JP5070544B2 - Transformed rice, rice that lowers blood pressure, and rice vectors - Google Patents

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Description

本発明は、主にイネにおけるグルタミン酸脱炭酸酵素を特定の組織において高濃度に蓄積させるための発現ベクターの作製、これを用いた形質転換イネ植物の作製、および、これらの利用ないし利用法に関するものである。   The present invention mainly relates to the production of an expression vector for accumulating glutamate decarboxylase in rice at a high concentration in a specific tissue, the production of a transformed rice plant using the same, and the use or use thereof. It is.

21世紀に入り、肥満、高脂血症、高血圧などの生活習慣病に苦しむ患者が全世界で急激に増加している。従って、生活習慣病を予防し、その症状を改善するための対策は、緊急の課題である。我が国においては、生活習慣病の予防のために、高齢者は降圧剤を大量に服用している実情がある。その薬剤費は2004年に8千億円と試算され、医療財政の圧迫のみならず、その副作用に対する懸念も指摘されている。   In the 21st century, the number of patients suffering from lifestyle-related diseases such as obesity, hyperlipidemia, and hypertension is increasing rapidly worldwide. Therefore, measures for preventing lifestyle-related diseases and improving their symptoms are urgent issues. In Japan, elderly people are taking large amounts of antihypertensive drugs to prevent lifestyle-related diseases. The cost of the drug was estimated at 800 billion yen in 2004, and there are concerns about side effects as well as pressure on medical finance.

近年γ−アミノ酪酸(GABA)は血圧降下、肥満防止、内蔵機能の改善などの優れた効能を持つために健康成分として注目され、発芽玄米などGABAを富化した様々な食品やサプリメントが広く商品化されている。すなわち、医食同源の観点からGABAを富化させた発芽玄米を米飯に混ぜて毎日食べたり、GABAサプリメントを日常的に摂取することで血圧上昇の予防など健康増進への効果が期待される。   In recent years, γ-aminobutyric acid (GABA) has attracted attention as a health ingredient because of its excellent effects such as lowering blood pressure, preventing obesity, and improving internal functions, and a wide variety of foods and supplements enriched with GABA such as germinated brown rice It has become. That is, from the viewpoint of the same source of medical foods, germinated brown rice enriched with GABA is mixed with cooked rice and eaten every day, or GABA supplements are consumed daily, and health benefits such as prevention of increased blood pressure are expected. .

なお、GABAは、グルタミン酸からの不可逆的な合成を触媒するグルタミン酸脱炭酸酵素(GAD)により合成される。このGADは、大腸菌からヒト、イネにいたるまで生物に普遍的に存在する酵素タンパク質の一種である。   GABA is synthesized by glutamate decarboxylase (GAD), which catalyzes irreversible synthesis from glutamate. This GAD is a kind of enzyme protein that exists universally in organisms from E. coli to humans and rice.

特開2004−290069号公報JP 2004-290069 A Kazuhito Akama,Takashi Akihiro,MasatoKitagawa,Fumio Takaiwa(2001)Rice(Oryza sativa) contains a novel isoformof glutamate decarbyoxylase that lacks an authenticcalmodulin-binding domain at the C-terminus. Biochemica et Biophysica Acta1522,147-150.Kazuhito Akama, Takashi Akihiro, MasatoKitagawa, Fumio Takaiwa (2001) Rice (Oryza sativa) contains a novel isoformof glutamate decarbyoxylase that lacks an authenticcalmodulin-binding domain at the C-terminus. Biochemica et Biophysica Acta1522,147-150. Fumio Takaiwa,Kiyoharu Oono,David Wing and Akira Kato(1991) Sequenceof three members and expression of a new major subfamily of glutelin genes fromrice.Plant Molecular Biology 17(4),875-885.Fumio Takaiwa, Kiyoharu Oono, David Wing and Akira Kato (1991) Sequence of three members and expression of a new major subfamily of glutelin genes fromrice.Plant Molecular Biology 17 (4), 875-885. Elizabeth E.Hood,Jenifer M.Murphy and Robert C.Pendleton(1993)Molecularcharacterization of maize extensin expression.Plant Molecular Biology,23(4),685-695.Elizabeth E. Hood, Jenifer M. Murphy and Robert C. Pendleton (1993) Molecular characterization of maize extensin expression. Plant Molecular Biology, 23 (4), 685-695. Yukoh Hiei,Shozo Ohta,Toshihiko Komari and TAkahashiKumashiro(1994)Efficient transformation of rice(Oryza sativa L.) mediated byAgorbacterium and sequence analysis of the boundaries of the T-DNA.The PlantJournal,6(2),271-282.Yukoh Hiei, Shozo Ohta, Toshihiko Komari and TAkahashi Kumashiro (1994) Efficient transformation of rice (Oryza sativa L.) mediated by Agorbacterium and sequence analysis of the boundaries of the T-DNA. The Plant Journal, 6 (2), 271-282. Jeff J.Doyle and Jane I.Doyle(1990)Isolation of plant DNAfrom fresh tissue.Focus,12,135-137.Jeff J. Doyle and Jane I. Doyle (1990) Isolation of plant DNA from fresh tissue. Focus, 12, 135-137. L.Q.Qu,Y.Tada and F.Takaiwa (2003) In situ westernhybridization: a new, highly sensitive technique to detect foreign andendogenous protein distribution in rice seeds.Plant Cell Reports,22,282-285.L.Q.Qu, Y.Tada and F.Takaiwa (2003) In situ westernhybridization: a new, highly sensitive technique to detect foreign andendogenous protein distribution in rice seeds.Plant Cell Reports, 22,282-285.

しかしながら、発芽玄米の場合は、食味が必ずしも優れず恒常的な摂取が困難であるとう問題点があった。また、米の場合、GABAは糠部分に蓄積され、玄米であれば摂取量がある程度確保されるものの、精米したものは数分の一未満まで低減してしまうという問題点があった。サプリメントの場合も摂取の煩わしさと高コストであるという問題点があった。   However, in the case of germinated brown rice, there is a problem that the taste is not always excellent and the constant intake is difficult. In addition, in the case of rice, GABA is accumulated in the rice bran portion, and in the case of brown rice, the intake is secured to some extent, but the polished rice is reduced to less than a fraction. In the case of supplements, there are problems of bothersome intake and high cost.

本発明は上記に鑑みてなされたものであって、GABA含有量の多い白米を提供可能にすることを目的とする。より詳しくは、イネ科植物においてGADタンパク質を種子(胚乳部)に効率良く蓄積させることが可能な発現ベクターを提供し、可食部にGABAを集積させることが可能な技術を提供することにある。   This invention is made | formed in view of the above, Comprising: It aims at enabling provision of white rice with much GABA content. More specifically, the present invention provides an expression vector capable of efficiently accumulating GAD protein in seeds (endosperm part) in gramineous plants, and providing a technique capable of accumulating GABA in the edible part. .

また、GABAに限らず遊離アミノ酸、ミネラル、または、ビタミンの豊富な玄米を提供可能にすることを目的とする。   Another object of the present invention is to provide brown rice rich in free amino acids, minerals or vitamins, not limited to GABA.

上記の目的を達成するために、請求項1に記載の形質転換イネは、配列番号2に記載のアミノ酸配列をコードするDNA、若しくは、配列番号2に記載のアミノ酸配列の1若しくは数個のアミノ酸の置換、欠失、挿入、付加、又は逆位を含むアミノ酸配列からなりグルタミン酸脱炭酸酵素活性を有するアミノ酸配列をコードするDNAを導入した、稔性を有する胚乳部GABA蓄積性形質転換イネである。
In order to achieve the above object, transformed rice according to claim 1 is a DNA encoding the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 2, or one or several amino acids of the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 2. Is a fertilized endosperm GABA-accumulating transformation rice introduced with DNA encoding an amino acid sequence having glutamic acid decarboxylase activity consisting of an amino acid sequence containing substitution, deletion, insertion, addition or inversion of .

また、請求項2に記載の形質転換イネは、請求項1に記載の形質転換イネにおいて、前記アミノ酸配列をコードするDNAがイネグルテリン遺伝子のプロモーター領域の下流側に連結しているものである。   The transformed rice according to claim 2 is the transformed rice according to claim 1, wherein the DNA encoding the amino acid sequence is linked to the downstream side of the promoter region of the rice glutelin gene.

なお、イネグルテリン遺伝子は、A遺伝子族、B遺伝子族が挙げられるが、そのうち、GluB−1が好ましい。GluB−1のプロモーター領域としては、標準的な2.3kbの長さを用いることができる。   The rice glutelin gene includes the A gene family and the B gene family, of which GluB-1 is preferred. A standard 2.3 kb length can be used as the promoter region of GluB-1.

また、請求項3に記載の白米は、請求項1または請求項2に記載の形質転換イネから得られ、GABAを少なくとも30mg/100g含有した血圧降下作用を有する白米である。   Further, the white rice according to claim 3 is obtained from the transformed rice according to claim 1 or 2, and is a white rice having a blood pressure lowering action containing at least 30 mg / 100 g of GABA.

また、請求項4に記載のイネ用ベクターは、イネグルテリン遺伝子のプロモーター領域と、配列番号2に記載のアミノ酸配列をコードするDNAまたは配列番号2に記載のアミノ酸配列の1若しくは数個のアミノ酸の置換、欠失、挿入、付加、又は逆位を含むアミノ酸配列からなりグルタミン酸脱炭酸酵素活性を有するアミノ酸配列をコードするDNAと、を連結した遺伝子を有し、胚乳部のGABA含量を高めるベクターである。
Further, the rice vector of claim 4 comprises a rice glutelin gene promoter region and DNA encoding the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2 or one or several amino acids of the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2. A vector having a gene linked to a DNA encoding an amino acid sequence having glutamic acid decarboxylase activity , comprising an amino acid sequence containing substitution, deletion, insertion, addition, or inversion, and increasing the GABA content of the endosperm is there.

本発明によれば、発現ベクターにコードされているGADをイネの白米部分に高レベルに発現させ、同時にその生産物であるGABAを高濃度に蓄積させることができる。従って、この形質転換イネから得られた精白米を食することによりGABAが作用し、様々な生活習慣病の予防ないし治療に用いることができる。   According to the present invention, GAD encoded by an expression vector can be expressed at a high level in the white rice portion of rice, and at the same time, the product GABA can be accumulated at a high concentration. Therefore, GABA acts by eating polished rice obtained from this transformed rice, and can be used for prevention or treatment of various lifestyle-related diseases.

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明するが、本発明はここに記載した形態のみに限定されるものではなく、本明細書の記載および当分野で公知の技術に基づいて、当業者が容易に修飾や改変可能な技術に関しては本発明の範囲内に含まれるものとする。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments described herein, and is based on the description of the present specification and techniques known in the art. Techniques that can be easily modified or altered by those skilled in the art are intended to be included within the scope of the present invention.

GADはグルタミン酸の脱炭酸反応によるGABAの生産を触媒する。GADは大腸菌からヒトにいたるまで生物が普遍的に持つ酵素の一種であるが、植物のGADのみがそのC末端領域にカルモジュリン結合部位(CaMBD)を持ち、この部位とCaMとの相互作用が酵素活性の調節に重要な役割を担っている。   GAD catalyzes the production of GABA by decarboxylation of glutamic acid. GAD is a kind of enzyme that organisms have universally from E. coli to humans, but only plant GAD has a calmodulin binding site (CaMBD) in its C-terminal region, and the interaction between this site and CaM is the enzyme. It plays an important role in the regulation of activity.

単子葉植物イネで少なくとも5種類のアイソフォームの存在が推定され、その中でもOsGAD2をコードする遺伝子(アクセッション番号:AB056061)は例外的にCaMBDを持たない(非特許文献1参照)。なお、以降においては、適宜OsGAD2を単にGAD2と表記するものとする。   Presence of at least 5 types of isoforms is presumed in monocotyledonous rice, among which the gene encoding OsGAD2 (accession number: AB056061) does not have CaMBD exceptionally (see Non-Patent Document 1). In the following, OsGAD2 will be simply expressed as GAD2 as appropriate.

さらに、本願発明者によって明らかになったことであるが、GAD2のC末端側ペプチド部分を欠如させることにより、酵素活性が5倍以上も上昇することが確認されている(特許文献1参照)。本願発明者は、さらにGAD2を研究し、鋭意検討の結果本願発明をなした。   Furthermore, as has been clarified by the present inventor, it has been confirmed that the enzyme activity is increased by a factor of 5 or more by lacking the CAD-terminal peptide portion of GAD2 (see Patent Document 1). The inventor of the present application further studied GAD2 and made the present invention as a result of intensive studies.

<概要>
本願発明者は、イネのGAD2遺伝子(特許文献1)を改変し、種子特異的な遺伝子プロモーターで発現させるためのベクターを作製し、アグロバクテリウムを介して当該遺伝子を植物細胞に組み込み、組換えイネ個体を再生させて、GABAを高度に種子に蓄積させることに成功した。さらに、世代を進めることでその形質を固定した。開発した玄米は、期待された胚乳中へのGABA含量の向上のみならず、予想外にも、玄米全体のミネラル、遊離アミノ酸、および、ビタミン含量が向上したものであった。これを材料として混合飼料を作製して高血圧ラットに投与したところ、血圧降下の作用等を持つことを確認した。より詳細には、以下のとおりある。
<Overview>
The present inventor modified the rice GAD2 gene (Patent Document 1), prepared a vector for expression with a seed-specific gene promoter, incorporated the gene into a plant cell via Agrobacterium, and recombined Rice individuals were regenerated and GABA was highly accumulated in seeds. Furthermore, the traits were fixed by advancing generations. The developed brown rice not only improved the expected GABA content in the endosperm but also unexpectedly improved the whole mineral, free amino acids, and vitamin content of the brown rice. Using this as a material, a mixed feed was prepared and administered to hypertensive rats, and it was confirmed that it had an effect of lowering blood pressure. More details are as follows.

<発現ベクターの構築>
植物発現ベクターの構築について、以下のとおりとした。まず、GAD2をコードするcDNAを鋳型として特異的なプライマーセットを用いてPCR法により開始コドンから469番目までのアミノ酸に対応する塩基配列を増幅した。なお、GAD2は、500アミノ酸残基からなり、OsGAD1に見られるCaMBD(C末端側31残基)がみられないが、酵素活性を調節すると考えられるCaMBDに相当する31残基を欠失させ、酵素機能そのものを司る領域と考えられる469残基をコードするDNAにてベクターを構築することを試みた。
<Construction of expression vector>
The construction of the plant expression vector was as follows. First, a nucleotide sequence corresponding to amino acids from the start codon to the 469th amino acid was amplified by PCR using a cDNA encoding GAD2 as a template and a specific primer set. GAD2 consists of 500 amino acid residues, and CaMBD (31 residues on the C-terminal side) seen in OsGAD1 is not seen, but 31 residues corresponding to CaMBD, which is thought to regulate enzyme activity, are deleted, An attempt was made to construct a vector with DNA encoding 469 residues, which is considered to be a region that controls the enzyme function itself.

このとき用いたセンスプライマーは配列番号3に示したように5’−CGTGCGTAGCCATGGTTCTG−3’、アンチセンスプライマーは配列番号4に示したように5’−AAAGCATGCCTAGGCGGTCCGGGCGGGGCC−3’である。なお、下線部は前者がNcoI認識配列を、後者がSphI認識配列を示す。PCRで得られたDNA断片は、GAD2のC末端側の31アミノ酸残基分を欠失させたものであり、以降では、このDNA断片を適宜GAD2ΔC31と称することとする。   The sense primer used at this time is 5'-CGTGCGTAGGCCATGGTCTG-3 'as shown in SEQ ID NO: 3, and the antisense primer is 5'-AAAGCATGCCTAGGCGGTCCCGGGCGGGGCC-3' as shown in SEQ ID NO: 4. The underlined part indicates the NcoI recognition sequence in the former and the SphI recognition sequence in the latter. The DNA fragment obtained by PCR is a deletion of 31 amino acid residues on the C-terminal side of GAD2, and hereinafter this DNA fragment will be referred to as GAD2ΔC31 as appropriate.

得られたGAD2ΔC31を大腸菌プラスミドに組み込み、その塩基配列を確認した。プラスミドは始めSphIで切断してT4DNAポリメラーゼによる平滑末端化後にNcoIで切断した。このDNA断片は、植物発現ベクターpCAMBIA1302(CAMBIA社製、オーストラリア)をNcoI/PlmI切断することにより、内生の緑色蛍光タンパク質をコードするDNA断片を取り除いてから、同じ位置に組み込んだ。   The obtained GAD2ΔC31 was incorporated into an Escherichia coli plasmid, and its base sequence was confirmed. The plasmid was first cut with SphI, blunt-ended with T4 DNA polymerase and then cut with NcoI. This DNA fragment was integrated at the same position after removing the DNA fragment encoding the endogenous green fluorescent protein by cutting the plant expression vector pCAMBIA1302 (CAMBIA, Australia) with NcoI / PlmI.

そして、イネグルテリン遺伝子(GluB−1)のプロモーター領域2.3kb(非特許文献2)をXbaI/NcoIで切り出し、上記ベクターを同一の制限酵素で処理することにより内生のカリフラワーモザイクウイルス35Sプロモーターと置換した。本発明の一つの特徴は35Sプロモーターでなく、GluB−1プロモーターを用いたことにある。これは、本願発明者の検討の結果、汎用される35Sプロモーターを用いた形質転換イネでは、不稔という不具合があったためである。すなわち、本発明の一つの特徴は、この遺伝子カセットを有する発現ベクターであるといえる。   Then, the promoter region 2.3 kb (Non-patent Document 2) of the rice glutelin gene (GluB-1) was excised with XbaI / NcoI, and treated with the same restriction enzyme, thereby causing endogenous cauliflower mosaic virus 35S promoter and Replaced. One feature of the present invention is that the GluB-1 promoter is used instead of the 35S promoter. This is because, as a result of the study by the inventors of the present application, the commonly used transformed rice using the 35S promoter has a defect of sterility. That is, it can be said that one feature of the present invention is an expression vector having this gene cassette.

このようにして作製した植物発現ベクターを、以降では適宜pCAMBIA GluB-1::GADΔC31と称することとする。なお、図1にこのベクター構築までの流れを示した。なお、本実施の形態では、GluB−1プロモーターの下流に、人工的な配列を介さずGAD2ΔC31を直接連結させている。   The plant expression vector thus prepared is hereinafter referred to as pCAMBIA GluB-1 :: GADΔC31 as appropriate. FIG. 1 shows the flow up to the construction of this vector. In the present embodiment, GAD2ΔC31 is directly linked downstream of the GluB-1 promoter without using an artificial sequence.

<発現ベクターのアグロバクテリウム株への導入>
作製したベクターをエレクトロポレーション法によりアグロバクテリウム株EHA105へ導入した(非特許文献3参照)。バクテリア懸濁液は100mg/lカナマイシンを含むLB寒天培地(1%バクトトリプトン,0.5%酵母エキス,0.5%NaCl,1.5%寒天)を用い、28℃で2日間培養した。形成されたコロニーは滅菌ループでかき取り、上と同じ濃度のカナマイシンを含むAB培地(非特許文献4参照)に接種し、28℃で2〜3日間培養した。
<Introduction of expression vector into Agrobacterium strain>
The prepared vector was introduced into Agrobacterium strain EHA105 by electroporation (see Non-Patent Document 3). The bacterial suspension was cultured at 28 ° C. for 2 days using LB agar medium (1% bactotryptone, 0.5% yeast extract, 0.5% NaCl, 1.5% agar) containing 100 mg / l kanamycin. . The formed colonies were scraped with a sterile loop, inoculated into AB medium (see Non-Patent Document 4) containing kanamycin at the same concentration as above, and cultured at 28 ° C. for 2 to 3 days.

<イネ玄米の2N6培地でのカルス誘導>
イネ品種「キタアケ」の種籾を脱穀し、約50粒の玄米を、2倍希釈したブリーチ(花王製)を用いて30分間滅菌処理した。その後、玄米を滅菌水により5回洗浄し、2N6カルス誘導培地(非特許文献4参照)に置床した。これを、グロースチャンバー内(28℃,明:暗=16時間:8時間)で2〜3週間培養し、胚盤由来のカルスを形成させた。
<Callus induction in 2N6 medium of rice brown rice>
The rice cultivar “Kitaake” was threshed, and about 50 grains of brown rice were sterilized for 30 minutes using bleach diluted 2 times (made by Kao). Thereafter, the brown rice was washed 5 times with sterilized water and placed on a 2N6 callus induction medium (see Non-Patent Document 4). This was cultured in a growth chamber (28 ° C., light: dark = 16 hours: 8 hours) for 2 to 3 weeks to form callus derived from scutellum.

<アグロバクテリウムを介したイネカルス細胞の形質転換>
アグロバクテリウムを用いたイネの形質転換をおこなった。その方法、または、形質転換に際して使用する各種試薬は、通常の方法ないし試薬であるが、たとえば、イネに関して汎用される非特許文献4に開示の方法ないし試薬を用いることができる。
<Transformation of rice callus cells via Agrobacterium>
Rice was transformed with Agrobacterium. The various reagents used for the method or transformation are ordinary methods or reagents. For example, the methods or reagents disclosed in Non-Patent Document 4 widely used for rice can be used.

目的の発現ベクターを運ぶアグロバクテリウムをN6CO液体培地に懸濁した。これに対して直径2〜3mmに増殖したカルスを適量入れた。カルスを取り出し、滅菌した濾紙の上で余分な水分を除いた後にN6CO寒天培地に静置し、23℃、3日間暗所で培養した。   Agrobacterium carrying the target expression vector was suspended in N6CO liquid medium. In contrast, an appropriate amount of callus grown to a diameter of 2 to 3 mm was added. The callus was taken out, excess water was removed on a sterilized filter paper, and then placed on an N6CO agar medium and cultured at 23 ° C. for 3 days in the dark.

菌が充分に増殖したカルスを取り出し、除菌剤を含むN6CO液体培地でカルスを振とうさせながら洗浄した。この操作は5回繰り返した。カルスは滅菌濾紙上で余分な水分を除き、ハイグロマイシンを含むN6SE培地(選抜培地)に移しグロースチャンバー内(28℃,明:暗=16時間:8時間)で3〜4週間培養した。   The callus in which the bacteria had sufficiently grown was taken out and washed while shaking the callus in an N6CO liquid medium containing a disinfectant. This operation was repeated 5 times. The callus was removed from excess water on sterile filter paper, transferred to N6SE medium (selection medium) containing hygromycin, and cultured in a growth chamber (28 ° C., light: dark = 16 hours: 8 hours) for 3 to 4 weeks.

<耐性カルスの選抜と固体再生>
ハイグロマイシン耐性のカルスをMSRE培地(再分化培地)に移して、シュートが出現するまで培養を行った。発根したシュートは試験管内につくったホルモンフリーのMS培地に移し、植物体の成長を促した。
<Selection of resistant callus and solid regeneration>
The callus resistant to hygromycin was transferred to MSRE medium (regeneration medium) and cultured until shoots appeared. The rooted shoots were transferred to a hormone-free MS medium made in a test tube to promote plant growth.

<鉢上げ>
続いて、試験管から植物体を取り出して、根に付着した寒天を取り除き育苗用培土を入れたポットに移し、特定網室内で栽培を行い、次世代の種子(米)を収穫して各種の分析に供した。
<Boiling>
Subsequently, the plant body is taken out from the test tube, removed from the agar attached to the roots, transferred to a pot containing the soil for raising seedlings, cultivated in a specific net room, and harvested next-generation seeds (rice). It was used for analysis.

<形質転換イネ植物体の外来遺伝子組み込みの確認>
種子(T1世代)を籾摺り後、玄米を滅菌して50μg/mlのハイグロマイシンを含むMS寒天培地に播種した(非特許文献4参照)。約10日後に耐性植物体の葉片を材料としてCTAB法により全DNAを抽出した(DNA抽出技術については、たとえば非特許文献5に開示の技術を参照できる)。選択マーカーのハイグロマイシン耐性遺伝子配列を元にして作製したプライマーセットを用いてPCRを行った。なお、用いたセンスプライマーを配列番号5に、アンチセンスプライマーを配列番号6に示した。
<Confirmation of foreign gene integration in transformed rice plant>
After seeding (T1 generation), brown rice was sterilized and sown on MS agar medium containing 50 μg / ml hygromycin (see Non-Patent Document 4). About 10 days later, total DNA was extracted by a CTAB method using a leaf piece of a resistant plant as a material (for the DNA extraction technique, for example, the technique disclosed in Non-Patent Document 5 can be referred to). PCR was performed using a primer set prepared based on the selection marker hygromycin resistance gene sequence. The sense primer used is shown in SEQ ID NO: 5, and the antisense primer is shown in SEQ ID NO: 6.

続いて、変性(95℃,30秒)→アニーリング(60℃,30秒)→伸長(72℃,60秒)を30サイクル繰り返した。反応サンプルは2%アガロースゲル電気泳動法により分画した。   Subsequently, denaturation (95 ° C., 30 seconds) → annealing (60 ° C., 30 seconds) → extension (72 ° C., 60 seconds) was repeated 30 cycles. The reaction sample was fractionated by 2% agarose gel electrophoresis.

この結果、図2に示したように、野生型DNAではPCR増幅が観察されなかったのに対して、組換え植物から抽出したDNAを鋳型として用いたものでは、いずれも予想される800bpに対応する位置に増幅産物が観察された。このことから、調査した全ての植物体は目的の遺伝子が組み込まれていることが確認できた。   As a result, as shown in FIG. 2, no PCR amplification was observed with the wild-type DNA, whereas those using DNA extracted from the recombinant plant as a template all correspond to the expected 800 bp. An amplification product was observed at the position. From this, it was confirmed that the target gene was incorporated in all the investigated plants.

<RT−PCR法を用いた玄米におけるGAD2ΔC31のRNAレベルでの発現解析>
形質転換植物の登熟過程で目的の遺伝子の発現が起きていることを調べるために、未熟種子(T1世代)を液体窒素下で破砕後にRNA抽出試薬セパゾールRNAI(ナカライテスク社製)を用いて全RNAを抽出した。全RNAと相補プライマーを混合し、0.5mM dNTP存在下で逆転写酵素SuperScriptII(GIBCO BRL社製)を用いてcDNA合成を42℃で1時間行った。なお、用いた相補プライマーを配列番号7に示した。
<Expression analysis at the RNA level of GAD2ΔC31 in brown rice using RT-PCR method>
In order to examine the expression of the target gene during the ripening process of the transformed plant, an immature seed (T1 generation) was crushed under liquid nitrogen and then RNA extraction reagent Sepazol RNAI (manufactured by Nacalai Tesque) was used. Total RNA was extracted. Total RNA and complementary primers were mixed, and cDNA synthesis was performed at 42 ° C. for 1 hour using reverse transcriptase SuperScriptII (GIBCO BRL) in the presence of 0.5 mM dNTP. The complementary primer used is shown in SEQ ID NO: 7.

10分の1容量のcDNAサンプルを鋳型として、プライマーセットを用いてPCRを行った。用いたセンスプライマーを配列番号8に示した。アンチセンスプライマーは、配列番号7に示したものと同じものを用いた。なお、反応条件は、95℃(30秒)、55℃(30秒)、72℃(30秒)であり、これを35サイクル繰り返した。適量の反応サンプルを2%アガロースゲル電気泳動法により分画した。その結果、図3に示したように、コントロールとして用いた野生型種子ではGAD2が発現していないか、あるいは非常に低いレベルであるのに対して、組換え植物由来の種子では高レベルのGAD2ΔC31の発現が観察された。   PCR was performed using a primer set with a 1/10 volume of the cDNA sample as a template. The sense primer used is shown in SEQ ID NO: 8. The same antisense primer as shown in SEQ ID NO: 7 was used. The reaction conditions were 95 ° C. (30 seconds), 55 ° C. (30 seconds), and 72 ° C. (30 seconds), which were repeated 35 cycles. An appropriate amount of the reaction sample was fractionated by 2% agarose gel electrophoresis. As a result, as shown in FIG. 3, GAD2 is not expressed in the wild-type seed used as a control or is at a very low level, whereas the seed derived from the recombinant plant has a high level of GAD2ΔC31. Expression was observed.

<ウエスタン法によるタンパク質レベルでのGAD2ΔC31発現解析とGABA分析>
同一の形質転換植物の複数の種子(T1世代)を採取して、導入遺伝子のタンパク質レベルでの発現とGABA蓄積との関係を調べた。まず、玄米をマイクロチューブに入れて液体窒素で凍結破砕後に抽出バッファー(50mM Tris−HCl,pH7.5,5mM EDTA,1mM DTT,1mM PMSF)を加えて懸濁した。
<GAD2ΔC31 expression analysis and GABA analysis at protein level by Western method>
A plurality of seeds (T1 generation) of the same transformed plant were collected, and the relationship between the transgene expression at the protein level and GABA accumulation was examined. First, brown rice was put in a microtube, freeze-fractured with liquid nitrogen, and then added with an extraction buffer (50 mM Tris-HCl, pH 7.5, 5 mM EDTA, 1 mM DTT, 1 mM PMSF) and suspended.

遠心分離(20,000g,20分間,4℃)後に上澄みを新しいチューブに移した。サンプルを2等分し、一方をタンパク質分析用に、もう一方をアミノ酸分析用に用いた。タンパク質のウエスタン分析は以下のように行った。タンパク質サンプル(約10μg)を12%SDS−ポリアクリルアミドゲル電気泳動法により分画し、タンパク質をセミドライブロッティング装置でメンブレンに転写した。   After centrifugation (20,000 g, 20 minutes, 4 ° C.), the supernatant was transferred to a new tube. The sample was divided into two equal parts, one for protein analysis and the other for amino acid analysis. Western analysis of the protein was performed as follows. A protein sample (about 10 μg) was fractionated by 12% SDS-polyacrylamide gel electrophoresis, and the protein was transferred to a membrane with a semi-driving apparatus.

TBST(10mM Tris−HCl,500mM NaCl,pH7.5,0.1%Tween−20)に5,000倍希釈したウサギ抗GAD2ポリクローナル抗体液にメンブレンを浸して、30分間振とうした。TBSTで5分間ずつ3回メンブレンを洗浄し、TBSTで5,000倍希釈した抗ウサギIgG−アルカリフォスファターゼに浸し30分間振とうした。メンブレンはTBSTで5分間ずつ3回洗浄し、検出バッファー(100mM Tris−HCl,pH9.5,100mM NaCl,50mM MgCl2)に移して平衡化した。検出バッファーで200倍希釈したCSPD(ロッシュ社製)でメンブレンを浸して5分間反応を行い、紫外線ランプ下で観察した。   The membrane was immersed in a rabbit anti-GAD2 polyclonal antibody solution diluted 5,000 times in TBST (10 mM Tris-HCl, 500 mM NaCl, pH 7.5, 0.1% Tween-20), and shaken for 30 minutes. The membrane was washed three times for 5 minutes each with TBST, immersed in anti-rabbit IgG-alkaline phosphatase diluted 5,000 times with TBST, and shaken for 30 minutes. The membrane was washed 3 times for 5 minutes each with TBST, transferred to a detection buffer (100 mM Tris-HCl, pH 9.5, 100 mM NaCl, 50 mM MgCl 2) and equilibrated. The membrane was immersed in CSPD (Roche) diluted 200-fold with a detection buffer, reacted for 5 minutes, and observed under an ultraviolet lamp.

一方、遊離アミノ酸を抽出するために、サンプルに対して最終濃度8%(v/v)になるようにトリクロロ酢酸(TCA)を加えて撹拌した。遠心分離後、上澄みを新しいチューブに移し、等量のジエチルエーテルを加えて撹拌した。遠心分離を行い、上層のジエチルエーテルを除いた。この操作をさらにもう一度繰り返した。ドラフト内で完全にジエチルエーテルを揮発させ、一部を分析に用いた。   On the other hand, in order to extract free amino acids, trichloroacetic acid (TCA) was added to the sample to a final concentration of 8% (v / v) and stirred. After centrifugation, the supernatant was transferred to a new tube, and an equal volume of diethyl ether was added and stirred. Centrifugation was performed to remove the upper layer diethyl ether. This operation was repeated once more. Diethyl ether was completely volatilized in a fume hood and a part was used for analysis.

アミノ酸サンプルをマイクロチューブに入れ、これに対して、100mMピロリン酸ナトリウム(pH9.0),0.5mM NADP,0.6mM α−ケトグルタル酸,1.2mM 2−メルカプトエタノール,0.005ユニットGABase(シグマ社製)を加えて37℃で1時間反応させた。 Amino acid samples were placed in microtubes, against which 100 mM sodium pyrophosphate (pH 9.0), 0.5 mM NADP + , 0.6 mM α-ketoglutaric acid, 1.2 mM 2-mercaptoethanol, 0.005 units GABase (Manufactured by Sigma) was added and reacted at 37 ° C. for 1 hour.

反応後にGABA合成に伴う還元型補酵素NADPHを紫外線照射により可視化、あるいは分光光度計(340nm)で定量分析した。この結果を図4に示す。図から明らかなように、玄米中に目的の酵素タンパク質GAD2ΔC31が高度に蓄積しているものでは、GABA含量も同様に高いレベルにあることが確認できた。   After the reaction, the reduced coenzyme NADPH accompanying GABA synthesis was visualized by ultraviolet irradiation or quantitatively analyzed with a spectrophotometer (340 nm). The result is shown in FIG. As is clear from the figure, it was confirmed that the GABA content was also at a high level when the target enzyme protein GAD2ΔC31 was highly accumulated in the brown rice.

以上から、GAD2ΔC31遺伝子の種子中での過剰発現の結果、細胞内でGAD酵素活性の上昇が引き起こされ、GABAの高濃度蓄積がもたらされることが確認できた。   From the above, it was confirmed that as a result of overexpression of the GAD2ΔC31 gene in seeds, an increase in GAD enzyme activity was caused in the cells, resulting in high concentration accumulation of GABA.

<玄米中の遊離アミノ酸の分析>
次に、玄米中の各種遊離アミノ酸の含量を定量するために、TCA法で抽出したアミノ酸サンプルを自動アミノ酸分析装置(日本電子社製JLC−300)にかけて定量分析を行った。この結果を図5に示す。図5−1のチャートに示すように、組換え玄米(T1世代)では野生型玄米に比べ、驚くべきことにGABAのみならず多くの種類のアミノ酸でその含量が増加していることが判明した。図5−2は野生型玄米と幾つかの組換え玄米(T1世代)のGABAとタンパク質性のアミノ酸含量を定量しまとめたものである。GABAの蓄積度が高いものほど、全体的にアミノ酸含量が高まる傾向にあることが確認できた。
<Analysis of free amino acids in brown rice>
Next, in order to quantify the content of various free amino acids in the brown rice, the amino acid sample extracted by the TCA method was subjected to a quantitative analysis using an automatic amino acid analyzer (JLC-300 manufactured by JEOL Ltd.). The result is shown in FIG. As shown in the chart of FIG. 5-1, it has been found that the recombinant brown rice (T1 generation) has surprisingly increased its content not only with GABA but also with many types of amino acids. . FIG. 5-2 quantifies and summarizes the GABA and proteinous amino acid contents of wild-type brown rice and some recombinant brown rice (T1 generation). It was confirmed that the higher the GABA accumulation, the higher the amino acid content overall.

なお、この結果はT1世代であり、ばらつきが多いものの、必須アミノ酸では、2倍か14倍もの含量増が認められた。特に、リシンは、穀物中の含量増が望まれているアミノ酸の一種であり、チャートでは、少なくとも4倍増、多い系統では14倍増となっている。また、遊離アミノ酸の総量が30倍程度も増えており、これは、一つの遺伝子を操作したことからは想定できない、多面的な効果を引き起こしたものと考えられる。   In addition, although this result was T1 generation and there were many dispersion | variation, content increase of 2 times or 14 times was recognized by the essential amino acid. In particular, ricin is a kind of amino acid whose content in grain is desired to be increased, and is at least 4 times higher in the chart and 14 times higher in many lines. In addition, the total amount of free amino acids has increased by about 30 times, which is considered to have caused a multifaceted effect that cannot be assumed from the manipulation of one gene.

<特異抗体を用いた、組換え玄米中でのGAD2ΔC31タンパク質とGABAの免疫組織化学的検出>
種子中での導入遺伝子産物とそれにより作り出されたGABAの局在を調べるために、免疫組織化学的な手法を用いた検出を行った。なお、実施にあたっては、非特許文献6に開示されている手法に主に基づいて行った。
<Immunohistochemical detection of GAD2ΔC31 protein and GABA in recombinant brown rice using specific antibody>
In order to investigate the localization of the transgene product in the seed and the GABA produced thereby, detection using an immunohistochemical technique was performed. The implementation was mainly based on the method disclosed in Non-Patent Document 6.

まず、一晩水に浸した種子をメスで縦方向に2分割して、3%スキムミルクを含むTBS(10mM Tris−HCl,500mM NaCl,pH7.5)で3時間以上ブロッキングした。一次抗体として、ウサギ抗GAD2ポリクローナル抗体、あるいはウサギ抗GABAモノクローナル抗体を、1%スキムミルクを含むTBSで200倍希釈して用いた。   First, seeds soaked in water overnight were divided into two vertically with a scalpel and blocked with TBS (10 mM Tris-HCl, 500 mM NaCl, pH 7.5) containing 3% skim milk for 3 hours or more. As a primary antibody, a rabbit anti-GAD2 polyclonal antibody or a rabbit anti-GABA monoclonal antibody was used after being diluted 200-fold with TBS containing 1% skim milk.

一晩反応させた後に、TBSTで15分間3回洗浄した。二次抗体として、TBSTで2,000倍に希釈した抗ウサギIgG−アルカリフォスファターゼを用い2時間反応させた。検出反応はWestern Blue Stabilized Substrate for Alkaline Phosphatase(プロメガ社製)を用いて行い、実体顕微鏡を用いて染色の様子を観察した。図6は実体顕微鏡で得られた画像である。図に示したように、GAD2とGABAに対するいずれの特異抗体を用いた場合でも、組換え玄米ではこれらの局在を示す青い染色が胚乳組織において認められた。   After reacting overnight, it was washed 3 times with TBST for 15 minutes. As a secondary antibody, an anti-rabbit IgG-alkaline phosphatase diluted 2,000 times with TBST was used for reaction for 2 hours. The detection reaction was performed using Western Blue Stabilized Substrate for Alkaline Phosphatase (manufactured by Promega), and the state of staining was observed using a stereomicroscope. FIG. 6 is an image obtained with a stereomicroscope. As shown in the figure, with any specific antibody against GAD2 and GABA, blue staining indicating their localization was observed in the endosperm tissue in the recombinant brown rice.

<玄米の各種成分の分析>
遊離アミノ酸以外の玄米中の各種成分分析をおこなうために、T3世代の玄米の化学成分分析を行った。その結果を図7に示した。水分と可溶無機窒素物(主にデンプン)を除き、ビタミン類および各種ミネラルはいずれの分析項目ともに組換え玄米が野生型を上回る値であった。その上昇率は1.3倍〜2.5倍であり、GADの直接の影響があるとは考えられない各種項目が著しく上昇していることが確認できた。
<Analysis of various components of brown rice>
In order to analyze various components in brown rice other than free amino acids, chemical components of T3 generation brown rice were analyzed. The results are shown in FIG. Except for water and soluble inorganic nitrogen (mainly starch), vitamins and various minerals had higher values for recombinant brown rice than wild-type for all analysis items. The rate of increase was 1.3 to 2.5 times, and it was confirmed that various items that could not be considered to have a direct influence of GAD were significantly increased.

特に、ミネラル分では、カリウムが2倍以上増えているため、GABAに加え血圧抑制作用が期待できる。また、ビタミンB1は糖質を分解する酵素を助け、ビタミンB6はタンパク質の代謝を促し、ビタミンEは過酸化脂質がつくられるのを防ぐため、これらが約2倍に増えていることも、好適に人体に影響を及ぼすこと期待できる。   In particular, in the mineral content, potassium is increased by a factor of 2 or more, so that an antihypertensive action can be expected in addition to GABA. Vitamin B1 helps enzymes that break down carbohydrates, vitamin B6 promotes protein metabolism, and vitamin E prevents the formation of lipid peroxides. Can be expected to affect the human body.

すなわち、図7の結果も図5の結果も全く想定外であり、これらの数値は、有意に上昇したとしてもせいぜい数項目について1.5倍程度までであると考えられるため、本発明の発現ベクターは、単にGABAの増加をもたらすのみならず、細胞内の代謝経路の活性化を引き起こすベクターであるといえる。   That is, neither the results of FIG. 7 nor the results of FIG. 5 are completely unexpected, and these values are considered to be up to about 1.5 times for several items even if significantly increased. A vector can be said to be a vector that not only causes an increase in GABA but also causes activation of intracellular metabolic pathways.

<T2世代とT3世代の組換えイネ系統に関してのGABA含量の分析>
GABAの蓄積について遺伝的に安定した系統を開発するために、組換えイネ系統の当代(T0世代)の自家受粉によって得られた種子(T1世代)の自殖によるT2世代の種子12粒ずつをGABaseを用いた方法で分析した。
<Analysis of GABA content for T2 generation and T3 generation recombinant rice lines>
In order to develop a genetically stable line for GABA accumulation, 12 seeds of T2 generation by self-pollination of seed (T1 generation) obtained by self-pollination of the recombinant rice line (T0 generation) The analysis was performed by a method using GABase.

その結果、図8Aに示すように、多くの系統で野生型や発芽玄米に比べて、高いGABA蓄積が確認された。これらの中からバラツキの少ない系統を選抜し、さらに世代を進めてT3世代におけるGABA分析を行った。図8Bに示したように、T3世代でも、野生型と同程度の玄米重量を持ちながら(小粒化することなく)、GABA含量が発芽玄米の2〜9倍のものが得られた。換言すれば、本発明の組換えイネ系統株は、世代の更新によっても稔性が維持されており、かつ、玄米重量も従来品種と同程度であるので、収量も保証された品種開発を可能とする。   As a result, as shown in FIG. 8A, high GABA accumulation was confirmed in many strains compared to wild type and germinated brown rice. From these, a line with little variation was selected, and the generation was further advanced to perform GABA analysis in the T3 generation. As shown in FIG. 8B, even in the T3 generation, a GABA content of 2-9 times that of germinated brown rice was obtained while having a brown rice weight comparable to that of the wild type (without grain reduction). In other words, the recombinant rice strain of the present invention maintains fertility even after generation renewal, and the brown rice weight is comparable to that of conventional varieties, so it is possible to develop varieties with guaranteed yields. And

<玄米とその精白米でのGABA蓄積の比較分析>
組換えイネから得られた玄米で胚乳組織にGABAが蓄積していることをさらに検証するために、玄米(T3世代)を小型精米器(ケット科学社製)にかけて精白米にし、玄米とその精白米を粉砕してTCA法により遊離アミノ酸を抽出し、GABaseを用いた間接法によりGABA含量を測定した。その結果を図9に示す。図示したように、野生型では精米処理によりGABA含量が5分の1以下に低下したのに対して、組換えイネでは玄米とその精白米でのGABA含量はほとんど差が認められず、かつ、驚くほど多量に精白米自体(可食部である胚乳組織)にGABAが含有していることが確認できた。
<A comparative analysis of GABA accumulation in brown rice and polished rice>
In order to further verify that GABA has accumulated in the endosperm tissue of brown rice obtained from recombinant rice, brown rice (T3 generation) is made into polished rice by applying a small rice mill (Ket Kagaku Co., Ltd.). White rice was pulverized, free amino acids were extracted by the TCA method, and the GABA content was measured by an indirect method using GABase. The result is shown in FIG. As shown in the figure, in the wild type, the GABA content decreased to 1/5 or less by the rice milling treatment, whereas in the recombinant rice, there was almost no difference in the GABA content between the brown rice and the milled rice, and It was confirmed that GABA contained in the polished rice itself (endosperm tissue which is an edible portion) in a surprisingly large amount.

すなわち、系統によって異なるが、白米中のGABA含有量は少なくとも30mg/100gであり、多いものでは60mg/100gまで上昇した。野生型の白米が多くても0.5mg/100gであるため、60倍以上上昇することが確認できた。なお、野生型の玄米では2.9mg/100gであるため、これと比較しても10倍以上上昇することが確認できた。なお、この結果は、図6に示した結果と一致する。なお、本結果は、形質的にある程度安定化したT3世代における評価であるので、品種固定された場合であっても、同様の結果を期待できる。   That is, although it changes with lines | system | groups, the GABA content in white rice is at least 30 mg / 100g, and it rose to 60 mg / 100g in many things. Since at most 0.5 mg / 100 g of wild-type white rice, it was confirmed that it increased by 60 times or more. In addition, since it was 2.9 mg / 100g in wild-type brown rice, it has confirmed that it rose 10 times or more compared with this. This result agrees with the result shown in FIG. In addition, since this result is an evaluation in the T3 generation that is stabilized to some extent in terms of characteristics, the same result can be expected even when the variety is fixed.

<高血圧ラットを用いた臨床試験>
特定網室で試験栽培・収穫された組換えイネ系統の玄米(T3世代)を脱穀後に籾摺り機にかけて玄米にした。玄米はブレンダーを用いて粉砕し、マウス・ラット用精製飼料AIN−93G(オリエンタル酵母社製)をベースにして、これに含まれる40%コーンスターチを同量比の玄米粉と配合変更することで特注飼料を作製した。
<Clinical study using hypertensive rats>
Recombinant rice line brown rice (T3 generation), which was experimentally cultivated and harvested in a specific net room, was crushed and then put into a browning machine. Brown rice is pulverized using a blender, based on AIN-93G purified feed for mice and rats (made by Oriental Yeast Co., Ltd.), and 40% corn starch contained in it is blended with brown rice flour at the same ratio to make a special order. A feed was prepared.

組換え玄米の効果を調べるための臨床試験は以下のように行った。株式会社日本チャールズリバー社より購入した、9週齢のオスの本態性高血圧自然発症ラット(SHR/NCrlCrlj)を普通食にて1週間馴化後に、8匹ずつ2群に分けて、A群には野生型玄米粉の添加飼料を、B群には組換え玄米粉の添加試料を、C群には野生型玄米粉に発芽玄米と同程度となるように精製GABAを添加した添加試料を、それぞれ自由摂餌させて、食餌実験の開始前と1週間毎に5週目まで体重と血圧を測定した。   A clinical trial to examine the effect of recombinant brown rice was conducted as follows. 9 weeks old male spontaneously hypertensive spontaneously hypertensive rats (SHR / NCrlCrlj) purchased from Nippon Charles River Co., Ltd. were acclimatized with a normal diet for 1 week and divided into 2 groups of 8 animals. Wild type brown rice flour supplemented feed, Group B with recombinant brown rice flour added sample, Group C with wild type brown rice flour with added purified GABA to the same extent as germinated brown rice, Body weight and blood pressure were measured before admission and every week until the 5th week.

その結果、5週目では、A群は平均血圧が235mmHgであり、B,C群はともに220mmHg以下となり、有意な血圧降下作用が確認できた。このほか、血液生化学的には、A群に比較してB群では、総コレステロール、中性脂肪、GOT、GPTの低下が確認された。   As a result, in the 5th week, the average blood pressure of the A group was 235 mmHg, and the B and C groups were both 220 mmHg or less, and a significant blood pressure lowering effect was confirmed. In addition, in terms of blood biochemistry, a decrease in total cholesterol, neutral fat, GOT, and GPT was confirmed in group B as compared to group A.

<他の形質転換イネ植物体の作成および評価>
次に、上記「キタアケ」と同様にして、イネ品種「日本晴」に対して、形質転換イネを作出した。
T4世代における精白米の遊離アミノ酸含有量を自動アミノ酸分析装置により分析した結果を図10に示す。GABAに関しては野生型に比し3〜30倍の含有量の上昇が見られた。また、キタアケの結果と同様、GABAの蓄積度が高いものほど、全体的にアミノ酸含量が高まる傾向にあることが確認できた。
<Creation and evaluation of other transformed rice plants>
Next, transformed rice was produced for the rice cultivar “Nipponbare” in the same manner as “Kitaake”.
The result of having analyzed the free amino acid content of the polished rice in T4 generation with the automatic amino acid analyzer is shown in FIG. Regarding GABA, the content was increased by 3 to 30 times compared to the wild type. In addition, as with the results of Kitaake, it was confirmed that the higher the GABA accumulation, the higher the amino acid content overall.

次に、GABA含有量の多いこのT4世代の(47−52)系統と(78−87)系統に関し、遊離アミノ酸以外の白米中各種成分分析を行った結果を図11に示す。ビタミン類および各種ミネラルはいずれの分析項目ともに組換え米が野生型を上回る値であった。ここでも、GAD高発現の直接の影響があるとは考えられない各種項目が著しく上昇していることが確認できた。   Next, FIG. 11 shows the results of analysis of various components in white rice other than free amino acids for the (47-52) and (78-87) strains of the T4 generation having a high GABA content. Vitamins and various minerals showed that the value of recombinant rice exceeded that of wild type for both analytical items. Here again, it was confirmed that various items that were not considered to have a direct influence of high expression of GAD were significantly increased.

キタアケに導入した結果(図7)と同様に、特に、ミネラル分では、カリウムが2倍以上増えているため、GABAに加え血圧抑制作用が期待できる。また、ビタミンB1は糖質を分解する酵素を助け、ビタミンB6はタンパク質の代謝を促し、ビタミンEは過酸化脂質がつくられるのを防ぐため、これらが約2倍に増えていることも、好適に人体に影響を及ぼすこと期待できる。   Similar to the result of introduction to Kitaake (FIG. 7), in particular, minerals have a potassium increase of more than twice, so that an antihypertensive effect can be expected in addition to GABA. Vitamin B1 helps enzymes that break down carbohydrates, vitamin B6 promotes protein metabolism, and vitamin E prevents the formation of lipid peroxides. Can be expected to affect the human body.

<高血圧ラットへの経口投与試験>
次に、高血圧ラットであるSHR/Izmへ、(47−52)系統の白米をすり潰した餌を一日一回5週間与えて、血圧変化を観察した。SHR/Izmは、一般に5,6週齢から高血圧の傾向が現れ始め、おおよそ11週齢あたりで高血圧状態への移行が完了する。評価に際しては9週齢から6匹ずつ3グループに分け、
・標準餌+すり潰した通常精白米投与(コントロール群)
・標準餌+個体1kgに対してGABA量換算で0.1mgの投与となるようにすり潰した(47−52)系統の白米投与
・標準餌+個体1kgに対してGABA量換算で0.5mgの投与となるようにすり潰した(47−52)系統の白米投与
で評価した。結果を図12に示す。図示したように、コントロール群とGABA量が少ない群とは有意差は見られなかったが、GABA量が多い群では、高血圧状態への移行抑制が確認できた。なお、3群とも、体重差は見られなかった。
<Oral administration test to hypertensive rats>
Next, SHR / Izm, which is a hypertensive rat, was fed a food ground with (47-52) strains of white rice once a day for 5 weeks to observe changes in blood pressure. In SHR / Izm, generally, a tendency toward hypertension starts to appear at the age of 5 or 6 weeks, and the transition to a hypertension state is completed around 11 weeks of age. In the evaluation, 6 animals from 9 weeks of age were divided into 3 groups,
・ Standard diet + ground milled rice (control group)
-White rice administration of (47-52) strain ground so that it can be administered to 0.1 mg of GABA in terms of standard bait + 1 kg of individuals-0.5 mg of GABA in terms of GABA amount for standard baits + 1 kg of individuals (47-52) strains of white rice were crushed so as to be administered. The results are shown in FIG. As shown in the figure, there was no significant difference between the control group and the group with a small amount of GABA, but in the group with a large amount of GABA, inhibition of transition to a hypertensive state could be confirmed. In all three groups, there was no difference in body weight.

次に、この(47−52)系統の組換え白米と野生型(日本晴)白米とを、かつ脳卒中易発症高血圧ラット(SHRSP)へ経口投与した場合の血圧の経時変化を観察した。図13に結果を示す。図から明らかなように投与後次第に血圧降下が観測され、8時間で最も血圧が下がり24時間では略通常の高血圧状態に戻ることが確認できた。なお、投与量は、生体1kgに対して0.5mgのGABAとなるような白米量とした。   Next, changes in blood pressure over time were observed when this (47-52) strain of recombinant white rice and wild-type (Nipponbare) white rice were orally administered to stroke-prone hypertensive rats (SHRSP). The results are shown in FIG. As is apparent from the figure, a drop in blood pressure was observed after administration, and it was confirmed that the blood pressure dropped most in 8 hours and returned to a normal hypertension state in 24 hours. The dose was determined as the amount of white rice that would give 0.5 mg of GABA per 1 kg of living body.

図12、図13に示した結果から、組換え白米には、確かに白米摂取による血圧降下作用があることが分かった。   From the results shown in FIG. 12 and FIG. 13, it was found that recombinant white rice has a blood pressure lowering effect by ingesting white rice.

<水浸漬処理によるGABA含有量の変化>
GABAは、グルタミン酸がGADおよび補酵素ピリドキサルリン酸 (PLP) の介在のもと、脱炭酸反応によって生成される。また、玄米は浸漬処理により発芽玄米としてGABA強化米として流通している。そこで、組み換えない日本晴(WildType:WT)と(47−52)系統とを用いて、
・水浸漬するだけの群(w/o)
・グルタミン酸(Glu)添加+水浸漬の群
・補酵素PLP添加+水浸漬の群
・グルタミン酸(Glu)添加+補酵素PLP添加+水浸漬の群
でGABAの含有量変化を観測した。結果を図14に示す。図示したように、Glu+PLPの両方を添加したものは、組み換えないものも組み換えたものも上昇率が大きいが、組換え体は上昇率および絶対量が極めて大きなことを確認した。PLPはビタミンであるので、たとえば、本発明の白米は、炊き込み御飯に用いたり、α化して非常食等への加工に適しているといえる。
<Change in GABA content by water immersion treatment>
GABA is produced by decarboxylation of glutamic acid through GAD and the coenzyme pyridoxal phosphate (PLP). Brown rice is distributed as GABA-reinforced rice as germinated brown rice by dipping treatment. Therefore, using the non-recombinant Nipponbare (WildType: WT) and (47-52) line,
・ Group just immersed in water (w / o)
GATA content change was observed in the group of glutamic acid (Glu) addition + water immersion, coenzyme PLP addition + water immersion group, glutamic acid (Glu) addition + coenzyme PLP addition + water immersion group. The results are shown in FIG. As shown in the figure, the addition rate of both Glu + PLP was high for both non-recombined and recombined ones, but the recombinants were confirmed to have a very high rate of increase and absolute amount. Since PLP is a vitamin, it can be said that, for example, the white rice of the present invention is suitable for use in cooked rice, or α-formation and processing into an emergency food or the like.

本発明は、生活習慣病患者の食事療法や中高年者以上の常用食として用いることができる。また、本発明のベクターを用いて、機能性成分強化米を開発することができる。ここで、機能性成分強化米とは、必須アミノ酸、および/または、ビタミン、および/または、ミネラルが、野生型ないし既存品種に比べて増強されている米をいう。   INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be used as a diet for lifestyle-related disease patients or as a regular food for middle-aged and older people. In addition, functional ingredient-enhanced rice can be developed using the vector of the present invention. Here, the functional component-enriched rice refers to rice in which essential amino acids and / or vitamins and / or minerals are enhanced compared to wild-type or existing varieties.

本発明にかかる植物発現ベクターpCAMBIA GluB-1::GAD2ΔC31の構築方法を示す工程図である。FIG. 2 is a process diagram showing a method for constructing a plant expression vector pCAMBIA GluB-1 :: GAD2ΔC31 according to the present invention. T1世代の植物体における外来遺伝子の組み込みの確認をPCR法によって行った結果を示す電気泳動図である。It is an electrophoretic diagram which shows the result of having confirmed the integration of the foreign gene in the plant body of T1 generation by PCR method. T1世代の未熟種子におけるGAD2ΔC31遺伝子の転写レベルでの発現をRT−PCRによって確認した電気泳動図である。It is the electrophoretic diagram which confirmed the expression at the transcription level of GAD2 (DELTA) C31 gene in the immature seed of T1 generation by RT-PCR. T1世代の玄米から抽出した、GABA含量の分析の蛍光図とGAD2ΔC31タンパク質のウエスタン解析の結果を示す図である。It is a figure which shows the result of the fluorescence analysis of the analysis of GABA content extracted from T1 generation brown rice, and the Western analysis of GAD2 (DELTA) C31 protein. T1世代の玄米から抽出した遊離アミノ酸の自動アミノ酸分析装置を用いて分析したチャートである。It is the chart analyzed using the automatic amino acid analyzer of the free amino acid extracted from the brown rice of T1 generation. 野生型玄米と組換え玄米のアミノ酸分析の結果を比較して表にまとめたものである。The results of amino acid analysis of wild-type brown rice and recombinant brown rice are compared and summarized in a table. 抗GAD2抗体と抗GABA抗体を用いて組換え玄米におけるGAD2ΔC31タンパク質とGABAの局在を免疫組織化学的手法によって明らかにした図である。It is the figure which clarified the localization of GAD2 (DELTA) C31 protein and GABA in recombinant brown rice with the antihistochemical method using the anti- GAD2 antibody and the anti- GABA antibody. 野生型玄米と組換え玄米に含まれる各種成分を定量分析した結果をもとめた表である。It is the table | surface which calculated | required the result of having analyzed the various components contained in wild type brown rice and recombinant brown rice quantitatively. 後代(T2世代とT3世代)での玄米のGABA分析を行った結果である。It is the result of having performed the GABA analysis of the brown rice in the progeny (T2 generation and T3 generation). 玄米とその精白米でのGABA含有量を調べて比較した図である。It is the figure which investigated and compared GABA content in brown rice and its polished rice. 組換え日本晴のT4世代における精白米の遊離アミノ酸含有量を自動アミノ酸分析装置により分析した結果を示した図である。It is the figure which showed the result of having analyzed the free amino acid content of the polished rice in T4 generation of recombinant Nipponbare with the automatic amino acid analyzer. 遊離アミノ酸以外の白米中の各種成分分析を行った結果である。It is the result of having analyzed various components in white rice other than a free amino acid. 高血圧ラットSHR/IzmへGABA強化米(白米)を経口投与した場合の血圧の長期変化を示した図である。It is the figure which showed the long-term change of the blood pressure at the time of orally administering GABA reinforcement | strengthening rice (white rice) to the hypertensive rat SHR / Izm. ラットSHRSPへGABA強化米(白米)を経口投与した場合の血圧の24時間の変化の様子を示した図である。It is the figure which showed the mode of the change of the blood pressure for 24 hours at the time of orally administering GABA reinforcement | strengthening rice (white rice) to rat SHRSP. 水浸漬とGABAの変化を添加物を変えて測定した図である。なお、なお、自動アミノ酸分析装置を用いた精密な定量評価でないため、絶対値としては図10と相違する。It is the figure which measured the change of water immersion and GABA, changing an additive. In addition, since it is not the precise quantitative evaluation using an automatic amino acid analyzer, it differs from FIG. 10 as an absolute value.

Claims (4)

配列番号2に記載のアミノ酸配列をコードするDNA、若しくは、配列番号2に記載のアミノ酸配列の1若しくは数個のアミノ酸の置換、欠失、挿入、付加、又は逆位を含むアミノ酸配列からなりグルタミン酸脱炭酸酵素活性を有するアミノ酸配列をコードするDNAを導入した、稔性を有する胚乳部GABA蓄積性形質転換イネ。 Glutamic acid comprising DNA encoding the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2 or an amino acid sequence containing substitution, deletion, insertion, addition, or inversion of one or several amino acids of the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2 An endosperm GABA-accumulating transformed rice having fertility, into which a DNA encoding an amino acid sequence having decarboxylase activity has been introduced. 前記アミノ酸配列をコードするDNAがイネグルテリン遺伝子のプロモーター領域の下流側に連結している請求項1に記載の形質転換イネ。   The transformed rice according to claim 1, wherein the DNA encoding the amino acid sequence is linked to the downstream side of the promoter region of the rice glutelin gene. 請求項1または請求項2に記載の形質転換イネから得られ、GABAを少なくとも30mg/100g含有した血圧降下作用を有する白米。   White rice obtained from the transformed rice according to claim 1 or 2 and having a blood pressure lowering action, containing at least 30 mg / 100 g of GABA. イネグルテリン遺伝子のプロモーター領域と、
配列番号2に記載のアミノ酸配列をコードするDNAまたは配列番号2に記載のアミノ酸配列の1若しくは数個のアミノ酸の置換、欠失、挿入、付加、又は逆位を含むアミノ酸配列からなりグルタミン酸脱炭酸酵素活性を有するアミノ酸配列をコードするDNAと、
を連結した遺伝子を有し、胚乳部のGABA含量を高めるイネ用ベクター。
The promoter region of the rice glutelin gene;
A glutamic acid decarboxylation comprising a DNA encoding the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2 or an amino acid sequence containing substitution, deletion, insertion, addition or inversion of one or several amino acids of the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2 DNA encoding an amino acid sequence having enzyme activity ;
A rice vector which has a gene linked to and increases the GABA content of the endosperm.
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