrated with the vector plasmid pIRol21 for target gene introduction | transduction, and the structure after a rol gene was removed from this chromosomal DNA.

Claims (8)

選抜マーカー遺伝子の影響が排除された遺伝子導入細胞又は組織の作成方法であって、次の過程(A)〜(D)を経ることを特徴とする方法。
(A)目的遺伝子、サイトカイニン合成遺伝子以外の選抜マーカー遺伝子、及び、脱離部位を有し、上記選抜マーカー遺伝子が脱離部位に存在することを特徴とするベクターを、植物細胞に導入する過程
(B)(A)でベクターが導入された植物細胞を培養し、上記選抜マーカー遺伝子の発現を指標として、目的遺伝子が導入された植物細胞を選抜する過程
(C)形態異常誘導遺伝子、脱離酵素遺伝子、及び、脱離部位を有し、形態異常誘導遺伝子と脱離酵素遺伝子とが、脱離部位に存在することを特徴とするベクターを、(B)で選抜された植物細胞に導入する過程
(D)(C)でベクターが導入された植物細胞を培養し、その結果、該細胞が増殖して得られる組織より生じる、異常な形態をした組織を選抜する過程
(E)(D)で選抜された異常な形態をした組織を培養し、その結果生じる、正常な形態をした組織を選抜する過程
A method for producing a gene-introduced cell or tissue in which the influence of a selection marker gene is eliminated, which comprises the following steps (A) to (D).
(A) A process of introducing a vector comprising a target gene, a selection marker gene other than a cytokinin synthesis gene, and a detachment site, wherein the selection marker gene is present in the detachment site ( B) Process of culturing plant cells introduced with the vector in (A) and selecting plant cells introduced with the target gene using the expression of the selection marker gene as an indicator (C) Morphological abnormality induction gene, desorption enzyme A process of introducing a vector having a gene and a detachment site, wherein the morphological abnormality-inducing gene and the detachment enzyme gene are present in the detachment site into the plant cell selected in (B) (D) In the process (E) and (D) of culturing the plant cell introduced with the vector in (C), and as a result, selecting an abnormally shaped tissue generated from the tissue obtained by the proliferation of the cell. Selected Were cultured with tissue abnormal form, the process of selecting a resulting was normal morphology tissues
脱離部位が、互いに同方向を向いた二つの部位特異的組換え酵素認識配列に挟まれた領域であり、脱離酵素遺伝子が、上記二つの部位特異的組換え酵素認識配列を認識して作用する部位特異的組換え酵素をコードする遺伝子であることを特徴とする、請求項1に記載の方法。 The desorption site is a region sandwiched between two site-specific recombination enzyme recognition sequences oriented in the same direction, and the desorption enzyme gene recognizes the two site-specific recombination enzyme recognition sequences. The method according to claim 1, wherein the gene encodes a site-specific recombinase that acts. 選抜マーカー遺伝子として薬剤耐性遺伝子を用いることを特徴とする、請求項1又は2に記載の方法。 The method according to claim 1 or 2, wherein a drug resistance gene is used as a selection marker gene. 選抜マーカー遺伝子として、GUS遺伝子、GFP遺伝子又はルシフェラーゼ遺伝子を用いることを特徴とする、請求項1又は2に記載の方法。 The method according to claim 1 or 2, wherein a GUS gene, a GFP gene or a luciferase gene is used as a selection marker gene. 選抜マーカー遺伝子として、rol遺伝子を用いることを特徴とする、請求項1又は2に記載の方法。 The method according to claim 1 or 2, wherein a rol gene is used as a selection marker gene. 形態異常誘導遺伝子として、サイトカイニン合成遺伝子を用いることを特徴とする、請求項1、2、3、4又は5に記載の方法。 The method according to claim 1, 2, 3, 4 or 5, wherein a cytokinin synthetic gene is used as the morphological abnormality inducing gene. サイトカイニン合成遺伝子として、ipt(isopentenyltransferase)遺伝子を用いることを特徴とする、請求項6に記載の方法。 The method according to claim 6, wherein an ipt (isopentenyltransferase) gene is used as a cytokinin synthesis gene. 請求項1、2、3、4、5又は6に記載の方法により選抜マーカー遺伝子の影響が排除された遺伝子導入細胞又は組織を作成した後、これを増殖させて、植物体を再分化させることを特徴とする、選抜マーカー遺伝子の影響が排除された遺伝子導入植物の作成方法。 After creating a transgenic cell or tissue in which the influence of the selection marker gene is eliminated by the method according to claim 1, 2, 3, 4, 5 or 6, this is proliferated and the plant body is redifferentiated. A method for producing a transgenic plant in which the influence of a selection marker gene is excluded.
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