JP2000342256A - 植物細胞への遺伝子導入の効率を向上させる方法 - Google Patents
植物細胞への遺伝子導入の効率を向上させる方法Info
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Abstract
入方法よりも高い効率で組織を付傷することなく簡便に
遺伝子導入を行うことができる、植物細胞への遺伝子導
入の効率を向上させる方法を提供すること。 【解決手段】 植物細胞又は植物組織を遠心処理するこ
とを伴う、アグロバクテリウム属細菌を介して行われる
植物細胞への遺伝子導入の効率を向上させる方法を提供
した。
Description
子導入の効率を向上させる方法に関する。
は、一般的に、効率が高い、導入される遺伝子のコピー
数が少ない、T-DNAという特定の領域を断片化させるこ
となく導入できる、短期間の培養により形質転換体を得
ることができるため培養変異が少ないなど、多くの優れ
た特徴を持っている。このため、さまざまな植物種で最
も有用な形質転換の手段として広く用いられている。
に優れた植物の形質転換方法であるが、形質転換の成否
ならびに効率は、植物種、遺伝子型ならびに用いる植物
組織に依存して大きく異なるのが実状である(Potrykus
et al. 1998(参考文献(33)))。すなわち、形質転換に
成功していない植物種があるほか、ごく一部の品種のみ
形質転換が可能な植物種も多い。また、利用可能な組織
が限定されており大量の材料を取り扱うことができない
植物種もある。遺伝子組換えにより実用的な品種を作出
するには、多数の形質転換植物を作出した上で、目的と
する形質を持った系統を選抜する必要がある。しかしな
がら、この目的に即し多数の形質転換体を容易に得るこ
とができる作物の種類は、現状では一部に限定されてい
る。したがって、このような問題点を解決することがで
きる改良手法の開発が強く望まれている。
自体は、植物種により供試材料や培養に用いる培地の組
成などを異にするものの、材料となる組織にアグロバク
テリウムの懸濁液を接触させ、共存培養の後に形質転換
細胞の選抜を行い、形質転換植物を作出するという操作
ではほぼ共通している。材料となる植物組織には対して
は、通常、必要に応じ滅菌処理を行うがそれ以外に特別
な処理を施すことなくアグロバクテリウムの感染が行わ
れる(Rogers et al. 1988(参考文献(34)), Visser 199
1(参考文献(38)), McCormick 1991(参考文献(29)), Lin
dsey et al. 1991(参考文献(28)))。従って、形質転換
系の改良は、アグロバクテリウムの菌系、ベクター構
成、培地組成、選抜マーカー遺伝子やプロモーターの種
類、供試組織の種類などを中心に研究が行われてきた。
る前の植物組織を、遺伝子導入が生じやすい生理的状態
に変換するという考え方に基づく研究は、ほとんど行わ
れていない。何らかの簡便な処理により、そのような生
理的状態に変換することができればたいへん利用価値が
高く、遺伝子導入効率の向上に加え、従来困難であった
植物種や遺伝子型の形質転換を可能にする顕著な効果も
期待される。これまでの植物組織への前処理に関する研
究例としては、パーティクルガン(Bidney et al., 1992
(参考文献(5)))および超音波(Trick et al., 1997(参考
文献(37)))処理が上げられる。どちらも物理的に組織を
付傷することでバクテリアの植物組織内への侵入を促
し、感染対象となる植物細胞を増加させることを目的と
している。しかしながら、これは従来より広く行われて
いるリーフディスク法(Horsch et al., 1985(参考文献
(17)))を発展させたものに過ぎず、新規な考え方に基づ
く処理法ではない。なお、効果の程度や汎用性は明らか
でなく、一般的な手法として用いられていないのが現状
である。
は、従来のアグロバクテリウム法による遺伝子導入方法
よりも高い効率で組織を付傷することなく簡便に遺伝子
導入を行うことができる、植物細胞への遺伝子導入の効
率を向上させる方法を提供することである。
究の結果、アグロバクテリウム属細菌を用いた遺伝子導
入方法において、遺伝子導入に供する植物細胞又は植物
組織を遠心処理することにより、遺伝子導入効率を有意
に向上させることができることを見出し本発明を完成し
た。
織を遠心処理することを伴う、アグロバクテリウム属細
菌を介して行われる植物細胞への遺伝子導入の効率を向
上させる方法を提供する。
リウム属細菌を介した遺伝子導入方法において、遺伝子
を導入する植物細胞又は植物組織を遠心処理することを
伴う。植物細胞又は植物組織は、遠心処理した後、通常
の重力下でアグロバクテリウム属細菌と接触させてもよ
いし、遠心処理しながらアグロバクテリウム属細菌と接
触させてもよい。好ましくは、植物細胞又は植物組織を
遠心処理した後、通常の重力下でアグロバクテリウム属
細菌と接触させる方法である。
じて適宜選択されるが、通常、100G〜25万G、好
ましくは500G〜20万G、さらに好ましくは100
0G〜15万G程度の遠心加速度範囲で行われる。ま
た、遠心処理の時間は、遠心加速度及び用いる植物の種
類等に応じて適宜選択されるが、通常1秒間以上行うこ
とが好ましい。なお、遠心時間の上限は特にないが、通
常、10分間程度で目的を達成することができる。な
お、遠心処理時間は、遠心加速度が大きい場合には極く
短い時間、例えば1秒以下でも遺伝子導入効率を有意に
向上させることができる。一方、遠心加速度が小さい場
合には、遠心処理を長く行うことにより遺伝子導入効率
を有意に向上させることができる。特に好ましい遠心処
理条件は、500G〜20万G、特には1000G〜1
50000Gで1秒間〜2時間程度の場合が多いが、そ
の植物細胞又は植物組織にとっての適切な遠心処理条件
は、ルーチンな実験により容易に設定することができ
る。
菌と接触させる植物細胞又は植物組織として遠心処理し
たものを用いる、又は遠心処理を行いながらアグロバク
テリウム属細菌と接触させることを特徴とするものであ
り、アグロバクテリウム属細菌を用いた遺伝子導入ある
いは形質転換方法自体としては、周知の方法をそのまま
適用することができる。
の遺伝子導入あるいは形質転換方法自体は、この分野に
おいて周知であり、広く用いられている。
ium tumefaciens)が多くの双子葉植物に根頭癌腫病(c
rown gall disease)を引き起こすことは古くから知ら
れており、1970年代には、Tiプラスミドが病原性に関与
すること、さらにTiプラスミドの一部であるT-DNAが植
物ゲノムに組み込まれることが発見された。その後この
T-DNAには癌腫の誘発に必要なホルモン(サイトカイニ
ンとオーキシン)の合成に関与する遺伝子が存在し、細
菌遺伝子でありながら植物中で発現することが明らかに
された。T-DNAの切り出しと植物への伝達にはTiプラス
ミド上のヴィルレンス領域(vir領域)に存在する遺伝
子群が必要であり、またT-DNAが切り出されるためにはT
-DNAの両端に存在するボーダー配列が必要である。他の
アグロバクテリウム属細菌であるAgrobacterium rhizog
enesもRiプラスミドによる同様なシステムを有している
(図3及び図4)。
が植物ゲノムに組み込まれるので、T-DNA上に所望の遺
伝子を挿入するとこの遺伝子も植物ゲノムに組み込まれ
ることが期待された。しかしながら、Tiプラスミドは19
0kb以上と巨大であるため、標準的な遺伝子工学手法で
はプラスミド上のT-DNA上に遺伝子を挿入することは困
難であった。そのため、T-DNA上に外来遺伝子を挿入す
るための方法が開発された。
ホルモン合成遺伝子が除去されたディスアーム型の菌系
(disarmed strains)であるLBA4404(Hoekema et al.,
1983(参考文献(12)))、C58C1(pGV3850) (Zambryski et
al., 1983(参考文献(40)))、GV3Ti11SE(Fraley et al.,
1985(参考文献(9)))などが作製された(図3)。これ
らを用いることにより、所望の遺伝子をアグロバクテリ
ウムのTiプラスミドのT-DNA中に、あるいは所望の遺伝
子を有するT-DNAをアグロバクテリウムに導入する2種類
の方法が開発された。このうちの一つは、遺伝子操作が
容易で所望の遺伝子の挿入が可能であり、大腸菌で複製
ができる中間ベクターを、アグロバクテリウムのディス
アーム型TiプラスミドのT-DNA領域中に、三系交雑法(t
riparental mating)(Ditta et al., 1980(参考文献
(8)))を介して相同組換えにより導入する方法であり、
中間ベクター法と呼ばれる(Fraley et al., 1985(参考
文献(9)); Fraley et al., 1983(参考文献(10)); Zambr
yski et al., 1983(参考文献(40))、特開昭59-140885号
(EP116718))。もう一つは、バイナリーベクター(bin
ary vector)法とよばれるもので(図3)、T-DNAの植
物への組み込みにvir領域が必要であるが、機能するた
めに同じプラスミド上に存在する必要はないという結果
(Hoekema et al., 1983)に基づいている。このvir領域
にはvirA、virB、virC、virD、virE及びvirGが存在し、
(植物バイオテクノロジー事典(エンタプライズ株式会
社発行(1989)))、vir領域とはこのvirA、virB、vir
C、virD、virE及びvirGの全てを含むものをいう。した
がって、バイナリーベクターは、T-DNAをアグロバクテ
リウムと大腸菌の両方で複製可能な小さなプラスミドに
組み込んだものであり、これをディスアーム型Tiプラス
ミドを有するアグロバクテリウムに導入して用いる。ア
グロバクテリウムへのバイナリーベクターの導入には、
エレクトロポレーション法や三系交雑法などの方法によ
り行うことができる。バイナリーベクターには、pBIN19
(Bevan, 1984(参考文献(4)))、pBI121(Jefferson,1987
(参考文献(19)))、pGA482(An et al., 1988(参考文献
(2))、特開昭60-70080号(EP120516))などがあり、こ
れらをもとに数多くの新たなバイナリーベクターが構築
され、形質転換に用いられている。また、Ri プラスミ
ドのシステムにおいても、同様なベクターが構築され形
質転換に用いられている。
1975(参考文献(39)))は、強病原性(super-virulent)
の菌系であり、その宿主範囲は広く、形質転換効率も他
の菌系より高い(Hood et al.,1987(参考文献(13)); Kom
ari, 1989(参考文献(21)))。この特性は、A281が有する
TiプラスミドのpTiBo542によるものである(Hood et a
l., 1984(参考文献(16)); Jin et al., 1987(参考文献
(20)); Komari et al., 1986(参考文献(24)))。
いシステムが開発されている。一つはpTiBo542のディス
アーム型のTiプラスミドを有する菌系EHA101(Hood et a
l.,1986)およびEHA105(Hood et al., 1993)を用いたも
のであり、これらを上述のバイナリーベクターシステム
に適用することにより、形質転換能力の高いシステムと
して種々の植物の形質転換に利用されている。もう一つ
は、スーパーバイナリーベクター('super-binary' vec
tor)(Hiei et al., 1994(参考文献(11)); Ishida et a
l., 1996(参考文献(18)); Komari et al., 1999(参考文
献(26))、WO94/00977号、WO95/06722号)システムである
(図4)。このシステムは、vir領域(virA、virB、vir
C、virD、virE及びvirG(以下、これらをぞれぞれ「vir
断片領域」ということもある。))を持つディスアーム
型のTiプラスミドおよびT-DNAを有するプラスミドから
なることから、バイナリーベクターシステムの一種であ
る。しかしながら、T-DNAを有する側のプラスミド、即
ちバイナリーベクターにvir断片領域のうち、少なくと
も一つのvir断片領域を実質的に取除いたvir領域の断片
(このうち好ましくは少なくともvirB又はvirGを含む断
片、さらに好ましくはvirB及びvirGを含む断片)を組み
込んだ(Komari, 1990a(参考文献(22)))スーパーバイナ
リーベクターを用いる点で異なる。なお、スーパーバイ
ナリーベクターを有するアグロバクテリウムに、所望の
遺伝子を組み込んだT-DNA領域を導入するには、三系交
雑法を介した相同組換えが容易な手法として利用できる
(Komariet al., 1996(参考文献(25)))。このスーパーバ
イナリーベクターシステムは、上述の種々のベクターシ
ステムと比べて、多くの植物種で非常に高い形質転換効
率をもたらすことが明らかとなっている(Hiei et al.,
1994(参考文献(11)); Ishida et al., 1996(参考文献(1
8)); Komari, 1990b(参考文献(23)); Li et al.,1996
(参考文献(27)); Saito et al., 1992(参考文献(3
5)))。
ロバクテリウム属細菌としては、特に限定されないが、
Agrobacterium tumefaciens (例えば上述のAgrobacter
iumtumefaciens LBA4404(Hoekema et al., 1983(参考文
献(12)))およびEHA101(Hoodet al., 1986(参考文献(1
5)))を好ましく用いることができる。
ム属細菌における病原性(vir)領域の遺伝子群の発現
に基づく遺伝子導入系であれば、特に限定されることな
く有意な効果を得ることができる。したがって、上述の
中間ベクター、バイナリーベクター、強病原性のバイナ
リーベクター、スーパーバイナリーベクターなどいずれ
のベクターシステムに対しても用いることができ、本発
明による効果を得ることができる。これらのベクター類
を改変した異なるベクターシステムを用いた場合におい
ても同様である(例えば、アグロバクテリウム属細菌の
vir領域の一部または全部を切り出し付加的にプラスミ
ド中に組み込む、vir領域の一部または全部を切り出し
新たなプラスミドの一部としてアグロバクテリウムに導
入するなど)。また、当然ではあるが本発明の方法によ
れば、野生型のアグロバクテリウム属細菌においても、
植物へ野生型のT-DNA領域の導入効率を高め、事実上感
染効率を向上することができる。
上記プラスミドのT-DNA領域中の制限酵素部位に常法に
より組み込むことができ、当該プラスミドに同時に若し
くは別途組込んだカナマイシン、パロモマイシン等の薬
剤に対する耐性を有する遺伝子等の適当な選択マーカー
に基づいて選択することができる。大型で多数の制限部
位を持つものは、通常のサブクローニングの手法では所
望のDNAをT-DNA領域内に導入することが必ずしも容易で
ないことがある。このような場合には、三系交雑法によ
り、アグロバクテリウム属細菌の細胞内での相同組換え
を利用することで目的のDNAを導入することができる。
ciens等のアグロバクテリウム属細菌に導入する操作は
従来法により行うことができ、例としては、上記した三
系交雑法やエレクトロポレーション法、エレクトロイン
ジェクション法、PEGなどの化学的な処理による方法な
どが含まれる。
技術と同様に基本的にはT-DNAの左右境界配列の間に配
置されるものである。しかし、プラスミドが環状である
ため、境界配列の数は1つでもよく、複数の遺伝子を異
なる部位に配置しようとする場合には、境界配列が3個
以上あってもよい。また、アグロバクテリウム属細菌中
で、TiまたはRiプラスミド上に配置されてもよく、また
は他のプラスミド上に配置されてもよい。さらには、複
数の種類のプラスミド上に配置されてもよい。
導入を行う方法は、植物細胞又は植物組織をアグロバク
テリウム属細菌と単に接触させることにより行うことが
できる。例えば、106 〜1011細胞/ml程度の細胞
濃度のアグロバクテリウム属細菌懸濁液を調製し、この
懸濁液中に植物細胞又は植物組織を3〜10分間程度浸
漬後、固体培地上で数日間共存培養することにより行う
ことができる。
ら限定されるものではなく、葉、根、茎、実、その他い
ずれの部位であってもよいし、カルスのような脱分化し
たものでも脱分化していない胚等であってもよい。ま
た、植物の種類も何ら限定されないが、被子植物が好ま
しく、被子植物ならば双子葉植物でも単子葉植物でもよ
い。
に、本発明の方法によれば、従来のアグロバクテリウム
法に比較して、遺伝子導入の効率が有意に向上する。
説明する。もっとも、本発明は下記実施例に限定される
ものではない。
(pBI121)(pBI121は米国クローンテック社より市販、
(Jefferson RA 1987(参考文献(19)))、LBA4404(pIG121
Hm)(Hiei, Y. et al., 1994(参考文献(11))、LBA4404
(pTOK233)(Hiei etal., 1994(参考文献(11)))およびL
BA4404(pSB133)(図2)を用いた。
た。pGA482(An G et al., 1985(参考文献(3)))を制限酵
素Sal Iで消化して得た6.2 kbのDNA断片を、pSB11(K
omari et al., 1996(参考文献(25))をSalIで消化して得
られる5.1 kbpのDNA断片と結合してプラスミドを作
製した。次いで、このプラスミドを制限酵素EcoRI、Bgl
IIで消化して8.6 kbのDNA断片を得た。このDNA断
片を平滑化処理し、BglIIリンカー(TaKaRa社製)を挿入
してプラスミドpSB27を得た。このpSB27を制限酵素Hind
IIIで消化し、pIG221(Ohta S et al., 1990(参考文献(3
2))をHind IIIで消化することで得られる3.1 kbの35Sプ
ロモーター及びイントロン介在GUS遺伝子を含む断片を
挿入してpSB33を得た。pSB33を大腸菌LE392株に導入し
た後、Triparental mating法(Ditta G et al., 1980(参
考文献(8))により、pSB1(Komari et al., 1996(参考文
献(25)))を有するアグロバクテリウムLBA4404株に導入
した。pSB133はアグロバクテリウム内でpSB1とpSB33の
間の相同組換えにより得られた。pBI121のT-DNA領域に
は、ノパリン合成酵素遺伝子(nos)のプロモーターに
より制御されるカナマイシン耐性遺伝子(nptII)、カ
リフラワーモザイクウィルス(CaMV)の35Sプロモータ
ーにより制御されるGUS遺伝子を有する。pIG121Hm及びp
TOK233のT-DNA領域には、nosプロモーターにより制御さ
れるnptII遺伝子、35Sプロモーターにより制御されるhp
t遺伝子、35Sプロモーターにヒマのカタラーゼ遺伝子の
イントロンが介在するGUS遺伝子を有する。また、pSB13
3のT-DNA領域には、nosプロモーターにより制御されるn
ptII遺伝子、CaMVの35Sプロモーターに制御されヒマの
カタラーゼ遺伝子のイントロンが介在するGUS遺伝子を
有する(図2)。なお、pSB133及びpTOK233は形質転換能
力が高いスーパーバイナリーベクター(Komari, T. et a
l., 1999(参考文献(26)))である。
を用いた。開花後8〜14日目の未熟種子の頴を除去し、7
0%エタノールで数秒、ツイーン20を含む1%次亜塩素酸
ナトリウム水溶液で15分間滅菌処理を行った。滅菌水で
数回洗浄後、長さ1.5〜2mmの未熟胚を摘出し供試組織と
した。
速遠心機、大型高速遠心機もしくは超高速遠心機を用い
て、760G〜150,000Gの遠心処理を行った。遠心処理終了
後、未熟胚にアグロバクテリウムを接種した。
(1994)(参考文献(11))によった。すなわち、遠心処
理後、チューブ内部の滅菌水を除き、アグロバクテリウ
ムの懸濁液を加え、5〜30秒間ボルテックスミキサーに
より攪拌した。バクテリア懸濁液の調製は、AB培地
(Chilton, M-D et al., 1974(参考文献(6)))上で3〜
10日間培養したアグロバクテリウムのコロニーを白金
耳でかきとり、修正AA培地(AA主要無機塩類、AA
アミノ酸及びAAビタミン類(Toriyama K. et al., 19
85(参考文献(36))、MS微量塩類(Murashige, T et a
l., 1962(参考文献(30))、1.0 g/l カザミノ酸、100 μ
Mアセトシリンゴン、0.2 Mショ糖、0.2 M グルコー
ス)に懸濁することにより行った。約5分間室温で静置
した後、共存培養用の培地に置床した。共存培養用の培
地としては、2N6-AS培地(Hiei et al. 1994(参考文献(1
1)))の無機塩類をR2培地(Ohira et al. 1973(参考文献
(31)))の組成に変更して用いた。ただし、主要無機塩類
(KNO3, KH2PO4,CaCl22H2O, MgSO47H2O)については1/2
の濃度で培地に添加した。なお、接種菌密度は1×108
〜1×109 cfu/ml に調整した。共存培養は3〜13日間行
い、一部の未熟胚についてX-Glucを処理することによる
GUS発現を調査した(Hiei et a1.1994)(参考文献(1
1))。すなわち、共存培養処理直後、組織を0.1% Trito
n X-100 を含む0.1 M リン酸緩衝液(pH6.8) に浸漬し、
37℃で1時間静置した。リン酸緩衝液でアグロバクテ
リウムを除去した後、1.0 mM 5−ブロモ−4−クロロ
−3−インドリル−β−D−グルクロン酸(X-gluc)およ
び20% メタノールを含むリン酸緩衝液を添加した。37
℃で24時間処理した後、青色の呈色を示す組織を顕微
鏡下で観察した。
リンおよび250mg/l セフォタキシムを含み、200mg/lパ
ロモマイシンまたは10〜30mg/lハイグロマイシンを含む
1次選抜培地に移植し、30℃明条件下で1〜2週間培養し
た。1次選抜培地には、 Hiei et al. (1994)(参考文献
(11))による2N6K培地に30g/lのD-ソルビトールを添加
した培地を用いた(K培地)。また、Hiei et al. (199
4)(参考文献(11))による2N6培地(N6 の無機塩および
ビタミン類(Chu C. C. 1978 (参考文献(7)))、1 g/l
カザミノ酸、2 mg/l 2,4−D)の(NH4)2SO4を232 m
g/lとしAA培地(Toriyama et al., 1985(参考文献(36)))
のアミノ酸類を添加した培地についても試験に供した
(N培地)。
mg/lセフォタキシムおよび250mg/lカルベニシリンを含
み、200mg/lパロモマイシンもしくは80mg/lハイグロマ
イシンを含む2次選抜培地上に移植し、30℃明条件下で1
〜2週間の培養を行った。2次選抜培地には、Hiei et a
l. (1994)(参考文献(11)) によるN6-7培地 の(NH4)2S
O4を232 mg/lとしAA培地(Toriyama et al., 1985(参考
文献(36)))のアミノ酸類を添加した培地を使用した。な
お、パロモマイシンを合有する上記の1次および2次選抜
培地には、培地固化剤に8g/lアガロースを使用した。耐
性カルスの出現率は、2次選抜後に調査した。
を、250mg/lカルベニシリンおよび250mg/lセフォタキシ
ムを含み、100mg/lパロモマイシンまたは50mg/lハイグ
ロマイシンを含む再分化培地N6S3培地(Hiei et al. 199
4(参考文献(11)))上に置床した。
た各薬剤耐性の再分化植物の葉片を、上記のようにX-Gl
ucを処理することにより、GUS発現を調査した(Hiei et
a1.1994(参考文献(11)))。再分化個体は500倍のHyp
onex水溶液中に移植し、25℃明条件下で約2週間育苗し
た後、温室内のポットヘ移植した。
用いてイネの未熟胚への遠心処理効果を調べた結果、10K
Gから100KGの範囲の処理で遺伝子の導入効率が高まった
(表1, 2, 3, 6)。処理時間については10分間の処理で明
らかな効果が認められた(表4, 5)。また、コシヒカリと
月の光の品種間でのGUSの一過性発現頻度に違いは認め
られなかった。なお、遠心処理は遺伝子導入効率の向上
だけでなくカルス誘導を促進する効果が認められたこと
から、ほかの植物種を含めて、培養におけるカルスの誘
導および増殖に有用であることが示唆された。
Gの60分処理では、月の光未熟胚からのカルス誘導が全
く認められなかった。しかし、110KGの60分処理ではカル
ス誘導が確認され、GUS発現も高率で認められた。 同様に
コシヒカリについても超高速遠心機を用いた250 KG・60
分処理では、未熟胚からのカルス誘導が認められなかっ
た。以上の結果から、イネ未熟胚における遠心処理の効
果の範囲は5KG〜200KGと考えられ、処理方法の簡便性を
考慮すると微量高速遠心機および大型高速遠心機を使用
する場合には、20KG,40KG処理が適当と考えられる。さら
に表9, 10, 11の結果から、形質転換能力が高いとされ
るスーパーバイナリーベクターを有するLBA4404(pSB13
3)のみならず、通常のバイナリーベクターであるLBA4404
(pIG121Hm)でも、20KG・60分の遠心処理により未熟胚を
用いた形質転換が可能であることが明らかとなった。
ランジェントアッセイで高いGUS発現効率を示した。共存
培養期間が9日についても別の実験で高いGUS発現が認め
られた。現在、共存培養期間が異なる各種未熟胚を一次選
抜培地上(10ppmハイグロマイシン, 200ppmパロモマイシ
ン)で培養しているが、9,13日共存の区では、3,6日の共存
区と比較して薬剤耐性カルスの出現率が低い傾向にあ
る。
査 現在、上記により作出したGUS陽性の形質転換体(表4,5)
をそれぞれ順化し、栽培を継続している。一部分の系統に
ついては、採種を終了し稔性調査を行った。その結果、遠
心処理した形質転換体は無処理の形質転換体(コシヒカ
リ、月の光)と比較し、形態および稔性に差は認められな
かった。
は、イネのカルスを材料として比較的高い効率で形質転
換が行うことができることを報告している。また、Alde
mita RR et al. 1996(参考文献(1))は、イネの未熟胚を
用いた形質転換例を報告している。これらの形質転換手
法をより効率よく安定して実施するために、上述した遠
心処理法は非常に有効である。特に、未熟胚は栽培環境
に左右されやすく形質転換に好適な未熟胚材料を常時得
ることは容易ではないが、遠心処理を施すことにより安
定した高い形質転換効率を維持することが可能である。
Hiei et al. (1994(参考文献(11)))は、形質転換能
力の高いベクターであるスーパーバイナリーベクターが
イネの形質転換効率を向上させることを示した。また、
Aldemita et al., 1996(参考文献(1))によれば、スーパ
ーバイナリーベクターのLBA4404(pTOK233)を用いた試験
においてのみ、形質転換体を得ている。本研究における
遠心処理法は、通常のバイナリーベクターを用いた場合
においても、スーパーバイナリーベクターに匹敵する
か、それ以上の遺伝子導入効率を得ることができる。ま
た、スーパーバイナリーベクターと遠心処理法を併用す
ることにより、より一層効率を向上させることが可能で
ある。さらに、遠心処理法を用いることにより、これま
で全く形質転換体を得ることができなかった品種におい
ても形質転換体を得ることができるものと推察される。
果 (供試菌系:LBA4404/pSB133) 遠心処理時間:10分、共存培養期間:3〜5日、GUS陽性
未熟胚数/供試未熟胚数 ( )内は胚盤におけるGUS発現領域の面積 -:なし,+:
小, ++:中, +++:大
耐性カルスの出現率 (供試菌系:LBA4404/pSB133) 耐性カルスの出現した未熟胚数/供試未熟胚数、2次選
抜終了時調査 遠心処理時間:10分、共存培養期間:3〜5日
ルスの出現率(供試菌系:LBA4404/pSB133) 耐性カルスの出現した未熟胚数/供試未熟胚数、2次選
抜終了時調査 遠心処理時間:10分、共存培養期間:3〜5日
(品種:コシヒカリ) 遠心加速度:20,000G、供試品種:コシヒカリ GUS陽性
未熟胚数/供試未熟胚数 胚盤領域におけるGUS発現領域の面積 +:小, ++:中, ++
+:大
スの出現率(品種:コシヒカリ) 遠心加速度:20,000G、共存培養期間:3〜5日、2次選抜
終了時調査 耐性カルスの出現した未熟胚数/供試未熟胚数
種:月の光) 供試菌系:LBA4404/pIG121Hm 、遠心処理時間:60分 1)微量高速遠心機 2)大型高速遠心機 3)超高速遠心
機 胚盤部に占めるGUS発現領域の割合 -:なし,±:<1/8,
+:1/8-1/4, ++:>1/4
後のGUS発現(品種:月の光) 供試菌系:LBA4404/pIG121Hm 、1)微量高速遠心機 2)
大型高速遠心機 それぞれの回転数に対し、60分間の遠心処理 胚盤部に占めるGUS発現領域の割合 -:なし,±:<1/8,
+:1/8-1/4, ++:>1/4
後のGUS発現(品種:コシヒカリ) 供試菌系:LBA4404/pIG121Hm 、1)微量高速遠心機 2)
大型高速遠心機 それぞれの回転数に対し、60分間の遠心処理 胚盤部に占めるGUS発現領域の割合 -:なし,±:<1/8,
+:1/8-1/4, ++:>1/4
種:月の光) 遠心処理:20KG・60分 共存培養5日間
果(品種:月の光) 遠心処理:20KG・60分 共存培養5日間
(品種:コシヒカリ) 遠心処理:20KG・60分 共存培養5日間
(品種:コシヒカリ) 遠心処理:20KG・60分 共存培養3日間
水産省生物資源研究所より入手)を無菌的に取り出し、
LS-inf液体培地で一回洗浄した。遠心管に未熟胚と100
μMのアセトシリンゴンを含むLS-inf培地2.0 mlに約1
x 109 cfu/mlの濃度で、Agrobacterium tumefaciens LB
A4404(pSB131)(Ishida et al. 1996(参考文献(18)))
を懸濁した液を加え、40,000G, 4℃で30分間遠心処理し
た。対照の未熟胚は、前記と同様の細菌懸濁液中で30分
間、室温で静置した。処理後、緩やかに攪拌した後、胚
軸面が培地に接するようにLS-AS培地に置床した。ま
た、遠心処理後の未熟胚への接種は、以下の通り行っ
た。無菌的に取り出した未熟胚をLS-inf液体培地で一回
洗浄した後、同液体培地を含む遠心管に移し、20 KGま
たは40 KGで4℃、1時間の遠心処理を行った。対照は液
体培地中で1時間、室温で静置した。処理後、液体培地
を除き、約1 x 109 cfu/mlの濃度でLBA4404(pSB131)を
懸濁した液を加え、緩やかに攪拌した。5分間室温で静
置した後、胚軸面が培地に接するように10 μM AgNO3
を含むLS-AS培地に置床した。25℃、暗黒下で3日間共存
培養した後、一部の未熟胚を採取し、実施例1と同様に
X-glucによりGUS遺伝子のトランジェントな発現を調査
した。なお、上記の培地および培養法は、Ishida, Y.et
al. 1996(参考文献(18))に記載の方法に従った。
のGUS遺伝子のトランジェントな発現を表13に示す。
いずれの未熟胚もGUS遺伝子の発現を示したが、対照の
未熟胚に比べ、遠心処理を行った未熟胚では、より広い
範囲での発現を示すものが多く確認された。遠心処理に
よる遺伝子導入部位の増大は、アグロバクテリウム菌と
ともに遠心処理を行った場合、遠心処理後アグロバクテ
リウム菌を接種した場合の両方で認められた。また、遠
心強度及び処理時間を変えた場合でも対照に比べより広
い範囲でのGUS遺伝子の発現が認められた。
抜培地で培養すれば、対照に比べより高い効率で、形質
転換植物の得られる可能性が示された。また、従来のア
グロバクテリウム法では形質転換できなかったA188以外
のトウモロコシ品種(Ishidaet al. 1996(参考文献(1
8)))についても遠心処理することにより形質転換植物
の得られる可能性が示唆された。
ンジェントな発現 対照は1 Gでの処理。試験1はアグロバクテリウム菌共存
下で遠心処理を行った。試験2は遠心処理後、アグロバ
クテリウム菌の接種を行った。
ム法による遺伝子導入方法よりも高い効率で、組織を付
傷することなく簡便に遺伝子導入を行うことができる、
植物細胞への遺伝子導入の効率を向上させる方法が提供
された。本発明の方法は、単子葉植物に対しても双子葉
植物に対しても適用可能である。
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ration capacity.EMBO J, 2, 2143-2150.
ーパーバイナリーベクターの例であるpTOK233の構築方
法を示す図である。
ーパーバイナリーベクターの例であるpSB133の遺伝子地
図を示す図である。
クターシステムである中間ベクターシステムとバイナリ
ーベクターシステムの構築過程を示す模式図である。
原性菌株A281に由来する2種類のバイナリーベクターシ
ステムを示す模式図である。
プラスミドpTiBo542のヴィルレンス領域中のvirB遺伝子 virC Agrobacterium tumefaciens A281に含まれるTi
プラスミドpTiBo542のヴィルレンス領域中のvirC遺伝子 virG Agrobacterium tumefaciens A281に含まれるTi
プラスミドpTiBo542のヴィルレンス領域中のvirG遺伝子 BL アグロバクテリウム属細菌のT−DNAの左ボーダ
ー配列 BR アグロバクテリウム属細菌のT−DNAの右ボーダ
ー配列 TC テトラサイクリン抵抗性遺伝子 SP スペクチノマイシン抵抗性遺伝子 IG イントロンGUS遺伝子 HPT ハイグロマイシン抵抗性遺伝子 K 制限酵素KpnI部位 H 制限酵素HindIII 部位 Ampr アンピシリン耐性遺伝子 BAR bar遺伝子 Pnos ノパリン合成酵素遺伝子のプロモーター Tnos ノパリン合成酵素遺伝子のターミネーター P35S CaMV 35Sプロモーター COS, cos ラムダファージのCOS部位 ORI, ori ColE1の複製開始点 NPT,NPTII カナマイシン抵抗性遺伝子 Vir アグロバクテリウム属細菌のTiプラスミドの全vir
領域 S Vir 強病原性アグロバクテリウム属細菌のTiプラス
ミドpTiBo542の全vir領域 s vir* TiプラスミドpTiBo542のvir領域の一部を含む
断片
Claims (11)
- 【請求項1】 植物細胞又は植物組織を遠心処理するこ
とを伴う、アグロバクテリウム属細菌を介して行われる
植物細胞への遺伝子導入の効率を向上させる方法。 - 【請求項2】 植物細胞又は植物組織を遠心処理した
後、遺伝子導入処理を行う請求項1記載の方法。 - 【請求項3】 遠心処理が100G〜25万Gの遠心加
速度の範囲で行われる請求項1又は2記載の方法。 - 【請求項4】 遠心処理が500G〜20万Gの遠心加
速度の範囲で行われる請求項3記載の方法。 - 【請求項5】 遠心処理が1000G〜15万Gの遠心
加速度の範囲で行われる請求項4記載の方法。 - 【請求項6】 遠心処理が1秒間〜4時間の範囲で行わ
れる請求項1ないし5のいずれか1項に記載の方法。 - 【請求項7】 遠心処理が5分間〜2時間の範囲で行わ
れる請求項6記載の方法。 - 【請求項8】 用いる植物細胞又は植物組織が被子植物
由来である請求項1ないし7のいずれか1項に記載の方
法。 - 【請求項9】 用いる植物細胞又は植物組織が単子葉植
物由来である請求項8記載の方法。 - 【請求項10】 用いる植物細胞又は植物組織がイネ科
植物由来である請求項9記載の方法。 - 【請求項11】 用いる植物細胞又は植物組織がイネ又
はトウモロコシである請求項10記載の方法。
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