JP2573797C - - Google Patents

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JP2573797C
JP2573797C JP2573797C JP 2573797 C JP2573797 C JP 2573797C JP 2573797 C JP2573797 C JP 2573797C
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マイコジェン プラント サイエンス,インコーポレイテッド
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【発明の詳細な説明】 【0001】 【産業上の利用分野】 本発明は植物細胞の遺伝学的方法に関する。 【0002】 【従来の技術】シャトルベクター RuvkunとAusubel(1981)Nature 298:85ー88、により開発されたシャトルベ
クターは、外来遺伝物質を、大プラスミド、ウイルスまたはゲノムの選ばれた位
置に挿入する方法を可能とする。大プラスミド又はゲノムを扱う場合、2つの主
要な問題がある。1つは大プラスミドが、各制限酵素に対して多くの部位を有す
ることである。特定の部位特異的切断反応は再現性がなく、多部位切断反応とそ
れに続く連結は、変化させたくない多くのフラグメントの順序および方向を混乱
させる大きな難点を生ずる。第2に大DNAプラスミドを用いた形質転換効率は
非常に低い。シャトルベクターは、しばしばインビトロで、外来遺伝物質を小プ
ラスミドに容易に挿入し、次に通常インビボ技術により、大プラスミドに移すこ
とにより、これらの困難を打開することが可能である。 【0003】 シャトルベクターは、究極の受容細菌へ導入され得る通常プラスミドである、
DNA分子より成る。それはまた、外来遺伝物質が挿入され得る受容ゲノムのフ
ラグメントのコピーと、これもまた受容ゲノムフラグメントに挿入される選択形
質をコードするDNAセグメントを含む。選択形質("マーカー")は、トランス
ポソン突然変異誘発または制限酵素とリガーゼにより容易に挿入される。 【0004】 該シャトルベクターは究極受容細胞、典型的にはアグロバクテリウム属の細菌
、へ三親交雑(RuvkunとAusubel、前出)、二親交雑での自己可動性ベクターの
直接移送、アグロバクテリウム細胞による外部DNAの直接取込み(M.Holsters
et al.(1978)Molec.Gen.Genet.163:181-187 の条件を用いる"形質転換"
)、他の細菌細胞とアグロバクテリウムのスフェロプラスト融合、リポソーム包
括D NAの取込み、またはインビトロでパッケージ可能なウイルス上にあるシャトル
ベクターの感染、により導入される。三親交雑はプラスミド可動と接合移送に関
する遺伝子を有する可動性プラスミドを有する菌株とシャトルベクターを有する
菌株との交雑を含む。もしシャトルベクターがプラスミド遺伝子により移動可能
ならば、そのシャトルベクターは大ゲノム、例えばアグロバクテリウム菌株のTi
またはRiプラスミドを有する受容細胞へ移される。 【0005】 シャトルベクターが受容細胞へ導入された後、マーカーのいずれか一方の側で
の1回の組換えを伴う二重乗換えが期待される。この現象はマーカーを含むDN
Aセグメントを受容ゲノムへ移し、挿入物を欠く相同セグメントと置換し得る。
元のシャトルベクターを欠失した細胞を選択する為に、そのシャトルベクターは
究極受容細胞中で複製が不可能であるか、受容細胞に既存の独立に選択可能なプ
ラスミドと不和合性でなければならない。この為の1つの共通的な手段は、シャ
トルベクターと不和合性でかつ他の薬剤耐性マーカーを有する他のプラスミドを
第3の親に備えることである。 【0006】 従って両薬剤耐性で選択すると、生存細胞はその中でシャトルベクターのマー
カーが受容ゲノムと組換えを起こしたもののみである。もしシャトルベクターが
余分のマーカーを持っていれば、シャトルベクターと受容プラスミド間での1回
の乗換えの結果生じる完全なシャトルベクターが受容プラスミドに組み込まれた
ものを有する細胞を選択し、排除できる。もし外来遺伝物質が選択しようとする
マーカー内か、近接した位置に挿入されていれば、同じ二重組換の結果、それは
受容プラスミドに組み込まれ得る。相同フラグメントのマーカー内または近接し
た位置でなく、外来遺伝物質がマーカーから遠く離れて挿入されている場合、外
来遺伝物質とマーカーの間で組換えが起こり、外来遺伝物質を移せないことも起
こるだろう。 【0007】 シャトルベクターはアグロバクテリウムのプラスミドの操作に有用であること
が証明されている:D.J.Garfinkel et al.(1981)Cell 27:143-153,A.J.M.Ma tzke and M.D.Chilton(1981)J.Molec.Appl.Genet.1:39-49、およびJ.Leeman
s et al.(1981)J.Malec.Appl.Genet.1:149-164を参照のこと、そこではシ
ャトルベクターを"中間ベクター(intermedeate vectors)"と呼んでいる。 【0008】アグロバクテリウム−概説 グラム陰性細菌、リゾビウム科のアグロバクテリウム属には、アグロバクテリ
ウム・チューメファシエンス(A.tumefaciens)種とアグロバクテリウム・リゾ
ゲネス(A.rhizogenes)種がある。これらの種は夫々植物のクラウンゴール病、
毛状根病(hairly root disease)の原因となる。クラウンゴールは未分化組織
の瘤(gall)化に特徴付けられる。毛根は感染組織での異常な根(ルート)の誘
導により特徴付けられる奇形腫である。両病において、異状な増殖植物組織は、
植物により正常には生産されない通常オピンとして知られている、1つまたはそ
れ以上のアミノ酸誘導体を生産し、これは感染細菌により異化される。既知のオ
ピンは3族に分類され、その典型的なメンバーはオクトピン、ノパリン、アグロ
ピンである。異常増殖組織の細胞は培養により増殖可能であり、また適当な条件
下で形質転換した表現型を保ちつつ完全な植物に再生される。 【0009】 アグロバクテリウムのヴィルレント株はアグロバクテリウム・チューメファシ
エンスではTi(腫瘍誘導;Tumor-inducing)プラスミド、アグロバクテリウム・
リゾゲネスではRi(ルート誘導;root- inducing)プラスミドと呼ばれる大プラ
スミドを有する。これらのプラスミドを菌から消去すると病原性を失う。Tiプラ
スミドはT−DNA(転移DNA)と呼ばれる、腫瘍では宿主植物のゲノム中に
組み込まれている領域を含む。T−DNAは数種の転写物をコードしている。突
然変異の研究からこれらのうちのいくつかは腫瘍の増殖の誘導に関与しているこ
とが示された。tmltmrおよびtms遺伝子の変異は夫々巨大腫瘍(タバコで)、
ルート出現傾向、シュート誘発傾向を示す。T−DNAはまた少なくとも1つの
オピンシンセターゼ遺伝子をコードし、Tiプラスミドは、しばしば、それが合成
し得るオピンにより分類される。各T−DNA遺伝子はT−DNAプロモーター
の支配下にある。このT−DNAプロモーターは真核生物のプロモーターに構造 が類似しており、形質転換植物細胞でのみ機能するらしい。Tiプラスミドはまた
T−DNA領域外にも遺伝子を担っている。これらの遺伝子はオピン異化、発癌
性、アグロシン感受性、複製、細菌細胞への自己輸送の機能に関与している。Ri
プラスミドはTiプラスミドと類似の構造をとっている。植物細胞の形質転換に関
与する一連の遺伝子とDNA配列は、以下では形質転換誘導因子(TIP)とし
て総合的に呼ぶ。従ってTIPの名称はTiおよびRiプラスミド両者を包含する。
TIPの取り込まれたセグメントを、ここではT−DNAと称し、Tiプラスミド
あるいはRiプラスミドに由来している。最近のアグロバクテリウム起因病の一般
的総説はD.J.Marlo(1982)、Adv.Plant Pathol.1:139-178、L.W.Ream and M.P
.Gordon(1982)、Science 218:854-859,および M.W.Bevan and M.D.Chilton(
1982)、Ann.Reb.Genet.16:357-384; G.Kahl and J.Schell(1982)Molecular
Biology of Plant Tumorsに述べられている。 【0010】アグロバクテリウム−植物組織の感染 植物細胞は既知の多くの方法によりアグロバクテリウムにより形質転換され得
る;例えば植物細胞とアグロバクテリウムとの共存培養;植物の直接感染;植物
プロトプラストとアグロバクテリウムスフェロプラストの融合;植物細胞プロト
プラストによる遊離DNAの取込みによる直接形質転換;部分的に細胞壁を再生
しているプロトプラストの完全な細菌による形質転換;プロトプラストのT−D
NA含有リポソームによる形質転換;T−DNAを保持するウイルスの利用;ミ
クロインジェクション等。どの方法も遺伝子が確実に発現される限り充分であり
、有糸分裂および減数分裂を通じて安定に伝達される。 【0011】 植物組織のアグロバクテリウムによる感染は当業者には公知の単純な技術であ
る(例えばD.N.Butcher et al.(1980)in Tissue Culture Methods for Plant
Pathologists,eds.:D.S.Ingrams and J.P.Helgeson、pp.203-208 参照)。植
物は種々のどの方法によっても傷つけられる、例えば刃で切る、針で穴をあける
、あるいは研磨剤で摺るなど。次いで傷口を腫瘍誘導細菌を含む溶液で感染させ
る。完全な植物を感染させる他の方法はジャガイモの塊茎小片(D.K.Anand and
G.T. Herberlein(1977)Amer.J.Bot.64:153-158)またはタバコ茎の断片(Binns e
t al.)などの組織の小片を植えつけることである。誘導後、腫瘍は植物ホルモ
ンを含まない培地で組織培養され得る。ホルモン非依存性増殖は形質転換植物組
織の典型であり、培養組織の増殖の通常の条件とは大いに対照的である(A.C.Br
aun(1956)Cancer Res.16:53-56)。 【0012】 アグロバクテリウムはまた単離細胞および培養細胞(Marton et al.(1979)
Nature 277:129-131)、および単離したタバコ葉肉プロトプラストを感染し
得る。後者の技術では、新しい細胞壁を一部再生させる時間をおいた後、一定時
間の間アグロバクテリウム細胞を培養に加え、次いで抗生物質を添加し殺した。
Tiプラスミドを保持するアグロバクテリウム・テューメファシエンス細胞に接触
した細胞のみが、ホルモンを含まない培地にプレートしたときカルスを形成した
。大部分のカルスはオピン同化に関する酵素活性を有していた。他の研究者(R.
B.Horsch and R.T.Fraley(18 January 1983 15th Miami Winter Symposium)
は共存培養により、形質転換しホルモン非依存性増殖するカルスを高頻度(10%
以上)で得、カルスの95%がオピンを作った。M.R.Davey et al.(1980)in Ing
ram and Helgeson、前出、pp.209-219、は、プロトプラスから再生した老細胞の
感染について述べている。 【0013】 植物プロトプラストはTIPプラスミドの直接取込みにより形質転換され得る
。M.R.Davey et al.(1980)Plant Sci.Lett.18:307-313,およびM.R.Davey et
al.(1980)in Ingram and Helgeson、前出、は、ペチュニアのプロトプラスト
をポリ-L-α-オルニチン存在下でTiプラスミドで形質転換し、培養によりオピ
ン合成とホルモン非依存性増殖の表現型を示した。その後、ポリエチレングリコ
ールがTi取込みを促進し、特定のT−DNA配列がゲノムに取り込まれることが
示された。(J.Draper et al.(1982)Plant and Cell Physiol.23:451-458、
M.R.Davey et al.(1982)in Plant Tissue Culture 1982、ed:A.Fujiwara、pp
.515-516)。F.A.Krens et al.(1982)Nature 296:72-74、は同様の結果をポ
リエチレングリコール次いでカルシウムショックによる方法で報告したが、彼ら の結果では取り込まれたT−DNAはTiプラスミド配列の近接部分を含んでいた
。 【0014】 DNAを取り込ませる他の方法にリポソームの使用がある。DNA含有リポソ
ームの調製は、Papahadjopoulosの米国特許第4,078,052号と第4,235,871号にあ
る。Ti−DNAをリポソームによる導入する方法が報告されている(T.Nagata e
t al.(1982)in Fujiwara、前出、pp.509-510、および T.Nagata(1981)Mol.G
en.Genet.184:161-165)。類似の系に細胞壁を除去した植物と細菌の細胞の融
合がある。この技術の例は S.Hasezawa et al.(1981)Mol.Gen.Genet.182:2
06-210により報告されているアグロバクテリウムのスフェロプラストによるツル
ニチニチソウ(Vinca)の形質転換である。植物プロトプラストは細胞壁が不完
全なアグロバクテリウム細胞を取り込むことができる(S.Hasezawa et al.(198
2)in Fujiwara、前出、pp.517-518)。 【0015】 T−DNAは2つのプロトプラストの融合による再生した組織に移り、一方の
みが形質転換される(G.J.Wullems et al.(1980)Theor.Appl.Genet.56:203-
208)。植物の再生の項で詳しく述べるように、T−DNAは減数分裂でも伝わ
り、単純なメンデル法則に従って子孫に伝達される。 【0016】アグロバクテリウム−植物の再生 正常な形態を有する分化植物組織がクラウンゴール腫瘍から得られた。A.C.Br
aun and H.N.Wood(1976)Proc.Natl.Acad.Sci.USA 73:496-500、はタバコ奇
形腫(teratomas)を正常な植物につぎ木し、正常に見える開花し得るシュート
を得た。このシュートは培地におくと、オピン生成能と、植物ホルモン非依存増
殖能を保持した。選択された植物では、これら腫瘍表現型は子孫に伝達されない
ようで、多分減数分裂の間に消失した(R.Turgeon et al.(1976)Proc.Natl.Ac
ad.Sci.USA 73:3562-3564)。自然に腫瘍の性質を失った、あるいは奇形腫の
種から生じた植物は、当初すべてのT−DNAを失ったように思われていた(F.
-M.Yang et al.(1980)In Vitro 16:87-92,F.Yang et al.(1980)Molec.Gen
.Genet.177:707-714、M.Lemmers et al.(1980)J.Mol.Biol.144:353-376)。 しかし、ホルモン(1mg/l カイネチン)処理後復帰した植物を用いた後の研究
で、減数分裂を経た植物は形質転換表現型に関するT−DNA遺伝子は失ってい
るが、T−DNAの両端に相同性のある配列を維持していた(F.Yang and R.B.S
impson(1981)Proc.Natl.Acad.Sci.USA 78:4151-4155)。 【0017】 G.J.Wullems et al.(1981)Cell 24:719-724、はさらに、オピン同化に関す
る遺伝子が、その植物は雄性不稔であるが、減数分裂を通して伝わること、そし
ておそらくT−DNAはそのままメンデル法則に従って遺伝し得ることを示した
(G.Wullems et al.(1982)in A.Fujiwara、前出)。L.Otten et al.(1981)M
olec.Gen.Genet.183:209-213、は、シュートを生じる腫瘍生成に tms(シュー
ト誘導)遺伝子座でのTn7トランスポソン起因のTiプラスミド変異を用いた。こ
れらのシュートが植物中で再生すると自己稔性花を生じた。着生した種が発芽し
た植物はT−DNAを有しオピンを生成した。tmr(ルート誘導)変異を用いた
同様の実験で、全T−DNAが減数分裂を通して子孫に伝わり、これら子孫で、
程度にバラツキがあるが、ノパリン遺伝子が発現すること、また同時に伝達され
た酵母のアルコール脱水素酵素I遺伝子は発現しないことが示された(K.A.Bart
on et al.(1983)Cell 32:1033-1043)。T−DNA配列を欠く再生組織はお
そらく腫瘍に混在していた非形質転換細胞の子孫であるらしい(G.Ooms et al.
(1982)Cell 30:589-597)。アグロバクテリウム・リゾゲネスによる形質転換
の結果生じたルートは比較的容易に苗に再生することが示された。(M.-D.Chilt
on et al.(1982)Nature 295:432-434)。 【0018】アグロバクテリウム−TIP プラスミド上の遺伝子 TIPプラスミドのT−DNA内に多数の遺伝子が同定された。約半ダースの
オクトピンプラスミドT−DNA転写物がマッピングされ(S.B.Gelvin et al.
(1982)Proc.Natl.Acad.Sci.USA 79:76-80、L.Willmitzer et al.(1982)EM
BO J.1:139-146)、またいくつかの機能が明確にされた(J.Leemans et al.(
1982)EMBO J.1:147-152)。オクトピン型プラスミドの4つの遺伝子が tms
tmr およびtmlを含むトランスポソン変異誘発により充分明確になった(D.J. Garfinkel et al.(1981)Cell 27:143-153)。これらの遺伝子に変異をもつTi
プラスミドは、ニコチニア・タバカムの腫瘍カルスを刺激し、シュートを生じ、
ルートを生じ、そして正常より大きくなる。他の宿主では、これら遺伝子の変異
は、異なった表現型を誘導し得る(Chilton,M.D.Ann.Rev.Genet.(1982)参照
)。tmstmrの表現型は、腫瘍に存在する植物ホルモンレベルの差異と相関して
いる。サイトカイニン:オーキシン比の相違は、非形質転換カルス組織でシュー
トまたはルート形成を誘導する培養中のサイトカイン:オーキシン比の相違と類
似している(D.E.Akiyoshi et al.(1983)Proc.Natl.Acad.Sci.USA 80:407-4
11)。tmsまたはtmrどちらか一方のみの機能遺伝子を持つT−DNA(機能するt
mlのみの場合ではないが)は、明白な腫瘍増殖を刺激し得る。シュートとルート
の刺激は機能tmlにより夫々促進と阻害を受ける(L.W.Ream et al.(1983)Proc
.Natl.Acad.Sci.USA 80:1660-1664)。T−DNA遺伝子の変異が植物ゲノム
へのT−DNAの挿入に影響することはないようである(J.Leemans et al.(19
82)同上;L.W.Ream et al.(1983)同上)。オクトピンシンセターゼをコード
するocs遺伝子はH.De Greve et al.(1982)J.Mol.Appl.Genet.1:499-511、に
より塩基配列が決定された。これはイントロン(真核遺伝子に共通して見られる
介在配列で転写後mRNAのプロセッシングの間にメッセンジャー前駆体から除
かれる)を有していない。また真核の転写シグナル(TATAボックス)とポリ
アデニル化部位がある。オクトピンシンセターゼを有する植物細胞はホモアルギ
ニンを無毒化するので、ocs遺伝子は、外来DNAによる形質転換された植物細
胞の有効な選択マーカーとなり得る(G.M.S.Van Slogteren et al.(1982)Plan
t Mol.Biol.1:133-142)。 【0019】 ノパリンTiプラスミドはノパリンシンセターゼ遺伝子(nos)をコードしてお
り、nosは A.Depicker et al.(1982)J.Mol.Appl.Genet.1:561-573、により
配列決定された。ocs遺伝子と同様nosもイントロンがない。2つのポリアデニン
化部位の候補とTATAボックスとなり得る配列がある。ocsと対照的にnosの上
流にはCATボックスとして知られる転写シグナルらしい配列がある。J.C.McPh
ersson et al.(1980)Proc.Natl.Acad.Sci.USA 77:2666-2670、は、クラウン ゴール組織のT−DNAがコードするmRNAのインビトロ翻訳を報告した。 【0020】 毛根T−DNAの転写もまた検出された(L.Willmitzer et al.(1982)Mol.
Gen.Genet.186:16-22)。機能的には毛根症候群はtmrの変異したTiプラスミド
によりもたらされるクラウンゴール腫瘍と同等のようである(F.F.White and E.
W.Nester(1980)J.Bacteriol.144:710-720)。 【0021】 真核生物において、DNAのメチル化(特にシトシン残基の)は転写不活性化
と相関している。比較的メチル化が少ない遺伝子はmRNAに転写される。Gelv
in et al.(1983)Nucleic Acids Res.1:159-174、はクラウンゴール腫瘍のT
−DNAは常に少なくともメチル化されていない1コピーが存在することを見出
した。同じゲノムがメチル化されている多くの他のT−DNAコピーを含むとい
うことは1つ以上の過剰のT−DNAのコピーは生物学的に不活性であることを
示唆する(G.Ooms et al.(1982)Cell 30:589-597 も参照)。 【0022】 TiプラスミドはT−DNA領域の外側にあり、感染過程に必要な他の遺伝子を
コードしている(ノパリンプラスミドについては M.Holsters et al.(1980)Pl
asmid 3:212-230,オクトピンプラスミドについては H.De Greve et al.(1981
)Plasmid 6:235-248、D.J.Garfinkeland E.W.Nester(1980)J.Bacteriol 144
:732-743、および G.Ooms(1980)J.Bacteriol 144:82-91参照)。最も重要な
のは onc遺伝子で、これが変異するとTiプラスミドの発癌性を失わせる(これら
の遺伝子座はビルレンスに関する言葉virとして知られている)。onc遺伝子はト
ランスに作用し、異なったプラスミド型で物理的に他のプラスミドに局在してい
るT−DNAでの植物細胞の形質転換を引き起こし得る(J.Hille et al.(1982
)Plasmid 7:107-118、H.J.Klee et al.(1982)J.Bacteriol 150:327-331、
M.-D.Chilton(18 January 1983)15th Miami Winter Symp.)。ノパリンTiDN
AはTiプラスミドからの切出し、または宿主ゲノムへの取込みに関与するらしく
、T−DNAの左または右側の境界に極めて隣接している約25塩基対の順方向繰
り返し配列(direct repeat)を有し(N.S.Yadav et al.(1982)Proc.Natl.Aca
d. Sci.USA 79:6322-6326)、そして類似配列がオクトピンT−DNA境界に隣接
した場所に見つかっている(R.B.Simpson et al.(1982)Cell 29:1005-1014)
。オピン同化はオクトピンおよびノパリン型プラスミドの夫々ocsおよびnos遺伝
子により特徴付けられる。Tiプラスミドはまた複製開始点を含むそれ自身の増殖
に必要な機能をもコードしている。Tiプラスミド転写物は S.B.Gelvin et al.(
1981)Plasmid 6:17-29、により、アグロバクテリウム・チューメファシエンス
細胞中に見出されており、彼らはT−DNA領域が非T−DNA配列に沿って弱
く転写されることを見い出した。Tiプラスミドにより支配される性質は Merlo、
前出(特に、第2表参照)およびReam and Gordon、前出、によりまとめられて
いる。 【0023】アグロバクテリウム−TIPプラスミドDNA 種々のオクトピン型Tiプラスミドは、互いにほぼ100%相同性があることがD
NAハイブリダイゼーション(T.C.Currier and E.W.Nester(1976)J.Bacterio
l.126:157-165)または制限酵素解析(D.Sciaky et al.(1978)Plasmid 1:23
8-253)により調べられた。ノパリン型Tiプラスミドは互いに少なくとも67%相
同性がある(Currier and Nester、前出)。種々のRiプラスミドは互いに非常に
相同性があることが明らかとなった(P.Costantino et al.(1981)Plasmid 5
170-182)。N.H.Drummond and M.-D.Chilton(1978)J.Bacteriol.136:1178-11
83、は、オクトピンおよびノパリン型Tiプラスミドは比較的狭い部分に互いに相
同性があることを示した。これらの相同性は、G.Engler et al.(1981)J.Mol B
iol.152:183-208、により詳しくマップされた。それらは、4つの類似領域の3
つが、更に3(T−DNAにまたがる)、4(特定のonc遺伝子を含む)、およ
び9(onc遺伝子を有する)の類似領域に細分化されることを見出した。連結し
ている相同領域は、少なくともtra遺伝子(Tiプラスミドの他の細菌細胞への接
合伝達に関与する)と、複製および不和合性に関する遺伝子とを含む。この領域
はリゾビアッシー科の別の属であるリゾビウムの一種から分離されたSymプラス
ミド(共生窒素固定に関与する)と相同性がある(R.K.Prakash et al.(1982)
Plasmid 7:271-280)。4つの領域の順序は保存されていないが、いずれも同一 方向に配置している。T−DNA配列の一部はノパリンおよびオクトピンプラス
ミド間で極めて良く保存されている(M.-D.Chilton et al.(1978)Nature 275
:147-149、A.Depicker et al.(1978)Nature 275:150-153)。Riプラスミド
はそれらの間、およびオクトピン(F.F.White and E.W.Nester(1980)J.Bacter
iol.144:710-720)とノパリン(G.Risuleo et al.(1982)Plasmid 7:45-51)の
両Tiプラスミドにはかなり相同性がある。その領域はおもにonc遺伝子をコード
している領域である。RiT−DNAはTiプラスミドの両型のT−DNAに弱いな
がらも、かなり相同性がある(L.Willmitzer et al.(1982)Mol.Gen.Genet.186
:3193-3197)。未感染のニコチニア・グラウカの植物DNAは、cT−DNA
(細胞のT−DNA)と呼ばれる配列を含んでおり、RiT−DNAの一部と相同
性がある(F.F.White et al.(1983)Nature 301:348-350)。 【0024】 Ti(M.-D.Chilton et al.(1977)Cell 11:263-271)またはRi(M.-D.Chilto
n(1982)Nature 295:432-434、F.F.White et al.(1982)Proc.Natl.Acad.Sc
i.USA 79:3193-3197、L.Willmitzer(1982)Mol.Gen.Genet.186:16-22)プ
ラスミドの一部分は、腫瘍植物細胞のDNAに見出される。転移したDNAはT
−DNAとして知られている。T−DNAは核内(M.P.Nuti et al.(1980)Pla
nt Sci.Lett.18:1-6、L.Willmitzer et al.(1980)Nature 287:359-361、M.
-D.Chilton et al.(1980)Proc.Natl.Acad.Sci.USA 77:4060-4064)の宿主D
NA(M.F.Thomashow et al.(1980)Proc.Natl.Acad.Sci.USA 77:6448-6452
、N.S.Yadav et al.(1980)Nature 287:458-461)に取り込まれる。 【0025】 M.F.Thomashow et al.(1980)Proc.Natl.Acad.Sci.USA 77:6448-6452、お
よび M.F.Thomashow et al.(1980)Cell 19:729-739、は、オクトピン型Tiプ
ラスミドのT−DNAが、T−DNAの左と右の夫々TL−DNAおよびTR−
DNAの2つの別の場所に取り込まれることを見出した。TRおよびTLのコピ
ー数は変動し得る(D.J.Merlo et al.(1980)Molec.Gen.Genet.177:637-643)
。T−DNAの中芯(core)は、ノパリンT−DNAと相同性が高く(Chilton
et al.(1978)前出、およびDepicker et al.(1978)前出)、腫瘍維持に必要
で、 TLに見られ、一般的に細胞当り1コピー存在し、そしてtmstmr および tml
遺伝子をコードする。他方、TRはコピー数は多い(D.J.Merlo et al.(1980)前
出)が、まったく不要である(M.De Beuckeleer et al.(1981)Molec.Gen.Gene
t.183:283-288、G.Ooms et al.(1982)Cell 30:589-597)。G.Ooms et al.(
1982)Plasmid 7:15-29 によれば、TRがTiプラスミドから欠失してもアグロ
バクテリウム・チューメファシエンスはヴィルレンスを保っているが、TRがT
−DNA取込みに関与すると想定されている。G.Ooms et al.(1982)Cell 30
589-597により、T−DNAは植物ゲノムに取り込まれた後、時として欠失する
が、一般に安定であること、またT−DNA構成が異なる混成細胞を含む腫瘍は
、複数の形質転換現象の結果であることが示された。ocsはTLに存在する。し
かし、腫瘍増殖に関連する表現型を失うことなく植物ゲノムから欠失させ得る。
組み込まれたTLの左端は順または逆向きの繰り返しT−DNA配列から成る(
R.B.Simpson et al.(1982)Cell 29:1005-1014)。 【0026】 オクトピン型腫瘍の状況とは対照的にノパリンT−DNAは一連のフラグメン
トで宿主ゲノムに組み込まれる(M.Lemmers et al.(1980)J.Mol.Biol.144:35
3-376、P.Zambryski et al.(1980)Science 209:1385-1391)。順方向繰り返
し配列が観察された。奇形腫から生じた植物のT−DNAは、挿入DNAの端の
フラグメントにわずかな修飾がある(Lemmers et al.、前出)。右端と左端の間
の結合部の配列の解析から多くの順繰り返し配列と1つ逆繰り返し配列が明らか
になった。後者は結合部にまたがっている(Zambryski et al.(1980)前出)。
左側の結合部は少なくとも70塩基対(bp)が変動すること、一方、右結合部は1
bpのみの変動である(P.Zambryski et al.(1982)J.Molec.Appl.Genet.1:361-
370)ことが示された。繰り返し配列の結合部の左および右端は、130bp以上のス
ペーサーにより分断されている。このスペーサーの由来は不明であり、特定のT
−DNA配列を含んでいる。T−DNAは繰り返し配列と低コピー数宿主配列の
両者に組み込まれている。 【0027】 N.S.Yadav et al.(1982)Proc.Natl.Acad.Sci.USA 79:6322-6326、は、T −DNAの左端のすぐ外側のノパリンTiプラスミド内にchi部位を見出し、これ
はバクテリオファージλで10Kbp離れているまわりのDNAで一般組み換えを増
大させる。R.B.Simpson et al.(1982)Cell 29:1005-1014、は、オクトピンTi
プラスミド内にchi配列を見出さなかったが、配列を決定した領域の外側に存在
する可能性を排除できない。Tiプラスミドでのchiの意義は不明である。もしchi
が機能を有しているとすれば、chiがT−DNA内にないので、恐らく植物では
なくアグロバクテリウム細胞内で用いられているだろう。 【0028】アグロバクテリウム−TIPプラスミドの操作 シャトルベクターの項で詳しく述べるように、変化させたDNA配列をTIP
プラスミドの望みの場所に導入する技術が開発された。トランスポソンはこの技
術で容易に挿入される(D.J.Garfinkel et al.(1981)Cell 27:143-153)。J.
-P.Hernalsteen et al.(1980)Nature 287:654-656、は、TiプラスミドのT−
DNAに挿入されたDNA配列(ここでは細菌のトランスポソン)が、受容植物
ゲノムへ移され取り込まれることを示した。種々の起源の多くの外来DNAが挿
入されたが、これまで、その遺伝子は自身のプロモーターの支配下で発現しなか
った。これらの遺伝子には酵母のアルコール脱水素酵素(Adh)(K.A.Barton et
al.(1983))、トウモロコシのAdhI(J.Bennetzen、未発表)とゼイン、哺乳
類のインターフェロンとグロビン、哺乳類のウイルスSV40(J.Schell、未発表)
などがある。M.Holsters et al.(1982)Mol.Gen.Genet.185:283-289、によれ
ば、T−DNAに挿入された細菌のトランスポソン(Tn7)が植物ゲノムに取り
込まれた後、完全な機能を有し、多分変化していない形で回収された。 【0029】 TIPプラスミド内で欠失を種々の方法で生成し得る。シャトルベクターを標
準の組み換えDNA技術でつくられた欠失の導入に用いることができる(Cohen
and Boyer US Pat.4,237,224)。前もって決められた一方の端の欠失はトラン
スポソンの誤った切出しにより作成し得る(B.P.Koekman et al.(1979)Plasmi
d 2:347-357、G.Ooms et al.(1982)Plasmid 7:15-29)。J.Hille and R.Sch
ilperoot(1981)Plasmid 6:151-154は、前もって決められた位置での両端を有 する欠失が、2つのトランスポソンを用いて作成し得ることを示した。この技術
はまたイソビボで"組み換えDNA分子"の構築に用いられる。 【0030】 ノパリンシンセターゼ遺伝子が、形質転換された植物細胞を選択するのに用い
られる薬剤耐性をコードするDNAセグメントの挿入に用いられた。M.Bevan(M
.D.Chilton et al.(18 January 1983)15th Miami Winter Symp.、により報告
された;およびJ.L.Marx(1983)Science 219:830 参照)とR.Horsch et al.(
(18 January 1983)15th Miami Winter Symp.、およびMarx、前出、参照)は、
Tn5のカナマイシン耐性遺伝子(ネオマイシンフォスフォトランスフェラーゼ)
をノパリンプロモーターの後に(その制御下に)挿入した。その作成には、培養
でカナマイシンおよびG418 のようなアナグロ耐性になるよう植物細胞を形質転
換する方法がとられた。J.Schell et al.(18January 1983)15th Miami Winter S
ymp.(Marx、前出、も参照)は同様の作成法を報告し、そこではTn7のメトトレ
キセート耐性遺伝子(ジハイドロフォレートレダクターゼ)が、ノパリンシンセ
ターゼプロモーターの後につながれた。形質転換細胞はメトトレキセート耐性で
あった。オクトピンシンセターゼを有する植物細胞は毒性化学物質、ホモアルギ
ニンに耐性であり、G.M.S.Van Slogteren et al.(1982)Plant Mol.Biol.1:13
3-142、は、この酵素を洗濯マーカーに用いることを提案した。 【0031】 M.-D.Chilton et al.(1983)、前出、は、A.Defremeuが"小Ti(mini-Ti)プ
ラスミド"を作成したと報告した。ノパリンT−DNAには、通常1ケ所の制限
酵素KpnIの切断部位がある。この部位を欠く変異がつくられ、完全なノパリンT
−DNAを含むKpnIフラグメントが単離された。このフラグメントはカナマイシ
ン耐性遺伝子と共にpRK290に挿入され、アグロバクテリウム・チューメファシエ
ンス内で維持され、すべての非T−DNA配列を欠くプラスミドが得られた。そ
れ自身では、このプラスミドは植物細胞を形質転換できなかった。しかし、オク
トピンTiプラスミドを持つアグロバクテリウム・チューメファシエンス株に入れ
ると、オクトピンとノパリン両方を合成する腫瘍が誘導された。これはノパリン
Tiプラスミド機能の消失がオクトピンTiプラスミドにより相補されたこと、およ びノパリン"小Ti"は植物細胞を形質転換する能力があったことを示す。Chilton
et al.(1983)、前出、はまた、小TiをSmaIで切り、ノパリンシンセターゼ遺伝
子とその左および右端以外はすべてのT−DNAを欠失した"微Ti"(micro-Ti)
を作成した。この微TiはSmaI部位を欠くpRK290プラスミド誘導対に挿入され、小
Tiと同様にして用いられ、匹敵する結果を得た。 【0032】 H.Lorz et al.(1982)in Plant Tissue Culture 1982、ed:A.Fujiwara、pp.
511-512、は、DNA取込みと維持にTIP系が見掛け上無関係なプラスミドベ
クターを作り、マーカーとしてノパリンシンセターゼ遺伝子を用いた。 【0033】ファセオリンと遺伝子調節 一般に高等真核生物の遺伝子は高度に調節されている。植物のような多細胞生
物は多くの分化した組織を有し、夫々は特有の遺伝子産物を要求する特有の機能
を持つ。そのような組織の1つに子葉(cotyledon)がある。豆果(legumes)で
は子葉は、発芽の間に必要となるまで、脂質、炭水化物、無機物および蛋白質な
どを保存する種の貯蔵器官である。フォセオラス・ブルガリスL.(フレンチビ
ーン、インゲン豆(kidny bean)、乾燥白豆(navy bean)、緑豆(green bean
)などの名でも知られる)では、主要貯蔵蛋白質はファセオリンである。この蛋
白は極めて類似しかつ互いに等量の小数の分子種から成る。ファセオリンは乾燥
豆の主要な栄養価を担っており、しばしば乾燥重量の10%以上を占める。 【0034】 ファセオリンはファセオラス・ブルガリスの生活環の間で高度に調節されてい
る。この蛋白は種がさやの中で生ずる間でのみつくられ、そのレベルは遺伝的に
決まった合成のスケジュールに従い、検出限界の低い値から種の蛋白の半分を占
めるまで上昇する。そのピークではファセオリン合成は子葉細胞の蛋白合成の80
%以上にも達する。他の時期には、また他の組織では、ファセオリン合成は検知
できない。世界的な栄養源の重要性に伴い、ファセオリンの調節の仕組みは、フ
ァセオリンの研究、その性質およびその調節に大いに興味をそそる。 【0035】 【発明の要旨】 ここに開示の発明は、植物遺伝子を導入し、そこで発現する遺伝的に修飾され
た植物細胞を有する植物を提供する。さらに、この発明は、そのゲノムが植物遺
伝子を含むT−DNAを有する植物細胞を備えた植物組織を提供する。この植物
遺伝子は植物細胞内で発現する。またT−DNA(ここでは植物細胞内で発現可
能な挿入植物遺伝子を含むように修飾されたT−DNAと定義される)を含み、
複製し得るアグロバクテリウム属細菌の新規な細菌株を提供する。さらに、本発
明はエセリシア・コリー(大腸菌)内で複製能を有し、T−DNAを含み、さら
にプラスミド内に含まれるT−DNA内に挿入された植物遺伝子を含むような新
規のプラスミドを提供する。 【0036】 ここに開示された実験的研究は、T−DNAを介して導入後植物細胞内で植物
遺伝子が発現する、即ち既知の方法によりT−DNAに植物遺伝子を挿入し、そ
の挿入物を含むT−DNAを植物細胞に導入することにより行った最初の例であ
ると信ずる。ここに開示された実験は、また、イントロンを含む植物遺伝子がT
−DNAを介して導入された植物細胞内で発現した最初の例を提供するものと信
ずる。これらの結果はT−DNA内で発現する既知のすべての遺伝子(T−DN
A内生遺伝子であれ、挿入外来遺伝子であれ)が現在知られる限りイントロンを
含まないという事実から見れば、驚くべきことである。この結果は、また、当業
者がこれまで、T−DNA遺伝子外のプロモーターがT−DNA内へ挿入された
場合、植物内で発現を制御する機能を果たすという例を示し得なかったという事
実から見ても、容易に想到されない。 【0037】 本発明は、他の植物種または株から有用な植物遺伝子を導入することにより、
植物組織または全植物体を遺伝的に修飾するのに有用である。このような有用植
物遺伝子は貯蔵蛋白質、レクチン、病気、昆虫および除草剤に対する耐性因子、
環境ストレスに対し耐性を与える因子などの遺伝子、さらに特異的芳香剤の遺伝
子などがあるがこれらに限らない。本発明は、豆類の主たる種子の貯蔵蛋白質で
あるファセオリン遺伝子のヒマワリやタバコの植物組織への導入と発現により例 示される。T−DNAを介して導入された植物遺伝子が発現する植物細胞が一度
得られれば、植物組織および全植物体を当該分野において既知の方法で、そこか
ら再生させ得る。再生した植物は次いで通常の方法で増殖し、導入された遺伝子
は通常の植物改良技術により他の植物へ移される。例えばファセオリン遺伝子の
導入、発現はアルファルファのような馬糧作物(forage crop)の蛋白含量、栄
養価の向上に用いることができる。本発明の他の用途、即ち、他の植物種へ導入
された他の遺伝子の性質の開拓などは当業者にとっては容易なことである。本発
明は、本質的には、いかなる植物遺伝子をも、T−DNAの導入が可能で安定に
複製維持できるいかなる植物種へ導入することに応用できる。一般にこれらの種
に以下のものがあるが、それに限定されない。即ち、ヒマワリ(コンポシテ com
positeae科)、タバコ(ソラナシ solanaceae 科)、アルファルファ、大豆およ
び他のマメ類(レグミノシ leguminoseae科)および大部分の野菜類のような(
ディコチレドナウス dicotyledonous)双子葉植物である。 【0038】 【発明の構成】 本発明は、(a)植物由来のプロモーターと植物の構造遺伝子とを有する植物の
遺伝子をT−DNAに挿入する工程であって、それによってT−DNA/植物の
遺伝子結合物を形成し、該植物由来のプロモーターは該植物の構造遺伝子の5’
末端に隣接し、該植物の構造遺伝子は該植物由来のプロモーターから転写方向に
下流にあり、そして(b)該T−DNA/植物の遺伝子結合物を植物細胞に移入す
る工程を包含する、植物細胞を遺伝学的に修飾する方法に関する。 【0039】 本発明の別の局面では、前記工程(b)の実行後に、さらに(c)前記T−DNA/
植物の遺伝子結合物を含んだ植物細胞中で、前記植物の構造遺伝子の発現を検知
する工程を包含する、植物細胞を遺伝学的に修飾する方法に関する。 【0040】 本明細書および特許請求の範囲での使用の意図と権利範囲に関する不明瞭さを
除くために以下の定義を行う。 【0041】 T−DNA:植物ゲノムに組み込まれる形質転換誘導因子(TIP)由来のD
NAセグメント。本明細書で用いるこの用語はアグロバクテリウム・チューメフ
ァシエンスおよびアグロバクテリウム・リゾゲネスを含むアグロバクテリウムの
あらゆる腫瘍誘導株に本質的に由来するDNAを含む。 【0042】 後者の菌株の場合、以前の研究者は時々R−DNAと呼んでいた。さらに本明
細書で用いるT−DNAという用語は、自然発生または実験室内操作によるいか
なる変化、修飾、変異、挿入および脱落をも含む。唯一の構造上の要件は、自然
に発生するT−DNAの右端および左端が、すべてのT−DNAの特徴である安
定な組み込みという期待される機能を確実にするために充分量存在するというこ
とである。 【0043】 植物遺伝子:本明細書での使用は、植物遺伝子の構造および調節要素、つまり
T−DNA自身の遺伝子に対して外来である要素を含む。ここで使用する植物遺
伝子は、T−DNAへ植物起源のプロモーター(転写の開始と翻訳の開始を提供
し、調節しうる遺伝子の領域)と構造遺伝子(蛋白質をコードする、1つまたは
複数のイントロンを含むあるいは含まない領域)との両者である。この植物遺伝
子は、転写の終了および転写後のRNAプロセッシングを制御する機能を有しう
る3’-非翻訳領域をも含み得る。プロモーターと構造遺伝子要素は同一または
異なる既存の遺伝子に由来するであろうし、また同一または異なる植物源に由来
し得る。例えば、植物遺伝子はそれ自身のプロモーターをある植物遺伝子、ある
いは1つの遺伝子のコード領域(イントロン存在または不在)と同一または他の
植物種由来の他のプロモーターから成るインビトロ構成物でも良い。本明細書で
定義する植物遺伝子のコード領域は、植物遺伝子の構造遺伝子のcDNAコピー
を含む。プロモーターとコード領域はまた、自然にあるいは人為的に誘発された
修飾をも含み得、化学的に合成されたセグメントを含み得る。コードするセグメ
ントはそれ自身、自然発生または合成の、混成蛋白質をコードする複数の起源に
由来する混成物であってもよい。 【0044】 植物組織:クラウンゴールのような根、芽、花粉、種、腫瘍組織、および胚、
カルスのような培養植物細胞の種々の形の集合物を含む高等植物の、あるいはそ
れに由来する分化、未分化の組織を含む。 【0045】 植物細胞:栽培植物細胞、培養植物細胞およびプロトプラストを含む。 【0046】 T−DNAを介して導入された植物遺伝子を発現する遺伝的修飾植物の生産は
、種々の技術を伴う現在知られている、特定の知識と技術者に既知の手段を合併
したものである。多くの例において、別の手段が全過程の各段階に存在する。手
段の選択は、基本的TIPの選択、修飾される植物種および所望の再生方法のよ
うな要素に依存し、それらはいずれも当業者が望む結果を達成するために選択し
用い得る別のプロセス段階を提供する。本発明の基本的な特徴は植物遺伝子の性
質と構造であり、そのT−DNAへの挿入方法である。遺伝的修飾植物を得るた
めに残っているステップは、植物細胞へ修飾T−DNAを移送すること(そこで
は、植物細胞の中で修飾T−DNAが植物細胞ゲノムの一部として安定に組み込
まれる)を含み、それにはインビトロ培養および完全植物体への実際の再生に関
する技術がある。この技術は、形質転換植物細胞の選択と検出に関するステップ
および最初の形質転換株から商業的に認められうる培養体へ導入遺伝子を移すス
テップを包含し得る。 【0047】 本発明の主要な特色は先に定義した挿入植物遺伝子を有するT−DNAの構築
である。植物遺伝子挿入部位の場所はT−DNA境界のすぐ近くにある配列の移
送機能が破壊されない限り、これらの領域が従来の研究によれば、修飾T−DN
Aの植物ゲノムへの挿入に必須であるので、どこでも良い。好ましい挿入部位を
最も活発に転写されている領域に位置するものであり、特にtml遺伝子、および
、図2に示すように地図区分13にまたがるHindIII-f断片にある"1.6"と呼ばれる
領域である。後者の転写物に相関する表現形はない。"1.6"という用語は、ここ
ではこの活発に転写されるT−DNAの領域を意味する。T−DNAはいかなる
TIPプラスミドからも得られる。植物遺伝子は当業者によく知られている標準
技 術で挿入される。内生T−DNA遺伝子の転写と翻訳の方向に関して挿入植物遺
伝子の方向はどちらでも良く2つの可能な方向の一方は機能を果たす。ある遺伝
子がT−DNAの異なった位置に挿入されるとクロマチン構造のような因子のた
め、発現度の差が生じるであろう。ファセオリン遺伝子はアグロバクテリウム・
チューメファシエンスのオクトピン型プラスミドであるpTi15955のtml遺伝子内
SmaI部位に挿入されると、容易に検出可能な発現レベルに達する。 【0048】 植物遺伝子をT−DNAに挿入する簡便法に、既述のシャトルベクターがあり
、これはエシェリヒア・コリー内で複製可能なプラスミドへ取り込まれたT−D
NAセグメント(ここへ挿入を期待するセグメント)を有する。このT−DNA
セグメントは、好ましくはシャトルベクターに特異な1つの制限部位を有する。
植物遺伝子はT−DNAセグメント内の特異的部位に挿入され得る。そしてこの
シャトルベクターは適当なアグロバクテリウム株、好ましくはそれの有するT−
DNAがシャトルベクターのT−DNAセグメントと相同性がある株の細胞へ移
される。形質転換されたアグロバクテリウム株を、Tiプラスミドの既存のセグメ
ントをシャトルベクターのT−DNAセグメントで置換する2重相同組み換え現
象を選択する条件下で増殖させる。 【0049】 ここで述べた方針に従い、修飾T−DNAを当該分野で既知のどれかの技術に
より植物細胞に移すことができる。例えば、この移送はT−DNA内に取り込ま
れた植物遺伝子を含む新規のアグロバクテリウム株の持つプラスミドの直接感染
、あるいはアグロバクテリウム株と植物細胞の共存培養により最も容易に達成さ
れる。前者の技術である直接感染は、やがて感染部位に腫瘍体またはクラウンゴ
ールの出現をもたらす。クラウンゴール細胞を次いで培養で増殖させ、そして当
業者に既知の適当な環境下で、挿入T−DNAセグメントを有する完全植物体に
再生させる。共存培養の方法により、植物細胞のある部分が形質転換される。即
ち細胞内にT−DNAが移り、植物細胞ゲノムに挿入される。いずれにしても、
形質転換細胞を選択あるいは検索して未形質転換細胞と区別しなければならない
。選択はT−DNAの中に植物遺伝子と共に、取り込まれる選択マーカーを用い
る ことにより容易に達成される。例として、ノパリンシンセターゼプロモーター支
配下で発現するジハイドロフォレートレダクターゼあるいはネオマイシンファス
フォトランスフェラーゼがある。これらのマーカーは、夫々メトトレキセートま
たはカナマイシンあるいはそれらの類似物を含む培地での増殖により選択される
。さらにT−DNAは、内生マーカー、例えばTiー誘導腫瘍の培養でホルモン非
依存増殖を制御する遺伝子または遺伝子群、Ri−誘導腫瘍ルートの異常形態を制
御する遺伝子または遺伝子群、およびアミノ酸類似物のような毒性化合物に対す
る耐性(その耐性はオピンシンセターゼによりもたらされる)を制御する遺伝子
群を有する。当業者によく知られている検索法には、オピン生産の測定、特徴的
RNAまたはT−DNA配列に対する特異的ハイブリダイゼーション、あるいは
ELISA(酵素連関免疫吸着分析の略)、ラジオイムノアッセイ、および"ウ
エスタン"ブロットなどの特異的蛋白質の免疫学的分析がある。 【0050】 シャトルベクター作戦の別の方法に、T−DNAまたはそこに植物遺伝子を挿
入した修飾T−DNAを含むプラスミド、即ちアグロバクテリウム株内で独立に
複製し得るプラスミドの使用がある。最近の資料により、アグロバクテリウム株
が、T−DNAの植物細胞への移動を促進する機能をもつあるトランスに作用す
る遺伝子を有するならば、そのようなプラスミドのT−DNAがアグロバクテリ
ウム株から植物細胞へ移され得るということが示されている。T−DNAを含み
、アグロバクテリウム株内で独立に複製できるプラスミドを、ここでは"サブ−
TIP"(sub-TIP)プラスミドと呼ぶ。変動範囲があり、そこでは、"サブ−T
IP"プラスミドはそれらが含有するT−DNAの量に差がある。その範囲の端
はTIPプラスミドからのT−DNAがすべて残っているもので、特に"小TI
P"(mini-TIP)プラスミドと呼ばれる。その範囲のもう一端はT−DNA境界
のまわりのDNAの最小量を残してすべてが欠失している。その残存部分は宿主
細胞内で転移と組み込みができる必要最小量である。このようなプラスミドは"
微TIP"(micro-TIP)と呼ばれる。サブ−TIPプラスミドは小さく、直接操
作するのが比較的容易であるという利点がある。希望する遺伝子を挿入した後、
T−DNA転移を促進するトランスに作用する遺伝子を含む植物細胞へ直接容易 に導入できる。アグロバクテリウム株への導入はアグロバクテリウム株の形質転
換か、供与細菌細胞から接合伝達という当業者によく知られている技術により簡
便に達成される。 【0051】 再生は、既知の技術で達成される。再生ステップの目的は正常に、しかし組み
込まれたT−DNAを保持して、増殖および再生産する全植物体を得ることであ
る。再生の技術は、当該分野で既知の原理によれば、T−DNAの起源、そこで
の修飾の性質、および形質転換された植物の種によりいくらか変動する。Ri−型
T−DNAで形質転換された植物細胞は、公知の技術により何ら余分な実験なし
に、容易に再生される。Ti-型T−DNAで形質転換された植物細胞は、ある例
では、培養のホルモンレベルを適当に操作することにより再生され得る。しかし
、好ましくは、Ti−形質転換組織は、もしT−DNAが TmrとTms遺伝子の一方
または双方に変異を受けておれば、最も簡単に再生される。これらの遺伝子の不
活性化は形質転換組織のホルモンバランスを正常に戻し、培養での組織のホルモ
ンレベルを極めて容易に操作できるようになる結果、簡単に再生するような、よ
り正常なホルモン生理を有する植物をもたらす。数例においては、腫瘍細胞は、
ノパリンシンセターゼのような組み込まれたT−DNAを持ちかつT−DNA遺
伝子を発現するシート、そしてまた挿入植物遺伝子を発現するシュートを再生さ
せることができる。このシュートは根を有する植物につぎ木する事により栄養細
胞で維持でき、稔性花を着生できる。シュートはこのようにしてT−DNAを有
し、そこへ挿入された植物遺伝子を発現する正常な子孫植物の親植物体となる。 【0052】 形質転換した植物組織の遺伝型は、しばしばその細胞がインビトロの培地で生
育可で、再生可であることによって簡単に選択される。農学上関心のある栽培変
種植物(cultivar)が、これらの操作に不適応であるならば、もっと余地のある変
化が最初になされる。再生後、新しく導入された外来植物遺伝子は、植物の育て
方や植物遺伝学の当業者に既知の技術により、所望の農学上の栽培変種植物にた
やすく移入される。形質転換された植物の、これら農学上の栽培変種植物との交
配により最初の雑種が得られる。これらの雑種は、次いで、所望の遺伝学的背景 の植物と戻り交雑されうる。子孫は、そして組み込まれたT−DNAの連結した
存在か、挿入された植物遺伝子の発現の結果としての新しい表現型に対して、継
続的に検索されそして選択される。この方法では、何回もの戻し交雑と選択の後
、挿入された植物遺伝子と共に、農学上望ましい親株に本質的に同一な遺伝型を
もって植物が生産され得る。 【0053】 【実施例】 以下の例はTIPおよびアグロバクテリウムの分子生物学や操作の当業者によ
く知られ、かつ受け入れられうる多くの技術を利用している;そのような方法は
、いつも詳しく述べられているわけではない。酵素は市販のものから得られ、ベ
ンダーの助言もしくは当該分野で既知の他の変法に従って使われる。試薬、緩衝
液や培地の条件はまた当該分野で知られている。そのような標準的技術について
の参考研究には次のものがある:R.Wu,ed.(1979)Meth.Enzymol.68;J.H.
Miller(1972)Experiments in Molecular Genetics;R.Davis et al.(1980)A
dvanced Bacterial Genetics;およびR.F.Schleif and P.C.Wnesink(1982)Pra
ctical Methods in Molecular Biology。 【0054】 プラスミドIIc を除いて、プラスミドは、プラスミドのみであるが、例えば p
3.8 かpKS4 のように表示には"p"を前に置く。プラスミドを含んだ細胞は同定さ
れた細胞とカッコ内に示したプラスミドによって示されており、例えば、アグロ
バクテリウム・チューメファシエンス(pTi15955)とかK802(pKS4-KB)。下表
1、2、3、4および5は、プラスミドおよびそれらの関係を同定するのに有用
な指標(index)を提供する。下表6は、寄託された菌を示す。図1は、実施例
5、6および8に記載された構築物の有益な比較を提供する。 【0055】 【表1】 【0056】 【表2】 【0057】 【表3】 【0058】 【表4】 【0059】 【表5】 【0060】 【表6】 【0061】 (実施例1) この実施例の目的はそれ自身のプロモーターの調節下で非T−DNAの真核遺
伝子の発現を教示することである。 【0062】1.1 特殊なプラスミド誘導体の調製 制限部位は、HindIIIによる消化、DNAポリメラーゼIによる一本鎖粘着末端
の充填、得られた平滑末端の連結、K802への形質転換、テトラサイクリン耐性で
の選択、その薬剤耐性クローンからのプラスミド単離、そしてその特有の制限部
位の除去を確認するため制限酵素での特性表示によって、プラスミドpBR322から 除去された。このプラスミドをp350(pBR322-HindIII)と呼ぶ。 【0063】1.2 シャトルベクターの調製 p203は BamHIで消化され、そのT−DNABam17断片(図2参照)はアガロース
ゲル電気泳動後ゲルから溶出させることによって単離された。この断片はBamHI
で線状化されたp350と混合され、そして連結され、そして反応物はK802に形質転
換された。アンピシリン耐性形質転換株から単離されたプラスミドは制限地図に
よって特徴付け、SmaIで消化し、そして平滑末端は HindIIIリンカーに連結した
HindIII粘着末端をHindIIIによる切断によって露出させ、その線状プラスミド
は連結によってそれ自身を円形にしたのち、そのプラスミドをK802に形質転換し
た。 【0064】 アンピンリン耐性形質転換株から分離されたプラスミドは制限地域によって特
徴づけられ、プラスミドの有する図3に示されているような構造はp395と名付け
た。p376は、以下で論議されるが、またこの時点で単離された(図3)。p395はBa
mHIで消化され、そしてそのBam17T−DNA断片は、そのSmaI部位がHindIIIに
変換されたが、アガロースゲル電気泳動に続き溶出された。このBam17断片は、B
glIIで線状化されたpRK290と混合され連結された。その反応液はK802に形質転換
し、選択後、形質転換株は、制限地図によって特徴付けられたプラスミドを調製
するために使われた。この特定のプラスミドを、p490-8/14と名付けた。 【0065】 p376は、その由来が本実施例中で上述されたが、SmaI、今、HindIIIの特性に
変換されたが、そこから右に約0.8Kbpの欠失のあることが見つけられた。上のp3
95に対してなされたように、そのBam17に相当する BamHIT−DNA断片が分離
され、BglIIで線状化されたpRK290に連結された。形質転換選択、そしてプラス
ミド単離と特徴付けの後、その特定のプラスミドをp458-1と名付けた。 【0066】1.3 カナマイシン耐性とファセオリンの遺伝子の挿入 ファセオリン遺伝子を載せた断片を、HindIII消化したpKS-KB3.8から、アガロ
ースゲル電気泳動によって調製した。この断片は、HindIIIで線状化されたp490- 8/14と混合され連結された。K802のカナマイシン耐性形質転換株を、それから制
限地図をつくられたプラスミドを調製するのに使用した。2つの構成体が単離さ
れた:p499/6/7はカナマイシン耐性の右に豆の(塩基)配列を持っていた(図4
)そしてp499/6/8は、反対方向であった(図7)。 【0067】 精製されたファセオリン遺伝子を載せたpKS-KB3.8のHindIII断片はまた、Hind
IIIで線状化したp458-1と混合され連結された。プラスミドが、再び、K802のカ
ナマイシン耐性形質転換株から調製され制限地図を作成した。再び両方向が単離
された:p496-2(図6)とp496-1(図7)は各々、カナマイシン耐性遺伝子の右
と左にファセオリンを持っていた。 【0068】1.4 Tiプラスミドの2重相同組み換え ファセオリンとカナマイシン遺伝子は実施例14に記載するように、アグロバ
クテリウム・チューメファシエンス細胞内に保持されているTiプラスミド内に組
み込まれた。2つのTiプラスミドを受容体(recipients)として用いた:pTi159
55はオクトピン型プラスミドである;そしてpTiA66はアグロバクテリウムIS(挿
入)配列の自然の挿入による機能しないtms遺伝子をもつA6オクトピン型プラ
スミドから由来する系統である。p499/6/7,p499/6/8,p496-2とp496-1で定義さ
れた構造を含むpTi15955プラスミドは各々、p529-8,p529-7,p529-11 とp529-2
と名付けられた。pTiA66内の同じ構造は各々、p539-6,p539-5,p539-2とp539-1
と名付けられた。 【0069】1.5 植物の感染 p529とp539系列のTiプラスミドを含むアグロバクテリウム・チューメファシエ
ンス細胞は針で刺し、特定の細菌細胞の注入によってヒマワリ植物の幹に感染さ
せるのに使用した。 【0070】1.6 ファセオリンの検知(detection) ファセオリンの蛋白鎖を、実施例14に記載したように、ELISAによって こぶ(gall)に探知された。検査されたすべてのこぶは、ファセオリンを含んで
いることが見い出された;その量は、組織の新鮮な(fresh)重量グラム当り20n
gと0ngの間で多様であり、平均は約10mg/gである。蛋白変性ゲル(SDS-ポリア
クリルアミド)のウェスタン・ブロットによる解析は本来のファセオリンよりは
かなり小さいが外見上高分子量の分離したバンドを示した。正確なバンドの数や
大きさは宿主間で多様であり、それは宿主の特異な翻訳後の加工(processing)
の結果である。 【0071】 ファセオリンのメッセンジャーRNA鎖は実施例12で述べられているように
、こぶの中で探知された。検査されたすべてのこぶは、ファセオリン(のRNA
)鎖を、ポリ(A)5+4RNA画分に含んでいることがわかった;その量は平
均全ポリ(A)RNAの約0.005%である。変性したDNAゲル(メチル水銀−
アガロース)のノーザン・ブロットによる解析は、本来のファセオリンのメッセ
ンジャーRNA(1.6Kbp)と同じ大きさの大きい分子量の分離したバンドを示した
。ファセオリンはまた、ELISAによってpTiA66ベクターによって感染された
細胞に由来するshoot-tissue中に探知された。 【0072】 ファセオリン蛋白とファセオリンのメッセンジャーRNAの信号の両方の探知
される量は、修飾されていないpTi15955を修飾されていないpTiA66をもつアグロ
バクテリウム・チューメファシエンスにより形質転換されたクラウンゴールを分
析する時にみられるノイズレベル以上に顕著で実質的なものである。 【0073】 (実施例2) この実施例は、完全なファセオリン遺伝子を、実施例1で教示されたT−DN
Aに類似のT−DNAに挿入することを教示する。この構成はノパリンのTiプラ
スミドであるpTiC58中に、ノパリン合成遺伝子の領域内に挿入された配列を運ぶ
ように設計されたシャトルベクターを利用する。 【0074】2.1 シャトルベクターの構成 ノパリン型プラスミドpTiC58(図8a)はSmaIで消化され、ノパリン合成遺伝
子をコードした断片はアガロースゲル電気泳動によって単離された。この断片は
BglIIリンカーに平滑末端連結され、それは次いでBglIIによる消化によって露出
させられた。その結果生じたDNA断片は、BglIIで線状化されたpRK290(図1
0)と混合され連結された。K802への形質転換後テトラサイクリンによって選択
され、プラスミドの単離され、そして制限地図が作成された。その特定のプラス
ミドはpCF44A(図8b)と名付けられた。 【0075】 4つのClaI部位は、連続にpCF44Aを2度再切断することによって1つのClaI感
受性の部位に変えられた。そのプラスミドはXhoIで消化され、それ自身で再連結
され、そしてK802に形質転換された。選択後、プラスミドの単離、そして制限地
図の作成後、XhoI断片(2つのClaI部位を有する)の欠失した適当なプラスミド
はClaIで消化され、それ自身で再連結され、そしてK802に形質転換された。選択
、プラスミド単離、そして制限地図作成の後、2度目の欠失したプラスミド(こ
のたびのClaI断片はnos遺伝子の5’末端の他はすべてをもつ)をpKS−nopIV(
図9、図8、図8c)と名付けた。 【0076】2.2 Kan/bean遺伝子の挿入 pKS-KB3.8(図11)を、ClaIにより消化されカナマイシン耐性とファセオリ
ンの遺伝子をもつ6.0Kbpの断片がアガロースゲル電気泳動で単離した。この断片
ClaIで線状化したpKS-nopIVと混合し、連結し、そしてK802を形質転換した。
カナマイシンとテトラサイクリンに対して耐性でアンピシリン感受性の形質転換
株から単離されたプラスミドは制限地図を作成され、図8bに示された構造をも
つプラスミドをpKS-nopIV-KB3.8 #5と名付けた。ファセオリン遺伝子がカナマイ
シン耐性の左に位置する類似クローンが見い出され、pKS-nopKB3.8 #3と名付け
た。 【0077】2.3 Tiプラスミドへの転移と植物の感染 三親交雑技術(従来技術と実施例14参照)を、ノパリン型Tiプラスミド、pTiC
58へ、上記の構造物を転移するのに使用した。pKS-nopIV-KB3.8#3および#5のそ れぞれと、pTiC58との交雑の結果できた、TiプラスミドC58-nop-KB#3およびpC58
-nop-KB#5を、制限地図作成とサザンブロット解析によって特徴付けた。その2
つのプラスミドのいずれかを含む細菌(これらプラスミドはnos遺伝子の5’末
端由来の配列とnos遺伝子の3’側面の配列内に存在するカナマイシン/ファセ
オリンの遺伝子の断片のいづれかの方向をもっている)は、その細菌を注入する
ことによって、ヒマワリ植物の幹に感染するのに別々に使用した。 【0078】2.4 発現していることの探知 ファセオリン遺伝子の発現は実施例13.5中のようにELISAによりヒマ
ワリのこぶの組織中に探知された。 【0079】 (実施例3) この実施例はファセオリン、これは豆のPhaseolus vulgaris L.の多くの種子
貯蔵蛋白であるが、その遺伝子の操作、いろいろな別の実施例に述べられたベク
ターへファセオリン遺伝子を挿入するための操作を教示する。 【0080】3.1 ファセオリン遺伝子のサブクローニング Charon 24A AG-PVPh177.4(または177.4;S.M.Sun et al.(1981)Nature 289
:37-41,J.L.Slightom et al.(1983)Proc.Natl.Acad.Sci.USA 80; 図14)
中のファセオリンの遺伝的クローンをBglIIとBamHIにより消化した。ファセオリ
ン遺伝子をもつ3.8kbpの断片とそれに側面する配列は、アガロースゲル電気泳動
により単離され、それらはBamHIで線状化されたpBR322(図12)と混合され、
連結された。その混合物は、HB101に形質転換され、そして、アンピシリンに耐 性でテトラサイクリンに感受性のコロニーを選択した。これらのコロニーから単
離したプラスミドの制限地図を作成した。図13に示された構造をもつプラスミ
ドを選択し、AG-pPVPh3.8(もしくは、p3.8)と名付けた。BglIIとBamHI部位の
相互の連結は両部位を不活化する。 【0081】 177.4の別のサブクローンは、EcoRIによる消化によって構成され、広範囲にわ
たる3’側面の配列とファセオリン遺伝子の最5’末端を除くすべてを含む7.2k
bpの断片の単離とHB101の形質転換株のアンピシリン選択後、分離されたものは
制限地図を作成された。pBR322のHindIII部位が、ファセオリン遺伝子の5’末
端に隣接し、3’の翻訳されない領域内末端になった方向に挿入されたプラスミ
ドはAG-pPVPh7.2 と名付けられた(またはp7.2;図15;Sun et al.とSlightom
et al.、同上)。 【0082】3.2 カナマイシン耐性遺伝子のクローニングと単離 pRZ102(R.A.Jorgenson et al.(1979)Mol.gen.Genet.177;65-72)は、トラ
ンスポゾンTn5の写し(copy)をもっているコリシンE1プラスミドであるが、そ
れはBamHIとHindIIIにより消化され、以前に同じ2つの酵素により線状化された
pBR322と混合され、連結され、K802に形質転換された。アンピシリンとカナマイ
シンの両方の耐性で選択された形質転換株から単離されたプラスミドは、制限地
図を作成され、図16に示される構造をもつプラスミドはpKS-4と名付けられた
。 【0083】3.3 カナマイシン耐性とファセオリン遺伝子との連結 p3.8はClaIとBamHIにより消化され、そしてファセオリン遺伝子とあるpBR322
の配列を含む4.2kbpの断片は、アガロースゲル電気泳動により単離された。これ
はpKS-4(図16)をClaIで線状化されたpBR322(図12)由来のカナマイシン
耐性(ネオマイシンホスホトランスフェラーゼII、NPTII)遺伝子をもつTn5のCl
aI/BamHI断片と混合された。その混合物は連結され、そしてK802に形質転換され
た。アンピシリンとカナマイシンに耐性のコロニーの選択後、プラスミドは単離
され、制限地図を作成した。図11に見られる構造をもつコロニーはpKS-KB3.8
と名付けられた。 【0084】 p7.2はEcoRIとBamHIにより消化され、そして、ファセオリン遺伝子の5’末端
を除くすべてをもつ3.0kbpの断片はアガロースゲル電気泳動により単離された。 これはpKS4(図16)由来のカナマイシン遺伝子とHindIIIにより線状化されたp
BR322(図12)をもつTn5のHindIII/BamHI断片と混合された。その混合物は連
結され、K802に形質転換された。アンピシリンとカナマイシンに耐性のコロニー
の選択後、プラスミドは単離され制限地図を作成された。図17に示される構造
をもつコロニーはpKS4-KB3と名付けられた。pKS4-KB内では、ファセオリンは遺
伝子の最5’末端をコードしている配列とすべての5’側面の領域を失っている
(図14を参照)。 【0085】 (実施例4) この実施例は遺伝子からイントロンを除去する方法を教示する。これは遺伝子
的環境(genomic environment)にcDNAを置くのと同じである。非加工(unp
rocessed)の転写の5’と3’末端の両方のエクソン内に制限酵素部位が見つけ
られるか、部位上に特異的変異によってつくられる。これらの部位は遺伝子クロ
ーンとcDNAの両方に存在する。分在するイントロンを含むDNAは遺伝子ク
ローンから除去でき、2つの部位にわたるそれに相当するイントロンのないcD
NAクローンの断片に置きかえられる。その逆の操作もまた可能である:イント
ロンを含む遺伝子配列をcDNA環境中に配置し得る。あるものは遺伝的クロー
ンの内部断片をcDNAクローンの切断した相当する隙間に挿入する。この後者
の方法は類似しているが、イントロンがその変換される断片を作るために選ばれ
る酵素に感受性な部位を含むよりもしばしば、技術的にはより困難である。この
困難は部分分解の条件の注意深い選択とアガロースゲル電気泳動による所望断片
の精製により克服された。この戦略をさらにねったものは、遺伝子内の個々のイ
ントロンを他のイントロンとエクソンとに影響を及ぼさないで操作すること、お
よび不都合な介在する制限部位が上述するようにイントロン内に存在するときの
配列を段階的に交換することを含む。 【0086】4.1 ファセオリンのイントロンを含む断片のcDNAとの交換 ファセオリンとその側面の配列のプラスミドクローンであるp3.8を、EcoRIとS
acIで各々部分的にかつ完全に分解した。そして、pBR322ベクターおよびそのイ ントロンの5’と3’末端の両方を含む6.4kbpの断片をアガロースゲル電気泳動
により単離した。pcDNA31(ファセオリンのmRNAから作成されたcDNAのp
BR322プラスミドクローン)は、SacIとEcoRIにより各々部分的にかつ完全に分解
され、そして最5’と3’末端の配列を除く全ファセオリンcDNAを含む1.33
kbpの断片はアガロースゲル電気泳動により単離された。これらの2つの断片は
一緒に連結され、HB101に形質転換された。コロニーの選択後、菌の増殖、プラ
スミドの単離をし、制限地図作成の結果、欲しい構造をもつプラスミドであるこ
とを確認した。このプラスミドはp3.8-cDNA(図18)と名付けられた。その全
構造は図18に示してある。 【0087】4.2 p3.8−cDNAの使用 p3.8-cDNAは遺伝子DNA源たとえばすべての他の例で使われるp3.8に代用で
きることに留意。そして、そのようにして使った時のp3.8-cDNAはイントロンを
欠失しているものであるような違った類似構造を生じるだろう。もしくは、この
戦略はすでに作られた構造からイントロンを除去するために使うことができる。 【0088】 (実施例5) この実施例の目的は、pTi15955と他のオクトピンTiプラスミドのtms(芽"shoo
ting"遺伝子座)からtmr(根"rooting"遺伝子座)を通って欠失したTiプラスミ
ドを生ずることである。この誘導体はこれによって形質転換された細胞が完全な
植物に再生するのに完全なtmstmr遺伝子をもつpTi15955によって形質転換され
た細胞よりも簡単であるので有用である。 【0089】 tms-tmrを欠失したpTi15955は2つの方法で最後に換えられる:tms-tmr不活化
と外来遺伝子の挿入。これらの2つの変換は、T−DNAの違った位置で設定さ
れると、各々の変換は違ったシャトルベクターにより独立に挿入される。変換に
よりできた各シャトルベクターは別個に選択され、それはアグロバクテリウム中
で選択できる少なくとも2つのマーカーの使用を必要とする。いつものカナマイ
シン耐性の他にこの実施例は、pBR325由来のクロラムフェニコール耐性を利用し た。 【0090】5.1 クロラムフェニコール耐性遺伝子クローンの構成 pBR325はHincIIにより消化され、平滑末端はHindIIIリンカーと連結された。
その結果として生じたものはHindIIIにより消化され再連結され、クロラムフェ
ニコール耐性(cam)で選択されpKS-5と名付けられた(図19)。これは、cam
遺伝子を含むHindIII/BclI断片の起源として機能する。 【0091】5.2 欠失とcam遺伝子をもつT−DNAのpBR322クローンの構成 9.2kbpの線状化DNA断片は、p203のHindIII完全分解とBamHI部分分解から単
離される(図31)。cam遺伝子をもつ断片はpKS-5 から単離され、9.2kbpの線
状化断片と混合され、連結され、E.coliに形質転換され、クロラムフェニコール
耐性で選択され、pKS-oct.Cam203と名付けられた(図20)。 【0092】 pKS-oct.Cam203は、pTi15955の多くのTL欠失変異体を構成するのに使われう
るプラスミドクローンである。TLの右腕と、その右腕の左に耐性遺伝子を含む
。TLの多種の左腕はcam遺伝子の左(HindIII部位)に付着された。例えば、も
し、p102が付着されたら、欠失は5.2kbpの長さになり、そしてtmstmrの全部を
含む。もし、p103が付着されたら、欠失は3.2kbpの長さになり、tmsの一部とtmr
の全部を含む。図2を参照。 【0093】 pKS-oct.Cam203はHindIIIにより消化された。p102またはp103はHindIIIにより
消化され、そして2.2kbpか2.0kbpのT−DNAの断片は単離され、線状化された
pKS-oct.Cam203と連結され、形質転換され、それぞれ生じたpKS-oct.del II(図
21)またはpKS-oct.del I(図22)を単離した。これらの構造は、交雑によ
りアグロバクテリウム・チューメファシエンスに移行し相同的組み換え、そして
、クロラムフェニコール耐性で選択した。あるいは一つは確立した方法を用いて
、プラスミドのもつ構造をBamHIで線状化し、そしてpRK290のBglII部位に連結す
ることによってpRK290にその構造を挿入した。 【0094】 (実施例6) Tiプラスミドは、この実施例ではtmr中のHpaI部位からtml中のSmaI部位の間の
T−DNAを欠失することによって変異される。改変し得るTiプラスミドはpTi1
5955、pTiB6、pTiA66および他のものを含む。この構成は図23に示される。 【0095】6.1 cam 遺伝子の単離 pKS-5(図19)はHindIIIとBclIにより消化された。最も小さい断片が実施例
5で教示したようにアガロースゲルで分離後単離される。 【0096】6.2 欠失をもつT−DNAのpBR322クローンの構成 T−DNAの欠失の右手腕はp203のSmaI部位にBglII部位を挿入することによ
って構成される(図23参照)。p203はSmaIによって消化され、BglIIで消化さ
れ、再連結され、K802に形質転換された。別の構成ではBamHIリンカーはBglIIリ
ンカーの代わりをしそして適当なBamHI部分分離物が単離される。その結果とし
て生じるプラスミドはp203-BglIIと名付けられ、そしてBglIIとHindIIIにより消
化される。断片を含むその大きなBglII/HindIIIベクターは、実施例6.1に述
べられているように単離されたクロラムフェニコール耐性断片と連結された。ク
ロラムフェニコール耐性はK802への形質転換後に選択される。その結果生じたプ
ラスミドはp2f(図23)と名付けられる。 【0097】6.3 T−DNA欠失クローンの左手腕の構成 HindIII部位はp202のHpaI部位に、HpaIで消化しそしてHindIIIリンカーと連結
することにより挿入される。HindIIIによる消化による粘着末端の露出後、HindI
II末端をもつ2kbp HpaI断片が単離される。HindIII末端のHpaI断片をHindIII分
解し、K802に形質転換する。所望の構成を含むコロニーが分離された後、特徴づ
け、そのプラスミドはp3e(図24)と名付けられる。 【0098】6.4 T−DNA欠失クローンの構成 クローンの左手腕は、電気泳動後、アガロースゲルから溶出させることにより
、p3eのHindIII分解の2kbp断片を精製することにより得られた。p2fはHindIII
により切断され、アルカリホスファターゼにより処理され、2kbp断片と混合され
、連結され、K802に形質転換され、そしてクロラムフェニコール耐性で選択され
る。プラスミドは個々のコロニーから単離され、制限地図作成によって特徴付け
られる。所望の縦並びの配置方向に2つの腕をもつプラスミドが選ばれ、pKS-oc
t.del IIIと名付けられる(図25)。 【0099】 pKS-oct.del IIIは、交雑によりアグロバクテリウム・チューメファシエンス
に移入され、相同的組み換え体は、クロラムフェニコールによる選択によって選
択される。ヒマワリとタバコの根や若枝(shoots)は、他の例に述べられてある
ように植えられ、生じた腫瘍はオーピンに対して試験される。 【0100】 (実施例7) この例はtmrtmlを欠失する構成を教示するものであり、実施例6の別法であ
る。 【0101】7.1 BglII部位をもつクロラムフェニコール耐性の構成 pBR325は、HincIIにより消化され、平滑末端はBglIIリンカーと連結され、Bgl
IIにより消化され再連結される(図26)。クロラムフェニコール耐性は、K802
かGM33の形質転換後、選択される。その結果、生じたプラスミド、pKS-6はcam
伝子をもつBglII/BclI断片の供給源として機能する。 【0102】7.2 tmr、tml欠失クローンの構成 p203はHpaIとSmaIにより消化される。平滑末端をBglIIリンカーと連結後、Bgl
IIにより消化され、BglII粘着末端を露出し再連結し、K802に形質転換した。所
望の構造が確認され、p2と名付けられる(図27)。 【0103】7.3 T−DNA欠失クローン(pKS-oct.del IIIa)の構成 cam遺伝子をもつBglII断片はpKS-6から単離され、BglIIで切断されたp2に連結
される。クロラムフェニコール耐性はK802の形質転換後、選択される。その結果
生じたプラスミドはpKS-oct.del IIIa(図28)と名付けられ、実施例6.4に
述べられているように試験される。 【0104】 (実施例8) この構成の目的は、クロラムフェニコール遺伝子の挿入によるHpa部位のみのt
mr遺伝子座の変異の例を提供することである。この遺伝子はpKS-6からBglII/Bcl
I断片として単離され、p203のBglII部位に変換されるHpaI部位に連結される。 【0105】8.1 Hpa部位のBglII部位への変換 p203は、Hpaにより消化され、BglIIリンカーに連結され、BglIIにより削られ
、再連結される。K802の形質転換後コロニーは選択され、BglII部位の挿入に対
する制限地図作成によって検索される(図29)。 【0106】8.2 cam 遺伝子の単離 pKS-6は、BglIIとBclIにより消化される。もっとも小さい断片は、アガロース
ゲル電気泳動により単離される。 【0107】8.3 変異したT−DNAのクローンの構成 実施例8.1からの修飾したp203はBglIIにより消化され、実施例8.2から
の調製したcam遺伝子と連結され、そしてK802に形質転換される。クロラムフェ
ニコール耐性で選択され、耐性形質転換株から単離し、そして制限酵素地図作成
による特徴付けの後、そのプラスミドはpKS-oct.tmr(図30)と名付けられる
。 【0108】 (実施例9) この例での再生は、Riを基礎にしたTIPプラスミドによって刺激されたニン ジンの腫瘍を包含し、本質的に、M.-D.Chilton et al.(1982)Nature 295:432
〜434 によって記載されるように実行される。 【0109】9.1 毛状の根を感染すること ニンジンの円板状組織は、水0.1ml中の約109の細胞を接種される。得られた根
(root)の末端1〜1.5cmの部分が切りとられ、ホルモンを欠いた固体(1〜1.5 %
寒天)Monier培地(D.A.Tepfer and J.C.Tempe(1981)C.R.Hebd.Seanc.Acad.Sc
i.,Paris 295:153-156)に置かれ、暗所で25℃〜27℃で生育される。細菌による
汚染のない培養物が、2〜3週間ごとに移され、ホルモンと寒天を欠いたMonier
培地にさらに植えて培養される。 【0110】9.2 根の植物への再生 実施例9.1に述べられているように培養された根組織は、0.36μM 2,4-D と
0.72μM キネチン(kinetin)で補填した固体(0.8%寒天)Monier培地に置かれ
る。4週間後、その結果、生じたカルス組織はホルモンを欠いている液体Monier
培地中に置かれる。1ケ月間、22℃〜25℃でシェイカー(150rpm)で保温の間、
カルスは懸濁培地に分離し幼胚は分化し、ホルモンを欠いたMonier培地を含むペ
トリ皿に置いた時、苗木に育つ。これらの苗木は、培地中で育ち、段階的に減少
した湿度の空気にさらすことにより"強くした(hardening)"後、温室か庭園(
フィールドプロット)中の土壌に移される。 【0111】9.3 非毛状の根のベクターの使用 機能するtmr遺伝子をもたないTiを基礎にしたベクターは、実施例9.1と9
.2に述べられているようにRiを基礎にしたベクターの代わりに使われる。適切
な欠失の構成は実施例6、7と8に述べられている。 【0112】 (実施例10) この実施例での再生は、Tiを基礎にしたTIPプラスミドによって刺激された
タバコの腫瘍を含み、本質的に、K.A.Barton et al.(1983)Cell 32:1033〜10 43によって記載されるように実行される。 【0113】10.1 クラウンゴールの感染 タバコ組織は、初めA.C.Braun(1956)Canc.Res.16:53-56に述べられている
ように、転化した茎断片を利用する方法を使って形質転換される。茎は7%の商
品化されているクロロックスと80%エタノールで表面を殺菌され、殺菌した蒸留
水ですすぎ、1cm切片に切り、ホルモンを欠いた寒天固体MS培地(T.Murashig
e and F.skoog(1962)Physiol.Plant.15:473-497)を含むペトリ皿中に基底部
におく。植菌は、注射針で茎の切られた基底表面にさし、細菌を注入することに
より遂げられる。茎は25℃で1日当り16時間明所で培養される。育ったカルス(
calli)は茎切片の上部表面から除かれ0.2mg/mlのカルベニシリンを含みホルモ
ンを欠いた固体MS培地に置かれ、1ケ月のうち、3回、時々、新しいMSーカ
ルベニシリン培地に移され、培地に細胞が浮遊しているかどうかを確かめるため
、試験される。無菌組織は上述されているような培地条件(25℃;16hr.:8hr.明
所:暗所)の下で補足のない固体MS培地で維持される。 【0114】10.2 形質転換された組織の培地 クローンは、A.Binns and F.Meins(1979)Planta 145:365-369 により述べら
れているように形質転換された無菌組織から得られる。カルス(calli)は、2
または3日間、25℃で0.02mg/l ナフタレン酢酸(NAA)のある液体MS中で
の培養によって細胞懸濁液に変えられるが、その間135rpmで振とうされ、543と2
13μmのステンレス製の網を通って濾過される。通過した濾過液は濃縮され、0.5
%の溶解された寒天、2.0mg/l NAA、0.3mg/lキネチンと 0.4g/l Difco酵母
エキスを含むMS培地の5mlに約8×103細胞mlの濃度でプレーティングされる
。約1mmの直径に達したコロニーはメス先端で採集され、2.0mg/l NAAと0.3m
g/lキネチンを含む固体MS培地に置き、そして生育される。その結果として生
じたカルス(calli)は個々に分裂し、そして形質転換された表現型を検査され
る。 【0115】10.3 植物の再生 形質転換されたクローンは、0.3mg/lキネチンを含む固体MS培地に置かれ、
実施例10.1に述べられたように培養される。形成している芽は1/10強度のM
S培地塩、0.4mg/lのサイアミンを含み、シュークロースとホルモンを欠いてお
り、pH7.0の固体(1.0%寒天)培地にそれらを置くことにより、根づかせる。根
づかせられた苗木(plantlet)は、培地中で生育され、実施例9.2に述べられ
ているように強く(harder)され、温室か庭園(field plot)のどちらかの中で
土壌に移される。 【0116】10.4 使用されるベクター 実施例10.1、10.2および10.3に述べられている方法は、機能する
tmr遺伝子を欠いたTiに基づいたベクターに適当である。適当な欠失の構成は実
施例6、7と8の中で述べられている。これらの方法も、Riに基づいたベクター
とともに使われた時、有効である。実施例10.1の中で転化した茎断片の感染
に対して述べられている方法は、しばしばTIP形質転換植物細胞系列の確立に
役立つ。 【0117】 (実施例11) フォセオリンは、Phaseolis vulgarisの豊富な貯蔵蛋白(全種子蛋白の約50%
)である。機能するフォセオリン遺伝子のアルファルファ植物への移入とフォセ
オリンメッセンジャーRNAの貯蔵されるフォセオリンの翻訳は、それが貯蔵蛋
白合成を葉材に、家畜飼料として使われるべく導入するので重要な経済的価値を
もつ。アルファルファは、フォセオリン遺伝子の移入と発現に対し、価値ある植
物である。というのも、それが家畜飼料としての受容体(acceptance)であり、
それが速く育ち、リゾビウムとの共生をとおして窒素固定が可能であり、クラウ
ンゴール感染に感受性であり、そして一つの細胞かプロトプラストからアルファ
ルファ植物への再生が可能であるからである。 【0118】 この例は発現しうるフォセオリン遺伝子の完全なアルファルファ植物への導入
を教示する。 【0119】11.1 シャトルベクターの構成 アルファルファ植物は以後述べられるように、遺伝学的に巧みに処理したアグ
ロバクテリウムのプラスミドを含むクラウンゴール組織から再生される。初段階
で我々は、機能するフォセオリン遺伝子を組み換えたtmr -tms -のT−DNA変
異体を含む"シャトルベクター"を構成する。この構成は順番に下流に機能するネ
オマイシンホスホトランスフェラーゼ(NPT II)の構造遺伝子(カナマイシン耐
性)をもつノパリン合成酵素のプロモーターと組み換えられる(M.-D.Chilton,e
t al.(18 January 1983)15th Miami Winter Symposiumにより報告された;J.L.
Marx(1983)Science 219: 830 and R.Horsch et al.(18 January 1983)15th
Miami Winter Symposium参照)。このタイプの構成は、実施例1に説明されて
いる。 【0120】11.2 アグロバクテリウムと植物細胞への移入 "シャトルベクター"は、次いで、従来技術で(実施例14)pTi15955のような
Tiプラスミドを含む、アグロバクテリウムのある株に形質転換される。組み換え
プラスミドを含むバクテリアが選択され、そして細胞壁を再生されているアルフ
ァルファとともに一緒に培養される(Marton et al.(1979)Nature 277:129-131;
G.J.Wullems et al.(1981)Proc.Nat.Acad.Sci.USA 78:4344-4348;およびR.B.
Horsch and R.T.Fraley(18 January 1983)15th Miami Winter Symposium)。 【0121】 細胞は、培地で生育され、その結果として生じたカルス組織は、ノーザンブロ
ッティング(実施例12)による特定のm−RNAの存在やELISA試験によ
る特定の蛋白の存在を検査される(J.L.Marx(1983)Science 219:830; R.B.Horsc
h andR.T.Fraley(18 January 1983)15th Miami Winter Symposium参照)。 【0122】11.3 植物の再生 アルファルファ植物は、それから A.V.P.Dos Santos et al.(1980)Z.Pfla
nzenphysiol.99: 261-270;T.J.McCoy and E.T.Bingham(1977)Plant Sci.Lette
rs 10: 59-66;およびK.A.Walker et al.(1979)Plant Sci.Letters 16: 23-30
により以前より使用されている方法に似た方法でカルス組織から再生される。こ
れらの再生された植物は、次いで新規な商業的変種の基礎を形成する従来の植物
生育技術によって繁殖される。 【0123】 (実施例12) すべての実施例において、RNAが抽出され、分画され、次の処理によって探
知される。 【0124】12.1 RNA抽出 この処理は、Silflow et al.(1981)Biochemis-try 13:2725-2731の改変であっ
た。CsCl遠心分離に対するLiCL沈澱の代用は、Murray et al.(1981)J.Mol.Evol.
17:31-42 により記載されていた。沈澱するための2M尿素を加えた2M塩化リ
チウムの使用はRhodes(1975)J.Biol.Chem.25:8088-8097から引用された。 【0125】 組織はポリトロンかグラウンドガラスホモゲナイザーを使って4%のパラ−ア
ミノサリシル酸、1%トリ−イソプロピルナフタレンスルホン酸、10mMジチオス
レイトール(新鮮に作られたもの)と10mM Na−メタビサルファイト(新鮮に作
られたもの)を含む冷却した50mMトリス−塩酸(pH 8.0)の4-5倍量中で均質
化された。オクタノールは泡立ちを抑制するのに必要とされるものとして使われ
る。1%の8−ヒドロキシキノリンを含む、トリス飽和されたフェノールの等量
が均一化物に加えられ、それから振とうされ、乳状にし、そして20000-30000gで
4℃、15分間、遠心分離された。水の上層はクロロホルム/オクタノール(24:1
)で1度、抽出され、上記のように遠心分離される。濃縮された塩化リチウム−
尿素溶液はそれから各々、2Mの最終濃度になるように加えられ、その混合液 は数時間、20℃で放置された。そのRNA沈澱物は、それから遠心分離で落とさ
れ、2M塩化リチウムにより、ペレットを分散するため洗われた。その沈澱物は
次いで70%エタノール-0.3M酢酸ナトリウムにより洗われ、透明な溶液になるよ
うに充分な殺菌水に溶解された。エタノールを1/2倍量加えられ、そしてその混
合液は1/2時間水上に置かれ、その後、雑多な多糖をとり除くため遠心分離され
た。RNA沈澱物はそれから再生され、そして水または殺菌した塩を含まないポ
リ(U)緩衝液に再溶解された。 【0126】12.2 ポリ(U)/セファデックスクロマトグラフィー 2つのポリ(U)セファデックス(商標:Pharmacia,Inc.、Uppsala,Sweden
)緩衝液を用いた。一つは無塩で20mM Tris、1mM EDTAおよび0.1%SDSを含んで
いる。もう一つは一つ目の緩衝液に0.1Mの塩化ナトリウムを加えたものである
。A426において、良好な会合を起こすために、2X貯蔵緩衝液を作る必要がある
。そして一部分に塩を加えることが必要である。最終濃度に合わせてから、緩衝
液をオートクレーブにかける。 【0127】 ポリ(U)セファデックスは、Bethesda Research Laboratoriesより得た。10
0μgの期待されるポリ(A)RNAについて1gのポリ(U)セファデックスを用
いた。ポリ(U)セファデックスを、無塩のポリ(U)緩衝液に水和し、ジャケ
ットをつけたカラムに流し込む。温度を60℃に上げ、カラムを無塩緩衝液で 260
mmにおけるベースラインが平滑になるまで洗った。最終的には、カラムを塩を含
むポリ(U)緩衝液で40℃で平衡化する。 【0128】 濃度500μg/ml以下のRNAを無塩緩衝液中で65℃、5分間加熱した。その後
、冷却し、塩化ナトリウムを 0.1Mの濃度になるように加えた。それから光学濃
度が安定なベースラインまで落ちるまで、流速1ml/min.以下で流したカラムにR
NAを移す。それから、カラム温度を60℃まで上げ、RNAを無塩ポリ(U)緩
衝液で溶出させた。RNAは普通3倍のカラム容量で洗い出される。溶出したR
NAを用いやすい容量まで2級ブタノールで濃縮し、10mMになるように塩化ナト
リ ウムを加えた後、2倍容量のエタノールを加え沈澱させる。エタノール沈澱物を
水に溶かし、NH4−酢酸塩を0.1Mになるよう加える。そしてエタノールで再び沈
澱させる。最終的にRNAを殺菌水に再溶解し、-70 ℃において保存する。 【0129】12.3 ホルムアルデヒドRNAゲルと"ノーザン"ブロット 用いる方法は Thomas(1980)Proc.Nat.Acad.Sci.USA 77:5201およびHoffman,
et al.(1981)J.Biol.Chem.256:2597 によるものである。 【0130】 20mMリン酸ナトリウム(pH 6.8〜7.0)を含む0.75〜1.5%のアガロースゲルを
固めた。もし高分子の集合したバンドが現れたら、6%あるいは2.2Mのホルトア
ルデヒド(36%の貯蔵溶液を用いる)を加えて、実験をやり直した。ホルムアル
デヒドをアガロースに65℃まで冷やしてから加えた。ホルムアルデヒドを加える
と臭化エチジウムにより発見が困難になる。泳動緩衝液は10mMリン酸ナトリウム
(pH 6.8〜7.0)である。 【0131】 電気泳動に先だち、RNAを最終濃度6%ホルムアルデヒド、50%ホルムアル
デヒド、20mMリン酸ナトリウム緩衝液および5mM EDTAの変性緩衝液で処理した。
RNAを緩衝液中60℃で10〜20分間保温した。保温は、停止緩衝液の添加に停止
した。20μlのサンプルについて、4μl 50%グリセロール、10mM EDTA、5mMリン
酸ナトリウムそしてブロムフェノールブルーを加えた。 【0132】 浸水した電気泳動を用いる。ゲルを浸す前に、RNAをロードした。そして12
5mAで5分間ゲルの中に入れた。 【0133】 それからゲルを水に浸し、電流を30mA(夜通し)あるいは50mA(6〜8時間)に
下げる。緩衝液を循環させ、低温室で電気泳動を行った。 【0134】12.4 "ノーザン"ブロット 特異的なRNAを検出するためにブロットされるゲルの場合は、染色しなかっ た。しかし分離したマーカーのレーンは染色に用いた。染色は0.1M酢酸ナトリウ
ム中、5μg/ml臭化ブロマイドで行い、脱染色は0.1M酢酸ナトリウム中、数時間
行った。 【0135】 染色の前に、5〜10分間、60〜70℃の水で処理すると視認が容易になった。ブ
ロットするゲルを15分間、10x標準サリンクエン酸(SSC)−3%ホルムアルデヒ
ドに浸した。もし、大きなRNA分予がゲルから溶出しなければ、そのときは処
理の前にRNAに切れ目をいれるために50mM水酸化ナトリウム中、10〜30分間処
理した。もし、基礎処理を用いたのなら、ブロットする前にゲルを中和し、SSC-
ホルムアルデヒドに浸すべきである。RNAのニトロセルロースへの転移は標準
方法により行った。 【0136】 プレハイブリダイゼーションを42℃で最低4時間、50%ホルムアルデヒド、10
%硫酸デキストラン、5XSSC、5Xデンハート、100μg/ml変性キャリヤーDNA
、20μg/mlポリ(A)、40mMリン酸ナトリウム(pH 6.8〜7.0)、0.2%SDS中で
行った。ハイブリダイゼーションをプローブを同じ緩衝液に加え、一晩保温して
行った。プローブは、約5×105cpm/ml以上の濃度で用いた。 【0137】 ハイブリダイゼーション後、ニトロセルロースを、42℃で2XSSC、25mMリン酸
ナトリウム、5mM EDTA、2mMピロリン酸ナトリウム溶液を用いて何度も洗った。
最後に、64℃で20分間、1XSSCで洗った。 【0138】 もし、オートラジオグラフィーに際して、フィルターが乾燥していなくてまた
、プローブが1mM EDTAにより64℃で広範囲に洗ったことで除かれているのなら、
最上の結果が得られた。 【0139】 (実施例13) "ウェスタン"ブロット(SDSポリアクリルアミドゲル電気泳動後、抗原を発見
するために行う)は、本質的には R.P.Legocki and D.P.S.Verma(1981)Analyt
. Biochem.111:385-392に示されているのと同様に行った。 【0140】 マイクロ−ELISA(enzyme-linked immuno-sorbant assay)を96個のウェル
(well)をもつImmulon−2型プレートを用いて次に示すステップにより行った。 【0141】13.1 プレートへの抗体の結合 一日目、ウェルをコーティング緩衝液で1:1000に希釈した抗体(ウサギ抗ファ
セオリンIgG)でコートした。200μl/wellで37℃で2〜4時間保温した。プレート
をサランラップでおおった。それから、プレートをリン酸緩衝液−ツイーン(PB
S-Tween)で3回洗った。各々の洗いのステップは5分間あけた。それから、1%
の牛血清アルブミン(BSA)を洗いのために加え、20分間放置してから捨てた。
洗いはPBS-Tweenを用いて5回以上行った。 【0142】13.2 組織の均質化 組織を小片に切ってからポリトロンにより、1gmの組織/mlリン酸緩衝液−ツ
イーン−2%ポリビニル、ピロリドン−40(PBS-Tween-2% PVP-40)の条件でホ
モゲナイズした。すべてのサンプルは破砕の前後およびファセオリン標準曲線の
作成の前後は氷中で保存した。組織のホモジェネートで標準曲線を作成した。そ
して、組織に依存するファセオリンの回収をチェックするために緩衝液で標準曲
線を作った。ホモゲナイズしたサンプルを遠心分離した後、各々のサンプルのう
ち100μlをウェルに入れ、4℃で一晩放置した。失敗を避けるために各々のサン
プルについて2個、同じことをした。保温中、プレートはシールした。 【0143】13.3 酵素の結合 一晩保温後、抗原を捨てウェルを PBS-Tweenで5回洗う、各々の洗いの間に5分
間の間隔を置いた。 【0144】 結合物(ウサギ抗ファセオリンIgGアルカリフォスファターゼ結合)をPBS-Twe
en−2%PVP(0.2% BSAを含む)で1:3000に希釈し、150μlを各ウェルに加えた
。 そして37℃で3〜6時間保温した。保温後、結合物を捨て、ウェルをPBS-Tweenで5
回洗う。各々の洗いの間に5分間の間隔を置く。 【0145】13.4 分析 分析を始める直前に、p−ニトロフェニルフォスフェイトの5mgの錠剤(Sigma
より得た。そして暗所で凍結保存)を、10mlの基質に加え、錠剤が溶解するまで
攪拌する。200μlの室温溶液をすばやく各ウェルに加える。反応を種々の時間(
たとえばt=0,10,20,40,60,90,120分)において、Dynatech Micro-ELISA r
eaderを用いて測定した。 【0146】 p−ニトロフェニルフォスフェイト(無色)がアルカリフォスファターゼによ
り無機リン酸とp−ニトロフェノールに加水分解されるとp−ニトロフェノール
が溶液に黄色を与えた。それは 410nmにおける分光光度的に測定し得た。検出で
きる最小量は0.1ngより小であった。 【0147】 (実施例14) 三親交雑は、一般的に次に示すように行われた;当業者に公知の他の変法も用
いることができる。E.coli K802(pRK290に基礎をおくシャトルベクター)をE.
coli(pRK2013)およびストレプトマイシンに耐性なアグロバクテリウム・チュ
ーメファシエンス株と交雑した。pRK2013は、シャトルベクターをもつ株に移り
、アグロバクテリウムへ移入するためのシャトルベクターを作った。ストレプト
マイシンおよびシャトルベクターが耐性である薬剤(カナマイシンか、クロラム
フェニコールがしばしば用いられる)の両方を含む培地で成育するものの中から
シャトルベクター配列を有するアグロバクテリウムの細胞を選択した。これらの
細胞とE.coli(pPH 1J1)との交雑によりアグロバクテリウム細胞にpPH1J1が移
った。pPH1J1とpRK290に基礎を置くシャトルベクターは同一細胞内に長時間、共
在することができない。ゲンタマイシン(pPH1J1が耐性遺伝子をもつ)を含む培
地で生育させれば、pRK290配列の欠落した細胞を選択することができた。ストレ
プトマイシンおよびゲンタマイシンおよびカナマイシンあるいはクロラムフェニ
コ ールに耐性な細胞のみがシャトルベクターと二重相同部位組み換えをおこしたTi
プラスミドを持ち、所望の構成を有している。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION       [0001]     [Industrial applications]   The present invention relates to a genetic method for plant cells.       [0002]     [Prior art]Shuttle vector   Ruvkun and Ausubel (1981) Nature298: Shuttle bed developed by 85-88
The vector removes the foreign genetic material to a selected location on a large plasmid, virus or genome.
It allows a method to be inserted into the device. When dealing with large plasmids or genomes,
There are important issues. First, large plasmids have many sites for each restriction enzyme
Is Rukoto. Certain site-specific cleavage reactions are not reproducible,
Subsequent concatenation disrupts the order and direction of many fragments that you do not want to change
This creates major difficulties. Second, the transformation efficiency using the large DNA plasmid is
Very low. Shuttle vectors often carry small amounts of foreign genetic material in vitro.
It can be easily inserted into a plasmid and then transferred to a large plasmid, usually by in vivo techniques.
Thus, it is possible to overcome these difficulties.       [0003]   Shuttle vectors are usually plasmids that can be introduced into the ultimate recipient bacterium,
Consists of DNA molecules. It can also be a fragment of the recipient genome into which foreign genetic material can be inserted.
A copy of the fragment and a selection that is also inserted into the recipient genomic fragment
It contains a DNA segment that encodes quality. Selection traits ("markers")
Easily inserted by poson mutagenesis or restriction enzymes and ligases.       [0004]   The shuttle vector is the ultimate recipient cell, typically a bacterium of the genus Agrobacterium
, A three-parent cross (Ruvkun and Ausubel, supra), a self-movable vector in a two-parent cross
Direct transfer, direct uptake of external DNA by Agrobacterium cells (M. Holsters
et al. (1978) Molec. Gen. Genet.163: "Transformation" using the conditions of 181-187
), Spheroplast fusion of Agrobacterium with other bacterial cells, liposome encapsulation
Round D Shuttles on NA uptake or in vitro packaged virus
Introduced by vector infection. Triparental crosses relate to plasmid mobility and conjugative transfer.
Strain and a shuttle vector with a mobile plasmid containing
Includes crosses with strains. If shuttle vector can be moved by plasmid gene
If the shuttle vector is a large genome, such as the Agrobacterium strain Ti
Or transferred to recipient cells with the Ri plasmid.       [0005]   After the shuttle vector has been introduced into the recipient cell, either side of the marker
Double crossover with one recombination is expected. This phenomenon is due to the DN
The A segment can be transferred to the recipient genome and replaced with a homologous segment lacking the insert.
To select cells that lack the original shuttle vector, the shuttle vector
If replication is not possible in the ultimate recipient cell or the recipient cell has an existing, independently selectable
Must be incompatible with Rasmid. One common means for this is
Other plasmids that are incompatible with the vector and have other drug resistance markers.
Be prepared for the third parent.       [0006]   Therefore, when selecting for both drug resistances, surviving cells will have the shuttle vector marker in them.
Only those in which the car has recombined with the recipient genome. If the shuttle vector
Once between the shuttle vector and the recipient plasmid if you have the extra marker
Complete shuttle vector resulting from the transfer of the plasmid was integrated into the recipient plasmid
Cells with one can be selected and eliminated. If exogenous genetic material tries to select
If inserted within the marker or at a close location, the same double recombination will result in
It can be integrated into a recipient plasmid. Within or near a marker of a homologous fragment
If the foreign genetic material is inserted far away from the marker, but not
Recombination occurs between the foreign genetic material and the marker, making it impossible to transfer the foreign genetic material.
I will.       [0007]   Shuttle vectors are useful for manipulation of Agrobacterium plasmids
Has been proven: D.J.Garfinkelet al. (1981) Cell27: 143-153 、 A.J.M.Ma tzke and M.D.Chilton (1981) J. Molec. Appl. Genet.1: 39-49, and J. Leeman
set al. (1981) J. Malec. Appl. Genet.1: See 149-164, where
The shuttle vectors are called "intermedeate vectors".       [0008]Agrobacterium-Overview   Gram-negative bacteria, Agrobacterium belonging to the family Rhizobium
Aum tumefaciens species and Agrobacterium lyso
There are A. rhizogenes species. Each of these species is crown gall disease in plants,
It causes hairy root disease. Crown goal is an undifferentiated tissue
Is characterized by gall formation. Hair roots induce abnormal roots in infected tissues
A teratoma characterized by conduction. In both diseases, abnormally growing plant tissues are:
One or more commonly known as opines that are not normally produced by the plant
It produces more amino acid derivatives, which are catabolized by the infecting bacteria. Known
Pins are divided into three families, typical members of which are octopine, nopaline, and agro
It is a pin. Cells of abnormally proliferating tissue can be grown in culture, and
It is regenerated into whole plants while maintaining the phenotype transformed below.       [0009]   Agrobacterium virulent strain is Agrobacterium tumefaci
In Ens, Ti (Tumor-inducing) plasmid, Agrobacterium
In Rhizogenes, a large plasmid called Ri (root-inducing) plasmid is used.
Has a sumid. Elimination of these plasmids from the bacteria results in loss of pathogenicity. Ti plastic
Sumids are called T-DNA (transferred DNA), and in tumors they are found in the host plant genome.
Includes integrated regions. T-DNA encodes several transcripts. Sudden
Mutation studies indicate that some of these are involved in inducing tumor growth.
Was shown.tml,tmrandtmsThe mutations in the genes are large tumors (in tobacco),
The route appearance tendency and the shoot induction tendency are shown. T-DNA also contains at least one
Encoding the opin synthetase gene, the Ti plasmid often
Are classified by the opin that can be used. Each T-DNA gene is a T-DNA promoter
Is under the control of This T-DNA promoter has the structure of a eukaryotic promoter. Appear to function only in transformed plant cells. Ti plasmid also
Genes are also carried outside the T-DNA region. These genes are opin catabolism, carcinogenesis
It is involved in the functions of sex, agrosine sensitivity, replication, and self-transport to bacterial cells. Ri
The plasmid has a similar structure to the Ti plasmid. For transformation of plant cells
The series of genes and DNA sequences to be given are hereinafter referred to as transformation inducing factors (TIP).
Call it comprehensively. Thus, the name of TIP includes both Ti and Ri plasmids.
The segment in which TIP has been incorporated is referred to herein as T-DNA,
Alternatively, it is derived from the Ri plasmid. Recent Agrobacterium-induced diseases in general
For a review, see D.J.Marlo (1982), Adv. Plant Pathol.1: 139-178, L.W.Ream and M.P
.Gordon (1982), Science218: 854-859, and M.W.Bevan and M.D.Chilton (
1982), Ann. Reb. Genet.16: 357-384; G. Kahl and J. Schell (1982)Molecular
Biology of Plant TumorsIt is described in.       [0010]Agrobacterium-infection of plant tissue   Plant cells can be transformed by Agrobacterium by many known methods.
Eg co-culture of plant cells with Agrobacterium; direct infection of plants; plants
Fusion of protoplast and Agrobacterium spheroplast; plant cell proto
Direct transformation by uptake of free DNA by plasts; partially regenerates cell walls
Transformation of growing protoplasts with intact bacteria; TD of protoplasts
Transformation with NA-containing liposomes; use of virus carrying T-DNA;
Clo injection etc. Each method is sufficient as long as the gene is expressed
, Is transmitted stably through mitosis and meiosis.       [0011]   Infection of plant tissue with Agrobacterium is a simple technique known to those skilled in the art.
(For example, D.N.Butcheret al. (1980) inTissue Culture Methods for Plant
Pathologists, Eds .: See D.S. Ingrams and J.P. Helgeson, pp. 203-208). Planting
Objects can be hurt by any of a variety of methods, such as cutting with a blade or piercing with a needle
Or with an abrasive. The wound is then infected with a solution containing tumor-inducing bacteria.
You. Another way to infect complete plants is to use potato tuber pieces (D.K.
G.T. Herberlein (1977) Amer. J. Bot.64: 153-158) or tobacco stem fragments (Binnse
t al.) Is to plant a small piece of tissue. After induction, the tumor was
Tissue culture can be performed in a medium that does not contain glucose. Hormone-independent growth is a set of transformed plants
Typical of a tissue, in sharp contrast to the normal conditions of growth of cultured tissue (A.C.Br.
aun (1956) Cancer Res.16: 53-56).       [0012]   Agrobacterium is also isolated and cultured (Martonet al. (1979)
  Nature277: 129-131), and infected isolated tobacco mesophyll protoplasts
obtain. In the latter technique, after allowing time for some regeneration of the new cell wall,
In the meantime, Agrobacterium cells were added to the culture and then killed by adding antibiotics.
Contact Agrobacterium tumefaciens cells carrying Ti plasmid
Only Called Cells Formed Callus When Plated on Hormone-Free Medium
. Most calli had enzymatic activity for opine assimilation. Other researchers (R.
B. Horsch and R.T.Fraley (18 January 1983 15th Miami Winter Symposium)
Shows a high frequency of calli that transform and grow hormone-independently (10%
95% of the callus produced opine. M.R.Daveyet al. (1980) in Ing
ram and Helgeson, supra, pp. 209-219, describe the renal cell regeneration from protoplasts.
Talk about infection.       [0013]   Plant protoplasts can be transformed by direct uptake of TIP plasmid
. M.R.Daveyet al. (1980) Plant Sci. Lett.18: 307-313, and M.R.Daveyet
al. (1980) in Ingram and Helgeson, supra, is a petunia protoplast
Was transformed with the Ti plasmid in the presence of poly-L-α-ornithine, and
A phenotype of hormone synthesis and hormone-independent growth was demonstrated. Then polyethylene glycol
Promotes Ti incorporation and specific T-DNA sequences are incorporated into the genome.
Indicated. (J.Draperet al. (1982) Plant and Cell Physiol.twenty three: 451-458,
M.R.Daveyet al. (1982) inPlant Tissue Culture 1982, ed: A. Fujiwara, pp
.515-516). F.A.Krens et al. (1982) Nature296: 72-74, similar results
Reported by ethylene glycol and then by calcium shock, but they Results showed that the incorporated T-DNA contained a contiguous portion of the Ti plasmid sequence.
.       [0014]   Another method of incorporating DNA is to use liposomes. DNA-containing liposomes
The preparation of the arm is described in Papahadjopoulos U.S. Patent Nos. 4,078,052 and 4,235,871
You. A method for introducing Ti-DNA by liposome has been reported (T. Nagatae
t al. (1982) in Fujiwara, supra, pp. 509-510, and T. Nagata (1981) Mol. G.
en.Genet.184: 161-165). Melting of plant and bacterial cells with cell walls removed in a similar system
There is a case. An example of this technology is S. Hasezawaet al. (1981) Mol. Gen. Genet.182: 2
Agrobacterium spheroplast vine reported by 06-210
Transformation of periwinkle (Vinca). Plant protoplasts have incomplete cell walls
Can take up all Agrobacterium cells (S.Hasezawaet al. (198
2) in Fujiwara, supra, pp. 517-518).       [0015]   T-DNA is transferred to the regenerated tissue by fusion of the two protoplasts,
Is transformed (G.J. Wullems et al. (1980) Theor. Appl. Genet.56: 203-
208). As detailed in the section on plant regeneration, T-DNA is also transmitted in meiosis.
And transmitted to descendants according to the simple Mendelian law.       [0016]Agrobacterium-Plant regeneration   Differentiated plant tissue with normal morphology was obtained from crown gall tumors. A.C.Br
aun and H.N. Wood (1976) Proc. Natl. Acad. Sci. USA73: 496-500, a strange cigarette
Shoot teratomas on normal plants, shoots that look normal and flowering
I got When placed in culture, the shoots increase opin production and plant hormone-independent properties.
Fertility was maintained. In selected plants, these tumor phenotypes are not transmitted to progeny
Seemed to have disappeared during meiosis (R. Turgeonet al. (1976) Proc.Natl.Ac
ad.Sci. USA73: 3562-3564). Spontaneous loss of tumor characteristics or teratoma
Plants arising from the seeds initially appeared to have lost all T-DNA (F.
-M.Yanget al. (1980) In Vitro16: 87-92, F. Yang et al. (1980) Molec. Gen
.Genet.177: 707-714, M. Lemmerset al. (1980) J. Mol. Biol.144: 353-376). However, studies using plants recovered after hormone (1 mg / l kinetin) treatment
The plants that have undergone meiosis have lost the T-DNA gene related to the transformed phenotype.
However, a sequence having homology at both ends of T-DNA was maintained (F. Yang and R.B.S.
impson (1981) Proc. Natl. Acad. Sci. USA78: 4151-4155).       [0017]   G.J.Wullemset al. (1981) Celltwenty four: 719-724 further discusses opine assimilation
Genes that are transmitted through meiosis, even though the plant is male-sterile
Have shown that T-DNA can be inherited as it is according to Mendelian law
(G. Wullemset al(1982) in A. Fujiwara, supra). L.Ottenet al. (1981) M
olec.Gen.Genet.183: 209-213, is a tumor producing tumor that produces shootstms(Shoe
Induction) A Ti plasmid mutation at the Tn7 transposon at the locus was used. This
When these shoots regenerated in plants, they produced self-fertile flowers. The settled seeds germinate
Plants had T-DNA and produced opine.tmr(Route induction) using mutation
In a similar experiment, all T-DNA was transmitted to progeny through meiosis, where
To some degree, the nopaline gene is expressed and
Yeast alcohol dehydrogenase I gene was not expressed (K.A. Bart
onet al. (1983) Cell32: 1033-1043). Regenerating tissues lacking the T-DNA sequence
Probably, it is the progeny of non-transformed cells that were mixed in the tumor (G. Oomset al.
(1982) Cell30: 589-597). Transformation with Agrobacterium rhizogenes
It was shown that the resulting route regenerated into seedlings relatively easily. (M.-D.Chilt
onet al. (1982) Nature295: 432-434).       [0018]Genes on Agrobacterium-TIP plasmid   Numerous genes were identified in the T-DNA of the TIP plasmid. About half a dozen
The octopine plasmid T-DNA transcript is mapped (S.B. Gelvinet al.
(1982) Proc. Natl. Acad. Sci. USA79: 76-80, L. Willmitzeret al. (1982) EM
BO J.1: 139-146) and some functions have been clarified (J. Leemans et al.
1982) EMBO J.1: 147-152). The four genes of the octopine-type plasmidtms,
tmr andtmlTransposon mutagenesis including (D.J. Garfinkelet al. (1981) Cell27: 143-153). Ti with mutations in these genes
The plasmid stimulates the tumor callus of Nicotinia tabacum, causing shoots,
Causes a route and becomes larger than normal. In other hosts, mutations in these genes
Can induce different phenotypes (see Chilton, MD Ann. Rev. Genet. (1982)
).tmsWhentmrPhenotype correlates with differences in plant hormone levels present in tumors
I have. Differences in the cytokinin: auxin ratio were observed in nontransformed callus tissue
Differences and types of cytokine: auxin ratios in culture that induce gut or root formation
Similar (D.E. Akiyoshiet al. (1983) Proc. Natl. Acad. Sci. USA80: 407-4
11).tmsOrtmrT-DNA having only one of the functional genes (functionst
mlCan (but not only) stimulate obvious tumor growth. Shoots and routes
Stimulation is functionaltmlAre promoted and inhibited respectively (L.W. Reamet al. (1983) Proc
.Natl.Acad.Sci. USA80: 1660-1664). Mutation of T-DNA gene is plant genome
Does not appear to affect the insertion of T-DNA into J. Leemanset al. (19
82) Same as above; L.W. Reamet al(1983) Id.). Codes for octopine synthetase
DoocsThe gene is H. De Greveet al. (1982) J. Mol. Appl. Genet.1: 499-511, in
The nucleotide sequence was determined. This is an intron (common in eukaryotic genes)
Intervening sequence removes from messenger precursor during post-transcriptional mRNA processing
Not have). Eukaryotic transcription signals (TATA box) and poly
There is an adenylation site. Plant cells with octopine synthetase are homoargi
Because it detoxifies nin,ocsThe gene is a plant cell transformed with foreign DNA.
Can be an effective selection marker for cells (G.M.S.Van Slogterenet al. (1982) Plan
t Mol. Biol.1: 133-142).       [0019]   The nopaline Ti plasmid contains the nopaline synthetase gene (nos)
AndnosIs A. Depickeret al. (1982) J. Mol. Appl. Genet.1: 561-573, by
Sequenced.ocsSame as genenosNor introns. Two polyadenines
There is a sequence that can be a TATA box and a candidate for a site for conversion.ocsIn contrast tonosupon
In the stream there is a transcription-like sequence known as a CAT box. J.C.McPh
erssonet al. (1980) Proc. Natl. Acad. Sci.USA77: 2666-2670, the crown In vitro translation of mRNA encoded by T-DNA of goal tissue was reported.       [0020]   Transcription of hair root T-DNA was also detected (L. Willmitzer).et al. (1982) Mol.
Gen. Genet.186: 16-22). Functionally, hair root syndrometmrMutated Ti plasmid
Appear to be equivalent to crown gall tumors caused by (F.F.White and E.
W. Nester (1980) J. Bacteriol.144: 710-720).       [0021]   In eukaryotes, methylation of DNA (especially at cytosine residues) causes transcriptional inactivation.
Is correlated with Genes with relatively low methylation are transcribed into mRNA. Gelv
inet al. (1983) Nucleic Acids Res.1: 159-174, T of crown gall tumor
-DNA always finds at least one unmethylated copy present
did. That the same genome contains many other T-DNA copies that are methylated
This means that one or more copies of the excess T-DNA are biologically inactive.
Suggest (G. Oomset al. (1982) Cell30: 589-597).       [0022]   The Ti plasmid is outside the T-DNA region and contains other genes necessary for the infection process.
Encoding (for the nopaline plasmid, see M. Holsterset al. (1980) Pl
asmidThree: 212-230, H.De Greve for octopine plasmidet al. (1981
) Plasmid6: 235-248, D.J.Garfinkeland E.W.Nester (1980) J.Bacteriol144
: 732-743, and G. Ooms (1980) J. Bacteriol144: 82-91). the most important
IsoncMutation in this gene makes the Ti plasmid less carcinogenic (these
Locus is a word about virulencevirKnown as).oncGenes are
Acts on the lance and is physically located on another plasmid in a different plasmid type.
Can cause transformation of plant cells with different T-DNA (J. Hilleet al. (1982
) Plasmid7: 107-118, H.J. Kleeet al. (1982) J. Bacteriol150: 327-331,
M.-D.Chilton (18 January 1983) 15th Miami Winter Symp.). Nopaline TiDN
A appears to be involved in excision from the Ti plasmid or integration into the host genome.
, An approximately 25 base pair forward repeat that is very adjacent to the left or right border of T-DNA.
It has a repeat sequence (direct repeat) (N.S.Yadavet al. (1982) Proc.Natl.Aca
d. Sci.USA79: 6322-6326) and a similar sequence is adjacent to the octopine T-DNA border
(R.B.Simpsonet al. (1982) Cell29: 1005-1014)
. Opin assimilation occurs in octopine and nopaline-type plasmids, respectively.ocsandnosHeredity
Characterized by offspring. The Ti plasmid also propagates itself, including an origin of replication
It also codes the necessary functions. Ti plasmid transcript is S.B.Gelvinet al. (
1981) Plasmid6: 17-29, by Agrobacterium tumefaciens
Found in cells, where the T-DNA region is weak along non-T-DNA sequences.
Was transcribed well. The properties governed by the Ti plasmid are Merlo,
See above (especially in Table 2) and summarized by Ream and Gordon, supra.
I have.       [0023]Agrobacterium-TIP plasmid DNA   Various octopine-type Ti plasmids have nearly 100% homology to each other.
NA hybridization (T.C.Currier and E.W.Nester (1976) J. Bacterio
l.126: 157-165) or restriction enzyme analysis (D. Sciaky)et al. (1978) Plasmid1:twenty three
8-253). Nopaline-type Ti plasmids are at least 67%
Same sex (Currier and Nester, supra). The various Ri plasmids are very
It was found that there was homology (P. Costantinoet al. (1981) PlasmidFive:
170-182). N.H.Drummond and M.-D.Chilton (1978) J. Bacteriol.136: 1178-11
83, Octopin and nopaline-type Ti plasmids interact with each other in a relatively narrow area.
Showed that they have the same sex. These homologies are described in G. Engleret al. (1981) J. Mol B
iol.152: 183-208, mapped in more detail. They are 3 of 4 similar areas
One is 3 (over T-DNA), 4 (specificoncGene), and
And 9 (onc(Having the gene). Linked
At least the homologous regiontraGene (connection of Ti plasmid to other bacterial cells)
And genes involved in replication and incompatibility. This area
Was isolated from a species of rhizobium, another genus of the RhizobiassiaceaeSymplus
Mid (related to symbiotic nitrogen fixation) (R.K.Prakashet al. (1982)
Plasmid7: 271-280). The order of the four areas is not preserved, but all are the same It is arranged in the direction. Part of the T-DNA sequence is nopaline and octopine plus
It is very well preserved between mids (M.-D. Chiltonet al. (1978) Nature275
: 147-149, A. Depickeret al. (1978) Nature275: 150-153). Ri plasmid
Between them, and octopine (F.F.White and E.W.Nester (1980) J. Bacter
iol.144: 710-720) and nopaline (G. Risuleo)et al. (1982) Plasmid7: 45-51)
There is considerable homology between both Ti plasmids. The area is mainlyoncCode the gene
Area. RiT-DNA is weak against both types of T-DNA of Ti plasmid.
There is also considerable homology (L. Willmitzeret al. (1982) Mol. Gen. Genet.186
: 3193-3197). Uninfected Nicotinia glauca plant DNA is cT-DNA
Contains a sequence called (cell T-DNA) and is homologous to a portion of RiT-DNA.
(F.F.Whiteet al. (1983) Nature301: 348-350).       [0024]   Ti (M.-D.Chiltonet al. (1977) Cell11: 263-271) or Ri (M.-D.Chilto)
n (1982) Nature295: 432-434, F.F.Whiteet al. (1982) Proc. Natl.Acad.Sc
i. USA79: 3193-3197, L. Willmitzer (1982) Mol. Gen. Genet.186: 16-22)
A portion of the rasmid is found in the DNA of tumor plant cells. The transferred DNA is T
-Known as DNA. T-DNA is nuclear (M.P.Nutiet al. (1980) Pla
nt Sci. Lett.18: 1-6, L. Willmitzer et al. (1980) Nature287: 359-361, M.
-D. Chilton et al. (1980) Proc. Natl. Acad. Sci. USA77: 4060-4064) Host D
NA (M.F.Thomashowet al. (1980) Proc. Natl. Acad. Sci. USA77: 6448-6452
, N.S.Yadavet al. (1980) Nature287: 458-461).       [0025]   M.F.Thomashow et al. (1980) Proc. Natl. Acad. Sci. USA77: 6448-6452, oh
And M.F.Thomashowet al. (1980) Cell19: 729-739 is an octopine type Ti
Rasmid T-DNA was found to be TL-DNA and TR-
It was found to be incorporated in two different places in the DNA. Copy of TR and TL
Numbers can vary (D.J.Merloet al. (1980) Molec.Gen.Genet.177: 637-643)
. The core of T-DNA is highly homologous to nopaline T-DNA (Chilton
et al(1978) supra, and Depickeret al(1978, supra), required for tumor maintenance
so, Found in TL, generally present at one copy per cell, andtms,tmr and tml
Encodes a gene. On the other hand, TR has a large copy number (D.J.Merloet al. (1980) ago
Out) but completely unnecessary (M.De Beuckeleeret al. (1981) Molec.Gen.Gene
t.183: 283-288, G.Oomset al. (1982) Cell30: 589-597). G.Oomset al. (
1982) Plasmid7: 15-29 shows that even if TR was deleted from Ti plasmid,
Bacterium tumefaciens keeps virulence, but TR
-It is assumed to be involved in DNA uptake. G.Oomset al. (1982) Cell30:
Due to 589-597, T-DNA is sometimes deleted after being integrated into the plant genome
However, tumors that are generally stable and contain mixed cells with different T-DNA compositions are
Was shown to be the result of multiple transformation events.ocsExists in the TL. I
However, they can be deleted from the plant genome without losing the phenotype associated with tumor growth.
The left end of the integrated TL consists of a forward or reverse repeat T-DNA sequence (
R.B.Simpsonet al. (1982) Cell29: 1005-1014).       [0026]   In contrast to the octopine-type tumor situation, nopaline T-DNA is a series of fragments.
Integrated into the host genome (M. Lemmerset al. (1980) J. Mol. Biol.144: 35
3-376, P. Zambryskiet al. (1980) Science209: 1385-1391). Forward repeat
The sequence was observed. The T-DNA of the plant resulting from the teratoma is located at the end of the inserted DNA.
Fragments have slight modifications (Lemmerset al., Supra). Between the right and left edges
Analysis of the sequence at the junction reveals many forward repeats and one reverse repeat
Became. The latter straddles the joint (Zambryskiet al(1980) supra).
The left junction has at least 70 base pairs (bp) variation, while the right junction has 1
bp only (P. Zambryskiet al. (1982) J. Molec. Appl. Genet.1: 361-
370). The left and right ends of the junction of the repetitive sequence are longer than 130bp.
It is divided by Pacer. The origin of this spacer is unknown and specific T
-Contains a DNA sequence. T-DNA consists of repeat sequences and low copy number host sequences.
It is built into both.       [0027]   N.S.Yadavet al. (1982) Proc. Natl. Acad. Sci. USA79: 6322-6326, T -In the nopaline Ti plasmid just outside the left edge of the DNAchiFind the site, this
Increases general recombination with DNA around 10 Kbp apart in bacteriophage λ
Make it bigger. R.B.Simpsonet al. (1982) Cell29: 1005-1014, is Octopin Ti
In the plasmidchiNo sequence found, but outside of sequenced region
I cannot exclude the possibility of doing it. With the Ti plasmidchiThe significance of is unknown. ifchi
Has a function,chiIs not in the T-DNA, so probably in plants
And will be used in Agrobacterium cells.       [0028]Manipulation of Agrobacterium-TIP plasmid   As detailed in the shuttle vector section, the altered DNA sequence was
Techniques have been developed to introduce the plasmid into the desired location. Transposons use this technique
Easily inserted by surgery (D.J.Garfinkelet al. (1981) Cell27: 143-153). J.
-P.Hernalsteenet al. (1980) Nature287: 654-656 is the T-plasmid of Ti plasmid.
The DNA sequence inserted into the DNA (here, a bacterial transposon) is
Has been shown to be transferred and incorporated into the genome. Many foreign DNAs of various origins are inserted
So far, the gene has not been expressed under the control of its own promoter.
Was. These genes include yeast alcohol dehydrogenase (Adh) (K.A. Bartonet
al(1983)), maize AdhI (J. Bennetzen, unpublished) and zein, suckling
Interferons and globins, the mammalian virus SV40 (J. Schell, unpublished)
and so on. M. Holsterset al. (1982) Mol. Gen. Genet.185: 283-289, according
For example, the bacterial transposon (Tn7) inserted into the T-DNA is integrated into the plant genome.
After incorporation, it was recovered in a fully functional and possibly unchanged form.       [0029]   Deletions can be made in the TIP plasmid in a variety of ways. Mark the shuttle vector
It can be used to introduce deletions made by semi-recombinant DNA techniques (Cohen
and Boyer US Pat. 4,237,224). A predetermined deletion at one end
Can be created by incorrect sponson clipping (B.P.Koekmanet al. (1979) Plasmi
dTwo: 347-357, G.Oomset al. (1982) Plasmid7: 15-29). J. Hille and R. Sch
ilperoot (1981) Plasmid6: 151-154 has both ends at predetermined positions It was shown that a deletion could be made using two transposons. This technology
Is also used in vivo to construct "recombinant DNA molecules".       [0030]   Nopaline synthetase gene used to select transformed plant cells
Used to insert a DNA segment encoding the desired drug resistance. M.Bevan (M
.D.Chiltonet al(18 January 1983) Reported by 15th Miami Winter Symp.
And J.L. Marx (1983) Science219: 830) and R. Horschet al. (
(18 January 1983) 15th Miami Winter Symp., And Marx, supra, see)
Tn5 kanamycin resistance gene (neomycin phosphotransferase)
Was inserted (under its control) after the nopaline promoter. To make it, culture
Transforms plant cells to become kanamycin and anagro-resistant like G418
An alternative approach was taken. J. Schellet al. (18January 1983) 15th Miami Winter S
ymp. (see also Marx, supra) reports a similar construction, in which Tn7 methotrex
A xate resistance gene (dihydrofolate reductase) is
Tethered after the promoter. Transformed cells are methotrexate resistant
there were. Plant cells with octopine synthetase are toxic chemicals
G.M.S.Van Slogterenet al. (1982) Plant Mol. Biol.1:13
3-142, proposed using this enzyme as a washing marker.       [0031]   M.-D.Chilton et al. (1983), supra, described A. Defremeu as "mini-Ti
Nopaline T-DNA is usually restricted to one place.
enzymeKpnThere is an I cleavage site. A mutation lacking this site was created, and complete nopaline T
-Contains DNAKpnThe I fragment was isolated. This fragment is
Inserted into pRK290 along with the Agrobacterium tumefacier
A plasmid was obtained which was maintained in the sense and lacking all non-T-DNA sequences. So
By itself, this plasmid failed to transform plant cells. But Ok
Put into the Agrobacterium tumefaciens strain carrying the Topin Ti plasmid
This induced a tumor that synthesized both octopine and nopaline. This is nopaline
Loss of Ti plasmid function was complemented by octopine Ti plasmid, and And nopaline "small Ti" indicate that it was capable of transforming plant cells. Chilton
et al. (1983), supra, also used small TiSmaCut with I, nopaline synthetase inheritance
"Micro-Ti" from which all T-DNA was deleted except for the child and its left and right ends
It was created. This fine TiSmaInsertion into the pRK290 plasmid derived pair lacking the I site
Used similarly to Ti, with comparable results.       [0032]   H. Lorzet al. (1982) inPlant Tissue Culture 1982, Ed: A. Fujiwara, pp.
511-512 are plasmid vectors whose TIP system is apparently unrelated to DNA uptake and maintenance.
And a nopaline synthetase gene was used as a marker.       [0033]Phaseolin and gene regulation   Generally, higher eukaryotic genes are highly regulated. Multicellular like plant
Objects have many differentiated tissues, each of which has unique functions that require unique gene products
have. One such tissue is cotyledon. In legumes
Cotyledon leaves fats, carbohydrates, minerals and proteins until needed during germination.
It is a storage organ of the species that stores throat. Fosseolas vulgaris L. (French bi
Bean, kidney beans (kidny bean), dried white beans (navy bean), green beans (green bean)
)), The major storage protein is phaseolin. This protein
White is very similar and consists of a small number of molecular species equal to each other. Phaseolin is dry
It is responsible for the main nutritional value of beans, often accounting for more than 10% of their dry weight.       [0034]   Phaseolin is highly regulated during the life cycle of Phaseolus vulgaris.
You. This protein is made only while the seed is growing in the pod, and its level is
According to a fixed synthesis schedule, occupy half of the species protein from the lowest detection limit
Rises until it stops. At its peak, phaseolin synthesis is 80% of cotyledon cell protein synthesis.
% Or more. Phaseolin synthesis detected at other times and in other tissues
Can not. With the importance of global nutrients, the mechanism of phaseolin regulation is
I am very intrigued by the study of aseolin, its properties and its regulation.       [0035]     [Summary of the Invention]   The invention disclosed herein introduces a plant gene and expresses the genetically modified
And a plant having the plant cell obtained. In addition, the present invention provides a method for
A plant tissue provided with a plant cell having T-DNA containing a gene is provided. This plant
Genes are expressed in plant cells. In addition, T-DNA (which can be expressed in plant cells here)
(Defined as T-DNA modified to include a functional inserted plant gene).
A novel bacterial strain of Agrobacterium that can replicate is provided. In addition,
Ming is capable of replicating in Escherichia coli (E. coli), contains T-DNA,
To contain a plant gene inserted into the T-DNA contained in the plasmid.
A standard plasmid is provided.       [0036]   The experimental studies disclosed herein demonstrate that plant cells can be planted in plant cells after introduction via T-DNA.
The gene is expressed, that is, a plant gene is inserted into T-DNA by a known method, and
The first example was performed by introducing T-DNA containing the insert of
I believe The experiments disclosed herein also show that plant genes containing introns have T
-To provide the first example of expression in plant cells introduced via DNA
Cheating. These results indicate that all known genes expressed in T-DNA (T-DN
A endogenous gene or inserted foreign gene)
This is surprising given the fact that it does not. This result is also
Had previously inserted a promoter outside the T-DNA gene into the T-DNA.
Could not provide an example of fulfilling the function of controlling expression in plants.
In fact, it is not easily conceived.       [0037]   The present invention provides for introducing useful plant genes from other plant species or strains,
Useful for genetically modifying plant tissues or whole plants. Such a useful plant
Product genes are storage proteins, lectins, disease, insect and herbicide resistance factors,
Genes such as factors conferring resistance to environmental stress, and inheritance of specific fragrances
There are children, but not limited to these. The present invention relates to the storage protein of the main seeds of legumes.
Example of introduction and expression of certain phaseolin gene into sunflower and tobacco plant tissues Is shown. Once plant cells express the plant gene introduced via T-DNA,
Once obtained, plant tissue and whole plants can be removed therefrom by methods known in the art.
Can be regenerated. The regenerated plants are then propagated in the usual way and the transferred genes
Is transferred to other plants by normal plant improvement techniques. For example, the phaseolin gene
Introduction and expression are based on the protein content and nutrition of forage crops such as alfalfa.
It can be used to improve nutritional value. Other uses of the invention, ie introduction into other plant species
Exploring the properties of other genes that have been made is easy for those skilled in the art. Departure
Ming says that essentially any plant gene can be introduced and stably transfected with T-DNA.
It can be applied to introduction into any plant species that can maintain replication. Generally these species
Include, but are not limited to: That is, sunflower (composite com
positeae), tobacco (Solanaceae), alfalfa, soybean and
And other legumes (leguminose leguminoseae) and most vegetables (
Dicotyledonous) is a dicotyledonous plant.       [0038]     Configuration of the Invention   The present invention relates to (a) a plant having a plant-derived promoter and a plant structural gene.
Inserting the gene into T-DNA, whereby the T-DNA / plant
A gene conjugate is formed, and the promoter derived from the plant is 5 'of the structural gene of the plant.
Adjacent to the end, the structural gene of the plant is in the transcription direction from a promoter derived from the plant
Downstream and (b) transferring the T-DNA / plant gene conjugate to plant cells
And a method for genetically modifying a plant cell.       [0039]   In another aspect of the present invention, after the step (b) is performed, (c) the T-DNA /
Detects the expression of structural genes of plants in plant cells containing the gene conjugate of the plant
And a method for genetically modifying a plant cell.       [0040]   Unclear ambiguities regarding the intent and scope of use herein and in the appended claims
The following definition is made to exclude.       [0041]   T-DNA: D derived from transformation inducer (TIP) integrated into plant genome
NA segment. As used herein, the term Agrobacterium tumef
And Agrobacterium, including Agrobacterium rhizogenes
Includes DNA derived essentially from any tumor-derived strain.       [0042]   In the case of the latter strain, previous researchers sometimes called it R-DNA. Further
The term T-DNA, as used in the textbook, refers to naturally occurring or laboratory operations.
And also includes changes, modifications, mutations, insertions and omissions. The only structural requirement is natural
The right and left ends of the T-DNA generated in the above are the characteristics of all T-DNAs.
It is sufficient to ensure the expected functionality of stable integration.
And       [0043]   Plant gene: As used herein, the structural and regulatory elements of plant genes, ie,
Includes elements that are foreign to the gene for T-DNA itself. Plant remains used here
The gene provides a promoter of plant origin (providing initiation of transcription and initiation of translation) to T-DNA.
And the region of the gene that can be regulated) and the structural gene (one or
Region containing or not including a plurality of introns). This plant genetics
Offspring may have the ability to control transcription termination and post-transcriptional RNA processing
3'-untranslated region. The promoter and the structural genetic element are the same or
Will be from different existing genes and from the same or different plant sources
I can do it. For example, a plant gene is a plant gene, which has its own promoter.
Or the same as the coding region of one gene (presence or absence of introns)
It may be an in vitro construct consisting of other promoters from plant species. In this specification
The coding region of the plant gene to be defined is a cDNA copy of the structural gene of the plant gene.
including. Promoters and coding regions can also be spontaneously or artificially induced
It may also include modifications, and may include chemically synthesized segments. Segume to code
Are originating from multiple sources that encode hybrid proteins, naturally occurring or synthetic.
It may be a hybrid product derived therefrom.       [0044]   Plant tissue: Crown gall-like roots, buds, pollen, seeds, tumor tissue, and embryos,
Or higher plants containing various forms of aggregates of cultured plant cells such as callus
Includes differentiated and undifferentiated tissues derived therefrom.       [0045]   Plant cells: Includes cultivated plant cells, cultured plant cells and protoplasts.       [0046]   Production of genetically modified plants expressing plant genes introduced via T-DNA
Combines currently known, specific techniques with various techniques and means known to technicians
It was done. In many instances, alternative means will be present at each stage of the overall process. hand
The choice of stages depends on the choice of the basic TIP, the plant species to be modified and the desired regeneration method.
All of which are selected by the skilled person to achieve the desired result.
Provides another process step that can be used. The basic feature of the present invention is the sex of plant genes.
Quality and structure, and how to insert it into T-DNA. Getting genetically modified plants
The remaining step is to transfer the modified T-DNA to the plant cells (where
Indicates that the modified T-DNA is stably integrated into the plant cell as part of the plant cell genome.
), Which involve in vitro culture and the actual regeneration to whole plants.
There is technology to do. This technology involves the steps of selecting and detecting transformed plant cells.
And transfer the transgene from the first transformant to a commercially viable culture.
Steps may be included.       [0047]   A major feature of the present invention is the construction of a T-DNA having an inserted plant gene as defined above.
It is. The location of the plant gene insertion site is determined by the sequence transfer near the T-DNA border.
As long as the signaling function is not disrupted, these regions indicate that modified T-DN
Since it is essential for insertion of A into the plant genome, it can be anywhere. Preferred insertion site
Located in the most actively transcribed region, especiallytmlGenes, and
, Spans map segment 13 as shown in FIG.HindCalled "1.6" in III-f fragment
Area. No phenotype correlates with the latter transcript. The term "1.6" is used here
Means this region of T-DNA that is actively transcribed. Any T-DNA
It can also be obtained from the TIP plasmid. Plant genes are standards well known to those skilled in the art.
Skill It is inserted by operation. Inserted plant residue regarding the direction of transcription and translation of endogenous T-DNA gene
The direction of the gene may be either, and one of the two possible directions functions. A certain inheritance
When the offspring are inserted at different positions in the T-DNA, factors such as chromatin structure may occur.
Therefore, differences in the expression levels will occur. Phaseolin gene is Agrobacterium
PTi15955, an octopine-type plasmid from TumefacienstmlWithin the gene
ofSmaWhen inserted at the I site, it reaches an easily detectable expression level.       [0048]   A simple method for inserting a plant gene into T-DNA is the shuttle vector described above.
This is because T-D incorporated into a replicable plasmid in Escherichia coli
It has an NA segment (a segment expected to be inserted here). This T-DNA
The segment preferably has one restriction site specific for the shuttle vector.
Plant genes can be inserted at specific sites within the T-DNA segment. And this
The shuttle vector is a suitable Agrobacterium strain, preferably a T-
DNA is transferred to cells of a strain having homology to the T-DNA segment of the shuttle vector.
Is done. Transform the transformed Agrobacterium strain into an existing segment of the Ti plasmid.
Homologous recombination expression that replaces a DNA fragment with a shuttle vector T-DNA segment
Elephants are grown under conditions of choice.       [0049]   In accordance with the policies set forth herein, the modified T-DNA may be combined with any technique known in the art.
More can be transferred to plant cells. For example, this transfer is incorporated into T-DNA.
Direct infection of plasmids of a novel Agrobacterium strain containing isolated plant genes
Or most easily achieved by co-cultivation of Agrobacterium strains and plant cells.
It is. The former technique, direct infection, eventually causes the tumor site or crown
Results in the appearance of rules. Crown gall cells are then expanded in culture and
Under suitable circumstances known to the trader, a complete plant with an inserted T-DNA segment
Play it. Certain parts of the plant cells are transformed by the co-cultivation method. Immediately
The T-DNA is transferred into the cell and inserted into the genome of the plant cell. In any case,
Must select or search for transformed cells to distinguish them from untransformed cells
. Selection is performed using a selectable marker incorporated into the T-DNA together with the plant gene.
To This is easily achieved. For example, the nopaline synthetase promoter
Dihydrofolate reductase or neomycin fas
There is a photransferase. Each of these markers is methotrexate or
Or by growth on media containing kanamycin or their analogs
. In addition, T-DNA can be used as an endogenous marker, such as in hormone-
Genes or genes that regulate dependent growth and abnormal forms of the Ri-induced tumor route
Genes or groups of genes that you control, and toxic compounds such as amino acid analogs.
Genes that control the resistance (the resistance is provided by opin synthetase)
With groups. Search methods familiar to those skilled in the art include measuring opine production,
Specific hybridization to RNA or T-DNA sequences, or
ELISA (short for enzyme-linked immunosorbent assay), radioimmunoassay, and
There are immunological analyzes of specific proteins such as Estan's blot.       [0050]   Another method of shuttle vector operation involves inserting T-DNA or plant genes into it.
Plasmid containing the modified T-DNA, ie, independently in the Agrobacterium strain.
There is the use of a replicable plasmid. Recent sources show that Agrobacterium strains
Acts on a trans which has the function of promoting the transfer of T-DNA to plant cells.
If the T-DNA of such a plasmid is
Has been shown to be transferable from plant strains to plant cells. Including T-DNA
Plasmids that can replicate independently in Agrobacterium strains are referred to herein as "sub-
TIP "(sub-TIP) plasmid. There is a range of variation, where" sub-TIP "
IP "plasmids differ in the amount of T-DNA they contain.
Indicates that all of the T-DNA from the TIP plasmid remains, especially "small TI
It is called P "(mini-TIP) plasmid. The other end of the range is the T-DNA border
Everything is missing except for a minimal amount of DNA around. The remaining part is the host
This is the minimum amount that can be transferred and integrated in cells. Such a plasmid is
The sub-TIP plasmid is small and directly manipulated.
It has the advantage of being relatively easy to make. After inserting the desired gene,
Easy to plant cells containing trans-acting genes that promote T-DNA transfer Can be introduced. Introduction into Agrobacterium strains is transformation of Agrobacterium strains
Alternatively, simplicity can be achieved by conjugation transfer from donor bacterial cells, a technique well known to those skilled in the art.
Achieved in flight.       [0051]   Regeneration is achieved by known techniques. The purpose of the regeneration step is normal, but
Obtaining the whole plant to grow and reproduce while retaining the integrated T-DNA.
You. The technique of regeneration is, according to principles known in the art, the origin of T-DNA, where
Will vary somewhat depending on the nature of the modification of E. coli and the species of the transformed plant. Ri-type
Plant cells transformed with T-DNA can be used without any additional experiments by known techniques.
Is easily reproduced. A plant cell transformed with Ti-type T-DNA is an example.
Can be regenerated by appropriately manipulating the hormone levels in the culture. However
Preferably, the Ti-transformed tissue is one in which the T-DNA is one of the Tmr and Tms genes.
Or, if both are mutated, it's the easiest to regenerate. Failure of these genes
Activation restores the hormonal balance of the transformed tissue to normal and reduces the
Can be manipulated very easily so that playback is easy.
Resulting in plants with normal hormonal physiology. In some cases, the tumor cells are
Having an integrated T-DNA such as nopaline synthetase and
Regenerate sheets expressing the gene, and also shoots expressing the inserted plant gene
Can be made. This shoot is vegetatively thin by cutting it to a plant with roots.
Spores and can produce fertile flowers. The shoot has T-DNA in this way.
Then, it becomes a parent plant of a normal progeny plant expressing the plant gene inserted therein.       [0052]   The genotype of the transformed plant tissue is often found in cells grown in vitro.
Easy to choose by being nurtureable and reproducible. Cultural changes of agricultural interest
If the cultivar is not adapted to these operations, there is more room for variation.
Transformation is done first. After regeneration, the newly introduced foreign plant genes
The desired agronomic cultivar can be produced using techniques known to those skilled in the art of plant genetics.
Easily populated. Exchange of the transformed plants with these agronomically cultivated varieties
The distribution gives the first hybrid. These hybrids are then transformed into the desired genetic background Can be crossed with other plants. The progeny were then ligated with the integrated T-DNA
The presence or absence of a new phenotype as a result of the expression of the inserted plant gene
Searched and selected sequentially. In this way, after many backcrosses and selections
Together with the inserted plant gene, a genotype that is essentially identical to the agriculturally desirable parent strain.
Thus, plants can be produced.       [0053]     【Example】   The following examples are provided by those skilled in the molecular biology and manipulation of TIP and Agrobacterium.
It makes use of many well-known and acceptable techniques;
, Not always detailed. Enzymes are obtained from commercial sources.
It is used in accordance with Underwood's advice or other variations known in the art. Reagents, buffers
Liquid and medium conditions are also known in the art. About such standard technology
Reference studies include: Wu, ed. (1979) Meth. Enzymol.68J.H.
Miller (1972)Experiments in Molecular GeneticsR. Daviset al. (1980)A
dvanced Bacterial Genetics; and R.F.Schleif and P.C.Wnesink (1982)Pra
ctical Methods in Molecular Biology.       [0054]   Except for plasmid IIc, the plasmid is a plasmid only, for example, p
Precede the display with "p" as in 3.8 or pKS4. Cells containing the plasmid were identified
Cells and plasmids shown in parentheses.
Bacterium tumefaciens (pTi15955) or K802 (pKS4-KB). The table below
1, 2, 3, 4 and 5 are useful for identifying plasmids and their relationships
Provide a good index. Table 6 below shows the deposited bacteria. FIG. 1 shows an embodiment.
5 provides an informative comparison of the constructs described in 5, 6 and 8.       [0055] [Table 1]       [0056] [Table 2]     [0057] [Table 3]     [0058] [Table 4]     [0059] [Table 5]       [0060] [Table 6]      [0061] (Example 1)   The purpose of this example is to eukaryotic non-T-DNA under the control of its own promoter.
Is to teach the expression of the gene.       [0062]1.1 Preparation of special plasmid derivatives   The restriction site isHindIII digestion, single-stranded sticky ends with DNA polymerase I
Filling, blunt end ligation, transformation to K802, tetracycline resistance
Selection, plasmid isolation from drug-resistant clones, and their unique limitations
Plasmid pBR322 was used to confirm the removal of the Removed. This plasmid was transformed into p350 (pBR322-HindIII).       [0063]1.2 Preparation of shuttle vector   p203 isBamDigested with HI and its T-DNA Bam17 fragment (see FIG. 2)
It was isolated by elution from the gel after gel electrophoresis. This fragmentBamHI
Was mixed and ligated with p350 linearized in, and the reaction was transformed into K802
Was replaced. Plasmids isolated from ampicillin-resistant transformants appear on restriction map
Characterized bySmaDigest with I and blunt endsHindLinked to III linker
.HindIII Sticky endHindExposed by cleavage with III, the linear plasmid
Transforms itself into K802 after circularizing itself by ligation
Was.       [0064]   Plasmids isolated from ampicillin-resistant transformants are characterized by restriction areas.
The structure of the plasmid, as shown in FIG. 3, is named p395.
Was. p376, discussed below, was also isolated at this point (FIG. 3). p395 isBa
mDigested with HI and the Bam17T-DNA fragmentSmaI siteHindIII
Converted but eluted following agarose gel electrophoresis. This Bam17 fragment isB
glIt was mixed and ligated with pRK290 linearized in II. The reaction was transformed into K802
After selection, the transformant prepares a plasmid characterized by a restriction map
Used to This particular plasmid was named p490-8 / 14.       [0065]   p376 has its origin as described above in this example,SmaI, now,HindIII characteristics
It was converted, but was found to have a deletion of about 0.8 Kbp to the right. P3 on
Equivalent to that Bam17, as was done for 95BamHIT-DNA fragment separated
AndBglIt was ligated to pRK290 which had been linearized in II. Transformation selection, plus
After mid isolation and characterization, the particular plasmid was named p458-1.       [0066]1.3 Kanamycin resistance and phaseolin gene insertion   Fragment carrying the phaseolin geneHindIII From digested pKS-KB3.8, Agaro
Prepared by gel electrophoresis. This fragmentHindP490- linearized with III It was mixed with 8/14 and linked. Kanamycin-resistant transformant of K802
It was used to prepare a mapped plasmid. Two components are isolated
P499 / 6/7 had a bean (base) sequence to the right of kanamycin resistance (Figure 4).
) And p499 / 6/8 was in the opposite direction (Figure 7).       [0067]   PKS-KB3.8 with purified phaseolin geneHindIII fragment alsoHind
It was mixed with p458-1 linearized in III and ligated. The plasmid is again
Restriction maps were prepared from namycin-resistant transformants. Again, both directions are isolated
P496-2 (Fig. 6) and p496-1 (Fig. 7) are each to the right of the kanamycin resistance gene.
And had Phaseolin on the left.       [0068]1.4 Double homologous recombination of Ti plasmid   The phaseolin and kanamycin genes were as described in Example 14
The plasmid is contained in the Ti plasmid maintained in C. tumefaciens cells.
I was impregnated. Two Ti plasmids were used as recipients: pTi159
55 is an octopine-type plasmid; and pTiA66 is Agrobacterium IS (insert
In) Does not work due to natural insertion of sequencetmsA6 octopine-type plastic with gene
It is a strain derived from Sumid. Defined in p499 / 6/7, p499 / 6/8, p496-2 and p496-1
The pTi15955 plasmids containing the modified structures are p529-8, p529-7, p529-11 and p529-2, respectively.
It was named. The same structures in pTiA66 are p539-6, p539-5, p539-2 and p539-1, respectively.
It was named.       [0069]1.5 Plant infection   Agrobacterium tumefacier containing p529 and p539 series Ti plasmids
The cells are stuck with a needle and infect the sunflower plant stem by injecting certain bacterial cells.
Used to make.       [0070]1.6 Phaseolin detection   Phaseolin protein chains were analyzed by ELISA as described in Example 14. A gall was detected. All humps tested include phaseolin
The amount was 20 n / g of fresh weight of tissue.
It varies between g and 0 ng, with an average of about 10 mg / g. Protein denaturing gel (SDS-PolyA
(Crylamido) by Western blot analysis
It showed a fairly small but apparently high molecular weight separated band. The exact number of bands
The size varies between hosts, which is the host's specific post-translational processing.
Is the result of       [0071]   The messenger RNA strand of phaseolin was synthesized as described in Example 12.
, Was detected in the hump. All humps tested were phaseolin (RNA
) Strand was found to be contained in the poly (A) 5 + 4 RNA fraction;
About 0.005% of the total poly (A) RNA. Denatured DNA gel (methylmercury-
Agarose) Northern blot analysis shows the original phaseolin message.
A large molecular weight separated band of the same size as the RNA (1.6 Kbp).
. Phaseolin was also infected by the pTiA66 vector by ELISA
Detected in shoot-tissues from cells.       [0072]   Detection of both phaseolin protein and phaseolin messenger RNA signals
The amount to be modified is the amount of agro with unmodified pTi15955 and unmodified pTiA66.
Isolate crown gall transformed with B. tumefaciens
It is remarkable and substantial above the noise level observed when analyzing.       [0073] (Example 2)   This example demonstrates that the complete phaseolin gene can be obtained using the T-DN taught in Example 1.
Teaches insertion into T-DNA similar to A. This configuration is nopaline Ti plastic
Carries the sequence inserted into the nopaline synthesis gene region in the pmidC58, a pmid
Utilizes a shuttle vector designed to:       [0074]2.1 Structure of shuttle vector   The nopaline-type plasmid pTiC58 (FIG. 8a)SmaDigested with I, nopaline synthetic heredity
The offspring-encoding fragment was isolated by agarose gel electrophoresis. This fragment
BglA blunt end ligation to the II linker, which thenBglExposed by digestion by II
I was made to. The resulting DNA fragment isBglPRK290 linearized by II (Fig. 1
0). Selected by tetracycline after transformation into K802
The plasmid was isolated and a restriction map generated. That particular plus
The mid was named pCF44A (FIG. 8b).       [0075]   FourClaThe I site was created by recutting pCF44A twice in successionClaI feeling
Changed to a receptive site. The plasmid isXhoDigested with I, religated on its own
And transformed into K802. After selection, plasmid isolation and restriction
After creating the diagram,XhoI fragment (twoClaA suitable plasmid (with an I site)
Was digested with ClaI, religated on its own, and transformed into K802. Choice
After plasmid isolation and restriction mapping, a second deletion of the plasmid (this
Each ClaI fragment has all but the 5 'end of the nos gene) with pKS-nopIV (
9, 8, and 8c).       [0076]2.2 Insertion of Kan / bean gene   pKS-KB3.8 (Fig. 11)ClaKanamycin resistance and phaseoli digested by I
A 6.0 Kbp fragment carrying the gene was isolated by agarose gel electrophoresis. This fragment
ToClaMix with pKS-nopIV linearized with I, ligate and transform K802.
Transformation resistant to kanamycin and tetracycline and sensitive to ampicillin
Plasmids isolated from the strain were restriction mapped and had the structure shown in FIG.
One plasmid was named pKS-nopIV-KB3.8 # 5. Phaseolin gene is Kanamai
A similar clone located to the left of the syn-resistance was found and named pKS-nopKB3.8 # 3
Was. [0077]2.3 Transfer to Ti plasmid and plant infection   The three-parent crossing technique (see the prior art and Example 14) was performed using the nopaline-type Ti plasmid, pTiC
Used to transfer the above structure to 58. pKS-nopIV-KB3.8 # 3 and # 5 Each of the Ti plasmids C58-nop-KB # 3 and pC58
-nop-KB # 5 was characterized by restriction mapping and Southern blot analysis. Part 2
Bacteria containing any of the two plasmids (these plasmidsnos5 'end of gene
Sequence from the end andnosKanamycin / phase present in the sequence on the 3 'side of the gene
Have any direction of the fragment of the Olin gene) to inject the bacteria
Were used separately to infect the stems of sunflower plants.       [0078]2.4 Detection of expression   Expression of the phaseolin gene was determined by ELISA as in Example 13.5.
Detected throughout the warrior's hump organization.       [0079] (Example 3)   This example is phaseolin, which isPhaseolus vulgaris Many seeds of L.
It is a storage protein, the manipulation of its gene, the vector described in various alternative examples.
Teaches the procedure for inserting the phaseolin gene into the protein.       [0080]3.1 Subcloning of phaseolin gene   Charon 24A AG-PVPh177.4 (or 177.4; S.M.Sunet al. (1981) Nature289
: 37-41, J.L.Slightomet al. (1983) Proc. Natl. Acad. Sci. USA80; FIG. 14)
Genetic clone of phaseolinBglII andBamDigested with HI. Phaseoli
The 3.8 kbp fragment containing the gene and its flanking sequence were analyzed by agarose gel electrophoresis.
Are isolated byBamMixed with pBR322 (FIG. 12) linearized with HI,
Connected. The mixture was transformed into HB101 and resistant to ampicillin. Colonies sensitive to tetracycline were selected. Simply from these colonies
A restriction map of the released plasmid was created. Plasmid having the structure shown in FIG.
Was selected and named AG-pPVPh3.8 (or p3.8).BglII andBamHI site
Interconnection inactivates both sites.       [0081]   Another subclone of 177.4 isEcoConsisting of digestion by RI,
7.2k including all but the 3 'side sequence and the 5' end of the phaseolin gene
After isolation of the bp fragment and selection of HB101 transformants for ampicillin,
A restriction map was created. pBR322HindThe III site is the 5 'end of the phaseolin gene
Plasmid inserted in the direction adjacent to the end and in the 3 'untranslated region end
Was named AG-pPVPh7.2 (or p7.2; FIG. 15; Sunet al. And Slightom
et al., Id.).       [0082]3.2 Cloning and isolation of kanamycin resistance gene   pRZ102 (R.A. Jorgensonet al. (1979) Mol.gen.Genet.177; 65-72)
This is a colicin E1 plasmid carrying a copy of the
IsBamHI andHindDigested by III and previously linearized by the same two enzymes
It was mixed with pBR322, ligated and transformed into K802. Ampicillin and Kanamai
Plasmids isolated from transformants selected for both resistance to syn were
A diagram was created, and the plasmid having the structure shown in FIG. 16 was named pKS-4.
.       [0083]3.3 Ligation of kanamycin resistance to phaseolin gene   p3.8 isClaI andBamPBR322 digested by HI and with phaseolin gene
The 4.2 kbp fragment containing the sequence was isolated by agarose gel electrophoresis. this
Is pKS-4 (Figure 16)ClaKanamycin from pBR322 (FIG. 12) linearized with I
Tn5 with resistance (neomycin phosphotransferase II, NPTII) geneCl
aI /BamMixed with HI fragment. The mixture was ligated and transformed into K802
Was. Plasmid isolation after selection of colonies resistant to ampicillin and kanamycin
And created a restriction map. The colony having the structure shown in FIG. 11 is pKS-KB3.8
It was named.       [0084]   p7.2 isEcoRI andBamDigested with HI and the 5 'end of the phaseolin gene
The 3.0 kbp fragment with everything but was isolated by agarose gel electrophoresis. This corresponds to the kanamycin gene derived from pKS4 (FIG. 16).HindP linearized by III
Tn5 with BR322 (Figure 12)HindIII /BamMixed with HI fragment. The mixture is
And transformed into K802. Colonies resistant to ampicillin and kanamycin
After selection, the plasmid was isolated and restriction mapped. Structure shown in FIG.
The colony with was designated as pKS4-KB3. Within pKS4-KB, phaseolin is a dead
Sequence coding for the 5'-most end of the gene and all 5 'flanking regions have been lost
(See FIG. 14).       [0085] (Example 4)   This example teaches how to remove introns from a gene. This is a gene
It is the same as placing cDNA in a genomic environment. Unprocessed (unp
restriction sites found in both exons at the 5 'and 3' ends of the transcribed
Or by specific mutations on the site. These sites are
Present in both strands and cDNAs. DNA containing interspersed introns is
CD that can be removed from the loan and has no intron equivalent over two sites
Replaced by a fragment of the NA clone. The reverse operation is also possible: int
The gene sequence containing Ron may be placed in a cDNA environment. Some are genetic claw
The internal fragment of the clone is inserted into the corresponding gap of the cDNA clone. This latter
Method is similar, but introns are chosen to make the fragment
Often, it is technically more difficult than to include sites that are sensitive to certain enzymes. this
Difficulty is careful selection of partial digestion conditions and desired fragments by agarose gel electrophoresis
Was overcome by purification. A further adaptation of this strategy is that individual genes within a gene
Operating the intron without affecting other introns and exons, and
And when undesired intervening restriction sites are present in the intron as described above.
Includes a stepwise exchange of sequences.       [0086]4.1 Replacement of Phaseolin Intron-Containing Fragment with cDNA   P3.8, a plasmid clone of phaseolin and its side sequence,EcoRI andS
acEach fragmented partially and completely with I. Then, the pBR322 vector and its Agarose gel electrophoresis of a 6.4 kbp fragment containing both the 5 'and 3' ends of the
Was isolated. pcDNA31 (p of cDNA created from phaseolin mRNA)
BR322 plasmid clone)SacI andEcoPartially and completely disassembled by RI
1.33 containing the entire phaseolin cDNA except the most 5 'and 3' terminal sequences
The kbp fragment was isolated by agarose gel electrophoresis. These two fragments are
They were ligated together and transformed into HB101. After colony selection, bacterial growth,
Isolate the plasmid, create a restriction map, and confirm that the plasmid has the desired structure.
And confirmed. This plasmid was named p3.8-cDNA (FIG. 18). All of that
The structure is shown in FIG.       [0087]4.2 Use of p3.8-cDNA   p3.8-cDNA is a substitute for the source of genetic DNA, such as p3.8 used in all other examples.
Note that you can. And the p3.8-cDNA when used in that way has an intron
It will result in a different analogous structure, such as one that is missing. Or this
The strategy can be used to remove introns from already created structures.       [0088] (Example 5)   The purpose of this example was to construct pTi15955 and other octopine Ti plasmids.tms(Bud "shoo"
ting "locus)tmrTi plasmid deleted through (root "rooting" locus)
Is to cause This derivative ensures that the transformed cells are intact.
Complete to regenerate into plantstmsWhentmrTransformed by pTi15955 with the gene
This is useful because it is simpler than open cells.       [0089]   tms-tmrThe deleted pTi15955 is finally replaced in two ways:tms-tmrInactivation
And insertion of foreign genes. These two transformations are set at different positions in the T-DNA.
Each conversion is then independently inserted by a different shuttle vector. To conversion
Each successful shuttle vector was selected separately, and
Requires the use of at least two markers that can be selected in the above. Usual kanamai
In addition to syn-resistance, this example utilizes chloramphenicol resistance from pBR325. Was.       [0090]5.1 Construction of chloramphenicol resistance gene clone   pBR325 isHincDigested by II, blunt endsHindLinked with III linker.
The result isHindIII digested and religated
Nicole resistance (cam) And named pKS-5 (FIG. 19). this is,cam
Contains genesHindIII /BclServes as the origin of the I fragment.       [0091]5.2 Construction of pBR322 clone of T-DNA with deletion and cam gene   The 9.2 kbp linearized DNA fragment wasHindIII Complete disassemblyBamSimple from HI partial decomposition
Released (FIG. 31).camThe gene-bearing fragment was isolated from pKS-5 and had a 9.2 kbp line.
Mixed with the ligated fragments, ligated,E.coliTransformed into chloramphenicol
Selected for resistance and named pKS-oct.Cam203 (Figure 20).       [0092]   pKS-oct.Cam203 may be used to construct many TL deletion mutants of pTi15955
Plasmid clone. Contains the right arm of TL and the resistance gene to the left of the right arm
. The various left arms of TLcamTo the left of the gene (HindIII site). For example,
And once p102 is attached, the deletion is 5.2 kbp long, andtmsWhentmrAll of
Including. If p103 is attached, the deletion will be 3.2 kbp long,tmsPart oftmr
Including all of See FIG.       [0093]   pKS-oct.Cam203 isHindDigested by III. p102 or p103HindBy III
Digested and fragments of 2.2 kbp or 2.0 kbp T-DNA were isolated and linearized.
Ligation with pKS-oct.Cam203, transformation, and the resulting pKS-oct.del II (Fig.
21) or pKS-oct.del I (FIG. 22) was isolated. These structures are
To Agrobacterium tumefaciens, homologous recombination, and
And chloramphenicol resistance. Or one using established methods
The structure of the plasmidBamLinearized with HI, and pRK290BglConnect to II site
This inserted the structure into pRK290.       [0094] (Example 6)   The Ti plasmid was used in this example.tmrInHpaFrom the I sitetmlInSmaBetween the I sites
Mutated by deleting T-DNA. The Ti plasmid that can be modified is pTi1
Includes 5955, pTiB6, pTiA66 and others. This configuration is shown in FIG.       [0095]6.1 Isolation of the cam gene   pKS-5 (Fig. 19)HindIII andBclDigested by I. Example with smallest fragment
Isolated after separation on an agarose gel as taught in Section 5.       [0096]6.2 Construction of T-DNA pBR322 clone with deletion   Right hand arm of T-DNA deletion is p203SmaI siteBglBy inserting the II site
(See FIG. 23). p203 isSmaDigested by I,BglDigested in II
And religated and transformed into K802. In another configurationBamHI linkerBglII
Substitutes forBamThe HI partial isolate is isolated. As a result
The resulting plasmid is p203-BglNamed II, andBglII andHindErased by III
Be transformed into Its big containing fragmentsBglThe II / HindIII vector was described in Example 6.1.
The chloramphenicol resistant fragment isolated as described was ligated. K
Loramphenicol resistance is selected after transformation into K802. The resulting program
Rasmid is named p2f (FIG. 23).       [0097]6.3 Composition of left hand arm of T-DNA deletion clone HindIII site is p202HpaI site,HpaDigest with I andHindLink with III linker
It is inserted by doing.HindAfter exposure of sticky ends by digestion with III,HindI
2 kbp with II endHpaThe I fragment is isolated.HindIII terminalHpaI fragmentHindIII minutes
Thaw and transform into K802. After colonies containing the desired components have been isolated,
The plasmid is then named p3e (FIG. 24).       [0098]6.4 Construction of T-DNA deletion clone   The clone's left-hand arm was eluted from an agarose gel after electrophoresis.
, P3eHindObtained by purifying the 2 kbp fragment of III digestion. p2fHindIII
And treated with alkaline phosphatase, mixed with the 2 kbp fragment
Ligated, transformed into K802, and selected for chloramphenicol resistance
You. Plasmids are isolated from individual colonies and characterized by restriction mapping
Can be A plasmid having two arms in the desired vertical arrangement direction was selected, and pKS-oc
It is named t.del III (FIG. 25).       [0099]   pKS-oct.del III, Agrobacterium tumefaciens
And homologous recombinants were selected by selection with chloramphenicol.
Selected. Sunflower and tobacco roots and shoots are mentioned in other examples
And the resulting tumor is tested for orpin.       [0100] (Example 7)   This exampletmrWhentmlAnd teaches a configuration for deletion of
You.       [0101]7.1 Construction of chloramphenicol resistance with BglII site   pBR325 isHincDigested by II, blunt endsBglLinked to the II linker,Bgl
It is digested and religated by II (FIG. 26). Chloramphenicol resistance is K802
Or after transformation of GM33. The resulting plasmid, pKS-6,camRemains
Have a geneBglII /BclServes as a source of I fragments.       [0102]7.2 Construction of tmr, tml deletion clone   p203 isHpaI andSmaDigested by I. Blunt endsBglAfter linking with II linker,Bgl
Digested by II,BglThe cohesive ends were exposed and religated, and transformed into K802. Place
The desired structure is confirmed and named p2 (FIG. 27).       [0103]7.3 Construction of T-DNA deletion clone (pKS-oct.del IIIa) camHave a geneBglThe II fragment was isolated from pKS-6,BglConnect to p2 cleaved at II
Is done. Chloramphenicol resistance is selected after transformation of K802. as a result
The resulting plasmid was named pKS-oct.del IIIa (FIG. 28) and is described in Example 6.4.
Tested as stated.       [0104] (Example 8)   The purpose of this construction is to insert the chloramphenicol geneHpaPart onlyt
mrIt is to provide an example of mutation of the locus. This gene is derived from pKS-6BglII /Bcl
Isolated as an I fragment, p203BglConverted to II siteHpaConnected to the I site.       [0105]8.1 Conversion of Hpa site to BglII site   p203 isHpaDigested byBglII linked to a linker,BglCut by II
, Are reconnected. After transformation of K802, colonies were selected,BglFor insertion of II site
The search is performed by creating a restricted map (FIG. 29).       [0106]8.2 Isolation of cam gene   pKS-6 isBglII andBclDigested by I. The smallest piece is agarose
Isolated by gel electrophoresis.       [0107]8.3 Construction of Mutant T-DNA Clones   The modified p203 from Example 8.1 isBglII digested from Example 8.2
PreparedcamLinked to the gene and transformed into K802. Chloramfe
Selected for Nicole resistance, isolated from resistant transformants, and mapped with restriction enzymes
After characterization by PCR, the plasmid is named pKS-oct.tmr (FIG. 30).
.       [0108] (Example 9)   Regeneration in this example is a ninth stimulus stimulated by the Ri based TIP plasmid. Gin tumors, essentially comprising M.-D. Chiltonet al. (1982) Nature295: 432
Performed as described by.       [0109]9.1 Infecting hairy roots   The discoid structure of carrots is about 10% in 0.1 ml of water.9Cells are inoculated. Obtained root
(root) 1 to 1.5 cm of the end is cut off and lacks hormones (1 to 1.5%
Agar) Monier medium (D.A.Tepfer and J.C.Tempe (1981) C.R.Hebd.Seanc.Acad.Sc.
i., Paris295: 153-156) and grown at 25-27 ° C in the dark. By bacteria
Uncontaminated cultures were transferred every 2-3 weeks and lacked hormone and agar Monier
It is further planted and cultured in a medium.       [0110]9.2 Regeneration of roots into plants   Root tissue cultured as described in Example 9.1 contained 0.36 μM 2,4-D.
Place on solid (0.8% agar) Monier medium supplemented with 0.72 μM kinetin
You. Four weeks later, the resulting callus tissue is a liquid Monier that lacks hormones.
Place in medium. During the one month, keep warm in a shaker (150rpm) at 22 ℃ ~ 25 ℃
Calli are separated into suspension media and embryos differentiated, containing hormone-free Monier media.
When placed in a bird dish, it grows into a seedling. These seedlings grow in the medium and gradually decrease
After "hardening" by exposure to humid air, the greenhouse or garden (
Field plot).       [0111]9.3 Use of non-hairy root vectors   FunctiontmrGene-free Ti-based vectors are described in Examples 9.1 and 9
. Used in place of Ri-based vectors as described in 2. Appropriate
The construction of the various deletions is described in Examples 6, 7 and 8.       [0112] (Example 10)   Regeneration in this example was stimulated by a Ti-based TIP plasmid
Including tobacco tumors, essentially K.A.Bartonet al. (1983) Cell32: 1033-10 Performed as described by 43.       [0113]10.1 Crown Gall Infection   Tobacco tissue was first described in A.C. Braun (1956) Canc. Res.16: 53-56
Thus, it is transformed using a method utilizing the converted stem fragments. The stem is a 7% quotient
The surface is sterilized with commercialized Chlorox and 80% ethanol, and sterilized distillation
Rinse with water, cut into 1 cm sections, and agar solid MS medium lacking hormone (T. Murashig
e and F.skoog (1962) Physiol.Plant.15: 473-497) in the Petri dish containing
Place. Inoculation is performed by injecting the bacteria into the cut basal surface with a needle.
More accomplished. Stems are cultured in the light at 25 ° C. for 16 hours per day. Callus that grew up
calli) is removed from the upper surface of the stem section and contains 0.2 mg / ml carbenicillin
Placed on a solid MS medium lacking a porcelain solution, and three times a month, sometimes with new MS
Transfer to Rubenicillin Medium and see if cells are floating in the medium
Tested. Sterile tissues were grown under medium conditions as described above (25 ° C .; 16 hr .: 8 hr.
(Dark place) in solid MS medium without supplementation.       [0114]10.2 Transformed tissue culture media   Clones were from A. Binns and F. Meins (1979) Planta145: 365-369
Obtained from sterile tissue transformed as described. Calli is 2
Or 3 days in liquid MS with 0.02mg / l naphthaleneacetic acid (NAA) at 25 ° C
Into a cell suspension, while shaking at 135 rpm, 543 and 2
Filtered through a 13 μm stainless steel screen. The filtrate passed through is concentrated to 0.5
% Dissolved agar, 2.0 mg / l NAA, 0.3 mg / l kinetin and 0.4 g / l Difco yeast
Approximately 8 × 10 5 ml of MS medium containing extractThreePlated at a concentration of ml of cells
. Colonies that reached a diameter of about 1 mm were picked at the tip of a scalpel, and 2.0 mg / l NAA and 0.3 m
Place on solid MS medium containing g / l kinetin and grow. Raw as a result
Calli were split individually and tested for the transformed phenotype.
You.       [0115]10.3 Plant regeneration   The transformed clone is placed on a solid MS medium containing 0.3 mg / l kinetin,
Cultured as described in Example 10.1. The forming buds are 1/10 strength M
S medium salt, containing 0.4mg / l thiamine, lacking sucrose and hormones
And root them by placing them on a solid (1.0% agar) medium at pH 7.0. root
The plantlets were grown in medium and described in Example 9.2.
As harder, in either a greenhouse or a garden (field plot)
Transferred to soil.       [0116]10.4 Vectors used   The method described in Examples 10.1, 10.2 and 10.3 works
tmrSuitable for Ti-based vectors lacking the gene. The proper construction of the deletion is actually
It is described in Examples 6, 7 and 8. These methods are also based on Ri-based vectors
Effective when used with. Infection of the stem fragment converted in Example 10.1
Are often used to establish TIP-transformed plant cell lines.
Useful.       [0117] (Example 11)   Fosseolin isPhaseolis vulgarisAbundant storage protein (about 50% of total seed protein
). Transfer of a functional foseolin gene to alfalfa plants and fosse
Translation of foseolin, which is stored in Olin Messenger RNA, is
Significant economic value because white synthetic is introduced into leaf material to be used as livestock feed
Have. Alfalfa is a valuable plant for the transfer and expression of the foseolin gene.
Things. Because it is the acceptor as livestock feed,
It grows quickly and can fix nitrogen through symbiosis with rhizobium,
Susceptible to infection with Ngol and can be converted from single cells or protoplasts to alpha
This is because regeneration into rufa plants is possible.       [0118]   This example demonstrates the introduction of an expressible foseolin gene into a complete alfalfa plant
Teach.       [0119]11.1 Construction of shuttle vector   Alfalfa plants are genetically engineered ag
Regenerated from crown gall tissue containing Robacterium plasmid. First stage
So we engineered a functional foseolin genetmr -Whentms -T-DNA transformation
Construct a "shuttle vector" containing the variant. This configuration has a functioning
Omycin phosphotransferase (NPT II) structural gene (kanamycin resistance
Recombination with a nopaline synthase promoter (M.-D.Chilton,e
t al(18 January 1983) Reported by 15th Miami Winter Symposium; J.L.
Marx (1983) Science 219: 830 and R. Horsch et al. (18 January 1983) 15th
 Miami Winter Symposium). This type of configuration is described in Example 1.
I have.       [0120]11.2 Transfer to Agrobacterium and plant cells   The "shuttle vector" was then used in the prior art (Example 14) such as pTi15955.
It is transformed into a strain of Agrobacterium containing the Ti plasmid. Recombination
Bacteria containing the plasmid have been selected and the cell wall regenerated
Co-cultured with Alfa (Martonet al. (1979) Nature277: 129-131;
 G.J.Wullemset al. (1981) Proc. Nat. Acad. Sci. USA78: 4344-4348; and R.B.
Horsch and R.T.Fraley (18 January 1983) 15th Miami Winter Symposium).       [0121]   Cells are grown in culture and the resulting callus tissue is
Of specific m-RNA by ELISA (Example 12) and ELISA test
Test for the presence of certain proteins (J.L.Marx (1983) Science219: 830; R.B.Horsc
h andR.T. Fraley (18 January 1983) 15th Miami Winter Symposium).       [0122]11.3 Plant regeneration   The alfalfa plant was then A.V.P. Dos Santoset al. (1980) Z. Pfla
nzenphysiol.99: 261-270; T.J.McCoy and E.T.Bingham (1977) Plant Sci. Lette
rsTen: 59-66; and K.A.Walkeret al. (1979) Plant Sci. Letters16: 23-30
Is regenerated from callus tissue in a manner similar to that previously used. This
These regenerated plants are then converted to conventional plants, which form the basis for new commercial varieties
Propagated by growth techniques.       [0123] (Example 12)   In all examples, RNA was extracted, fractionated, and probed by the following processing.
Be informed.       [0124]12.1 RNA extraction   This process, Silflowet al.(1981) Biochemis-try13: Modification of 2725-2731
Was. An alternative to LiCL precipitation for CsCl centrifugation is Murrayet al. (1981) J. Mol. Evol.
17: 31-42. 2M rechloride with 2M urea for precipitation
The use of titanium is described in Rhodes (1975) J. Biol. Chem.twenty five: 8088-8097.       [0125]   Tissues were prepared using a Polytron or ground glass homogenizer at 4% para.
Minosalicylic acid, 1% tri-isopropylnaphthalenesulfonic acid, 10 mM dithios
Reitor (freshly made) and 10 mM Na-metabisulfite (freshly made)
Homogenized in 4-5 volumes of cooled 50 mM Tris-HCl (pH 8.0) containing
Was Octanol is used as needed to control foaming
You. Equivalent of tris-saturated phenol containing 1% of 8-hydroxyquinoline
Is added to the homogenate, then shaken, emulsified, and in 20000-30000g
Centrifuged at 4 ° C. for 15 minutes. The upper layer of water is chloroform / octanol (24: 1
) Once and centrifuged as above. Concentrated lithium chloride
The urea solutions are then each added to a final concentration of 2M and the mixture Was left at 20 ° C. for several hours. The RNA precipitate was then removed by centrifugation.
And washed with 2M lithium chloride to disperse the pellets. The precipitate is
Then it is washed with 70% ethanol-0.3M sodium acetate to make a clear solution
Dissolved in sufficient sterile water. Add 1/2 volume of ethanol and mix
The mixture is placed on water for 1/2 hour and then centrifuged to remove miscellaneous polysaccharides.
Was. The RNA precipitate is then regenerated and removed from water or sterile salt-free po
Redissolved in U buffer.       [0126]12.2 Poly (U) / Sephadex chromatography   Two poly (U) Sephadex (trademarks: Pharmacia, Inc., Uppsala, Sweden)
) A buffer solution was used. One is salt-free and contains 20 mM Tris, 1 mM EDTA and 0.1% SDS
I have. The other is the first buffer plus 0.1 M sodium chloride
. In A426, 2X storage buffer needs to be made for good association to occur
. And it is necessary to add some salt. Adjust to final concentration, then buffer
Autoclave the solution.       [0127]   Poly (U) Sephadex was obtained from Bethesda Research Laboratories. Ten
Use 1 g of poly (U) Sephadex for 0 μg of expected poly (A) RNA
Was. Hydrate poly (U) Sephadex in salt-free poly (U) buffer
Pour into the column with the cut. Raise the temperature to 60 ° C and wash the column with salt-free buffer.
Washed until the baseline in mm was smooth. Ultimately, the column is
Equilibrate at 40 ° C. with poly (U) buffer.       [0128]   RNA having a concentration of 500 μg / ml or less was heated in a salt-free buffer at 65 ° C. for 5 minutes. afterwards
After cooling, sodium chloride was added to a concentration of 0.1M. Then Kono
Until the temperature drops to a stable baseline, apply R to the column at a flow rate of 1 ml / min.
Transfer NA. Then, raise the column temperature to 60 ° C and remove the RNA from salt-free poly (U) buffer.
Eluted with buffer. RNA is usually washed out in three column volumes. R eluted
Concentrate with secondary butanol to a volume where NA can be easily used, and add sodium chloride to 10 mM.
Re Then, 2 volumes of ethanol are added for precipitation. Ethanol precipitate
Dissolve in water, NHFour-Add acetate to 0.1M. Then re-sediment with ethanol.
Let it settle. Finally, the RNA is redissolved in sterile water and stored at -70 ° C.       [0129]12.3 Formaldehyde RNA gels and "Northern" blots   The method used is Thomas (1980) Proc. Nat. Acad. Sci. USA77: 5201 and Hoffman,
et al. (1981) J. Biol. Chem.256: 2597.       [0130]   0.75 to 1.5% agarose gel containing 20 mM sodium phosphate (pH 6.8 to 7.0)
Hardened. If an aggregated band of macromolecules appears, 6% or 2.2 M
The experiment was repeated with the addition of aldehyde (using a 36% stock solution). Holmual
The dehydration was added to the agarose after cooling to 65 ° C. Add formaldehyde
And ethidium bromide make discovery difficult. Running buffer is 10 mM sodium phosphate
(PH 6.8-7.0).       [0131]   Prior to electrophoresis, RNA was finalized at 6% formaldehyde, 50% formaldehyde.
Treatment with denaturing buffer of aldehyde, 20 mM sodium phosphate buffer and 5 mM EDTA.
RNA was incubated in buffer at 60 ° C. for 10-20 minutes. Insulation stopped by adding stop buffer
did. For 20 μl sample, 4 μl 50% glycerol, 10 mM EDTA, 5 mM phosphorus
Sodium acid and bromophenol blue were added.       [0132]   Use submerged electrophoresis. Before soaking the gel, the RNA was loaded. And 12
The gel was placed at 5 mA for 5 minutes.       [0133]   Then soak the gel in water and reduce the current to 30mA (overnight) or 50mA (6-8 hours)
Lower. The buffer was circulated and electrophoresis was performed in a cold room.       [0134]12.4 "Northern" blots   No staining for gels blotted to detect specific RNA Was. However, the separated marker lane was used for staining. Staining is 0.1M sodium acetate
Perform the staining with 5 μg / ml bromide bromide and destain in 0.1 M sodium acetate for several hours.
went.       [0135]   Prior to staining, treatment with water at 60-70 ° C. for 5-10 minutes facilitated visual recognition. B
Run lots of gel for 15 minutes with 10x standard salicynoic acid (SSC) -3% formaldehyde
Dipped in If large RNA fractions do not elute from the gel,
Treat in 50 mM sodium hydroxide for 10-30 minutes to cut the RNA before processing.
I understood. If a basal treatment was used, neutralize the gel before blotting and
Should be soaked in formaldehyde. Transfer of RNA to nitrocellulose is standard
Performed by the method.       [0136]   Prehybridization is performed at 42 ° C for a minimum of 4 hours in 50% formaldehyde, 10
% Dextran sulfate, 5XSSC, 5X Denhardt, 100 μg / ml denatured carrier DNA
In 20 μg / ml poly (A), 40 mM sodium phosphate (pH 6.8-7.0), 0.2% SDS
went. For hybridization, add the probe to the same buffer and incubate overnight.
went. Probe is about 5 × 10FiveUsed at concentrations above cpm / ml.       [0137]   After hybridization, nitrocellulose was reconstituted at 42 ° C in 2XSSC, 25 mM phosphoric acid.
Washing was performed many times using sodium, 5 mM EDTA, and 2 mM sodium pyrophosphate solutions.
Finally, it was washed with 1 × SSC at 64 ° C. for 20 minutes.       [0138]   If the filter is not dry during autoradiography,
If the probe has been removed by extensive washing with 64 mM at 1 mM EDTA,
The best results were obtained.       [0139] (Example 13)   "Western" blot (antigen found after SDS polyacrylamide gel electrophoresis)
To do) is essentially R.P.Legocki and D.P.S.Verma (1981) Analyt
. Biochem.111: 385-392.       [0140]   Micro-ELISA (enzyme-linkedimmuno-sorbantassay) for 96 wells
The following steps were performed using an Immulon-2 type plate having a (well).       [0141]13.1 Binding of antibodies to plates   On day one, the wells were diluted 1: 1000 in coating buffer (antibody rabbit).
(Seolin IgG). Incubation was carried out at 37 ° C. for 2 to 4 hours at 200 μl / well. plate
Covered with Saran wrap. Then, place the plate in phosphate buffer-tween (PB
(S-Tween) three times. Each washing step was open for 5 minutes. Then 1%
Of bovine serum albumin (BSA) was added for washing and left for 20 minutes before discarding.
Washing was performed 5 times or more using PBS-Tween.       [0142]13.2 Homogenization of tissue   After cutting the tissue into small pieces, 1 gm of tissue / ml phosphate buffer-tube was added using a polytron.
E-2% polyvinyl, pyrrolidone-40 (PBS-Tween-2% PVP-40)
Mogenized. All samples are before and after crushing and on the phaseolin standard curve.
Before and after preparation, they were stored on ice. A standard curve was generated with the tissue homogenate. So
Standard buffer with buffer to check tissue-dependent phaseolin recovery
I made a line. After centrifuging the homogenized sample,
Then, 100 μl was put into a well and left at 4 ° C. overnight. Each Sun to avoid failure
I did the same thing for two of the pulls. During the incubation, the plate was sealed.       [0143]13.3 Enzyme binding   After incubation overnight, discard the antigen and wash the wells 5 times with PBS-Tween, 5 minutes between each wash
There was an interval between.       [0144]   The conjugate (rabbit anti-phaseolin IgG alkaline phosphatase conjugate) was added to PBS-Twe
Dilute 1: 3000 with en-2% PVP (containing 0.2% BSA) and add 150 μl to each well
. Then, it was kept at 37 ° C. for 3 to 6 hours. After incubation, discard the conjugate and wash the wells with PBS-Tween.
Wash twice. There is a 5 minute interval between each wash.       [0145]13.4 Analysis   Immediately before starting the analysis, a 5 mg tablet of p-nitrophenyl phosphate (Sigma
I got more. And freeze in the dark) and add to 10 ml of substrate until the tablets are dissolved.
Stir. Quickly add 200 μl of room temperature solution to each well. The reaction is carried out for various times (
For example, at t = 0, 10, 20, 40, 60, 90, 120 minutes), Dynatech Micro-ELISA r
It was measured using an eader.       [0146]   p-Nitrophenyl phosphate (colorless) is caused by alkaline phosphatase
Hydrolyzed to inorganic phosphoric acid and p-nitrophenol
Gave the solution a yellow color. It could be measured spectrophotometrically at 410 nm. On detection
The minimum amount that could be cut was less than 0.1 ng.       [0147] (Example 14)   Triparental crosses were generally performed as follows; other modifications known to those skilled in the art may also be used.
Can be.E. coli K802 (shuttle vector based on pRK290)E.
coli(PRK2013) and Agrobacterium tuberculosis resistant to streptomycin
-Crossed with the Mefaciens strain. pRK2013 moves to strains with shuttle vectors
Created a shuttle vector for transfer into Agrobacterium. Strept
Drugs to which mycin and shuttle vectors are resistant (kanamycin or chloram
(Phenicol is often used)
Agrobacterium cells having the shuttle vector sequence were selected. these
With cellsE.coli(PPH1J1) and transfer of pPH1J1 to Agrobacterium cells
Was. Shuttle vectors based on pPH1J1 and pRK290 can coexist for a long time in the same cell.
I can't be there. Media containing gentamicin (pPH1J1 has a resistance gene)
When grown in the ground, cells lacking the pRK290 sequence could be selected. Stre
Puttomycin and gentamicin and kanamycin or chlorampheni
Ko Only cells that are resistant to T.I.T.
It has a plasmid and the desired configuration.

【図面の簡単な説明】 【図1】 本発明の実施例11、12および14で使用されるプラスミドを比較した説明図
である。 【図2】 TiプラスミドpTi15955のT−DNA領域を示す説明図である。 【図3】 実施例1で使用されるp395とp376の作成を示す説明図である。 【図4】 実施例1で使用されるp499/6/7の構造を示す説明図である。 【図5】 実施例1で使用されるp499/6/8の構造を示す説明図である。 【図6】 実施例1で使用されるp496-2の構造を示す説明図である。 【図7】 実施例1で使用されるp496-1の構造を示す説明図である。 【図8】 実施例2で使用される各プラスミドの構造を示す説明図である。 【図9】 実施例2で使用されるpKS-nopIVの構造を示す説明図である。 【図10】 実施例2で使用されるpRK290の構造を示す説明図である。 【図11】 実施例2で使用されるpKS-KB3.8の構造を示す説明図である。 【図12】 pBR322の構造を示す説明図である。 【図13】 実施例3で使用されるp3.8の構造を示す説明図である。 【図14】 実施例3で使用されるファセオリン遺伝子の構造を示す説明図である。 【図15】 実施例3で使用されるAG-pPVph7.2(p7.2)の構造を示す説明図である。 【図16】 実施例3で使用されるpKS-4の構造を示す説明図である。 【図17】 実施例3のpKS4-KBの構造を示す説明図である。 【図18】 実施例4のp3.8-cDNAの作成と構造を示す説明図である。 【図19】 実施例5で使用されるpKS-5の作成を示す説明図である。 【図20】 実施例5で使用されるpKS-oct.Cam 203の作成を示す説明図である。 【図21】 実施例5で使用されるpKS-oct.delIIの構造を示す説明図である。 【図22】 実施例5で使用されるpKS-oct.delIの構造を示す説明図である。 【図23】 実施例6で使用されるp2fの作成方法を示す説明図である。 【図24】 実施例6で使用されるp3eの作成方法を示す説明図である。 【図25】 実施例6で使用されるpKS-oct.delIIIの作成方法を示す説明図である。 【図26】 実施例7で使用されるpKS-6の作成方法を示す説明図である。 【図27】 実施例7で使用されるp2の作成方法を示す説明図である。 【図28】 実施例7で使用されるpKS-oct.delIIIaの作成方法を示す説明図である。 【図29】 実施例8のp203のHpaI部位のBglII部位への変換方法を示す説明図である。 【図30】 実施例8のpKS-oct.tmrの構造を示す説明図である。 【図31】 実施例1でシャトルベクターの作成に用いるp203の構造を示す説明図である。
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is an explanatory diagram comparing plasmids used in Examples 11, 12 and 14 of the present invention. FIG. 2 is an explanatory diagram showing a T-DNA region of Ti plasmid pTi15955. FIG. 3 is an explanatory diagram showing creation of p395 and p376 used in the first embodiment. FIG. 4 is an explanatory diagram showing the structure of p499 / 6/7 used in Example 1. FIG. 5 is an explanatory diagram showing a structure of p499 / 6/8 used in the first embodiment. FIG. 6 is an explanatory diagram showing the structure of p496-2 used in Example 1. FIG. 7 is an explanatory diagram showing the structure of p496-1 used in Example 1. FIG. 8 is an explanatory diagram showing the structure of each plasmid used in Example 2. FIG. 9 is an explanatory diagram showing the structure of pKS-nopIV used in Example 2. FIG. 10 is an explanatory diagram showing the structure of pRK290 used in Example 2. FIG. 11 is an explanatory diagram showing the structure of pKS-KB3.8 used in Example 2. FIG. 12 is an explanatory diagram showing the structure of pBR322. FIG. 13 is an explanatory diagram showing the structure of p3.8 used in Example 3. FIG. 14 is an explanatory diagram showing the structure of the phaseolin gene used in Example 3. FIG. 15 is an explanatory diagram showing the structure of AG-pPVph7.2 (p7.2) used in Example 3. FIG. 16 is an explanatory diagram showing the structure of pKS-4 used in Example 3. FIG. 17 is an explanatory diagram showing the structure of pKS4-KB of Example 3. FIG. 18 is an explanatory diagram showing the preparation and structure of p3.8-cDNA of Example 4. FIG. 19 is an explanatory diagram showing creation of pKS-5 used in Example 5. FIG. 20 is an explanatory diagram showing creation of pKS-oct.Cam 203 used in the fifth embodiment. FIG. 21 is an explanatory diagram showing the structure of pKS-oct.delII used in Example 5. FIG. 22 is an explanatory diagram showing the structure of pKS-oct.delI used in Example 5. FIG. 23 is an explanatory diagram showing a method for creating p2f used in the sixth embodiment. FIG. 24 is an explanatory diagram showing a method for creating p3e used in the sixth embodiment. FIG. 25 is an explanatory diagram showing a method for creating pKS-oct.delIII used in Example 6. FIG. 26 is an explanatory diagram showing a method for producing pKS-6 used in Example 7. FIG. 27 is an explanatory diagram showing a method of creating p2 used in the seventh embodiment. FIG. 28 is an explanatory diagram showing a method for creating pKS-oct.delIIIa used in Example 7. FIG. 29 is an explanatory diagram showing a method for converting an HpaI site of p203 into a BglII site in Example 8. FIG. 30 is an explanatory diagram showing the structure of pKS-oct.tmr in Example 8. FIG. 31 is an explanatory diagram showing the structure of p203 used for creating a shuttle vector in Example 1.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 【請求項1】 (a)植物由来のプロモーターと植物の構造遺伝子とを有する植
物の遺伝子をT−DNAに挿入する工程、それによってT−DNA/植物の遺伝
子結合物を形成し、該植物由来のプロモーターは該植物の構造遺伝子の5’末端
に隣接し、そして該植物の構造遺伝子は該植物由来のプロモーターから転写方向
に下流にある;そして、 (b)該T−DNA/植物の遺伝子結合物を双子葉植物細胞に移入する工程、 を包含する双子葉植物細胞を遺伝学的に修飾する方法。 【請求項2】 前記工程(b)の実行後に、さらに、(c)前記T−DNA/植物の
遺伝子結合物を含んだ植物細胞中で前記植物の構造遺伝子の発現を検知する工程
を包含する、請求項1に記載の方法。 【請求項3】 前記構造遺伝子が1つかそれ以上のイントロンを有する、請求
項1に記載の方法。 【請求項4】 前記植物の遺伝子が種子貯蔵蛋白をコードする、請求項1に記
載の方法。 【請求項5】 前記植物の遺伝子がファセオリンをコードする、請求項1に記
載の方法。 【請求項6】 前記T−DNAと植物の遺伝子との結合物が、シャトルベクタ
ーの部分として前記工程(b)に先立って維持されそして複製される、請求項1に
記載の方法。 【請求項7】 前記植物の遺伝子が tml あるいは"1.6"領域中のオクトピン型
T−DNA中に挿入される、請求項1に記載の方法。 【請求項】 前記双子葉植物がコンポジテかレグミノセの一員である、請求
に記載の方法。
Claims: 1. (a) a step of inserting a plant gene having a plant-derived promoter and a plant structural gene into T-DNA, whereby a T-DNA / plant gene conjugate is obtained. Forming, the plant-derived promoter is adjacent to the 5 ′ end of the plant structural gene, and the plant structural gene is transcriptionally downstream from the plant-derived promoter; and (b) the T- Transferring the DNA / plant gene conjugate to dicotyledonous plant cells, the method comprising genetically modifying the dicotyledonous plant cells. 2. After the step (b) is carried out, the method further comprises the step of (c) detecting the expression of the structural gene of the plant in a plant cell containing the T-DNA / plant gene combination. The method of claim 1. 3. The method of claim 1, wherein said structural gene has one or more introns. 4. The method of claim 1, wherein said plant gene encodes a seed storage protein. 5. The method of claim 1, wherein the plant gene encodes phaseolin. 6. The method of claim 1, wherein the conjugate of the T-DNA and plant gene is maintained and replicated prior to step (b) as part of a shuttle vector. 7. The method according to claim 1, wherein said plant gene is inserted into octopine-type T-DNA in tml or "1.6" region. Wherein said dicotyledonous plant is a member of Konpojite or Reguminose The method of claim 1.

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WITRO FA Krens, GJ Wullems and RA Schilperoort Department of Biochemistry State University of Leiden, Wassenaarseweg 64 2333 AL Leiden, The Netherlands