DE3382838T2 - Transgenic dicotyledonous plant cells and plants - Google Patents
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- C12N15/09—Recombinant DNA-technology
- C12N15/63—Introduction of foreign genetic material using vectors; Vectors; Use of hosts therefor; Regulation of expression
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- C12N15/82—Vectors or expression systems specially adapted for eukaryotic hosts for plant cells, e.g. plant artificial chromosomes (PACs)
- C12N15/8201—Methods for introducing genetic material into plant cells, e.g. DNA, RNA, stable or transient incorporation, tissue culture methods adapted for transformation
- C12N15/8202—Methods for introducing genetic material into plant cells, e.g. DNA, RNA, stable or transient incorporation, tissue culture methods adapted for transformation by biological means, e.g. cell mediated or natural vector
- C12N15/8205—Agrobacterium mediated transformation
Abstract
Description
Diese Erfindung betrifft dicotyledone Pflanzenzellen oder Pflanzen, die fremde DNA-Sequenzen in ihrem Genom enthalten. Die ins Auge gefassten fremden DNA-Sequenzen sind durch Sequenzen charakterisiert, die Produkte codieren, z. B. Aminosäuren oder Polypeptide, die nützlich sind für das Wachstum der Pflanze oder für die Verbesserung von deren Qualität als Nahrungsmittel oder für die Herstellung von wertvollen Stoffwechselprodukten (z. B. Alkaloiden oder Steroid-Vorstufen).This invention relates to dicotyledons Plant cells or plants that have foreign DNA sequences in their Genome included. The foreign DNA sequences envisaged are characterized by sequences encoding products, e.g. B. amino acids or Polypeptides that are useful are for the growth of the plant or for improving their quality as food or for manufacturing of valuable metabolic products (e.g. alkaloids or steroid precursors).
In der Beschreibung werden die folgenden Bezeichnungen
verwendet:
bom-Stelle: DNA-Bereich, in dem mob-Funktionen spezifisch
interagieren und autonome DNA-Übertragung
initiieren.
Randsequenz: DNA-Sequenz, welche die Enden der T-DNA
enthält.
Replicon
mit breitem Wirtsbereich: ein DNA-Molekül, das auf viele verschiedene
Wirtszellen übertragen und
darin erhalten werden kann.
Kallus-Gewebe: eine Masse aus unorganisierten
und undifferenzierten Zellen.
Clonieren: Verfahren zum Erhalt
einer Population von Organismen oder DNA-Sequenzen, die von einem
solchen Organismus oder einer solchen Sequenz durch asexuelle Reproduktion
abgeleitet werden.
oder besser:
Verfahren zur Isolierung
eines bestimmten Organismus oder Teils davon und die Vermehrung
dieser Subfraktion als eine homogene Population.
Clonierungsvehikel:
ein Plasmid, eine Phagen-DNA oder andere DNA-Sequenzen, die fähig sind
zur Replikation in einer Wirtszelle und gekennzeichnet sind durch
eine oder eine kleine Anzahl von Endonuclease-Erkennungsstellen,
an denen solche DNA-Sequenzen in festsetzbarer Weise gespalten werden können, ohne
einen damit einhergehenden Verlust einer essentiellen biologischen
Funktion der DNA, z. B. Replikation, Herstellung von Mantelproteinen
oder Verlust von Promotor- oder Bindungsstellen, und die einen zur
Verwendung bei der Identifizierung von transformierten Zellen geeigneten
Marker enthalten, z. B. Tetracyclin-Resistenz oder Ampicillin-Resistenz. Ein
Clonierungsvehikel wird oft Vektor genannt.
Codierungssequenz:
DNA-Sequenz, welche die Aminosäure-Sequenz
eines Polypeptids bestimmt.
Kointegrierte Struktur: die Struktur,
die aus einem einfachen Crossover-Ereignis zwischen zwei ringförmigen DNA-Molekülen entsteht.
Komplementierung
in trans: Vorgang, wodurch ein DNA-Molekül (Replicon), das nicht mit
einem anderen Replicon physikalisch verbunden ist, eine diffundierbare
Substanz bereitstellen kann, die dem anderen nicht-verbundenen Replicon
fehlt und von ihm benötigt
wird.
Konjugation: Vorgang, durch den DNA von Bakterien eines
Typs während
des Kontakts von Zelle zu Zelle auf einen anderen Typ übertragen
wird.
Crossover: Vorgang des Austausches von genetischem Material
zwischen homologen DNA-Sequenzen.
Deletions-Substitution: Entfernung
einer DNA-Sequenz und deren Ersatz durch eine andere DNA-Sequenz.
Differenzierung:
Vorgang, wodurch die Nachkommen einer Zelle die Spezialisierung
von Struktur und Funktion erreichen und aufrechterhalten.
DNA-Sequenz
oder DNA-Segment: eine lineare Reihe von Nucleotiden, die untereinander
durch Phosphordiester-Bindungen zwischen den 3'- und 5'-Kohlenstoffatomen der benachbarten
Pentosen verbunden sind.
Doppeltes Crossover: Vorgang, bei
dem eine kointegrierte Struktur unter Bildung von zwei ringförmigen DNA-Molekülen aufgelöst wird.
Dieser Vorgang wird zum Austausch von genetischer Information verwendet.
Einer der DNA-Ringe hat zwei mit der Ziel-DNA homologe Bereiche,
durch die die Rekombination stattfinden kann; diese zwei Bereiche
umschließen eine
nichthomologe DNA-Sequenz, die mit der Ziel-DNA ausgetauscht werden
soll. Sofern dieses zweite Crossover in demselben DNA-Bereich stattfindet
wie das erste, wird es zur Bildung der ursprünglichen DNA-Ringe kommen.
Sofern das zweite Crossover in dem zweiten homologen Bereich stattfindet, wird
das Ergebnis ein genetischer Austausch zwischen den beiden Ringen
sein.
Expression: der von einem Stukturgen durchlaufene Vorgang
zur Herstellung eines Polypeptids. Es stellt eine Kombination von
Transkription und Translation dar.
Expressions-Kontrollsequenz:
eine Nucleotidsequenz, die die Expression von Strukturgenen steuert und
reguliert, wenn sie mit solchen Genen funktionell verbunden ist.
F-Typ-Plasmid:
Plasmid, das den F(Fertilitäts)-Faktor trägt, der
die Übertragung
einer Kopie des Plasmids auf einen Wirt, der den F-Faktor nicht
trägt,
ermöglicht.
Gen:
eine aus zwei Teilen zusammengesetzte DNA-Sequenz: (1.) die das
Genprodukt codierende Sequenz und (2.) die Sequenzen im Promotorbereich,
die steuern, ob das Gen exprimiert wird oder nicht.
Genom:
die gesamte DNA einer Zelle oder eines Virus. Es umfaßt unter
anderem die das (die) Polypeptid(e) codierenden Strukturgene und
außerdem
Operator, Promotor und an die Ribosomen bindende und mit ihnen in
Wechselwirkung tre tende Sequenzen, umfassend Sequenzen, wie z. B.
die Shine-Dalgarno-Sequenzen.
Genotyp:
die Gesamtsumme der im Organismus enthaltenen genetischen Informationen.
Homologe
Rekombination: Rekombination zwischen zwei DNA-Bereichen, die homologe
Sequenzen enthalten.
I-Typ-Plasmid: eine Gruppe von autotransferierbaren Plasmiden
einer von F unterschiedlichen Inkompatibilitätsgruppe.
Inkompatibilität: wenn
zwei DNA-Moleküle
nicht fähig sind,
in derselben Zelle in Abwesenheit von selektivem Druck gemeinsam
vorzuliegen.
Insertion: Einführung einer DNA-Sequenz in
die DNA-Sequenz eines anderen Moleküls.
Leader-Sequenz: der
Bereich eines mRNA-Moleküls, der
vom 5'-Ende bis zum Anfang
des ersten Strukturgens reicht; sie umfaßt auch Stellen, die für die Initiierung
der Translation der Codierungssequenz des Strukturgens wichtig sind.
Meiose:
zwei aufeinanderfolgende Teilungen, die in jeder der vier entstandenen
Zellen die anfängliche Anzahl
von 4 n Chromosomen auf 1 n vermindern. Dieser Vorgang spielt bei
der sexuellen Fortpflanzung eine wichtige Rolle.
mob (Mobilisierungsfunktionen):
ein Satz von Produkten, welche die DNA-Übertragung nur in Kombination
mit tra-Funktionen fördern.
mob kann die Übertragung
von Plasmiden fördern,
die eine bom-Stelle enthalten.
Mobilisierung: Vorgang, durch
den ein DNA-Molekül, das
nicht zur Übertragung
auf eine andere Zelle fähig ist,
durch ein anderes DNA-Molekül
bei der Übertragung
unterstützt
wird.
Mobilisierungs-Helferplasmid: ein Plasmid, das fähig ist
zur Bereitstellung von diffundierbaren Produkten, die einem anderen
Plasmid für
die Übertragung
auf eine andere Wirtszelle fehlen.
Nicht-konjugatives rekombinantes
Plasmid: ein DNA-Molekül,
das nicht von selbst während
des Zell/Zell-Kontakts von seiner Wirtszelle auf eine andere Wirtszelle übertragen
werden kann. Für
die Übertragung
wird es weitere Funktionen benötigen, die
durch eine andere DNA bereitgestellt werden, z. B. durch (ein) Helferplasmid(e).
Nucleotid:
eine monomere Einheit von DNA oder RNA, die aus einem Zuckerrest
(Pentose), einem Phosphat und einer heterocyclischen Stickstoffbase besteht.
Die Base ist über
eine glycosidische Bindung (1'-Kohlenstoffatom
der Pentose) an den Zuckerrest gebunden, und diese Kombination von
Base und Zucker ist ein Nucleotid. Die Base kennzeichnet das Nucleotid.
Die vier DNA-Basen sind Adenin ("A"), Guanin ("G"), Cytosin ("C")
und Thymin ("T"). Die vier RNA-Basen
sind A, G, C und Uracil ("U").
Phänotyp: die
zu beobachtenden Kennzeichen eines Individuums, die aus der Wechselwirkung
zwischen dem Genotyp und der Umgebung, in der die Entwicklung vor
sich geht, zustande kommen.
Plasmid: eine nicht-chromosomale
doppelsträngige DNA-Sequenz,
die ein intaktes "Replicon" umfaßt, so daß das Plasmid
in einer Wirtszelle repliziert wird. Wenn das Plasmid in einen einzelligen
Organismus eingebracht wird, werden die Kennzeichen dieses Organismus
als ein Ergebnis der Plasmid-DNA verändert oder transformiert. Beispielsweise
transformiert ein das Gen für
Tetracyclin-Resistenz (TcR) tragendes Plasmid
eine Zelle, die vorher sensitiv gegen Tetracyclin war, in eine gegen
Tetracyclin resistente Zelle. Eine durch ein Plasmid transformierte
Zelle wird "Transformante" genannt.
Polypeptid:
eine lineare Reihe von Aminosäuren,
die durch Peptidbindungen zwischen den α-Amino- und Carboxylgruppen
der benachbarten Aminosäuren miteinander
verbunden sind.
Promotor-Bereich: DNA-Sequenzen stromaufwärts des
Starts der Codierungssequenz, welche die Transkription des Gens
regulieren:
Promotor-Sequenz: Sequenz, an die RNA-Polymerase
bindet und die die zuverlässige
Transkription von stromabwärts
liegenden Sequenzen fördert.
Rekombinantes
DNA-Molekül
oder Hybrid-DNA: eine Hybrid-DNA-Sequenz, die mindestens zwei Nucleotid-Sequenzen
umfaßt, wobei
die erste Sequenz in der Natur normalerweise nicht zusammen mit
der zweiten vorkommt.
Rekombination: die Erzeugung einer neuen
Zusammenstellung von DNA-Molekülen
oder Teilen von DNA-Molekülen.
Homologie-Bereich:
ein DNA-Bereich, der dieselbe Nucleotid-Sequenz umfaßt wie diejenige,
die in einem Bereich einer anderen DNA vorliegt.
Replicon:
ein selbst-replizierendes genetisches Element, das eine Stelle für die Initiation
der DNA-Replikation und Gene besitzt, die die nötigen Funktionen für die Steuerung
der Replikation bezeichnen.
Restriktionsfragment: ein DNA-Molekül, das aus
einer doppelsträngigen
Spaltung durch ein Enzym stammt, welches eine spezifische Ziel-DNA-Sequenz erkennt.
RNA-Polymerase:
Enzym, das die Transkription von DNA in RNA bewirkt.
Gen für einen
selektierbaren Marker: eine DNA-Sequenz, die, wenn sie exprimiert
wird, dieser Zelle einen Wachstumsvorteil gegenüber den Zellen verschafft,
die diese DNA-Sequenz
nicht enthalten, wenn alle Zellen in einem Wachstumsmedium vorliegen,
in dem die beiden Zelltypen unterschieden werden können. Üblicherweise
verwendete Gene für
einen selektierbaren Marker sind diejenigen, die Resistenz gegen
Antibiotika codieren.
Einfaches Crossover: Vorgang, bei dem
zwei ringförmige
DNA-Moleküle
zur Bildung eines kointegrierten größeren Rings rekombiniert werden.
Strukturgen:
ein Gen, das ein Polypeptid codiert.
T-DNA: Teil des Ti-Plasmids,
der stabil integriert in dem Pflanzenzellgenom gefunden wird.
T-Region:
Teil des Ti-Plasmids, das die DNA-Sequenzen enthält, die auf das Pflanzenzellgenom übertragen
werden.
Ti-Plasmid: große
Plasmide, die in Stämmen
von Agrobacterium tumefaciens gefunden werden und die genetische
Information für
die Induktion von (Wurzelhalsgallen-)Tumor bei empfänglichen
Pflanzen enthalten.
TL-DNA und TR-DNA: Octopin-Wurzelhalsgallen-Tumorzellen
können
zwei T-DNA-Sequenzen enthalten, eine linke T-DNA, d. h. TL-DNA,
und eine rechte TR-DNA. TL-DNA enthält Sequenzen, die auch gemeinsam
in T-DNA von Nopalin-Tumorzellen gefunden werden, TR-DNA dagegen
nicht.
tra (Übertragungs-Funktionen):
sowohl Plasmid codierte diffundierbare Produkte als auch Stellen
der Wirkung, die während
der DNA-Übertragung
zwischen Zellen verwendet werden, d. h. Produkte, die erforderlich
sind, um eine Brücke
zwischen zwei Zellen zu schlagen, und die Stelle, an der die DNA-Übertragung
initiiert wird.
Transkription: Vorgang der Herstellung von
mRNA aus einem Strukturgen
oder: Vorgang, der Basenpaarung
umfaßt,
wodurch die in der DNA enthaltene genetische Information verwendet
wird, um eine komplementäre
Basensequenz in einer RNA-Kette anzuordnen.
Transformation:
genetische Modifikation, die durch den Einbau von exogener DNA in
das DNA-Komplement einer Zelle induziert wird.
Translation:
Vorgang der Herstellung eines Polypeptids aus mRNA
oder: Vorgang,
wodurch die in einem mRNA-Molekül vorliegende
genetische Information die Anordnung von spezifischen Aminosäuren während der
Synthese eines Polypeptids bestimmt.
Undifferenzierter Phänotyp: eine
homologe Erscheinung von Zellen in einem Gewebe ohne irgendwelche
spezialisierten Teile.
Vektor: ein DNA-Molekül, das für die Übertragung zwischen
verschiedenen Wirtszellen entworfen wurde.The following terms are used in the description:
bom site: DNA area in which mob functions interact specifically and initiate autonomous DNA transfer.
Edge sequence: DNA sequence which contains the ends of the T-DNA.
Wide host range replicon: a DNA molecule that can be transferred to and maintained in many different host cells.
Callus tissue: a mass of disorganized and undifferentiated cells.
Cloning: A method of obtaining a population of organisms or DNA sequences derived from such an organism or sequence by asexual reproduction.
or better:
Process for isolating a certain organism or part thereof and multiplying this sub-fraction as a homogeneous population.
Cloning vehicle: a plasmid, phage DNA or other DNA sequences capable of replication in a host cell and characterized by one or a small number of endonuclease recognition sites at which such DNA sequences can be cleaved in a fixable manner, without an associated loss of an essential biological function of the DNA, e.g. B. replication, production of coat proteins or loss of promoter or binding sites, and containing a marker suitable for use in the identification of transformed cells, e.g. B. tetracycline resistance or ampicillin resistance. A cloning vehicle is often called a vector.
Coding sequence: DNA sequence which determines the amino acid sequence of a polypeptide.
Cointegrated structure: the structure that arises from a simple crossover event between two circular DNA molecules.
Complementation in trans: Process whereby a DNA molecule (replicon) that is not physically linked to another replicon can provide a diffusible substance that is missing from and required by the other non-linked replicon.
Conjugation: The process by which DNA is transferred from bacteria of one type to another type during contact from cell to cell.
Crossover: process of exchanging genetic material between homologous DNA sequences.
Deletion substitution: Removal of a DNA sequence and its replacement by another DNA sequence.
Differentiation: The process by which the descendants of a cell achieve and maintain the specialization of structure and function.
DNA sequence or segment: a linear series of nucleotides that are connected to each other by phosphorus diester bonds between the 3 'and 5' carbon atoms of the adjacent pentoses.
Double crossover: Process in which a cointegrated structure is dissolved to form two circular DNA molecules. This process is used to exchange genetic information. One of the DNA rings has two regions homologous to the target DNA through which recombination can occur; these two areas enclose a non-homologous DNA sequence that is to be exchanged with the target DNA. If this second crossover takes place in the same DNA area as the first, the original DNA rings will be formed. If the second crossover takes place in the second homologous area, the result will be a genetic exchange between the two rings.
Expression: the process of making a polypeptide that a structural gene has undergone. It is a combination of transcription and translation.
Expression control sequence: a nucleotide sequence that controls and regulates the expression of structural genes when it is functionally linked to such genes.
F-type plasmid: plasmid that carries the F (fertility) factor, which enables the transfer of a copy of the plasmid to a host that does not carry the F factor.
Gene: a DNA sequence composed of two parts: (1.) the sequence encoding the gene product and (2.) the sequences in the promoter region which control whether the gene is expressed or not.
Genome: the entire DNA of a cell or a virus. It includes inter alia the structural genes coding for the polypeptide (s) and also the operator, promoter and sequences which bind to and interact with the ribosomes, comprising sequences such as, for. B. the Shine-Dalgarno sequences.
Genotype: the total amount of genetic information contained in the organism.
Homologous recombination: recombination between two DNA regions that contain homologous sequences.
I-type plasmid: a group of autotransferable Plasmids of an incompatibility group different from F.
Incompatibility: when two DNA molecules are unable to coexist in the same cell in the absence of selective pressure.
Insertion: insertion of a DNA sequence into the DNA sequence of another molecule.
Leader sequence: the region of an mRNA molecule that extends from the 5 'end to the beginning of the first structural gene; it also includes sites that are important for initiating translation of the coding sequence of the structural gene.
Meiosis: two successive divisions that reduce the initial number of 4 n chromosomes to 1 n in each of the four cells formed. This process plays an important role in sexual reproduction.
mob (mobilization functions): a set of products that only promote DNA transmission in combination with tra functions. mob can promote the transfer of plasmids that contain a bom site.
Mobilization: The process by which a DNA molecule that is not capable of being transferred to another cell is assisted in the transfer by another DNA molecule.
Mobilization helper plasmid: a plasmid that is capable of providing diffusible products that another plasmid lacks for transfer to another host cell.
Non-conjugative recombinant plasmid: a DNA molecule that cannot be transferred from its host cell to another host cell by itself during cell / cell contact. For the transfer, additional functions will be required which are provided by another DNA, e.g. B. by (a) helper plasmid (s).
Nucleotide: a monomeric unit of DNA or RNA consisting of a sugar residue (pentose), a phosphate and a heterocyclic nitrogen base. The base is attached to the sugar residue via a glycosidic bond (1'-carbon atom of the pentose), and this combination of base and sugar is a nucleotide. The base identifies the nucleotide. The four DNA bases are adenine ("A"), guanine ("G"), cytosine ("C") and thymine ("T"). The four RNA bases are A, G, C and uracil ("U").
Phenotype: the characteristics of an individual to be observed that arise from the interaction between the genotype and the environment in which the development takes place.
Plasmid: a non-chromosomal double-stranded DNA sequence comprising an intact "replicon" so that the plasmid is replicated in a host cell. When the plasmid is introduced into a unicellular organism, the characteristics of that organism are changed or transformed as a result of the plasmid DNA. For example, a plasmid carrying the gene for tetracycline resistance (Tc R ) transforms a cell that was previously sensitive to tetracycline into a cell that is resistant to tetracycline. A cell transformed by a plasmid is called a "transformant".
Polypeptide: a linear series of amino acids linked by peptide bonds between the α-amino and carboxyl groups of the neighboring amino acids.
Promoter region: DNA sequences upstream of the start of the coding sequence which regulate the transcription of the gene:
Promoter sequence: sequence to which RNA polymerase binds and which promotes the reliable transcription of downstream sequences.
Recombinant DNA molecule or hybrid DNA: a hybrid DNA sequence comprising at least two nucleotide sequences, the first sequence not normally occurring together with the second in nature.
Recombination: the creation of a new compilation of DNA molecules or parts of DNA molecules.
Homology region: a DNA region that comprises the same nucleotide sequence as that which is present in a region of another DNA.
Replicon: a self-replicating genetic element that has a site for the initiation of DNA replication and genes that designate the functions necessary for the control of replication.
Restriction fragment: a DNA molecule that results from double-stranded cleavage by an enzyme that recognizes a specific target DNA sequence.
RNA polymerase: enzyme that causes the transcription of DNA into RNA.
Selectable marker gene: a DNA sequence that, when expressed, gives this cell a growth advantage over cells that do not contain this DNA sequence when all cells are in a growth medium that distinguishes the two cell types can. Commonly used genes for a selectable marker are those that encode antibiotic resistance.
Simple crossover: The process of recombining two circular DNA molecules to form a cointegrated larger ring.
Structural gene: a gene that encodes a polypeptide.
T-DNA: part of the Ti plasmid that is found stably integrated in the plant cell genome.
T region: part of the Ti plasmid that contains the DNA sequences that are transferred to the plant cell genome.
Ti plasmid: large plasmids found in strains of Agrobacterium tumefaciens and which contain the genetic information for the induction of (root neck gall) tumor in susceptible plants.
TL-DNA and TR-DNA: Octopin bile duct tumor cells can contain two T-DNA sequences, a left T-DNA, ie TL-DNA, and a right one TR-DNA. TL-DNA contains sequences that are also found together in T-DNA from nopaline tumor cells, but TR-DNA does not.
tra (transfer functions): both plasmid-encoded diffusible products and sites of action used during DNA transfer between cells, ie products required to bridge two cells and the site at which initiates the DNA transfer.
Transcription: Process of producing mRNA from a structural gene
or: A process involving base pairing whereby the genetic information contained in the DNA is used to place a complementary base sequence in an RNA chain.
Transformation: genetic modification induced by the incorporation of exogenous DNA into a cell's DNA complement.
Translation: Process of making a polypeptide from mRNA
or: Process whereby the genetic information present in an mRNA molecule determines the arrangement of specific amino acids during the synthesis of a polypeptide.
Undifferentiated phenotype: a homologous appearance of cells in a tissue without any specialized parts.
Vector: a DNA molecule designed for transfer between different host cells.
Die Enwicklung von DNA-Rekombinations-Techniken hat die gentechnische Herstellung von Mikroorganismen zu einer Herausforderung gemacht. Diese Techniken könnten auf vielzellige Eukaryonten ausgedehnt werden, sofern vollständige Organsimen aus einzelnen somatischen Zellen regeneriert werden könnten. Die Zellen von einigen höheren Pflanzen besitzen außergewöhnliche Fähig keiten der Regeneration, und sie stellen daher ein gutes Material für die gentechnische Herstellung von höheren Organismen dar.The development of DNA recombination techniques the genetic engineering of microorganisms is a challenge made. These techniques could extended to multicellular eukaryotes, provided complete organisms could be regenerated from individual somatic cells. The Cells from some higher plants own extraordinary Skills regeneration, and therefore they make a good material for genetic engineering Producing higher Organisms.
Ein Hauptproblem der gentechnischen Herstellung von Pflanzen ist die Verfügbarkeit eines Systems zur Einführung von exogener (fremder) DNA in das Pflanzengenom. Ein solches System wird durch die von dem Gram-negativen Bodenbakterium Agrobacterium tumefaciens getragenen tumorinduzierenden (Ti-)Plasmide bereitgestellt. Es wurde gezeigt, daß dieser Organismus bei vielen verschiedenen dicotyledonen Pflanzen eine neoplastische Transformation, die sogenannte "Wurzelhalsgalle", von verwundetem Gewebe verursacht. Die wuchernden Neoplasmen synthetisieren neuartige, Ti-spezifische Stoffwechselprodukte, die sogenannten Opine. Die molekulare Basis dieser Transformation besteht aus der Übertragung und dem stabilen Einbau eines gut-definierten T-DNA(übertragene DNA)-Fragments des Ti-Plasmids in das Pflanzenzellgenom. Mit anderen Worten enthalten Wurzelhalsgallen-Tumore in ihrer chromosomalen DNA ein DNA-Segment, genannt die T-DNA, die zu DNA-Sequenzen in dem zur Induktion der Tumorlinie verwendeten Ti-Plasmid homolog ist. In allen Fällen entspricht diese T-DNA und ist kolinear mit einem fortlaufenden Bereich der Ti-Plasmid-DNA, welche daher die T-Region genannt wird.A major problem of genetic engineering Plant production is the availability of a system for introduction of exogenous (foreign) DNA into the plant genome. Such a system is caused by the Gram-negative soil bacterium Agrobacterium tumefaciens-borne tumor-inducing (Ti) plasmids are provided. It has been shown that this Organism in many different dicotyledonous plants neoplastic transformation, the so-called "root neck bile", caused by wounded tissue. The rampant neoplasms synthesize novel, Ti-specific metabolites, the so-called opines. The molecular basis of this transformation consists of the transfer and the stable incorporation of a well-defined T-DNA (transferred DNA) fragment of the Ti plasmids in the plant cell genome. In other words included Root neck gall tumors in their chromosomal DNA a DNA segment, called the T-DNA, which is used to induce the DNA sequences in the Tumor plasmid used is homologous. Corresponds in all cases this T-DNA and is colinear with a continuous range of Ti plasmid DNA, which is therefore called the T region.
Die Ti-Plasmide werden nach dem Typ des in den Wurzelhalsgallen-Zellen synthetisierten Opins eingeteilt. Agrobacterium-Stämme, die in Wurzelhalsgallen-Zellen die Synthese von Nopalin [N-α-(1,3-Dicarboxypropyl)-L-arginin] induzieren, werden Nopalin-Stämme genannt und Stämme, welche die Synthese von Octopin [N-α-(N-1-Carboxyethyl)-L-arginin] induzieren, werden Octopin-Stämme genannt. Dies sind die am häufigsten verwendeten Agrobacterium-Stämme.The Ti plasmids are of the type of the opine synthesized in the root graft cells. Agrobacterium strains the synthesis of nopaline [N-α- (1,3-dicarboxypropyl) -L-arginine] induce nopaline strains called and tribes, which the synthesis of octopine [N-α- (N-1-carboxyethyl) -L-arginine] induce are called octopin strains. These are the most common used Agrobacterium strains.
Die Verwendung von T-DNA als ein Vektor für gentechnische Herstellung von Pflanzen wurde in einem Modellversuch gezeigt, in dem das bakterielle 14 kb-Transposon Tn7 in vivo in der Nähe des rechten Rands der T-DNA aus dem Ti-Plasmid des Stamms Agrobacterium T37 eingebaut wurde. Die Nopalin-Synthese fehlte in den Tumoren, die durch die dieses Ti-Plasmid tragenden Agrobacterien angeregt wurden. Außerdem machten die Southern-Blot-Hybridisierungen deutlich, daß das gesamte Tn7 in der chromosomalen DNA dieser Tumoren als Teil einer ansonsten normalen T-DNA-Sequenz vorlag (Hernalsteens et al., Nature, 287 (1980), 654-656; Holsters et al., Mol. Gen. Genet. 185 (1982), 283–289). Daher hat die Einführung dieses 14 kb-DNA-Fragments in die 23 kb-T-DNA die Fähigkeit der letzteren, in Pflanzenzellgenome übertragen zu werden, nicht verändert.The use of T-DNA as a Vector for Genetic engineering of plants was carried out in a pilot project shown in which the bacterial 14 kb transposon Tn7 in vivo in nearby the right edge of the T-DNA from the Ti plasmid of the strain Agrobacterium T37 was installed. The tumors lacked nopaline synthesis, which are stimulated by the Agrobacteria carrying this Ti plasmid were. Moreover the Southern blot hybridizations made it clear that the whole Tn7 in the chromosomal DNA of these tumors as part of an otherwise normal T-DNA sequence was present (Hernalsteens et al., Nature, 287 (1980), 654-656; Holsters et al., Mol. Gen. Genet. 185: 283-289 (1982). Hence the introduction of this 14 kb DNA fragment in the 23 kb T-DNA the ability of the latter to transfer into plant cell genomes to be changed.
Die Ränder der T-DNA aus dem Ti-Plasmid des Nopalin-Stammes Agrobacterium T37 sind sehr genau ausfindig gemacht worden. Sie stellt nur einen Teil, etwa 23 kb, des gesamten Nopalin-Ti-Plasmids dar. Außerdem sind die Ränder der T-DNA bekannt: die Nucleotid-Sequenzen, welche die Ränder der T-DNA definieren, sind ausfindig gemacht und mit demselben Bereich des Nopalin-Ti-Plasmids verglichen worden (Zambryski et al., Science 209 (1980), 1385–1391; Zambryski et al., J. Mol. Appl. Genet. 1 (1982), 361–370). Die Ränder der T-Region sind höchstwahrscheinlich bei der Integration der T-DNA in das Planzenzellgenom beteiligt.The edges of the T-DNA from the Ti plasmid of the Nopalin strain Agrobacterium T37 are located very precisely Service. It represents only a part, approximately 23 kb, of the entire Nopalin-Ti plasmid. Moreover are the edges The T-DNA is known: the nucleotide sequences that make up the edges of the T-DNA define, are located and with the same area of the Nopalin-Ti plasmids have been compared (Zambryski et al., Science 209: 1385-1391 (1980); Zambryski et al., J. Mol. Appl. Genet. 1: 361-370 (1982). The margins the T region are most likely involved in the integration of T-DNA into the plant cell genome.
Die Kenntnis der T-DNA-Sequenzen, welche die Ränder der übertragenen DNA definieren, ist ein grundlegendes Erfordernis für die Verwendung des Ti-Plasmids als ein Vektor für die Übertragung von DNA auf Pflanzenzellen. Auf diese Weise kann fremde DNA innerhalb dieser Ränder eingefügt werden, wodurch ihre Übertragung auf das Pflanzenzellgenom sichergestellt ist. Außerdem ist es wichtig, wenn man dieses System verwenden will, daß die transformierten Pflanzenzellen in ihren Wachstumseigenschaften eher normal als tumorös sind. Um normale Zellen nach der T-DNA-Übertragung herzustellen, ist die Kenntnis der durch die T-DNA selbst codierten Funktionen erforderlich. Daher ist die T-Region des Ti-Plasmids einer intensiven genetischen Analyse unterzogen worden, um zu bestimmen, welche Bereiche für den Tumor-Phänotyp verantwortlich sind.Knowing the T-DNA sequences that define the edges of the transferred DNA is a basic requirement for using the Ti plasmid as a vector for the transfer of DNA to plant cells. In this way, foreign DNA can be inserted within these edges, which ensures their transfer to the plant cell genome. It is also important, if you want to use this system, that the transformed plant cells are normal rather than tumorous in their growth properties. In order to produce normal cells after T-DNA transfer, knowledge is that encoded by the T-DNA itself Features required. Therefore, the T region of the Ti plasmid has been subjected to intensive genetic analysis to determine which areas are responsible for the tumor phenotype.
Die T-DNA codiert Funktionen, die für den Wurzelhalsgallen-Phänotyp verantwortlich sind. Die Gene wurden auf spezifischen Bereichen der T-DNA lokalisiert (Leemans et al., EMBO J. 1 (1982), 147–152; Willmitzer et al., EMBO J. 1 (1982), 139-146). Im allgemeinen gibt es mindestens 4 Gene, die den undifferenzierten Phänotyp von Tumorkallusgewebe steuern. Mutanten dieser Gene können zu transformierten Geweben führen, die entweder Sproß-ähnlich oder Wurzel-ähnlich sind. Die letzteren Ergebnisse sind besonders wichtig, sofern man vorhat, DNA auf Pflanzen zu übertragen und lieber in normalem Pflanzengewebe als in Tumorgewebe zu exprimieren.The T-DNA encodes functions that responsible for the root neck phenotype are. The genes were localized to specific areas of the T-DNA (Leemans et al., EMBO J. 1 (1982), 147-152; Willmitzer et al., EMBO J. 1 (1982), 139-146). Generally there are at least 4 genes that make up the undifferentiated phenotype control of tumor callus tissue. Mutants of these genes can too lead transformed tissues, which is either sprout-like or Root-like are. The latter results are particularly important if you plan to Transfer DNA to plants and prefer to express in normal plant tissue than in tumor tissue.
Kürzlich wurde ein mutiertes Ti-Plasmid gefunden, das transformierte Sprosse induzierte, die zur. Regeneration in vollständig normalen Pflanzen fähig waren. Diese Pflanzen waren fruchtbar und übertrugen T-DNA-spezifische Sequenzen sogar durch die Meiose hindurch, d. h. die Nachkommen-Pflanzen enthielten noch T-DNA-spezifische Sequenzen (Otten et al., Mol. Gen. Genet. 183 (1981), 209–213). Das transformierte Pflanzengewebe enthielt jedoch in seiner chromosomalen DNA eine T-DNA, deren Größe sehr stark reduziert war, was auf der Bildung einer großen Deletion beruhte, wodurch der den Tumor-Phänotyp steuernde Bereich der T-DNA entfernt wurde. Es ist nicht bekannt, ob die Deletion während des ursprünglichen Transformations-Ereignisses oder als ein nachfolgendes Ereignis, das zur Sproß-Bildung führte, stattfand.Recently a mutated Ti plasmid was found, the transformed rung induced that to. Regeneration in completely normal plants. These plants were fertile and transmitted T-DNA specific Sequences even through meiosis, i.e. H. the offspring plants still contained T-DNA-specific sequences (Otten et al., Mol. Gene. Genet. 183: 209-213 (1981). However, the transformed plant tissue contained in its chromosomal DNA a T-DNA, the size of which is very was greatly reduced, which was due to the formation of a large deletion was based, whereby the one controlling the tumor phenotype Area of T-DNA was removed. It is not known if the deletion while of the original Transformation event or as a subsequent event, that for sprout formation led, took place.
Die Ti-Plasmide sind groß (200 kb), und viele an verschiedenen Stellen auf dem Ti-Plasmid liegende Gene sind an der Transformation von Pflanzenzellen beteiligt. Daher ist es nicht möglich, einen kleinen vom Ti-Plasmid abgeleiteten Clonierungsvektor mit einmaligen Endonuclease-Erkennungsstellen an geeigneten Stellen in der T-Region zu konstruieren, der alle Funktionen besitzt, die für die Übertragung und den stabilen Einbau der T-DNA in das Pflanzenzellgenom nötig sind. Ein bekannter Weg, ein ausgewähltes DNA-Fragment in spezifische Restriktionsenzym-Spaltstellender T-Region eines Ti-Plasmids einzufügen, bestand darin, Clonierungsplasmide zu konstruieren, die zur Replikation sowohl in Agrobacterium als auch in Escherichia coli fähig sind und die ein ausgewähltes Restriktionsfragment der T-DNA enthalten. Solche Clonierungsplasmide wurden als "intermediäre Vektoren" bezeichnet. Solche intermediären Vektoren wurden zur Analyse der durch die T-Region codierten Funktionen verwendet (Leemans et al., J. Mol. Appl. Genet. 1 (1981), 149–164).The Ti plasmids are large (200 kb) and many genes located at different locations on the Ti plasmid are involved in the transformation of plant cells. thats why it is not possible a small, unique cloning vector derived from the Ti plasmid Endonuclease recognition sites at appropriate locations in the T region to construct that has all the functions necessary for the transmission and the stable incorporation of the T-DNA into the plant cell genome is necessary. A well-known way, a chosen one DNA fragment in specific restriction enzyme sites of the T region insert a Ti plasmid in constructing cloning plasmids necessary for replication are capable of both Agrobacterium and Escherichia coli and the one selected Contain restriction fragment of T-DNA. Such cloning plasmids were referred to as "intermediate vectors". Such intermediate Vectors were used to analyze the functions encoded by the T region used (Leemans et al., J. Mol. Appl. Genet. 1 (1981), 149-164).
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Ausführungsform, wie sie in den Ansprüchen charakterisiert ist. Sie beschreibt ein Verfahren zur Einführung von exprimierbaren Genen in Pflanzenzellgenome von dicotyledonen Pflanzen. Modifizierte Akzeptor-Ti-Plasmide welche die Einführung von irgendeinem (irgendwelchen) gewünschten Gen (Genen) in diese Plasmide ermöglichen, werden beschrieben. Das (die) einzuführende(n) gewünschte(n) Gen(e) ist (sind) in einem neuartigen intermediären Clonierungsvektor enthalten, der einen Bereich trägt, der zu einem entsprechenden Bereich in dem Akzeptor-Ti-Plasmid homolog ist.The present invention relates to one embodiment, as in the claims is characterized. It describes a procedure for the introduction of expressible genes in plant cell genomes of dicotyledonous plants. Modified acceptor Ti plasmids which introduce any (any) desired Enabling genes (genes) in these plasmids are described. The to be introduced desired) Gene (s) is (are) contained in a novel intermediate cloning vector, that carries an area that is homologous to a corresponding region in the acceptor Ti plasmid is.
Die Einführung des (der) gewünschten Gens (Gene) in die Akzeptor-Ti-Plasmide wird durch ein einfaches Crossover-Ereignis erreicht, das innerhalb der beiden homologen DNA-Segmente des in Agrobacterium beherbergten Akzeptor-Ti-Plasmids und des intermediären Clonierungsvektors stattfindet. Der intermediäre Clonierungsvektor wird aus Escherichia coli mobilisiert, von wo er auf Agrobacterium unter Verwendung von Helferplasmiden ausgebreitet wird. Solche Helferplasmide und ihre Funktionen zur Mobilisierung sind bekannt (Finnegan et al., Mol. Gen. Genet. 185 (1982), 344–351; Figurski et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA 76 (1979), Ditta et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA 77 (1980), 7347).The introduction of the desired one Gens (genes) in the acceptor Ti plasmids are identified by a simple Crossover event achieved within the two homologues DNA segments of the Agrobacterium-housed acceptor Ti plasmid and the intermediate Cloning vector takes place. The intermediate cloning vector is made from Escherichia coli mobilized from where it is on Agrobacterium Use of helper plasmids is spread. Such helper plasmids and their functions for mobilization are known (Finnegan et al., Mol. Gen. Genet. 185: 344-351 (1982); Figurski et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA 76 (1979), Ditta et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA 77: 7347 (1980).
Das Ergebnis des einfachen Crossover-Ereignisses in Agrobacterium ist ein Hybrid-Ti-Plasmidvektor.The result of the simple crossover event in Agrobacterium is a hybrid Ti plasmid vector.
Die entstehenden, in Agrobacterium beherbergten Hybrid-Plasmidvektoren (nachstehend als Vektorzusammensetzung bezeichnet) können direkt verwendet werden, um dicotyledone Pflanzenzellen zu infizieren, die dann anschließend nach der Expression des Produkts (der Produkte) des (der) gewünschten Gens (Gene) abgesucht werden. Diese Strategie ist auf jedes der auf Pflanzen übertragbaren Plasmide von Actrobacterium anwendbar.The emerging ones in Agrobacterium harbored hybrid plasmid vectors (hereinafter referred to as vector composition) can be used directly to infect dicotyledonous plant cells, which are then subsequently the expression of the product (s) of the desired one Genes are searched. This strategy is on everyone plant-transferable plasmids of Actrobacterium applicable.
pGV745 wird bei der Konstruktion
des Akzeptor-Plasmids pGV2260, einem in
Bezugnehmend auf
Die DNA-Sequenz (
Das Akzeptor-Ti-Plasmid enthält außerdem Sequenzen
(
Die Konstruktion solcher Akzeptor-Ti-Plasmide
und deren Kointegration mit den in den
In den
Gewünschte Gene für die intermediären Clonierungsvektoren sind beispielsweise: DNA-Fragmente oder -Sequenzen mit der genetischen Information, die die Synthese von Produkten wie z. B. Aminosäuren oder Zuckern steuert, um das Nähr- oder Wachstumspotential einer Pflanze zu modifizieren.Desired genes for the intermediate cloning vectors are for example: DNA fragments or sequences with the genetic Information that supports the synthesis of products such as B. amino acids or Sugar controls to the nutritional or growth potential to modify a plant.
Die
Das bekannte Übertragungsverfahren, das verwendet wurde zur Herstellung von modifizierten Ti-Plasmiden, in denen ein Teil der T-Region durch eine veränderte Sequenz ersetzt war, umfasst viele Stufen. Normalerweise werden die meisten Rekombinationsmanipulationen bei DNA in speziell entworfenen Clonierungsvehikeln wie z. B. pBR322 durchgeführt (Bolivar, Gene 2 (1977), 75–93). Diese Clonierungsvehikel können sich jedoch nicht selbst auf Agrobacterium übertragen. In dem bekannten Verfahren wird dieses Problem gelöst durch:
- a) Ersatz der Sequenz des pBR-Clonierungsvehikels durch ein anderes Clonierungsvehikel mit breitem Wirtsbereich wie z. B. das Mini-Sa-Plasmid (Leemans et al., Gene 19 (1982), 361–364), das auch zur Replikation in Agrobacterium fähig ist. Die Manipulationen werden in E. coli ausgeführt. Ein intermediärer Clonierungsvektor wird erhalten.
- b) Konjugation des E. coli-Stammes, der den die gewünschte DNA enthaltenden intermediären Clonierungsvektor trägt, mit einem anderen E. coli-Stamm, der ein Helferplasmid trägt, das sich nicht in Agrobacterium replizieren kann, das aber seine eigene Übertragung und die von anderen DNAs auf Agrobacterium vermitteln kann.
- c) Konjugation des in Stufe (b) erhaltenen E. coli mit Agrobacterium, das ein Ti-Plasmid enthält. Das Helferplasmid geht verloren.
- d) Da der intermediäre Clonierungsvektor sich in Agrobacterium als ein getrenntes Replicon replizieren und vorliegen kann, stellen die in Stufe (c) erhaltenen Konjuganten ein Gemisch aus Zellen die entweder die kointegrierte Struktur zwischen dem intermediären Clonierungsvektor und dem Ti-Plasmid enthalten, oder anderen Zellen dar, die den intermediären Clonierungsvektor und das Ti-Plasmid enthalten, bei denen keine Kointegration stattgefunden hat. Damit nur die kointegrierten Strukturen spezifisch isoliert werden können, muß eine zweite Konjugation an einen anderen Agrobacterium-Stamm ohne ein Ti-Plasmid durchgeführt werden. Diese Übertragung wird durch von dem Ti-Plasmid selbst codierten Funktionen vermittelt. Die Übertragung des intermediären Clonierungsvektors in den zweiten Agrobacterium-Stamm wird nur in Form einer kointegrierten Struktur mit dem Ti-Plasmid erreicht.
- e) Um das endgültige modifizierte Ti-Plasmid mit dem gewünschten Ersatz zu erhalten, wird ein zweites Crossover-Ereignis ausgeführt (Leemans et al., J. Mol. Appl. Genet. 1 (1981), 149–164).
- a) Replacement of the sequence of the pBR cloning vehicle by another cloning vehicle with a broad host range such as e.g. B. the Mini-Sa plasmid (Leemans et al., Gene 19 (1982), 361-364), which is also capable of replication in Agrobacterium. The manipulations are carried out in E. coli. An intermediate cloning vector is obtained.
- b) conjugation of the E. coli strain which carries the intermediate cloning vector containing the desired DNA with another E. coli strain which carries a helper plasmid which cannot replicate in Agrobacterium, but which is capable of replicating itself and of can mediate other DNAs on Agrobacterium.
- c) Conjugation of the E. coli obtained in step (b) with Agrobacterium, which contains a Ti plasmid. The helper plasmid is lost.
- d) Since the intermediate cloning vector can replicate and be present in Agrobacterium as a separate replicon, the conjugants obtained in step (c) constitute a mixture of cells which either contain the cointegrated structure between the intermediate cloning vector and the Ti plasmid, or other cells which contain the intermediate cloning vector and the Ti plasmid, in which no cointegration has taken place. So that only the cointegrated structures can be specifically isolated, a second conjugation to another Agrobacterium strain must be carried out without a Ti plasmid. This transfer is mediated by functions encoded by the Ti plasmid itself. The transfer of the intermediate cloning vector into the second Agrobacterium strain is only achieved in the form of a cointegrated structure with the Ti plasmid.
- e) In order to obtain the final modified Ti plasmid with the desired replacement, a second crossover event is carried out (Leemans et al., J. Mol. Appl. Genet. 1 (1981), 149-164).
Das einzige weitere bekannte Verfahren ist im Wesentlichen dasselbe, wie das vorstehend beschriebene, mit der Ausnahme, daß als Stufe (d) ein anderes Plasmid, das mit dem intermediären Clonierungsvektor nicht kompatibel ist, in Agrobacterium eingeführt wird; in diesem Fall kann auf die Kointegration (einfaches Crossover-Ereignis) selektiert werden, denn alle intermediären Clonierungsvektoren, die als unabhängige Replicons zurückbleiben, werden verlorengehen (Matzke et al., J. Mol. Appl. Genet. 1 (1981), 39–49).The only other known method is essentially the same as that described above with except that as Step (d) another plasmid associated with the intermediate cloning vector is not compatible, is introduced in Agrobacterium; in this case be selected for cointegration (simple crossover event), because all intermediaries Cloning vectors that remain as independent replicons are lost (Matzke et al., J. Mol. Appl. Genet. 1 (1981), 39-49).
Wir beschreiben ein neuartiges und stark vereinfachtes Verfahren zur Einführung von intermediären Clonierungsvektoren in Akzeptor-Ti-Plasmide von Agrobacterium. Mit wenigen Worten erklärt, beruht dieses Verfahren auf der Entdeckung, daß Helferplasmide von E. coli die Übertragung von vielen der üblicherweise verwendeten Clonierungsplasmide (wie z. B. pBR322) direkt auf Agrobacterium ermöglichen. Da keines dieser Plasmide sich in Agrobacterium replizieren kann, werden nur diejenigen erhalten bleiben, die mit dem Akzeptor-Ti-Plasmid eine kointegrierte Struktur bilden können. Außerdem verwenden wir diese kointegrierte Struktur in Agrobacterium als eine Vektor-Zusammensetzung direkt zur Infektion von Pflanzenzellen. Auf diese Weise sind die vorstehend beschriebenen Stufen (d) und (e) weggefallen, wodurch die Möglichkeiten zur Verwendung der Akzeptor-Ti-Plasmide als Vektoren für DNA-Übertragung auf Pflanzenzellgenome stark verbessert wurden, indem sowohl die zur Konstruktion von modifizierten Hybrid-Ti-Plasmiden benötigte Zeit herabgesetzt als auch die Flexibilität der möglichen Konstruktionen erhöht wird.We describe a novel and highly simplified procedure for the introduction of intermediate cloning vectors in Agrobacterium acceptor Ti plasmids. Explained in a few words, based this method on the discovery that helper plasmids from E. coli the transfer of many of the common ones used cloning plasmids (such as pBR322) directly on Agrobacterium enable. Since none of these plasmids can replicate in Agrobacterium, only those with the acceptor Ti plasmid will be preserved can form a cointegrated structure. We also use them cointegrated structure in Agrobacterium as a vector composition directly for the infection of plant cells. In this way, the above Described stages (d) and (e) are eliminated, which reduces the possibilities for using the acceptor Ti plasmids as vectors for DNA transfer on plant cell genomes have been greatly improved by using both the time required to construct modified hybrid Ti plasmids is reduced and the flexibility of the possible constructions is increased.
Auf diese Weise wird, wie in
Unveröffentlichte Ergebnisse aus
unserem Laboratorium zeigen auch, daß es für die Konstruktion des intermediären Vektors
in
Die Kenntnis der Restriktionsendonuclease-Karten der Ti-Plasmide von Agrobacterium, z. B. der Nopalin- oder Octopin-Ti-Plasmide (Depicker et al., Plasmid 3 (1980), 193–211; De Vos et al., Plasmid 6 (1981), 249–253), zusammen mit der Kenntnis der Restriktionsfragmente, die die T-DNA-Randbereiche enthalten (Zambryski et al., J. Mol. Appl. Genet. 1 (1982), 361–370; De Beuckeleer et al., Mol. Gen. Genet. 183 (1981), 283–288) befähigt jetzt jeden Forscher, Akzeptor-Ti-Plasmide, wie hier beschrieben, zu konstruieren. Dazu ist nur noch die Fähigkeit nötig, übliche DNA-Rekombinations-Techniken und grundlegende genetische Manipulationen an Bakterien durchzuführen.Knowledge of the restriction endonuclease maps of the Agrobacterium Ti plasmids, e.g. B. the Nopalin or Octopin-Ti plasmids (Depicker et al., Plasmid 3 (1980), 193-211; De Vos et al., Plasmid 6 (1981), 249-253), together with the knowledge of the restriction fragments containing the T-DNA fringe areas (Zambryski et al., J. Mol. Appl. Genet. 1 (1982), 361-370; De Beuckeleer et al., Mol. Gen. Genet. 183 (1981), 283 –288) now enables each researcher to construct acceptor Ti plasmids as described here. All that is required is the ability to use common DNA recombination techniques and perform basic genetic manipulations on bacteria.
Die folgenden Beispiele werden bereitgestellt, um die offenbarten Akzeptor-Ti-Plasmide, intermediären Clonierungsvektoren, Hybrid-Ti-Plasmid-Vektoren und Vektor-Zusammensetzungen weiter zu erläutern und die Wirksamkeit der Vektor-Zusammensetzungen bei der Bereitstellung von transformierten Pflanzen zellen und Pflanzen zu zeigen, die die Expression des (der) in dem Pflanzenzellgenom integrierten fremden Gens (Gene) zeigen.The following examples are provided around the disclosed acceptor Ti plasmids, intermediate cloning vectors, Hybrid Ti plasmid vectors and vector compositions continue to increase explain and the effectiveness of the vector compositions in providing of transformed plant cells and plants to show the Expression of the foreign integrated in the plant cell genome Show gens.
BEISPIEL 1EXAMPLE 1
Konstruktion von Akzeptor-Ti-Plasmid pGV3850 (Typ A) Ausgangsstämme und -plasmide:Construction of acceptor Ti plasmid pGV3850 (type A) parent strains and plasmids:
Agrobacterium tumefaciens (Rifampicin-resistenter
Stamm C58C1 und Chloramphenicol-Erythromycin-resistenter Stamm C58C1,
abgeleitet vom Wildtyp-Agrobacterium)
Das Ti-Plasmid pGV3839 wird aus einem Nopalin-Plasmid
pTiC58trac (pGV3100; Holsters et al., Plasmid
3 (1980), 212-230)
konstruiert. Es enthält eine
Deletions-Substitutions-Mutation
in der Nähe des
Zentrums der T-Region; das SmaI-Fragment 24, das intern zu HindIII-Fragment
19 liegt (Depicker et al., Plasmid 3 (1980), 193–211), ist ersetzt worden durch
ein HindII-Fragment von pKC7 (Rao et al., Gene 7 (1979), 79–82), welches
das apt (Acetylphosphotransferase)-Gen von Tn5 enthält. Dieses
Gen codiert eine Resistenz gegen die Aminoglycoside Neomycin und
Kanamycin. In
Das Plasmid pAcgB stellt einen Einbau
von AcgB in pBR322 dar, in dem nur die Ränder der T-DNA enthalten sind
(siehe
Das beschriebene Plasmid pAcgB trägt eine ColEi-spezifische bom-Stelle in dem pBR322-Abschnitt und kann durch Verwendung der Helferplasmide R64drd11 und pGJ28 aus E. coli auf Agrobacterium mobilisiert werden. Die in E. coli enthaltenen Plasmide R64drd11 und pGJ28 werden durch Konjugation in den pAcgB-tragenden E. coli-Stamm eingeführt. Transkonjuganten werden als Ampicillin-resistente (von den pBR322-Sequenzen von pAcgB), Streptomycin-resistente (von R64drd11) und Kanamycin-resistente (von pGJ28) Kolonien selektiert.The plasmid pAcgB described carries a ColEi-specific bom site in the pBR322 section and can be obtained by using the Helper plasmids R64drd11 and pGJ28 from E. coli on Agrobacterium be mobilized. The plasmids R64drd11 contained in E. coli and pGJ28 are conjugated into the pAcgB-bearing E. coli strain introduced. Transconjugants are considered ampicillin-resistant (from the pBR322 sequences from pAcgB), streptomycin-resistant (from R64drd11) and kanamycin-resistant (from pGJ28) Colonies selected.
Der E. coli-Stamm, der alle drei Plasmide trägt, wird an Agrobacterium Stamm C58C1 konjugiert, der Rifampicin-resistent ist und das Ti-Plasmid pGV3839 enthält. Die Ampicillin-Resistenz von pBR322 wird verwendet, um auf das erste einfache Crossover-Ereignis mit dem Nopalin-Ti-Plasmid zu selektieren. Der einzige Weg, wie die Ampicillin-Resistenz in Agrobacterium stabilisiert werden kann, ist ein Crossover-Ereignis über homologe Rekombination mit pGV3839 durch einen der Homologiebereiche in der Nähe der Ränder der T-Region. Durch ein zweites Crossover-Ereignis durch den anderen Homologiebereich wird der zentrale Abschnitt der T-Region von pGV3839, umfassend das apt-Gen (Kanamycin-Resistenz), durch die pBR322-Sequenzen des Clons pAcgB ersetzt. Die zweiten Rekombinanten sind daher Ampicillin-resistent und Kanamycin-sensitiv. Um die Möglichkeit der Isolierung einer zweiten Rekombinanten zu erhöhen, wird das Rifampicin-resistente Agrobacterium, das die erste Rekombinante (pAcgB::pGV3839) trägt, mit einem zweiten Chloramphenicol/Erythromycin-resistenten Agrobacterium-Stamm ohne ein Ti-Plasmid konjugiert. Auf diese Weise kann ein Chloramphenicol/Erythromycin-resistentes Agrobacterium pGV3850 erhalten werden, das mit einer Häufigkeit von etwa einer von 600 Kolonien Ampicillin-resistent und Kanamycin-sensitiv ist.The E. coli strain, all three Carries plasmids, is conjugated to Agrobacterium strain C58C1, the rifampicin-resistant and contains the Ti plasmid pGV3839. Ampicillin resistance from pBR322 is used to point to the first simple crossover event with the Nopalin-Ti plasmid. The only way how ampicillin resistance can be stabilized in Agrobacterium, is a crossover event over homologous recombination with pGV3839 through one of the homology areas in nearby the edges the T region. A second crossover event by the other Homology area becomes the central portion of the T region of pGV3839, comprising the apt gene (kanamycin resistance), through the pBR322 sequences of the clone pAcgB replaced. The second recombinants are therefore ampicillin resistant and kanamycin sensitive. To the possibility the isolation of a second recombinant the rifampicin-resistant Agrobacterium, which is the first recombinant (pAcgB :: pGV3839) wearing, with a second chloramphenicol / erythromycin resistant Agrobacterium strain conjugated without a Ti plasmid. This way, a chloramphenicol / erythromycin resistant Agrobacterium pGV3850 can be obtained with one frequency of about one in 600 colonies is ampicillin resistant and kanamycin sensitive.
Natürlich gibt es andere Ti-Plasmide, die zur Konstruktion von Akzeptor-Ti-Plasmiden vom Typ des pGV3850 verwendet werden können. Jedes Ti-Plasmid, das ein Gen für einen selektierbaren Marker in der Nähe des Zentrums der T-Region trägt, kann als Empfänger verwendet werden. Des weiteren kann ein pAcgB-ähnliches Plasmid konstruiert werden, indem die Randfragmente der T-Region in pBR322 so eingefügt werden, daß die pBR322-Sequenzen zwischen dem linken Randfragment und dem rechten Randfragment in der Ausrichtung linkes Randfragment – pBR322 – rechtes Randfragment liegen. Die linken und rechten Randfragmente des Nopalin-Ti-Plasmids sind beispielsweise HindIII-Fragment 10 bzw. 23 (Depicker et al., Plasmid 3 (1980), 193–211).Of course there are other Ti plasmids for the construction of acceptor Ti plasmids of the pGV3850 type can be used. Any Ti plasmid that has a gene for a selectable marker near the center of the T region carries, can as receiver be used. Furthermore, a pAcgB-like plasmid can be constructed by inserting the edge fragments of the T region into pBR322 that the pBR322 sequences between the left margin fragment and the right one Edge fragment in the alignment of the left edge fragment - pBR322 - right Marginal fragment. The left and right edge fragments of the Nopalin Ti plasmid are, for example, HindIII fragments 10 and 23 (Depicker et al., Plasmid 3 (1980), 193-211).
Ein einfaches Crossover-Ereignis wird einen intermediären Clonierungsvektor, enthaltend irgendein gewünschtes Gen, das in pBR322 (oder dessen Derivate) eingebaut ist, in die modifizierte T-DNA-Region von pGV3850 einführen. Es ist nur erforderlich, daß die einzuführende DNA ein weiteres Gen für einen Resistenz-Marker zusätzlich zu den bereits in pBR322 gefundenen enthält, damit dieser als Mittel verwendet werden kann, um die Übertragung des intermediären Clonierungsvektors von E. coli auf Agrobacterium zu selektieren. Dieser Resistenz-Marker kann entweder in den pBR-Sequenzen (wie CmR für pBR325 oder KmR für pKC7) oder in der DNA, die in der Pflanzenzelle getestet werden soll, enthalten sein. Außerdem kann in dem Akzeptor-Ti-Plasmid pGV3850 das ApR-Gen von pBR322 durch ein anderes Resistenz-Marker-Gen, wie z. B. KmR, ersetzt werden; auf diese Weise können sogar pBR322 enthaltende intermediäre Clonierungsvektoren, die ApR sind, direkt auf dieses pGV3850-ähnliche Akzeptor-Ti-Plasmid mobilisiert werden.A simple crossover event will result in an intermediate cloning vector containing any desired gene incorporated into pBR322 (or its derivatives) into the modified one Introduce pGV3850 T-DNA region. It is only necessary that the DNA to be introduced contains a gene for a resistance marker in addition to those already found in pBR322 so that it can be used as a means to select the transfer of the intermediate cloning vector from E. coli to Agrobacterium. This resistance marker can either be contained in the pBR sequences (such as Cm R for pBR325 or Km R for pKC7) or in the DNA to be tested in the plant cell. In addition, in the acceptor Ti plasmid pGV3850, the Ap R gene of pBR322 can be replaced by another resistance marker gene such as e.g. B. Km R , to be replaced; in this way even pBR322-containing intermediate cloning vectors that are Ap R can be directly mobilized to this pGV3850-like acceptor Ti plasmid.
Ein zusätzlicher Vorteil des Akzeptor-Ti-Plasmids vom pGV3850-Typ ist die Tatsache, daß es in transformierten Pflanzenzellen keine Tumore erzeugt. Zellen, die durch pGV3850 "transformiert" worden sind, können einfach von untransformierten Zellen unterschieden werden, indem sie auf die Gegenwart von Nopalin untersucht werden, denn die verkürzte T-DNA-Region von pGV3850 enthält noch das die Nopalin-Synthase codierende Gen. Sofern der in das Akzeptor-Ti-Plasmid pGV3850 kointegrierte intermediäre Clonierungsvektor ein Marker-Gen enthält, kann natürlich auch direkt nach ihm abgesucht werden; oder er kann direkt selektiert werden.An additional advantage of the acceptor Ti plasmid of the pGV3850 type is the fact that it is in transformed plant cells no tumors generated. Cells that have been "transformed" by pGV3850 can easily be transformed from untransformed cells can be distinguished by examining for the presence of nopaline be, because the shortened Contains T-DNA region of pGV3850 nor the gene encoding nopaline synthase. If the in the Acceptor Ti plasmid pGV3850 cointegrated intermediate cloning vector contains a marker gene can of course can also be searched directly for him; or it can be selected directly become.
Zusätzlich zur Insertion von definierten intermediären Clonierungsvektoren, die eine pBR322-Sequenz enthalten, durch ein einfaches Crossover-Ereignis in das Akzeptor-Ti-Plasmid pGV3850 kann dieses Akzeptor-Ti-Plasmid auch als Empfänger für clonierte DNA-Banken in pBR322 oder dessen Derivaten in einem "Schrotschuß"-Experiment verwendet werden. Die gesamte Population von Hybrid-Plasmidvektoren in Agrobacterium kann zur. Infektion von Pflanzenzellen verwendet werden und wird anschließend auf Expression von einem (irgendwelchen) gewünschten selektierbaren Gen(en) abgesucht. Beispielsweise kann man leicht auf Gene selektieren, die Aminosäure-Synthese codieren, indem die gesamte Bank auf Pflanzenzellen angewendet wird, denen die ausgewählte Aminosäure fehlt.In addition to the insertion of defined intermediate Cloning vectors containing a pBR322 sequence by a simple crossover event into the acceptor Ti plasmid pGV3850 this acceptor Ti plasmid can also be used as a receiver for cloned DNA banks in pBR322 or its derivatives can be used in a "shotgun" experiment. The entire population of hybrid plasmid vectors in Agrobacterium can for. Infection from plant cells can and will be used subsequently for expression of any desired selectable gene (s) searched. For example, one can easily select genes that Amino acid synthesis encode by applying the entire bank to plant cells which the selected one amino acid is missing.
Das Akzeptor-Ti-Plasmid pGV3850 hat zwei phänotypische Merkmale: (i) die Unfähigkeit, Tumore zu erzeugen, und (ii) die Fähigkeit, Nopalin zu synthetisieren, sofern die Übertragung von T-DNA in das Pflanzenzellgenom stattfindet. Daher werden mehrere Experimente durchgeführt, um in verschiedenen Pflanzengeweben, die mit pGV3850 enthaltendem Agrobacterium infiziert sind, nach diesen Merkmalen zu suchen.The acceptor Ti plasmid pGV3850 has two phenotypic Features: (i) the inability to To produce tumors, and (ii) the ability to synthesize nopaline, provided the transfer of T-DNA takes place in the plant cell genome. Therefore, several Conducted experiments to in various plant tissues containing Agrobacterium containing pGV3850 are infected to look for these characteristics.
- a) Tests mit Kartoffel- und Karottenscheiben Die Beimpfung von Kartoffel- und Karottenscheiben mit dem Akzeptor-Ti-Plasmid pGV3850 führt zur Erzeugung einer kleinen Masse Kallusgewebe. Dieses Gewebe wird auf das Vorliegen von Nopalin getestet und für positiv befunden. Es ist interessant, daß diese Mutante fähig ist, kleines Kallusgewebe zu erzeugen; es kann jedoch nur erhalten werden, wenn man die Scheiben in Medien wachsen lässt, die niedrige Konzentrationen von sowohl Auxinen als auch Cytokininen enthalten.a) Tests with potato and carrot slices The Inoculation of potato and carrot slices with the acceptor Ti plasmid pGV3850 leads to Generation of a small mass of callus tissue. This tissue is on the presence of nopaline has been tested and found positive. It's interesting, that these Mutant capable is to create small callus tissue; however, it can only get if you let the disks grow in media that low concentrations of both auxins and cytokinins contain.
- b) Die Beimpfung von ganzen Pflanzen mit Akzeptor-Ti-Plasmid pGV3850 Die auf sterilen Agarmedien (ohne Hormone) wachsenden Tabak- und Pentunia-Pflänzchen werden mit pGV3850 beimpft. Ein geringes Ausmaß an Gewebewachstum kann erst nach mehreren Monaten beobachtet werden (normalerweise werden "Wildtyp"-Tumore nach zwei Wochen nachgewiesen). Dieses Gewebe wächst nicht auf hormonfreien Medien, kann aber als sterile Gewebekultur auf Medien, die sowohl Auxin als auch Cytokinin enthalten, weiter vermehrt werden. Es wurde auch gezeigt, daß dieses Gewebe Nopalin-positiv ist.b) Inoculating whole plants with acceptor Ti plasmid pGV3850 The growing on sterile agar media (without hormones) Tobacco and Pentunia plants will be inoculated with pGV3850. A small amount of tissue growth can only be observed after several months (usually "wild-type" tumors become after two Weeks proven). This tissue does not grow on hormone-free Media, but can be viewed as sterile tissue culture on media that both Contain auxin as well as cytokinin, can be propagated further. It was also shown that this Tissue is nopalin positive.
- c) Da ferner die mit pGV3850 "transformierten" Zellen sich nicht wie Tumorzellen verhalten, sind diese Zellen dazu fähig, zu normalen Pflanzen zu regenerieren, die in ihrem Genom noch das übertragene DNA-Segment enthalten. Die Züchtung von transformierten Zellen auf üblichen Regenerationsmedien wird zum Erhalt von normalen Pflanzen führen (siehe auch Beispiel 5).c) Furthermore, since the cells "transformed" with pGV3850 do not behave like tumor cells, are these cells capable of to regenerate normal plants that still have the transferred in their genome DNA segment included. The breeding of transformed cells on usual Regeneration media will lead to the maintenance of normal plants (see also example 5).
Um den Nutzen von pGV3850 als ein Akzeptor-Plasmid zu beweisen, wird das folgende Experiment durchgeführt. Ein intermediärer Clonierungsvektor, der onkogene Funktionen der Octopin-T-DNA in pBR325 enthält, wird in Agrobacterium, das pGV3850 beherbergt, rekombiniert. Das entstehende Hybrid-Ti-Plasmid in Actrobacterium, das durch ein einfaches Crossover-Ereignis erhalten wird, wird auf verwundete Tabakpflanzen geimpft. Nach etwa zwei Wochen entwickelt sich Tumorgewebe. Das ist der Beweis, daß die tumorinduzierende DNA in pGV3850 wieder eingeführt und in transformierten Pflanzenzellen genau exprimiert wird.To the benefit of pGV3850 as one To demonstrate acceptor plasmid, the following experiment is performed. On intermediate Cloning vector, the oncogenic functions of the Octopin-T-DNA in pBR325 contains is recombined in Agrobacterium harboring pGV3850. The resulting hybrid Ti plasmid in Actrobacterium, obtained through a simple crossover event vaccinated on wounded tobacco plants. After about two weeks tumor tissue develops. This is proof that the tumor-inducing DNA reintroduced into pGV3850 and is accurately expressed in transformed plant cells.
BEISPIEL 2EXAMPLE 2
Konstruktion der intermediären Clonierungsvektoren pGV700 und pGV750Construction of the intermediate cloning vectors pGV700 and pGV750
Ein Überblick über die Konstruktionen ist
in
Ein Zehntel μg von HindIII-gespaltenem pGV0201 werden an 0,05 μg von HindIII-gespaltenem pGV1122 mit 0,02 Einheiten T4-Ligase (Boehringer Mannheim) in einem Endvolumen von 20 μl ligiert. Inkubationspuffer und Bedingungen sind, wie von dem Hersteller empfohlen (Broschüre "T4-Ligase", Boehringer Mannheim, August 1980, #10.M.880.486). Die Transformation des Ligierungsgemisches in kompetente E. coli K514 hsr– hsm+-Zellen (Colson et al., Genetics 52 (1965), 1043–1050) wird durchgeführt, wie von Dagert und Ehrlich, Gene 6 (1980), 23–28, beschrieben. Die Zellen werden auf LB-Medium (Miller, Experiments in Molecular Genetics (1972), Cold Spring Harbor Laboratory, New York) plattiert, dem Streptomycin (20 μg/ml) und Spectinomycin (50 μg/ml) zugesetzt sind. Die Transformanten, die rekombinante Plasmide enthalten, werden auf Tetracyclin-Sensitivität (10 μg/ml) abgesucht, die auf der Inaktivierung durch Insertion des für Tetracyclin-Resistenz codierenden Gens beruht (Leemans et al., Gene 19 (1982), 361–364). Streptomycin- und Spectinomycin-resistente und Tetracyclin-sensitive Clone werden physikalisch charakterisiert. DNA-Präparationen im Mikromaßstab werden gemäß Klein et al. (Plasmid 3 (1980), 88–91) durchgeführt. Die Ausrichtung von HindIII-Fragment 1 in der HindIII-Stelle von pGV1122 wird durch SalI-Spaltung bestimmt. Die Spaltung (Bedingungen gemäß O'Farrell et al., Mol. Gen. Genet. 179 (1980), 421–435) von rekombinanten Plasmiden ergibt nach der Agarose-Gel-Elektrophorese zwei Fragmente. In der α-Ausrichtung liegen Fragmente von 0,77 kb und 22,76 kb vor, während in der β-Ausrichtung Fragmente von 10,33 kb und 13,20 kb vorliegen. Bei der anschließenden Clonierung wird ein rekombinantes Plasmid mit α-Ausrichtung verwendet und pGV1168 genannt.A tenth of a μg of HindIII-cleaved pGV0201 are ligated to 0.05 μg of HindIII-cleaved pGV1122 with 0.02 units of T4 ligase (Boehringer Mannheim) in a final volume of 20 μl. Incubation buffers and conditions are as recommended by the manufacturer (brochure "T4 Ligase", Boehringer Mannheim, August 1980, # 10.M.880.486). The transformation of the ligation mixture into competent E. coli K514 hsr - hsm + cells (Colson et al., Genetics 52 (1965), 1043-1050) is carried out as described by Dagert and Ehrlich, Gene 6 (1980), 23-28 , described. The cells are plated on LB medium (Miller, Experiments in Molecular Genetics (1972), Cold Spring Harbor Laboratory, New York), to which streptomycin (20 μg / ml) and spectinomycin (50 μg / ml) are added. The transformants containing recombinant plasmids are screened for tetracycline sensitivity (10 μg / ml) based on inactivation by insertion of the gene coding for tetracycline resistance (Leemans et al., Gene 19 (1982), 361-364 ). Streptomycin and spectinomycin resistant and tetracycline sensitive clones are physically characterized. Micro-scale DNA preparations are according to Klein et al. (Plasmid 3 (1980), 88-91). The orientation of HindIII fragment 1 in the HindIII site of pGV1122 is determined by SalI cleavage. The cleavage (conditions according to O'Farrell et al., Mol. Gen. Genet. 179 (1980), 421-435) of recombinant plasmids gives two fragments after agarose gel electrophoresis. Fragments of 0.77 kb and 22.76 kb are present in the α alignment, while fragments of 10.33 kb and 13.20 kb are present in the β alignment. In the subsequent cloning, a recombinant plasmid with α orientation is used and called pGV1168.
Ein BglII-SalI-Fragment, das den linken Teil der TL-DNA (umfassend die linke Randsequenz) enthält, wird in pGV1168 eingeführt, das mit BglII-SalI gespalten ist. Dieses Fragment wird erhalten aus dem rekombinanten Plasmid pGV0153 (De Vos et al., Plasmid 6 (1981), 249–253), enthaltend BamHI-Fragment 8, aus der T-Region von pTiB6S3, eingefügt in den Vektor pBR322. pGV0153- und pGV1168-DNA werden gemäß Betlach et al. (Fed. Proc. 35 (1976), 2037–2043) hergestellt. 10 μg von pGV0153-DNA werden mit 10 Einheiten BalII und 10 Einheiten SalI in 1 Stunde bei 37°C in einem Endvolumen von 100 μl vollständig gespalten. Das Spaltungsgemisch wird auf. ein präparatives 0,8% Agarose-Gel aufgetragen. Das 2,14 kb-BalII-SalI-Fragment wird aus diesem Gel durch Elektroelution, wie von Allington et al., Anal. Biochem. 85 (1978), 188–196) beschrieben, gewonnen. 2 μg pGV1168-DNA werden durch 2 Einheiten BalII und 2 Einheiten SalI vollständig gespalten. Ein Zehntel μg BalII-SalI-Fragment-DNA werden an 0,02 μg BglIII-SalI-gespaltenes pGV1168 mit 0,02 Einheiten T4-DNA-Ligase in einem Endvolumen von 20 μl ligiert. Das Ligierungsgemisch wird in kompetente E. coli K514 hsr– hsm+-Zellen transformiert (Dagert und Ehrlich, Gene 6 (1980), 23–28). Die Zellen werden auf LB-Medium (Miller, Experiments in Molecular Genetics (1972), Cold Spring Harbor Laboratory, New York) plattiert, dem Streptomycin (20 μg/ml) und Spectinomycin (50 μg/ml) zugesetzt sind.A BglII-SalI fragment containing the left part of the TL-DNA (including the left margin) is inserted into pGV1168, which is digested with BglII-SalI. This fragment is obtained from the recombinant plasmid pGV0153 (De Vos et al., Plasmid 6 (1981), 249-253), containing BamHI fragment 8, from the T region of pTiB6S3, inserted into the vector pBR322. pGV0153 and pGV1168 DNA are according to Betlach et al. (Fed. Proc. 35 (1976), 2037-2043). 10 μg of pGV0153-DNA are completely cleaved with 10 units of BalII and 10 units of SalI in 1 hour at 37 ° C. in a final volume of 100 μl. The fission mixture opens up. a preparative 0.8% agarose gel was applied. The 2.14 kb BalII-SalI fragment is electroeluted from this gel as described by Allington et al., Anal. Biochem. 85 (1978), 188-196). 2 μg pGV1168-DNA are completely cleaved by 2 units of BalII and 2 units of SalI. A tenth of a µg of BalII-SalI fragment DNA is ligated to 0.02 µg of BglIII-SalI-cleaved pGV1168 with 0.02 units of T4 DNA ligase in a final volume of 20 µl. The ligation mixture is transformed into competent E. coli K514 hsr - hsm + cells (Dagert and Ehrlich, Gene 6 (1980), 23-28). The cells are plated on LB medium (Miller, Experiments in Molecular Genetics (1972), Cold Spring Harbor Laboratory, New York), to which streptomycin (20 μg / ml) and spectinomycin (50 μg / ml) are added.
DNA-Präparationen im Mikromaßstab (Klein et al., Plasmid 3 (1980), 88–91) werden mit Streptomycin- und Spectinomycin-resistenten Transformanten durchgeführt. Rekombinante Plasmide, bei denen das 2,14-kb-BalII-SalI-Fragment in BalII-SalI-gespaltenem pGV1168 eingefügt ist, werden durch BalII-SalI-Spaltung identifiziert, wobei zwei Fragmente von 2,14 kb und 21,82 kb erhalten werden. Ein Plasmid mit einem Spaltungsmuster, das diesen Molekulargewichten (2,14 kb und 21,82 kb) entspricht, wird für die weitere Clonierung verwendet und pGV1171 genannt. Ein 12,65-kb-Fragment von pGV1171 enthält die rechten und linken TL-DNA-Randsequenzen (De Beuckeleer et al., in Proceedings IVth International Conference on Plant Pathogenic Bacteria, M. Ridé (Herausg.) (1978), I. N. R. A., Angers, 115–126) und außerdem Gene, die eine onkogene Wucherung ermöglichen (Leemans et al., EMBO J. (1982), 147–152). Dieses HindIII-Fragment wird in Plasmid pBR325 eingefügt (Bolivar, Gene 4 (1978), 121–136). pGV1171 und pBR325 werden gemäß Betlach et al., Fed. Proc. 35 (1976), 2037–2043, hergestellt. 2 μg von jeder DNA werden mit 2 Einheiten HindIII in 1 Stunde bei 37°C vollständig gespalten (Inkubationspuffer ist von O'Farrell et al., Mol. Gen. Genet. 179 (1980), 421–435, beschrieben). Ein Zehntel μg von HindIII-gespaltenem pGV1171 werden an mit HindIII linearisiertes 0,05 μg pBR325 mit 0,02 Einheiten T4-DNA-Ligase ligiert. Die Transformation des Ligierungsgemisches in kompetente E. coli K514 hsr– hsm+ wird, wie von Dagert und Ehrlich, Gene 6 (1980), 23–28, beschrieben, durchgeführt. Die Zellen werden auf LB-Medium (Miller, Experiments in Molecular Genetics (1972), Cold Spring Harbor Laboratory, New York) plattiert, dem Carbenicillin (100 μg/ml) zugesetzt ist. Carbenicillin-resistente Clone werden auf Sensitivität gegen Tetracyclin (10 μg/ml) abgesucht, die auf der Inaktivierung durch Insertion des für Tetracyclin-Resistenz codierenden Gens beruht (Bolivar, Gene 4 (1978), 121–136). Carbenicillin-resistente und Tetracyclin-sensitive Clone werden physikalisch charakterisiert, indem die aus diesen Clonen durch die Mikromaßstab-Technik (Klein et al., Plasmid 3 (1980), 88–91) hergestellte DNA durch ein Restriktionsenzym gespalten wird. Die Spaltung mit BamHI ergibt 4 DNA-Fragmente: in der α-Ausrichtung werden Fragmente von 0,98 kb, 4,71 kb, 5,98 kb und 7,02 kb gefunden, während die β-Ausrichtung Fragmente von 0,98 kb, 4,71 kb, 1,71 kb und 11,20 kb ergibt. Ein der α-Ausrichtung entsprechendes rekombinantes Plasmid wird erhalten, pGV700 genannt und für weitere Experimente verwendet.Micro-scale DNA preparations (Klein et al., Plasmid 3 (1980), 88-91) are carried out with streptomycin and spectinomycin-resistant transformants. Recombinant plasmids in which the 2.14 kb BalII-SalI fragment is inserted into BalII-SalI-cleaved pGV1168 are identified by BalII-SalI cleavage, giving two fragments of 2.14 kb and 21.82 kb become. A plasmid with a cleavage pattern corresponding to these molecular weights (2.14 kb and 21.82 kb) is used for the further cloning and is called pGV1171. A 12.65 kb fragment of pGV1171 contains the right and left TL-DNA edge sequences (De Beuckeleer et al., In Proceedings IVth International Conference on Plant Pathogenic Bacteria, M. Ridé (ed.) (1978), INRA, Angers, 115-126) and also genes that enable oncogenic growth (Leemans et al., EMBO J. (1982), 147-152). This HindIII fragment is inserted into plasmid pBR325 (Bolivar, Gene 4 (1978), 121-136). pGV1171 and pBR325 are according to Betlach et al., Fed. Proc. 35: 2037-2043 (1976). 2 μg of each DNA are completely cleaved with 2 units of HindIII in 1 hour at 37 ° C. (incubation buffer is described by O'Farrell et al., Mol. Gen. Genet. 179 (1980), 421-435). One-tenth of a µg of HindIII-digested pGV1171 is ligated to 0.05 µg pBR325 linearized with HindIII with 0.02 units of T4 DNA ligase. The transformation of the ligation mixture into competent E. coli K514 hsr - hsm + is carried out as described by Dagert and Ehrlich, Gene 6 (1980), 23-28. The cells are plated on LB medium (Miller, Experiments in Molecular Genetics (1972), Cold Spring Harbor Laboratory, New York), to which carbenicillin (100 μg / ml) has been added. Carbenicillin-resistant clones are screened for sensitivity to tetracycline (10 μg / ml), which is based on inactivation by insertion of the gene coding for tetracycline resistance (Bolivar, Gene 4 (1978), 121-136). Carbenicillin-resistant and tetracycline-sensitive clones are characterized physically by using the micro-scale technique (Klein et al., Plasmid 3 (1980), 88-91) produced DNA is cleaved by a restriction enzyme. Cleavage with BamHI yields 4 DNA fragments: fragments of 0.98 kb, 4.71 kb, 5.98 kb and 7.02 kb are found in the α-orientation, while the β-orientation fragments of 0.98 kb , 4.71 kb, 1.71 kb and 11.20 kb. A recombinant plasmid corresponding to the α orientation is obtained, called pGV700 and used for further experiments.
pGV750 wird von pGV700 abgeleitet,
indem ein für
Kanamycin-Resistenz codierendes 2,81 kb-BamHI-HpaI-Fragment für ein 3,49-kb-BglII-SmaI-Fragment,
das für
die Onkogenität
wesentlichen Funktionen codiert, intern zu der in pGV700 eingefügten TL-Region
eingefügt
wird. Das eine Kanamycin-Resistenz codierende BamHI-HpaI-Fragment
wird aus λ::Tn5
(Berg et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA 72 (1975), 3628–3632) erhalten. λ::Tn5 wird,
wie beschrieben hergestellt (Miller, Experiments in Molecular Genetics
(1972), Cold Spring Harbor Laboratory, New York), pGV700-DNA wird gemäß Betlach
et al. (Fed. Proc. 35 (1976), 2037–2043) hergestellt. 2 μg pGV700
DNA werden mit 2 Einheiten BglII und 2 Einheiten SmaI vollständig gespalten.
2 μg von λ::Tn5-DNA
werden mit 2 Einheiten BamHI und 2 Einheiten HpaI vollständig gespalten.
Ein μg BamHI-HpaI-gespaltenes λ::Tn5 wird
an 0,2 μg
BglII-SmaI-gespaltenes pGV700 mit 0,5 Einheiten T4-DNA-Ligase in
einem Endvolumen von 10 μl
ligiert (Bedingungen wie vom Hersteller empfohlen). Das Ligierungsgemisch
wird in kompetente E. coli K514 hsr– hsm+-Zellen (Dagert und Ehrlich, Gene 6 (1980),
23–28)
transformiert. Die Zellen werden auf LB-Medium (Miller, Experiments
in Molecular Genetics (1972), Cold Spring Harbor Laboratory, New York)
plattiert, dem Carbenicillin (100 μg/ml) und Kanamycin (25 μg/ml) zugesetzt
sind. CbR- und KmR-Clone
werden durch Restriktionsenzym-Analyse der nach der Mikromaßstab-Technik
hergestellten DNA (Klein et al., Plasmid 3 (1980), 88–91) physikalisch
charakterisiert. Die doppelte Spaltung mit BalII/BamHI dieser DNA
ergibt 3 Fragmente von 3,94 kb, 5,89 kb und 8,09 kb, während die
Spaltung mit HindIII 3 Fragmente von 2,68 kb, 5,99 kb und 9,25 kb ergibt.
Ein Plasmid, das diese Spaltungsmuster zeigt, wird pGV750 genannt
und ist in
pGV700 und pGV750 sind zwei verschiedene intermediäre Clonierungsvektoren, welche die linken und rechten Randsequenzen der TL-DNA des Octopin-Ti-Plasmids pTiB6S3 enthalten außerdem ist die interne T-Region in jedem der beiden Plasmide in unterschiedlicher Größe weggefallen. pGV700 enthält eine verkürzte T-Region mit genetischer Information für Octopin-Synthase (Transkript 3) und 3 andere Produkte, 4, 6a und 6b (siehe Willmitzer et al., EMBO J. 1 (1982), 139–146, für eine Beschreibung der Produkte der T-Region). Die Kombination dieser drei Produkte (4, 6a, 6b) wird in transformierten Pflanzen die Sproßbildung bewirken. pGV750 enthält sogar noch weniger von der T-Region, d. h. nur das Octopin-Synthase-Gen. Die Information für die Produkte 4, 6a und 6b ist durch das Gen für den Antibiotika-Resistenz-Marker ersetzt worden, das eine Kanamycin- (Neomycin-) Resistenz codiert.pGV700 and pGV750 are two different intermediate Cloning vectors, which are the left and right edge sequences the TL DNA of the octopine Ti plasmid pTiB6S3 is also included the internal T region in each of the two plasmids is different Size dropped out. pGV700 contains a shortened one T region with genetic information for octopine synthase (transcript 3) and 3 other products, 4, 6a and 6b (see Willmitzer et al., EMBO J. 1 (1982), 139-146, for a description of the products of the T region). The combination of these three products (4, 6a, 6b) the shoot formation in transformed plants cause. pGV750 contains even less of the T region, i. H. only the octopine synthase gene. The information for the products 4, 6a and 6b is due to the gene for the antibiotic resistance marker which encodes kanamycin (neomycin) resistance.
pGV700 und pGV750 sind Beispiele
von intermediären
Clonierungsvektoren, die mit Akzeptor-Ti-Plasmiden des B-Typs (siehe
BEISPIEL 3EXAMPLE 3
Konstruktion von Akzeptor-Ti-Plasmid pGV2260 (Typ B) Ausgangsstämme und -plasmideConstruction of acceptor Ti plasmid pGV2260 (type B) parent strains and plasmids
Agrobacterium tumefaciens (Rifampicin-resistenter
Stamm C58C1 und Erythromycin-Chloramphenicol-resistenter Stamm C58C1,
abgeleitet vom Wildtyp-Agrobacterium)
Die Konstruktion von Ti-Plasmid pGV2217 ist ausführlich beschrieben worden (Leemans et al., EMBO J. 1 (1982), 147-152). Es enthält eine Deletions-Substitutions-Mutation der gesamten TL-Region des Octopin-Ti-Plasmids: die BamHI-Fragmente 8, 30b, 28, 17a und das linke 3,76 kb-BamHI-EcoRI-Fragment des BamHI-Fragmentes 2 (De Vos. et al., Plasmid 6 (1981), 249–253) sind durch ein EcoRI-BamHI-Fragment von pKC7 (Rao & Rogers, Gene 7 (1979), 79–82), das das apt (Acetyl-Phosphotransferase)-Gen von Tn5 enthält, ersetzt worden. Dieses Gen codiert eine Resistenz gegen die Aminoglycoside Neomycin und Kanamycin.Construction of Ti plasmid pGV2217 is detailed (Leemans et al., EMBO J. 1 (1982), 147-152). It contains one Deletion substitution mutation of the entire TL region of the octopine-Ti plasmid: the BamHI fragments 8, 30b, 28, 17a and the left 3.76 kb BamHI-EcoRI fragment BamHI fragment 2 (De Vos. et al., Plasmid 6 (1981), 249-253) by an EcoRI-BamHI fragment of pKC7 (Rao & Rogers, Gene 7 (1979), 79-82), the containing the apt (acetyl phosphotransferase) gene of Tn5 Service. This gene encodes resistance to the aminoglycosides Neomycin and kanamycin.
Die Konstruktion des intermediären Vektors pGV745
ist in
Als nächstes wurde die pGV713-DNA mit HindIII und BamHI gespalten und das Spaltungsprodukt auf ein präparatives Agarose-Gel aufgetragen. Nach der Elektrophorese wurde das in pGV713 enthaltene 2,30 kb-HindIII-BamHI-Fragment durch Elektroelution gereinigt (wie von Allington et al., Anal. Biochem. 85 (1975), 188–196, beschrieben), Dieses Fragment wurde an pGV738 ligiert und mit HindIII und BamHI vollständig gespalten. Nach der Transformation wurden Ampicillin-resistente Clone durch Restriktionsenzym-Spaltung physikalisch charakterisiert. Die Spaltung mit EcoRI und BamHI sollte beispielsweise 2 Fragmente von 3,98 kb (= Vektorteil) und 7,95 kb (= Einschubteil) ergeben. Ein rekombinantes Plasmid mit diesen Merkmalen wurde mit pGV745 bezeichnet und als intermediärer Vektor bei der Konstruktion des Akzeptor-Ti-Plasmids pGV2260 verwendet.Next was the pGV713 DNA cleaved with HindIII and BamHI and the cleavage product on preparative Agarose gel applied. After electrophoresis, this was described in pGV713 contained 2.30 kb HindIII-BamHI fragment purified by electroelution (as described by Allington et al., Anal. Biochem. 85 (1975), 188-196), This fragment was ligated to pGV738 and HindIII and BamHI Completely split. After the transformation, ampicillin became resistant Physically characterized clones by restriction enzyme cleavage. The cleavage with EcoRI and BamHI should, for example, 2 fragments of 3.98 kb (= vector part) and 7.95 kb (= insert part). A recombinant plasmid with these characteristics was made with pGV745 referred to and as intermediate Vector used in the construction of the acceptor Ti plasmid pGV2260.
Das Plasmid pGV745 enthält eine ColE1-spezifische bom-Stelle in dem pBR322-Bereich und kann aus E. coli auf Agrobacterium mobilisiert werden, wobei die Helferplasmide R64drd1l und pGJ28 verwendet werden, wie es in Beispiel 1 beschrieben ist (Konstruktion des Akzeptor-Ti-Plasmids pGV3850).The plasmid pGV745 contains a ColE1 specific bom position in the pBR322 area and can be mobilized from E. coli on Agrobacterium using the helper plasmids R64drd1l and pGJ28, as described in Example 1 (construction of the acceptor Ti plasmid pGV3850).
pGV745 wurde auf Agrobacterium-Stamm C58C1 mobilisiert, der Rifampicin-resistent ist und das Ti-Plassmid pGV2217 enthält. Das erste Crossover-Ereignis wurde selektiert, indem die Ampicillin-Resistenz von pBR322 verwendet wurde, genauso wie es in Beispiel 1 beschrieben ist (Konstruktion des Akzeptor-Ti-Piasmids pGV3850). Durch ein zweites Crossover-Ereignis wird die in pGV2217 vorliegende Deletions-Substitutions-Mutation durch die pBR322-Sequenzen vom Plasmid pGV745 ersetzt. Die zweiten Rekombinanten wurden entnommen, indem die Ampcillin-resistenten Transkonjuganten, die aus der Kointegration von pGV745 mit pGV2217 stammten, direkt nach dem Verlust der Kanamycin-Resistenz abgesucht wurden. Auf diese Weise wurde ein Rifampicin-Agrobacterium-Stamm C58C1 erhalten, der pGV2260 (Ampicillin-resistent, Kanamycin-sensitiv) enthielt.pGV745 was grown on Agrobacterium strain C58C1 mobilized, the rifampicin resistant and the Ti plassmid pGV2217 contains. The first crossover event was selected by the ampicillin resistance of pBR322 was used, just as described in Example 1 (construction of the acceptor Ti piasmid pGV3850). By a second The crossover event becomes the deletion substitution mutation present in pGV2217 replaced by the pBR322 sequences from plasmid pGV745. The second Recombinants were removed by using the ampcillin-resistant transconjugants, that came from the co-integration of pGV745 with pGV2217, directly were screened for loss of kanamycin resistance. To this A rifampicin Agrobacterium strain C58C1 was obtained, which pGV2260 (ampicillin resistant, kanamycin sensitive) contained.
Dieses Ti-Plasmid pGV2260 wird künftig als ein Akzeptor-Plasmid (Typ B) für intermediäre Clonierungsvektoren vom pGV700- oder pGV750-Typ verwendet. Diese sind zusammengesetzt aus (i) einem DNA-Fragment, welches das Ampicillin-Resistenzgen, den Replikationsursprung und die bom-Stelle von pBR322 trägt; (ii) einem DNA-Fragment, das die linken und rechten Randsequenzen der TL-DNA enthält und außerdem einem zusätzlichen Resistenzmarker zu denen, die bereits auf pBR322 vorliegen, der sowohl die genetische Selektion auf die Übertragung des intermediären Clonierungsvektors von E. coli auf Agrobacterium als auch auf dessen Kointegration in das Akzeptor-Ti-Plasmid pGV2260 ermöglicht.This Ti plasmid pGV2260 will be used in the future as a Acceptor plasmid (Type B) for intermediate Cloning vectors of the pGV700 or pGV750 type used. This are composed of (i) a DNA fragment which contains the ampicillin resistance gene, carries the origin of replication and the bom site of pBR322; (Ii) a DNA fragment that encompasses the left and right edge sequences of the Contains TL-DNA and also an additional Resistance markers to those already on pBR322, the both the genetic selection for the transfer of the intermediate cloning vector of E. coli on Agrobacterium as well as on its cointegration into the acceptor Ti plasmid pGV2260 enables.
Wir konnten beispielsweise zeigen,
daß Agrobacterium,
das eine kointegrierte Struktur zwischen pGV2260 und pGV700 trägt, zur Übertragung der
erwarteten DNA-Sequenzen (diejenigen, die zwischen den Rändern der
T-DNA enthalten sind) auf Pflanzenzellgenom fähig ist. Die transformierten Pflanzenzellen
zeigen den erwarteten Phänotyp,
d. h. Tumore, die Sprosse erzeugen, wenn man davon ausgeht, daß pGV700
die genetische Information für drei
Produkte enthält
(4, 6a, 6b; siehe Willmitzer et al., EMBO J. 1 (1982), 139–146). Auf
diese Weise haben wir gezeigt, daß ein Akzeptor-Ti-Plasmid vom B-Typ
fähig ist,
DNA auf Pflanzenzellen zu übertragen,
wenn es als kointegrierte Struktur mit einem intermediären Clonierungsvektor
des in
BEISPIEL 4EXAMPLE 4
Konstruktion eines intermediären Clonierungsvektors, der ein Gen enthält, das in Pflanzen exprimiert werden sollConstruction of an intermediate cloning vector, that contains a gene that is to be expressed in plants
Vor Bekanntwerden der vorliegenden
Erfindung hat die Insertion von ganzen Genen in mehr oder weniger
zufällige
Positionen in der T-Region von Ti-Plasmiden anschließend an
die Übertragung
auf das Pflanzengenom nicht zur Expression der fremden Sequenz geführt. Wie
hier beschrieben, ist
der Codierungsbereich von (irgendeinem)
gewünschten
fremden Gen(en) an transcriptionale Initiations- und Terminationssignale
gebunden, von denen man weiß,
daß sie
in der Pflanzenzelle funktionell sind. Der Nutzen dieses Vorgehens
wird
durch Experimente gezeigt, welche die das Nopalin-Synthase-Gen
codierenden DNA-Sequenzen umfassen. Die gesamte Sequenz dieses Gens
und der genaue Start und das genaue Ende der Transkription sind
bekannt: (Depicker et al., J. Mol. Appl. Genet. 1 (1982), 561–574). Der
Protein-codierende Bereich irgendeines fremden Gens kann angrenzend
an den nos-Promotor eingefügt
werden. Als Beispiel einer fremden Gensequenz wird der Codierungsbereich des
Octopin-Synthase-Gens (De Greve et al., J. Mol. Appl. Genet. 1 (982),
499–512)
angrenzend an den nos-Promotor eingefügt. Diese Konstruktion wird
in ein Akzeptor-Ti-Plasmid mobilisiert und zur Infektion von Pflanzen
verwendet. Das entstehende Tumorgewebe wird auf die Anwesenheit
von Octopin untersucht und positiv befunden.Before the present invention became known, the insertion of whole genes into more or less random positions in the T region of Ti plasmids following the transfer to the plant genome did not lead to the expression of the foreign sequence. As described here is
the coding region of (any) desired foreign gene (s) is bound to transcriptional initiation and termination signals which are known to be functional in the plant cell. The benefit of this approach is
shown by experiments comprising the DNA sequences encoding the nopaline synthase gene. The entire sequence of this gene and the exact start and end of the transcription are known: (Depicker et al., J. Mol. Appl. Genet. 1 (1982), 561-574). The protein coding region of any foreign gene can be inserted adjacent to the nos promoter. As an example foreign gene sequence, the coding region of the octopine synthase gene (De Greve et al., J. Mol. Appl. Genet. 1 (982), 499-512) is inserted adjacent to the nos promoter. This construction is mobilized in an acceptor Ti plasmid and used to infect plants. The resulting tumor tissue is examined for the presence of octopine and found to be positive.
Die Konstruktion den intermediären Clonierungsvektors,
der das chimäre
Nopalin-Promotor:Octopin-Synthase-Strukturgen enthält, ist
in den
Kurzgefaßt wird das Restriktionsfragment HindIII-23,
welches das nos-Gen enthält,
in vitro gentechnisch so verändert,
daß der
größte Teil
der nos-codierenden Sequenz entfernt wird und der nos-Promotor angrenzend
an die Restriktionsendonuclease-Stelle BamHI erhalten bleibt (
Der Plasmidvektor, der den gentechnisch veränderten
nos-Promotor enthält,
wird mit BamHI gespalten, und die für ocs codierende Sequenz, die auf
einem BamHI-Fragment enthalten ist, wird an dieser Stelle eingefügt. Auch
die ocs-codierende Sequenz wird in vitro gentechnisch so verändert, daß sie durch
die BamHI-Restriktionsendonuclease-Stelle eingeklammert ist, wie
es in
Die Nucleotid-Sequenzen, die den
genauen Verbindungspunkt in der nos:ocs-Fusion zeigen, sind in
Ferner wird der Plasmidvektor, der
den gentechnisch veränderten
nos-Promotor enthält, dazu verwendet,
um DNA aus dem Plasmid R67, die das Enzym Dihydrofolat-Reduktase
codiert, einzufügen. Die
das Dihydrofolat-Reduktase-Gen enthaltende Codierungssequenz ist,
wie beschrieben auf einem BamHI-Fragment enthalten (O'Hare et al., Proc.
Natl. Acad. Sci. USA 78 (1981), 1527–1531) und wird daher einfach
in den nos-Promotor-Vektor, der die BamHI-Stelle angrenzend an den Promotorbereich,
wie vorstehend beschrieben enthält,
eingefügt.
Dieses, Gen ist ein Beispiel eines Gens für einen selektierbaren Marker
(siehe beispielsweise die
Die Konstruktion der intermediären Clonierungsvektoren, welche die ocs- und Dihydrofolat-Reduktase-codierenden Bereiche hinter dem vorstehend beschriebenen nos-Promotor enthalten, und ihre Übertragung und Expression in transformierten Pflanzenzellen anschließend an die Kointegration mit dem Ti- Plasmid von Agrobacterium bringt den Beweis, daß fremde Gene auf Pflanzenzellen übertragen und darin exprimiert werden können.The construction of the intermediate clony tion vectors which contain the ocs- and dihydrofolate reductase-coding regions behind the nos promoter described above, and their transfer and expression in transformed plant cells subsequent to the cointegration with the Ti plasmid from Agrobacterium provides the evidence that foreign genes on plant cells can be transmitted and expressed in it.
BEISPIEL 5EXAMPLE 5
Isolierung von Pflanzenzellen und Pflanzen, die das (die) gewünschte(n) Gen(e) eingefügt in ihre Chromosomen enthaltenIsolation of plant cells and plants that produce the desired Gene (s) inserted contained in their chromosomes
Wir haben Pflanzenzellen und ganze Pflanzen erhalten, die mit nicht-onkogenen Akzeptor-Ti-Plasmid-Derivaten (z. B. pGV3850) transformiert waren, wobei eines der folgenden drei Verfahren verwendet wurde:
- (1) Beimpfung in vivo von ganzen Pflanzen, worauf anschließend die Kultur in vitro auf Medien folgt, welche die Regeneration von Sprossen ermöglichen;
- (2) Coinfektion in vivo von ganzen Pflanzen in Gegenwart von anderen Agrobacterium-Stämmen, welche an der verwundeten Stelle direkt Sprosse induzieren;
- (3) Cokultivierung in vitro von einzelnen Pflanzenzellen-Protoplasten.
- (1) In vivo inoculation of whole plants, followed by in vitro culture following media that allow sprout regeneration;
- (2) in vivo co-infection of whole plants in the presence of other Agrobacterium strains which directly induce shoots at the wounded site;
- (3) In vitro cocultivation of single plant cell protoplasts.
Wir werden nachstehend jedes dieser Verfahren beschreiben.We'll follow each of these Describe the procedure.
Das erste Verfahren beruht auf einer Modifikation von Verfahren, die normalerweise verwendet werden, um die Infektion von ganzen Pflanzengeweben mit Wildtyp-Agrobacterium-Stämmen zu erhalten, was zur Herstellung von Wurzelhalsgallen-Geweben führt. Da pGV3850 ein nicht-Tumor-produzierendes (nicht-onkogenes) Agrobacterium-Derivat ist, wird an der infizierten Stelle kein Tumorwachstum beobachtet. Sofern jedoch das infizierte Gewebe entfernt und in Gewebekultur vermehrt wird, können transformierte Gewebe leicht erhalten werden. Nach einem anfänglichen Kultivierungszeitraum (einfach um die Masse des Gewebes zu vergrößern) wird das Gewebe der Wundstelle unter Bedingungen gezüchtet, die die Bildung von Sprossen ermöglichen. Sowohl untransformierte als auch pGV3850-transformierte Zellen werden Sprosse erzeugen. Die transformierten Sprosse können leicht durch einen einfachen Test auf die Gegenwart von Nopalin unterschieden werden.The first method is based on one Modification of procedures that are normally used to infect whole plant tissues with wild-type Agrobacterium strains preserved, which leads to the production of root-gall gall tissues. There pGV3850 is a non-tumor-producing (non-oncogenic) Agrobacterium derivative no tumor growth is observed at the infected site. Unless, however, the infected tissue is removed and in tissue culture can be increased, transformed Tissues can be easily obtained. After an initial cultivation period (simply to increase the mass of the tissue) becomes the tissue of the wound site grown under conditions that allow the formation of sprouts. Both untransformed and pGV3850 transformed cells will Create rung. The transformed rung can easily be replaced by a simple one Test for the presence of nopaline can be distinguished.
Wir haben pGV3850-transformierte Kalli und Sprosse, die von geköpften Tabakpflänzchen von Nicotiana tabacum Wisconsin 38 stammten, unter Verwendung des folgenden Protokolls erhalten (alle Manipulationen werden unter sterilen Bedingungen in einer Laminarströmungshaube durchgeführt).We have pGV3850 transformed Calli and rung, decapitated by tobacco plants from Nicotiana tabacum Wisconsin 38, using the following protocol (all manipulations are under sterile conditions in a laminar flow hood).
- (1) Verwendet werden 6-Wochen-alte Tabak-Sämlinge, die in kleinen Töpfen (10 cm Durchmesser × 10 cm Höhe) auf festem Murashige & Skoog (MS)-Medium (Murashige und Skoog, Physiol. Plant. 15 (1962) 473–497), enthaltend 0,8% Agar, gezüchtet wurden.(1) 6-week-old tobacco seedlings are used, those in little pots (10 cm diameter × 10 in cm height) on firm Murashige & Skoog (MS) medium (Murashige and Skoog, Physiol. Plant. 15 (1962) 473-497) 0.8% agar grown were.
- (2) Die jüngsten obersten Blätter werden mit einem Skalpell entfernt und weggeworfen.(2) The youngest top leaves are removed with a scalpel and thrown away.
- (3) Die Wundoberfläche wird mit einem Spatel oder Zahnstocher beimpft, der Agrobacterium enthält, das von einer unter selektiven Bedingungen gezüchteten, frischen Plattenkultur stammt (z. B. wird für den Rifampicin-resistenten, Ampicillin-resistenten Agrobacterium-Stamm, der das Ti-Plasmid pGV3850 enthält, YEB-Medium, enthaltend 100 μg/ml Rifampicin und 100 μg/ml Carbenicillin, verwendet; YEB-Medium: 5 g/l Bacto-Rindfleischextrakt, 1 g/l Bacto Hefeextrakt, 5 g/l Pepton, 5 g/l Saccharose, 2 × 10–3 M MgSO4, pH 7,2, und 15 g/l Agar). Für jede pGV3850-Konstruktion werden mindestens 8 Pflänzchen beimpft.(3) The wound surface is inoculated with a spatula or toothpick containing Agrobacterium, which is derived from a fresh plate culture grown under selective conditions (e.g. for the rifampicin-resistant, ampicillin-resistant Agrobacterium strain which contains the Ti Plasmid pGV3850 contains, YEB medium containing 100 μg / ml rifampicin and 100 μg / ml carbenicillin; YEB medium: 5 g / l Bacto beef extract, 1 g / l Bacto yeast extract, 5 g / l peptone, 5 g / l sucrose, 2 x 10 -3 M MgSO 4 , pH 7.2, and 15 g / l agar). At least 8 plantlets are inoculated for each pGV3850 construction.
- (4) 2 Wochen wird inkubiert; es sollte keine oder wenig Reaktion an der Stelle der Beimpfung auftreten; manchmal erscheinen sehr kleine Kalli.(4) incubate for 2 weeks; there should be little or no response occur at the site of inoculation; sometimes appear very little calli.
- (5) Ein dünner Abschnitt von weniger als 1 mm Dicke wird von der Wundoberfläche entfernt. Die Wundoberfläche wird auf einer Platte inkubiert, die Linsmaier & Skoog (LS)-Agarmedium (Linsmaier und Skoog, Physiol. Plant. 18 (1965) 100–127) mit Auxinen und Cytokininen (1 mg/l NAA, 0,2 mg/l BAP) und 1% Saccharose enthält.(5) A thin one Section less than 1 mm thick is removed from the wound surface. The wound surface is incubated on a plate, the Linsmaier & Skoog (LS) agar medium (Linsmaier and Skoog, Physiol. Plant. 18 (1965) 100-127) with auxins and cytokinins (1 mg / l NAA, 0.2 mg / l BAP) and 1% sucrose.
- (6) Nach etwa 6 Wochen sollte der Kallus groß genug, mindestens etwa 5 mm im Durchmesser, sein, um einen Teil auf Anwesenheit von Nopalin zu testen. Nicht alle Wundkalli erzeugen Nopalin; etwa eine von vier Pflanzen erzeugt einen Nopalin-positiven Wundkallus. (6) After about 6 weeks, the callus should be big enough, at least about 5 mm in diameter, to be part of the presence of nopaline testing. Not all wound calli produce nopaline; about one in four Planting creates a nopaline-positive wound callus.
- (7) Nopalin-positive Kalli werden auf Agarplatten übertragen, die Regenerationsmedium enthalten: LS-Medium wie vorstehend +1% Saccharose und 1 mg/l BAP-Cytokinin.(7) Nopalin positive calli are transferred to agar plates, the regeneration medium contain: LS medium as above + 1% Sucrose and 1 mg / l BAP cytokinin.
- (8) Sprosse mit annehmbarer Größe (1 cm Höhe) erscheinen nach etwa 4 bis 6 Wochen. Die Sprosse werden auf frische Agarplatten übertragen, die LS-Medium +1%. Saccharose ohne Hormone enthalten, um weiteres Wachstum und Wurzelbildung zu ermöglichen.(8) Rungs of acceptable size (1 cm high) appear after about 4 up to 6 weeks. The sprouts are transferred to fresh agar plates, the LS medium + 1%. Sucrose without hormones included for more Allow growth and rooting.
- (9) Man läßt die Sprosse 1 oder 2 Wochen wachsen, so daß ein Teil (ein oder zwei kleine Blättchen) zur Prüfung der Gegenwart von Nopalin entfernt werden können.(9) The rung is left Grow 1 or 2 weeks so that a Part (one or two small leaflets) for testing the presence of nopaline can be removed.
- (10) Nopalin-positive Sprosse werden zur weiteren Züchtung in größere Gefäße (10 cm Töpfe wie vorstehend), die MS-Medium wie in (1) enthalten, übertragen.(10) Nopaline-positive shoots are used for further breeding larger vessels (10 cm Pots as above), the MS medium as contained in (1).
Anm: Alle Pflanzenkulturmedien für infizierte Gewebe enthalten 500 μg/ml des Antibiotikums Cefotaxim (Claforan®, Hoechst) als Selektion gegen das pGV3850-enthaltende Agrobacterium. Dieser Arzneistoff wirkt so, daß es das Wachstum von allen Agrobacterien verhindert (umfassend solche, die Carbenicillin-resistent sind).Note: All plant culture media for infected tissues contain 500 μg / ml of the antibiotic cefotaxim (Claforan ® , Hoechst) as a selection against the pGV3850-containing Agrobacterium. This drug works so that it is the growth of all agro prevents bacteria (including those that are carbenicillin resistant).
Ein anderes Verfahren zum Erhalt von transformierten und sprossenden Geweben ist kürzlich in unserem Labor entwickelt worden. Dieses Verfahren beruht auf der Beobachtung, daß bestimmte mutierte Ti-Plasmid-Stämme von Agrobacterium Wurzelhalsgallen-Tumore induzieren, die Sprosse erzeugen. Solche sproßinduzierenden (shi) Mutanten lassen sich in einen bestimmten Bereich der T-DNA (übertragenes DNA-Segment) der Ti-Plasmide von A. tumefaciens kartieren (Leemans et al., EMBO J. 1 (1982) 147–152; Joos et al., Cell 32 (1983) 1057–1067), Die induzierten Sprosse sind oft aus vollständig normalen untransformierten Zellen zusammengesetzt. Wir haben daher versucht, Pflanzen mit einem Gemisch aus zwei verschiedenen Agrobacterien zu beimpfen, wobei eines eine Octopin-Ti-Plasmid-Sprossungs-Mutante und das andere pGV3850 trug. Auf diese Art und Weise besteht eine gute Chance, daß die Octopin-Sprossungs-Mutation Sprosse induzieren kann, die mit pGV3850 transformiert worden sind. Wir haben Pflanzen mit Agrobacterium beimpft, welches das Ti-Plasmid pGV3850 und ein sproßinduzierendes Octopin-Ti-Plasmid in einem Verhältnis von 5 : 1 enthielt. Auf diese Weise haben wir pGV3850-transformierte Sprosse erhalten; diese Sprosse können leicht herausgesucht werden, indem auf das Vorliegen von Nopalin getestet wird. Durch dieses Verfahren sind keine komplizierten Gewebekultur-Verfahren mehr nötig. Die Nopalin-positiven Sprosse werden auf Medien übertragen, die einfache Salze und Zucker mit irgendwelchen wachstumsregulierenden Hormonen enthalten, wodurch weiteres Wachstum ermöglicht wird. Nachdem die Sprosse eine ausreichende Größe erreicht haben, können sie zur Vermehrung leicht auf Erde übertragen werden. Dieses Verfahren der Coinfektion sollte besonders nützlich sein zur Transformation von Pflanzenspezies, die für Gewebekulturen nicht leicht zugänglich sind. Auf diese Weise wird es möglich sein, eine ganze Reihe von agronomisch und wirtschaftlich wichtigen Pflanzen, wie z. B. Hülsenfrüchte, Arzneipflanzen und Zierpflanzen, durch Agrobacterium gentechnisch herzustellen.Another method of obtaining of transformed and sprouting tissues is recently in ours Laboratory. This process is based on the observation that certain mutated Ti plasmid strains of Agrobacterium induce tumors that sprout produce. Such shoot-inducing (shi) mutants can be found in a specific area of T-DNA (Transmitted DNA segment) of the Ti plasmids map from A. tumefaciens (Leemans et al., EMBO J. 1 (1982) 147-152; Joos et al., Cell 32 (1983) 1057-1067), The induced rungs are often from completely normal untransformed Cells assembled. We therefore tried to plant with one Inoculate mixture of two different Agrobacteria, whereby one an octopine-Ti plasmid shoot mutant and the other wore pGV3850. In this way there is a good one Chance that Octopin sprout mutation rung which can be transformed with pGV3850. We have inoculated plants with Agrobacterium, which is the Ti plasmid pGV3850 and a shoot-inducing Octopin-Ti plasmid in a ratio of 5: 1 contained. This way we have pGV3850 transformed Preserved rung; these rungs can be easily picked out by is tested for the presence of nopaline. Through this procedure complicated tissue culture procedures are no longer necessary. The nopaline positive Rungs are transferred to media, the simple salts and sugars with some growth regulators Contain hormones, which enables further growth. After the rung has reached a sufficient size, you can easily transferred to earth for propagation become. This method of coinfection should be particularly useful for the transformation of plant species that are not easily accessible to tissue cultures. In this way it will be possible a whole range of agronomically and economically important plants, such as B. legumes, medicinal plants and ornamental plants to be genetically engineered by Agrobacterium.
Das dritte Verfahren ermöglicht die Isolierung von Nicotiana tabacum-Protoplasten und die Selektion von hormonunabhängigen T-DNA-transformierten Zellclonen nach Cokultivierung der von Protoplasten abgeleiteten Zellen mit onkogenen Agrobacterium-Stämmen. Eine analoge Technik kann für die Selektion von transformierten Zellen verwendet werden, wenn andere dominant selektive Marker verwendet werden, wie z. B. Gene für Antibiotika-Resistenz, die so konstruiert sind, daß sie in höheren Pflanzenzellen exprimiert werden (siehe Beispiel 3).The third method enables Isolation of Nicotiana tabacum protoplasts and selection of hormone independent T-DNA transformed cell clones after coculturing of protoplasts derived cells with oncogenic Agrobacterium strains. A analog technology can for that Selection of transformed cells to be used when others dominant selective markers are used, such as. B. genes for antibiotic resistance, which are constructed so that they in higher plant cells can be expressed (see example 3).
In diesem Fall müssen die Bedingungen für die Selektion jedoch in jedem Fall optimiert werden (Konzentration des selektiven Agens, Zeit zwischen Transformation und Selektion, Konzentration der von Protoplasten abgeleiteten Zellen oder Zellkolonien in dem selektiven Medium), Sofern keine Selektion auf die transformierten Zellen möglich ist, z. B. weil avirulente T-DNA-Mutanten verwendet werden, wie z. B. pGV3850 oder pGV2217 (Leemans et al., EMBO J. 1 (1982), 147–152), ist es möglich, die Zellen nach genetischer Transformation auf Auxin- und Cytokinin-enthaltendem Medium (z. B. Murashige-und-Skoog-Medium (Murashige und Skoog, Physiol. Plant 15 (1962), 473-497) mit 2 mg/l NAA (α-Naphthalinessigsäure) und 0,3 mg/l Ki netin) zu kultivieren und die transformierten Kolonien durch ihren Opin-Gehalt zu identifizieren. Auf diese Weise können nach elektrophoretischer Analyse auf Agropin- und Mannopin-Synthese (Verfahren siehe Leemans et al., J. Mol. Appl. Genet. 1 (1981), 149–164) etwa 660 Kolonien, die nach Infektion mit pGV2217 erhalten wurden, einer Nicotiana tabacum SR1-Zellinie gefunden werden, die das TR-codierte Opin Mannopin (N2-(1-Mannityl)-glutamin) synthetisiert. Zahlreiche Sprosse werden nach Inkubation von Kallusstücken dieser Zellinie auf Regenerationsmedium gebildet (Murashige-und-Skoog-Medium mit BAP (6-Benzylaminopurin) (1 mg/l) als einziger Wachstumsregulator der Pflanzenzellen), Alle 20 analysierten Sprosse können noch Mannopin synthetisieren. Nach Übertragung auf hormonfreies Murashige-und-Skoog-Medium wachsen die Sprosse als morphologisch normale Tabakpflanzen, die immer noch Mannopin enthalten.In this case, however, the conditions for the selection must be optimized in any case (concentration of the selective agent, time between transformation and selection, concentration of the cells or cell colonies derived from protoplasts in the selective medium), provided that no selection for the transformed cells is possible , e.g. B. because avirulent T-DNA mutants are used, such as. B. pGV3850 or pGV2217 (Leemans et al., EMBO J. 1 (1982), 147-152), it is possible, after genetic transformation, on medium containing auxin and cytokinin (e.g. Murashige-und- Cultivate Skoog medium (Murashige and Skoog, Physiol. Plant 15 (1962), 473-497) with 2 mg / l NAA (α-naphthalene acetic acid) and 0.3 mg / l ki netin) and transform the colonies by their opine Identify content. In this way, after electrophoretic analysis for agropine and mannopine synthesis (method see Leemans et al., J. Mol. Appl. Genet. 1 (1981), 149-164), about 660 colonies obtained after infection with pGV2217 , a Nicotiana tabacum SR1 cell line, which synthesizes the TR-coded opin mannopin (N 2 - (1-mannityl) glutamine). Numerous shoots are formed after incubation of callus pieces from this cell line on regeneration medium (Murashige and Skoog medium with BAP (6-benzylaminopurine) (1 mg / l) as the only growth regulator of the plant cells). All 20 shoots analyzed can still synthesize mannopine. After transfer to hormone-free Murashige-and-Skoog medium, the shoots grow as morphologically normal tobacco plants that still contain mannopin.
Die hier für N. tabacum beschriebene Isolierung und Transformation von Protoplasten kann auch für N. plumbaginifolia verwendet werden.The isolation described here for N. tabacum and transformation of protoplasts can also be used for N. plumbaginifolia become.
2. Experimentelle Verfahren2. Experimental method
2.1. Kulturbedingungen für Sprosse2.1. Culture conditions for rung
Sproßkulturen von Nicotiana tabacum werden in 250 ml Glastöpfen auf hormonfreiem Murashige-und-Skoog-Medium (Murashige und Skoog, Physiol. Plant 15 (1962), 473-497) unter sterilen Bedingungen in einem Kulturraum gehalten (16 Stunden, 1500 Lux weißes fluoreszierendes Licht ("ACEC LF 58 W/2 4300°K Economy"), 24°C, 70% relative Feuchtigkeit). Fünf Wochen alte Sproßkulturen werden für die Isolierung von Protoplasten verwendet.Shoot cultures of Nicotiana tabacum are in 250 ml glass pots on hormone-free Murashige-and-Skoog medium (Murashige and Skoog, Physiol. Plant 15 (1962), 473-497) under sterile conditions in a culture room held (16 hours, 1500 lux white fluorescent light ("ACEC LF 58 W / 2 4300 ° K Economy "), 24 ° C, 70% relative humidity). Five weeks old shoot cultures be for used the isolation of protoplasts.
2.2. Protoplasten-Isolierung2.2. Protoplast isolation
Für alle Stufen bei der Isolierung und Kultur von Protoplasten werden keimfreie Techniken verwendet. Die Protoplasten werden durch ein Verfahren mit einem Enzymgemisch isoliert. Alle Blätter, außer sehr junge Blätter, die kleiner als 2 cm sind, können für die Isolierung von Protoplasten verwendet werden. Die Blätter werden mit einem scharfen Skalpellmesser in Streifen geschnitten, die etwa 2 bis 3 mm breit sind. 2 bis 3 g des Blattmaterials werden 18 Stunden bei 24°C in 50 ml Enzymgemisch in einem dunklen Raum ohne Bewegung inkubiert. Das Enzymgemisch besteht aus 0,5% Cellulase Onozuka R-10 und 0,2% Macerozym Onozuka R-10 in hormonfreiem K3-Medium (Nagy und Maliga, Z. Pflanzenphysiol. 78 (1976), 453–455). Das Gemisch wird durch eine Membran mit 0,22 μm-Poren sterilfiltriert und kann mindestens 6 Monate bei –20°C ohne bemerkbaren Aktivitätsverlust gelagert werden.Germ-free techniques are used for all stages in the isolation and culture of protoplasts. The protoplasts are isolated by an enzyme mixture method. All leaves, except very young leaves, which are smaller than 2 cm, can be used for the isolation of protoplasts. The leaves are cut into strips with a sharp scalpel knife, which are about 2 to 3 mm wide. 2 to 3 g of the leaf material are in a 50 ml enzyme mixture in one at 18 ° C incubated dark room without movement. The enzyme mixture consists of 0.5% Onozuka R-10 cellulase and 0.2% Onozuka R-10 macerozyme in hormone-free K3 medium (Nagy and Maliga, Z. Pflanzenphysiol. 78 (1976), 453-455). The mixture is sterile filtered through a membrane with 0.22 μm pores and can be stored for at least 6 months at -20 ° C without noticeable loss of activity.
2.3. Protoplasten-Kultur2.3. Protoplast culture
Nach 18 Stunden Inkubation wird das Gemisch leicht bewegt, um die Protoplasten freizusetzen. Das Gemisch wird anschließend durch ein 50 μm-Sieb filtriert und das Filtrat in 10 ml-Zentrifugationsröhrchen überführt. Nach 6-minütiger Zentrifugation bei 60 bis 80 g in einem Schwingbecherrotor bilden die Protoplasten eine dunkelgrüne aufschwimmende Bande. Die unter den Protoplasten liegende Flüssigkeit und die das Pellet bildenden Trümmer werden unter Verwendung eines Kapillarschlauchs, der an eine peristaltische Pumpe angeschlossen ist, entfernt. Die Protoplasten werden in einem Röhrchen gesammelt und zweimal mit Kulturmedium gewaschen. Das Kulturmedium besteht aus K3-Medium (Nagy und Maliga, Z. Pflanzenphysiol. 78 (1976), 453–455) mit NAA (0,1 mg/l) und Kinetin (0,2 mg/l) als Wachstumsregulatoren. Das Medium wird auf einen pH-Wert von 5,6 eingestellt und durch eine 0,22 μm-Filtermembran sterilisiert. Nach dem zweiten Waschgang werden die Protoplasten unter Verwendung eines Thoma-Hämacytometers gezählt (erhalten von "Assistant", BRD) und in Kulturmedium mit einer endgültigen Dichte von 105 Protoplasten/ml resuspendiert. Die Protoplasten werden gezüchtet in einem Volumen von 10 ml pro Petrischale in Gewebekultur-Qualität mit einem Durchmesser von 9 cm. Die Schalen werden mit Parafilm® versiegelt und 24 Stunden im Dunkeln und danach in gedämpftem Licht (500 bis 1000 Lux) bei 24°C inkubiert.After 18 hours of incubation, the mixture is gently agitated to release the protoplasts. The mixture is then filtered through a 50 μm sieve and the filtrate is transferred to 10 ml centrifugation tubes. After centrifugation at 60 to 80 g for 6 minutes in a swinging bucket rotor, the protoplasts form a dark green floating band. The liquid under the protoplasts and the debris forming the pellet are removed using a capillary tube connected to a peristaltic pump. The protoplasts are collected in a tube and washed twice with culture medium. The culture medium consists of K3 medium (Nagy and Maliga, Z. Pflanzenphysiol. 78 (1976), 453-455) with NAA (0.1 mg / l) and kinetin (0.2 mg / l) as growth regulators. The medium is adjusted to a pH of 5.6 and sterilized through a 0.22 μm filter membrane. After the second wash, the protoplasts are counted using a Thoma hemacytometer (obtained from "Assistant", FRG) and resuspended in culture medium with a final density of 10 5 protoplasts / ml. The protoplasts are grown in a volume of 10 ml per Petri dish in tissue culture quality with a diameter of 9 cm. The dishes are sealed with Parafilm ® and incubated for 24 hours in the dark and then in dim light (500 to 1000 lux) at 24 ° C.
2.4. Transformation durch Cokultivierung2.4. Transformation through Co-cultivation
Die Protoplastenkulturen werden 5 Tage nach Isolierung. infiziert. Agrobacterium-Kulturen werden 18 Stunden in flüssigem LB-Medium (Miller, Experiments in Molecular Ge netics (1972), Cold Spring Harbor Laboratory, New York) gezüchtet und in K3-Kulturmedium mit einer Dichte von 2 × 109 Zellen/ml resuspendiert. 50 μl dieser Suspension werden zu den Pflanzenprotoplastenkulturen hinzugefügt, und nach der Versiegelung mit Parafilm® werden die Kulturen unter denselben Bedingungen wie unter 2.3 beschrieben inkubiert. Nach 48 Stunden werden die Kulturen in 10 ml-Zentrifugenröhrchen überführt und in einem Schwingbecherrotor 6 Minuten bei 60 bis 80 g zentrifugiert. Die aufschwimmende Bande und das Pellet werden vereinigt und in 10 ml K3-Medium (Nagy und Maliga, Z. Pflanzenphysiol. 78 (1976), 453–455), das mit einem Antibiotikum (Carbenicillin 1000 μg/ml oder Cefotaxim 500 μg/ml) ergänzt ist, resuspendiert.The protoplast cultures are grown 5 days after isolation. infected. Agrobacterium cultures are grown for 18 hours in liquid LB medium (Miller, Experiments in Molecular Geneticics (1972), Cold Spring Harbor Laboratory, New York) and resuspended in K3 culture medium with a density of 2 × 10 9 cells / ml. 50 .mu.l of this suspension are added to the plant protoplast cultures, and after sealing with Parafilm ®, the cultures are incubated under the same conditions as described under 2.3. After 48 hours, the cultures are transferred to 10 ml centrifuge tubes and centrifuged in a vibrating beaker rotor at 60 to 80 g for 6 minutes. The floating band and the pellet are combined and in 10 ml of K3 medium (Nagy and Maliga, Z. Pflanzenphysiol. 78 (1976), 453-455), which with an antibiotic (carbenicillin 1000 μg / ml or cefotaxime 500 μg / ml ) is supplemented, resuspended.
Nach einer Inkubation von 2 Wochen werden die von Protoplasten abgeleiteten Mikrokalli zentrifugiert und in K3-Medium (Nagy und Maliga, Z. Pflanzenphysiol. 78 (1976), 453–455) resuspendiert, wobei dieselben Konzentrationen von Wachstumsregulator und Antibiotika wie vorstehend, aber 0,3 M Saccharose anstelle von 0,4 M, verwendet werden. Die Zelldichte in diesem Medium wird auf etwa 2 5 × 103 Mikrokalli pro ml eingestellt.After a 2-week incubation, the protoplast-derived microcalli are centrifuged and resuspended in K3 medium (Nagy and Maliga, Z. Vegetable Physiol. 78 (1976), 453-455), with the same concentrations of growth regulator and antibiotics as above, but 0 , 3 M sucrose instead of 0.4 M can be used. The cell density in this medium is adjusted to approximately 2 5 × 10 3 micro calli per ml.
Nach einer Inkubation von 2 Wochen unter denselben Bedingungen werden die Kalli auf K3-Medium überführt, wobei dieselben Antibiotika-Konzentrationen wie vorstehend, aber weniger Saccharose (0,2 M) und Wachstumsregulatoren (NAA 0,01 mg/l und Kinetin 0,02 mg/l) verwendet werden.After an incubation of 2 weeks under the same conditions, the calli are transferred to K3 medium, where the same antibiotic concentrations as above, but less Sucrose (0.2 M) and growth regulators (NAA 0.01 mg / l and kinetin 0.02 mg / l) can be used.
Nach einer Inkubation von 2 bis 3 Wochen können die mutmaßlichen Transformanten durch ihr helles Grün und kompaktes Aussehen und durch besseres Wachstum erkannt werden. Diese Kolonien werden sodann auf hormonfreies Linsmaier und Skoog-Medium übertragen (Linsmaier und Skoog, Physiol. Plant. 18 (1965), 100–127), das mit 0,6% Agar verfestigt ist und verminderte Antibiotika-Konzentrationen enthält (Carbenicillin 500 μg/ml oder Cefotaxim 250 μg/ml).After an incubation of 2 to 3 Weeks can the suspected Transformants by their bright green and compact appearance and be recognized by better growth. These colonies then become transferred to hormone-free Linsmaier and Skoog medium (Linsmaier and Skoog, Physiol. Plant. 18 (1965), 100-127), which is solidified with 0.6% agar and reduced antibiotic concentrations contains (Carbenicillin 500 μg / ml or cefotaxim 250 μg / ml).
Mit den mutmaßlichen Transformanten, die auf diesem hormonfreien Medium wachsen, können Opin-Tests durchge führt werden, wenn sie einen Durchmesser von 3 bis 4 mm erreicht haben. Die Hälfte jeder Kolonie wird zum Nachweis von Octopin und Nopalin (Aerts et al., Plant Sci. Lett. 17 (1979), 43–50) oder Agropin und Mannopin (Leemans et al., J. Mol. Appl. Genet. 1 (1981), 149–164) verwendet. Mit diesem Test kann die transformierte Natur der auf hormonfreiem Medium selektierten Kolonien bestätigt werden. Anschließend können die selektierten Kolonien auf antibiotikafreiem Medium gezüchtet werden.With the putative transformants on growing in this hormone-free medium, opine tests can be carried out when they have a diameter of 3 to 4 mm. Half everyone Colony is used to detect octopine and nopaline (Aerts et al., Plant Sci. Lett. 17 (1979), 43-50) or agropin and mannopin (Leemans et al., J. Mol. Appl. Genet. 1 (1981), 149-164) used. With this test, the transformed nature of the hormone-free Medium selected colonies can be confirmed. Then you can selected colonies are grown on antibiotic-free medium.
2.5. Cokultivierung ohne Selektion auf hormonfreien Medien2.5. Co-cultivation without Selection on hormone-free media
Wenn die Selektion auf transformierte Zellen nicht möglich ist (z. B. weil avirulente T-DNA-Mutanten verwendet werden) oder nicht erforderlich ist, weil ein dominanter selektierbarer Marker, wie z. B. ein Gen für Antibiotika-Resistenz, in der T-DNA vorliegt, kann die Behandlung der von Protoplasten abgeleiteten Zellen vereinfacht werden (die Stufen mit Hormonverminderung sind dann nicht mehr nötig). Die Protoplasten werden bis zur Infektionsstufe, wie vorher beschrieben behandelt. 48 Stunden nach Zusatz der Bakterien werden die von Protoplasten abgeleiteten Zellen zentrifugiert (6 Minuten, 60 bis 80 g) und in AG-Medium (Caboche, Planta 149 (1980), 7–18) resuspendiert, das zur Förderung des Zellwachstums bei sehr niedriger Dichte geeignet ist. Die Zellen werden gezählt, wozu eine Fuchs-Rosenthal-Zählkammer (erhalten von "Assistant", BRD) verwendet wird, und mit einer für die anschließende Arbeit erforderlichen Dichte resuspendiert. Sofern die Kolonien für Opin-Tests einzeln manipuliert werden müssen, ergibt eine Plattierung mit niedriger Zelldichte (100 von Protoplasten abgeleitete Zellen und Zellkolonien pro ml) nach einer Inkubation von einem Monat große Zellkolonien. Sofern eine Selektion mit Arzneistoffen auf die transformierten Zellen möglich ist, werden die Zellen mit einer höheren Dichte (103 bis 104/ml) inkubiert, und das verwendete selektive Agens wird zum Medium in einer Konzentration und zu einem Zeitpunkt hinzugefügt, die für jeden Selektionstyp optimiert werden müssen.If selection for transformed cells is not possible (e.g. because avirulent T-DNA mutants are used) or is not required because a dominant selectable marker, e.g. For example, a gene for antibiotic resistance in which T-DNA is present, the treatment of cells derived from protoplasts can be simplified (the stages with hormone reduction are then no longer necessary). The protoplasts are treated up to the infection stage as previously described. 48 hours after the addition of the bacteria, the cells derived from protoplasts are centrifuged (6 minutes, 60 to 80 g) and resuspended in AG medium (Caboche, Planta 149 (1980), 7-18), which promotes cell growth at very low levels Density is suitable. The cells are counted using a Fuchs-Rosenthal count mer (obtained from "Assistant", FRG) is used, and resuspended with a density required for the subsequent work. If the colonies have to be manipulated individually for opine tests, plating with low cell density (100 cells derived from protoplasts and cell colonies per ml) results in large cell colonies after one month of incubation. If selection with drugs for the transformed cells is possible, the cells are incubated at a higher density (10 3 to 10 4 / ml) and the selective agent used is added to the medium in a concentration and at a time appropriate for each Selection type must be optimized.
2.6 Regeneration von ganzen Pflanzen aus Kallusgewebe2.6 regeneration of whole Plants made from callus tissue
Es ist einfach, normale Pflanzen aus Kallusgewebe zu erhalten (das beispielsweise entweder aus der Protoplasten-Transformation oder aus der Beimpfung von ganzen Pflanzen stammt (siehe 2.7)). Das Kallusgewebe wird auf Murashigeund-Skoog-Medium, das 1 mg/ml BAP enthält, gezüchtet; dieses Medium induziert die Sproßbildung nach 1 bis 2 Monaten. Diese Sprosse können auf Medium ohne Hormone überführt werden, so daß sich Wurzeln bilden und eine vollständige Pflanze entsteht.It's simple, normal plants from callus tissue (for example, either from the Protoplast transformation or comes from the inoculation of whole plants (see 2.7)). The Callus tissue is placed on Murashigeund-Skoog medium containing 1 mg / ml BAP contains, bred; this Medium induces sprout formation 1 to 2 months. These rungs can transferred to medium without hormones, so that roots form and complete Plant arises.
2.7. Tumor-Induktion auf Tabak-Sämlingen2.7. Tumor induction on Tobacco seedlings
Tabaksamen (z. B. Kultur-Wisconsin-38) werden oberflächensterilisiert durch Behandlung mit: 70% denaturiertes Ethanol/H2O, 2 Minuten; anschließend 10% handelsübliche Bleiche und 0,1% Natriumdodecylsulfat (SDS); des weiteren fünfmaliges Spülen mit sterilem H2O.Tobacco seeds (e.g. Kultur-Wisconsin-38) are surface sterilized by treatment with: 70% denatured ethanol / H 2 O, 2 minutes; then 10% commercial bleach and 0.1% sodium dodecyl sulfate (SDS); further rinsing five times with sterile H 2 O.
Die sterilen Samen werden in große Teströhrchen (25 mm breit) gesät, enthaltend die Salze des Murashige-und-Skoog-Mediums, verfestigt mit 0,7% Agar und mit Polycarbonat-Deckel bedeckt. Anschließend werden die Röhrchen im Kulturraum inkubiert (12 000 Lux, 16 Stunden Licht/8 Stunden dunkel; 70% relative Feuchtigkeit; 24°C). Nach 4 bis 6 Wochen können die Pflanzen verwendet werden. Sie bleiben mindestens einen weiteren Monat lang optimal verwendbar.The sterile seeds are placed in large test tubes (25 mm wide) sown, containing the salts of the Murashige and Skoog medium, solidified with 0.7% agar and covered with polycarbonate lid. Then the tubes in the Culture room incubated (12,000 lux, 16 hours light / 8 hours dark; 70% relative humidity; 24 ° C). After 4 to 6 weeks you can the plants are used. You stay at least one more Optimally usable for months.
Die Pflänzchen sollten mindestens 3 cm hoch sein und vier oder mehr Blätter aufweisen. Die Pflanzen werden sodann mit einer neuen, sterilen Skalpellklinge diagonal durch das jüngste Internodium geköpft; der obere Teil der Pflanze wird aus dem Röhrchen entfernt und Bakterien von einer Kultur auf Agarplatte werden mit einem abgeflammten Mikrospatel auf die Wundoberfläche gebracht.The plants should be at least 3 cm high and have four or more leaves. The plants then diagonally with a new, sterile scalpel blade through the youngest Internode decapitated; the upper part of the plant is removed from the tube and bacteria from a culture on agar plate with a flamed micropatula on the wound surface brought.
Tumore erscheinen beim Wildtyp nach 2 Wochen und bei einigen der abgeschwächten Mutantenstämme nach einer längeren Zeit. Dieses Verfahren wird zur Beimpfung von Tabak (Nicotiana tabacum), Nicotiana plumbaginifolia und Petunia hybrida verwendet.Tumors appear in the wild type 2 weeks and for some of the weakened mutant strains a longer one Time. This procedure is used to inoculate tobacco (Nicotiana tabacum), Nicotiana plumbaginifolia and Petunia hybrida used.
Abschließende BemerkungenFinal remarks
Die vorliegende Erfindung stellt erstmalig dicotyledone Pflanzenzellen und Pflanzen bereit, die mit Agrobacterium transformiert sind, das einen Hybrid-Ti-Plasmidvektor beherbergt, der keine T-DNA-Gene enthält, die neoplastisches Wachstum steuern, und im Wesentlichen frei von internen T-DNA-Sequenzen eines Wildtyp-Ti-Plasmids ausgenommen Promotorsequenzen ist. Da der Einfluß der onkogenen Funktionen der T-Region. auf die Übertragung von DNA vom Ti-Plasmid auf Pflanzenzellen nicht bekannt war, ist es erstaunlich, daß trotzdem die Übertragung der modifizierten T-Region, die (ein) gewünschte(s) Gen(e) enthält, auf Pflanzenzellen stattfindet. Es kommt zur Kointegration und stabilen Erhaltung dieser übertragenen DNA in dem Pflanzenzellgenom. Außerdem kann die Expression des (der) ausgewählten gewünschten Gens (Gene) erreicht werden, vorausgesetzt, daß das Gen bzw. die Gene geeignete Promotorsequenzen entweder enthalten oder so konstruiert sind, daß sie sie enthalten. Das Konzept, ein einfaches Crossover-Ereignis zwischen einem intermediären Clonierungsvektor, der das (die) ausgewählte(n) Gen(e) enthält, mit einem speziell entworfenen Akzeptor-Ti-Plasmid auszuführen, vereinfacht die Konstruktion von irgendeinem für die Transformation von Pflanzenzellen nützlichen Hybrid-Ti-Plasmidvektor beträchtlich. Die speziell entworfenen Akzeptor-Ti-Plasmide enthalten das DNA-Segment eines üblichen Clonierungsvehikels, so daß irgendein (irgendwelche) gewünschtes (gewünschten) Gen e) (das in dasselbe oder ein verwandtes Clonierungsvehikel als Teil eines intermediären Clonierungsvektors eingefügt worden ist) eine kointegrierte Struktur durch ein einfaches Crossover-Ereignis bilden kann (können). Die zwei Segmente des (der) Clonierungsvehikel(s) stellen die notwendigen Homologiebereiche für eine Rekombination bereit.The present invention provides for the first time dicotyledonous plant cells and plants ready with Transformed Agrobacterium harboring a hybrid Ti plasmid vector, that does not contain T-DNA genes, that control neoplastic growth, and essentially free of internal T-DNA sequences of a wild-type Ti plasmid with the exception of promoter sequences is. Because the influence of oncogenic functions of the T region. on the transfer of DNA from the Ti plasmid was not known on plant cells, it is surprising that anyway the transfer the modified T region containing the desired gene (s) Plant cells takes place. There is cointegration and stable Preserving this transferred DNA in the plant cell genome. Expression can also of the selected one desired Gens (genes) can be reached, provided that the gene or genes are suitable Promoter sequences either contain or are constructed to be them contain. The concept of a simple crossover event between an intermediate Cloning vector containing the selected gene (s) with Executing a specially designed acceptor Ti plasmid simplifies construction from any for the Transformation of plant cells useful hybrid Ti plasmid vector considerably. The specially designed acceptor Ti plasmids contain the DNA segment of a usual Cloning vehicle so that any (any) desired (desired) Gene e) (which is in the same or a related cloning vehicle as Part of an intermediate Cloning vector inserted a cointegrated structure through a simple crossover event can form. The two segments of the cloning vehicle (s) provide the necessary Homology areas for a recombination ready.
Für die Mikroorganismen und intermediären Clonierungsvektoren, Akzeptor-Ti-Plasmide und Hybrid-Plasmidvektoren, die hierin vorstehend; hergestellt wurden, dienen Kulturen als Beispiele, die in der Deutschen Sammlung von Mikroorganismen (DSM), Göttingen, am 21. Dezember, 1983, hinterlegt wurden und dort folgendermaßen identifiziert sind:
- (1) intermediäres Vektorplasmid pAcgB in Escherichia coli K12, HB101;
- (2) Agrobacterium tumefaciens C58C1, Rifampicin-resistenter Stamm, der das Carbenicillin-resistente Akzeptor-Ti-Plasmid pGV3850 trägt;
- (3) intermediäres. Vektorplasmid pGV700 in Escherichia coli K12, Stamm K514 (thr leu thi lac hsdR);
- (4) intermediäres Vektorplasmid pGV750 in Escherichia coli K12 Stamm K514 (wie vorstehend in (3));
- (5) Agrobacterium tumefaciens C58C1, Rifampicin-resistenter Stamm, der das Carbenicillin-resistente Akzeptor-Ti-Plasmid pGV2260 trägt;
- (6) intermediärer Plasmidvektor pNO-1, der den Octopin-Synthase codierenden Bereich unter der Kontrolle des Nopalin-Promotors trägt, in Escherichia coli K12 HB101;
- (7) Stamm, der bei der Mobilisierung von intermediären Vektoren auf Agrobacterium verwendet wird = GJ23, trägt mobilisierende Plasmide pGJ28 und R64drd11 (Van Haute et al., EMBO J. 2 (1983), 411–418); GJ23 ist Escherichia coli K12, JC2926, ein recA-Derivat von AB1157 (Howard-Flanders et al., Genetics 49 (1964), 237–246).
- (1) intermediate vector plasmid pAcgB in Escherichia coli K12, HB101;
- (2) Agrobacterium tumefaciens C58C1, rifampicin-resistant strain, which carries the carbenicillin-resistant acceptor Ti plasmid pGV3850;
- (3) intermediate. Vector plasmid pGV700 in Escherichia coli K12, strain K514 (thr leu thi lac hsdR);
- (4) intermediate vector plasmid pGV750 in Escherichia coli K12 strain K514 (as above starting in (3));
- (5) Agrobacterium tumefaciens C58C1, rifampicin-resistant strain, which carries the carbenicillin-resistant acceptor Ti plasmid pGV2260;
- (6) intermediate plasmid vector pNO-1, carrying the octopine synthase coding region under the control of the nopalin promoter, in Escherichia coli K12 HB101;
- (7) strain used in the mobilization of intermediate vectors on Agrobacterium = GJ23 carries mobilizing plasmids pGJ28 and R64drd11 (Van Haute et al., EMBO J. 2 (1983), 411-418); GJ23 is Escherichia coli K12, JC2926, a recA derivative of AB1157 (Howard-Flanders et al., Genetics 49 (1964), 237-246).
Die folgenden Hinterlegungsnummern
wurden diesen Kulturen zugeteilt:
2792 (1), 2798 (2), 2796
(3), 2797 (4), 2799 (5), 2833 (6) bzw. 2793 (7).The following deposit numbers have been assigned to these cultures:
2792 (1), 2798 (2), 2796 (3), 2797 (4), 2799 (5), 2833 (6) and 2793 (7).
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