JP2002262894A - 特定のクラスのダイズ種子タンパク質遺伝子の抑制 - Google Patents
特定のクラスのダイズ種子タンパク質遺伝子の抑制Info
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Abstract
伝子の発現がトランスジェニック植物の種子貯蔵タンパ
ク質特性の変化をもたらすように改変されているトラン
スジェニックダイズ系統の構築を目的とする。 【解決手段】 本発明は(a)(i)ダイズ種子貯蔵タ
ンパク質遺伝子からのプロモータ−領域をコードする核
酸フラグメント;及び(ii)(i)のダイズ種子貯蔵タ
ンパク質ではないダイズタンパク質の全部または一部を
コードする核酸フラグメント、該核酸フラグメントが
(i)のプロモーターに対してセンスまたはアンチセン
スの向きに置かれる;及び(iii)転写終結領域を含ん
でなるキメラ遺伝子を構築し、(b)(a)のキメラ遺
伝子をダイズ種子中に導入することによりトランスジェ
ニックダイズ種子を作製し、そして(c)工程(a)の
キメラ遺伝子の発現をもたらす条件下で工程(b)のト
ランスジェニックダイズ種子を生育することを特徴とす
る。
Description
遺伝子の発現がトランスジェニック植物の種子貯蔵タン
パク質特性(profile)の変化をもたらすように
改変されているトランスジェニックダイズ系統の構築に
関する。そのように改変されたトランスジェニックダイ
ズ系統は独特で有益な機能特性を有する新規なダイズタ
ンパク質製品の製造のために用いられる。
55%までのタンパク質を含有する。このタンパク質の
大部分は貯蔵タンパク質であり、それは発芽中に加水分
解され、発生中の実生により必要とされるエネルギー及
び代謝中間体を与える。収穫され、家畜類の飼料として
利用される場合にダイズ種子の貯蔵タンパク質は重要な
栄養供給源である。さらに、ダイズはヒト消費のための
タンパク質の最も経済的な供給源であることが現在一般
的に認識されている。ダイズタンパク質またはタンパク
質単離物はすでに世界の様々な地域で食品のために広く
用いられている。ダイズ種子中の貯蔵タンパク質の量及
び質を向上するために多くの努力が捧げられている。
子貯蔵タンパク質として知られているものを含有する。
これらはそれらの大きさ及び溶解性に基づいて分類され
ている(Higgins、T.J.(1984)An
n.Rev.Plant Physiol.35:19
1−221)。全てのクラスが全ての種で見いだされる
わけではないが、大部分の植物種の種子は1クラスより
多くからのタンパク質を含有する。通常、特定の溶解性
または大きさのクラス内のタンパク質は同じ種内の異な
るクラスのメンバーよりも他の種の同じクラスのメンバ
ーに構造的に相関している。多くの種において、一定の
クラスの種子タンパク質はしばしば多重遺伝子ファミリ
ーによりコードされ、時折、それらのファミリーを配列
相同性に基づいてサブクラスに分けることができるよう
に複雑である。
グリシニン(11Sグロブリンとしても知られている)
及びβ−コングリシニン(7Sグロブリンとしても知ら
れている)がある。これらは合わせて種子の全タンパク
質の70ないし80%または種子の乾量の25ないし3
5%を構成する。グリシニンは約360kDaの分子量
を有する大きなタンパク質である。それはG1、G2、
G3、G4及びG5と同定された(一般的にサブユニッ
トと呼ばれる)5個の主要なアイソフォームの各種組み
合わせからなるヘキサマーである。各サブユニットは今
度はジスルフィド結合によりつながれた1個の酸性及び
1個の塩基性ポリペプチドからなる。単一のサブユニッ
トの酸性及び塩基性ポリペプチドの両方が単一の遺伝子
によりコードされる。従って、5個のグリシニンサブユ
ニットをコードする5個の非対立遺伝子がある。これら
の遺伝子はGy1、Gy2、Gy3、Gy4及びGy5
と命名され、それぞれサブユニットG1、G2、G3、
G4及びG5に対応する(Nielsen、N.C.等
(1989)Plant Cell 1:313−32
8)。
ローン及びcDNAはシークエンスされており、ヌクレ
オチド及びアミノ酸配列の類似性に基づいて2つの群に
分かれる。群IはGy1、Gy2及びGy3からなり、
一方、群IIはGy4及びGy5からなる。群内の遺伝子
間には85%より高い類似性がある(すなわち、Gy
1、Gy2及びGy3のヌクレオチドの少なくとも85
%が同一であり、Gy4及びGy5のヌクレオチドの少
なくとも85%が同一である)が、群Iと群IIの遺伝子
間では42%ないし46%の類似性があるのみである。
150ないし240kDaの範囲の分子量を有するヘテ
ロ糖タンパク質である。それはα、α’及びβと同定さ
れた3個の非常に負に荷電したサブユニットの各種組み
合わせからなる。α及びα’サブユニットをコードする
遺伝子のコーディング領域に相当するcDNAクローン
はシークエンスされており、それらは類似した大きさの
ものであり、配列同一性は85%に限定される。しかし
ながら、βサブユニットのコーディング領域に相当する
cDNAの配列はα及びα’cDNAよりほぼ0.5k
b小さい。この欠失を除いて、α及びα’サブユニット
に対する配列同一性は75−80%である。3クラスの
β−コングリシニンサブユニットがゲノムダイズ内のい
くつかの領域に集まる全部で15のサブユニット遺伝子
によりコードされる(Harada、J.J.等(19
89)Plant Cell 1:415−425)。
extured protein)製品のような新規な
ダイズに基づく製品は伝統的な東洋のダイズに基づく食
品を必ずしも受け入れない国々でますます利用される。
しかしながら、食品用途におけるこれらの新規な製品の
使用は、局所的嗜好及び製法条件に関連したタンパク質
製品の機能特性による。過去10年にわたって、ダイズ
タンパク質の機能特性の理解にかなりの努力が向けられ
ている。機能特性の例は水吸着パラメーター、湿潤性、
膨潤、水分保持、溶解性、増粘、粘性、凝固、ゲル化特
性及び乳化特性を含む。この研究の本体の大部分はβ−
コングリシリン及びグリシニンタンパク質の個々の研究
並びにこれらのタンパク質の各々が全体としてダイズタ
ンパク質系にどのように影響を及ぼすかに集中している
(Kinsel1a、J.E.等(1985)New
Protein Foods 5:107−179;Mo
rr、C.V.(1987)JAOCS 67:265
−271;Peng、L.C.等(1984)Cere
al Chem 61:480−489)。機能特性はタ
ンパク質の物理化学特性に直接関係するので、β−コン
グリシリン及びグリシニンの構造的違いにより著しく異
なる機能特性を有するこれら2つのタンパク質が生じ
る。熱凝集、乳化特性及び水分保持能力の違いが報告さ
れている。さらに、ゲル化特性も同様に異なり、グリシ
ニンはより大きい引張歪、応力及び剪断強度、より優れ
た溶媒保持能力並びにより低い濁度を有するゲルを形成
する。しかしながら、現在製造されているダイズタンパ
ク質製品はグリシニン及びβ−コングリシリンの両方の
ブレンドであり、それ故、グリシニン及びβ−コングリ
シリンの個々の特性のブレンドによる機能特性を有す
る。例えば、グリシニンは100℃に加熱されると約5
0%のタンパク質が可溶性凝集体に迅速に転化される。
さらなる加熱は凝集体の増大及びそれらの沈殿を生じ
る。沈殿物はグリシニンの塩基性ポリペプチドからな
り、酸性ポリペプチドは可溶性のままである。β−コン
グリシリンが存在すると塩基性ポリペプチドと可溶性複
合体を形成することによりそれらの沈殿を防ぐ。熱変性
が望ましいかどうかは意図される用途による。ただ1種
または他の貯蔵タンパク質を含有するダイズタンパク質
製品を製造できる場合、特定のダイズタンパク質に由来
する特定の物理特性を必要とする製品が利用できるよう
になり、またはそれらは製造するためにより経済的であ
る。
質サブユニットの1種またはそれ以上を欠いているダイ
ズ系統(ヌル突然変異)がダイズ胚原質で同定されるか
または突然変異育種技術を用いて製造されている。突然
変異事象を組み合わせる育種努力により、通常の約半分
量のβ−コングリシニンを種子が含有するダイズ系統が
生じている(Takahashi、K.等(1994)
Breeding Science 44:65−66;
Kitamura、J.(1995)JARQ 29:
1−8)。β−コングリシニンの減少は3種の独立した
劣性突然変異により制御される。グリシニンサブユニッ
トヌル突然変異の組み換えにより、著しく減少した量の
グリシニンを種子が含有する系統が生じている(Kit
amura、J.(1995)JARQ 29:1−
8)。ここでも、減少は3種の独立した劣性突然変異に
より制御される。上記の系統から作物栽培学的に生育で
きるダイズ変種で、種子がグリシニンまたはβ−コング
リシニンのみを含有するものを開発することは時間がか
かり、多大の費用を要する。各異種交配は3種の突然変
異事象の独立した分離を生じる。さらに、各突然変異事
象はホモの状態であることが必要である。高収率の作物
栽培学的に優れたダイズ系統の開発は多世代にわたる非
常に多数の子孫のスクリーニング及び分析を必要とす
る。
パク質を減少するために用いられている。ブラシカ・ナ
プス(Brassica napus)において、ナピ
ン(2Sアルブミン)及びクルシフェリン(11Sグロ
ブリン)はそれぞれ全種子タンパク質の約25%及び6
0%を構成する2つの主要な貯蔵タンパク質である。ナ
ピンタンパク質は16遺伝子までの大きな多重遺伝子フ
ァミリーによりコードされ、いくつかのcDNA及びゲ
ノムクローンがシークエンスされている(Josefs
son、L.−G.等(1987)J.Biol.Ch
em 262:12196−12201;Schofi
eld、S.及びCrounch、M.L.(198
7)J.Biol.Chem.262:12202−1
2208)。これらの遺伝子はそれらのコーディング及
び隣接領域の両方で90%より高い配列同一性を示す。
クルシフェリン遺伝子ファミリーは同様に複雑であり、
全部で8遺伝子を有する3サブファミリーを含んでなる
(Rodin、J.等(1992)Plant Mo
l.Biol.20:559−563)。Kohno−
Murase等((1994)Plant Mol.B
iol.26:1115−1124)は、nap Aプ
ロモーターにより導かれるnapA遺伝子を用いるナピ
ンアンチセンス遺伝子を用いて種子がナピンをほとんど
または全く含有しないトランスジェニック植物を構築で
きることを示した。
等(1995)Theor et.Applied Ge
netics 91:627−631)は、nap Aプ
ロモータの制御下でクルシフェリン遺伝子(cruA、
α2/3アイソフォームをコードする)のアンチセンス
型を発現することによりブラシカ・ナプスにおいてクル
シフェリン(11Sグロブリン)を減少しようと試み
た。この場合、結果はより複雑であった。クルシフェリ
ンは配列同一性に基づいて3つのサブクラス(α1、2
/3及び4)に分けられ、これらのクラスは各々相互に
60−75%の配列同一性がある(Rodin、J.等
(1992)Plant Mol.Biol.20:5
59−563)。α2/3アイソフォームをコードする
アンチセンス遺伝子の発現はより低いレベルのα1及び
2/3型を生じた。しかしながら、α4クラスの発現の
減少はなかった。
のレベルを減少するためにアンチセンス技術が用いられ
た。全長のアンチセンスグルテリンコーディング領域に
機能的に連結された種子特異的グルテリンプロモータの
発現はグルテリンタンパク質レベルの約25%の減少を
もたらした(米国特許番号第5,516,668号)。
はβ−コングリシニン(それぞれ、11Sまたは7Sグ
ロブリン)種子貯蔵タンパク質の量を減少するための方
法を提供する。一つの態様として、種子タンパク質遺伝
子の7S−グロブリンクラスをコードする遺伝子の発現
を抑制するために共抑制技術が用いられた。7Sグロブ
リンの2個(α及びα’)または3個全てのサブクラス
(α、α’及びβ)をコードする遺伝子は、β−コング
リシニンの単一のサブクラス(α)をコードする遺伝子
の発現により抑制され、改変された種子貯蔵特性を有す
るダイズ系統を生じた。別の態様として、片方のみが種
子タンパク質遺伝子である2個の全く異なる遺伝子を抑
制するための方法が提示され、種子組成の複数の変化を
与える。意外にも、発現がトランスジェニックダイズ種
子の脂肪酸特性を変えるダイズ遺伝子のコーディング領
域に機能的に連結されたダイズ種子貯蔵タンパク質のプ
ロモーター領域を含んでなるキメラ遺伝子の発現によ
り、2つの異なる表現型形質:種子貯蔵タンパク質特性
及び種子油特性が同時に改変された。
パク質の量を減少するための方法は以下の工程: (a)(i)ダイズ種子の細胞において機能できるプロ
モーターをコードする核酸フラグメント、(ii)(i)
のプロモーターに対してセンスまたはアンチセンスの向
きに置かれたダイズ種子貯蔵タンパク質の全部または一
部をコードする核酸フラグメント及び(iii)転写終結
領域を含んでなるキメラ遺伝子を構築し、 (b)(a)のキメラ遺伝子をダイズ細胞中に導入する
ことによりトランスジェニックダイズ細胞を作製し、そ
して (c)工程(a)のキメラ遺伝子の発現を生じる条件下
で工程(b)のトランスジェニックダイズ細胞を生育す
る ことを含んでなり、ここで、工程(a)のキメラ遺伝子
を含有しないダイズに比較した場合にダイズ種子貯蔵タ
ンパク質サブユニットのあるクラスの1個またはそれ以
上のメンバーの量が減少している。
出願の一部を形成する配列表から本発明をより完全に理
解することができる。配列表は引用することにより本明
細書に組み込まれる37C.F.R.1.822に定義
されるようなアミノ酸の3文字コードを含む。配列番号
1はβ−コングリシニンダイズ種子貯蔵タンパク質のα
サブユニットをコードする5'→3'ヌクレオチド配列を
示す。配列番号2はβ−コングリシニンダイズ種子貯蔵
タンパク質のα’サブユニットをコードする5'→3'ヌ
クレオチド配列を示す。配列番号3はβ−コングリシニ
ンダイズ種子貯蔵タンパク質のβサブユニットをコード
する5'→3'ヌクレオチド配列を示す。配列番号4及び
5はβ−コングリシニンダイズ種子貯蔵タンパク質のα
及びα’サブユニットをコードする核酸フラグメントを
単離するために用いられるPCRプライマーConS及
びConl.4a(それぞれ)のヌクレオチド配列を示
す。配列番号6及び7はβ−コングリシニンダイズ種子
貯蔵タンパク質のα及びα’サブユニットをコードする
核酸フラグメントを区別するために用いられるPCRプ
ライマーCon.09及びCon.8(それぞれ)のヌ
クレオチド配列を示す。配列番号8及び9はβ−コング
リシニンダイズ種子貯蔵タンパク質のα及びα’サブユ
ニットをコードする全長cDNAを単離するために用い
られるPCRプライマーConSa及びCon1.9a
(それぞれ)のヌクレオチド配列を示す。配列番号10
はβ−コングリシニンダイズ種子貯蔵タンパク質のα及
びα’サブユニットをコードする全長cDNAを確認す
るために用いられるPCRプライマーCon.1.0の
ヌクレオチド配列を示す。配列番号11、12及び13
は群Iグリシニンダイズ種子貯蔵タンパク質のGy1、
Gy2及びGy3サブユニット(それぞれ)をコードす
る5'→3'ヌクレオチド配列を示す。配列番号14及び
15は群IIグリシニンダイズ種子貯蔵タンパク質のGy
4及びGy5サブユニット(それぞれ)をコードする
5'→3'ヌクレオチド配列を示す。配列番号16、17
及び18は群Iグリシニンダイズ種子貯蔵タンパク質の
サブユニットをコードするcDNAを単離するために用
いられるPCRプライマーG1−1、G1−1039及
びG1−1475(それぞれ)のヌクレオチド配列を示
す。配列番号19、20及び21は群IIグリシニンダイ
ズ種子貯蔵タンパク質のサブユニットをコードするcD
NAを単離するために用いられるPCRプライマーG4
−7、G4−1251及びG4−1670(それぞれ)
のヌクレオチド配列を示す。
遺伝子の構築において中間クローニング媒体として用い
られるプラスミドpML70の制限地図である。図2は
本発明のキメラ遺伝子の構築において中間クローニング
媒体として用いられるプラスミドpCW109の制限地
図である。図3は本発明のキメラ遺伝子の構築において
中間クローニング媒体として用いられるプラスミドpK
S18HHの制限地図である。図4はプラスミドpJo
1の制限地図である。このプラスミドは植物転写単位K
Tiプロモーター/β−コングリシニンの欠失したαサ
ブユニット/KTi3'末端をpKS18HHのBam
HI部位にクローニングすることにより得られた。図5
はpJo1で形質転換された体細胞胚から抽出されたタ
ンパク質のSDS−PAGEゲルである。図6はプラス
ミドpBS43の制限地図である。このプラスミドはダ
イズβ−コングリシニンプロモーターの転写制御下にグ
リシンマックス(Glycinemax)ミクロソーム
のデルタ−12デサチュラーゼをコードする核酸配列を
含んでなる。図7はpBS43で形質転換された植物よ
り得られたダイズ種子から抽出されたタンパク質のSD
S−PAGEゲルである。図8はプラスミドpJo3の
制限地図である。このプラスミドは植物転写単位KTi
プロモーター/β−コングリシニンのαサブユニットの
全長cDNA/KTi3'末端をpKS18HHのHi
ndIII部位にクローニングすることにより得られた。
図9はプラスミドpRB20の制限地図である。このプ
ラスミドは転写単位β−コングリシニンプロモーター/
ファゼオリン3'末端をpKS18HHのHindIII部
位にクローニングすることにより得られた。これは本発
明のキメラ遺伝子の構築において中間クローニング媒体
として用いられる。
ture Collection(ATCC)、123
01 Parklawn Drive、Rockvill
e、MD 20852にブダペスト条約の条件下で寄託
されており、以下の登録番号を有する。 プラスミド 登録番号 寄託日 pJo1 ATCC97614 1996年6月15日 pBS43 ATCC97619 1996年6月19日 pJo3 ATCC97615 1996年6月15日
う用語は、糖、リン酸及びプリンまたはピリミジンのい
ずれかを含有するモノマー(ヌクレオチド)からなる、
一本鎖または二本鎖であってもよい高分子をさす。「核
酸フラグメント」は与えられた核酸分子の断片である。
高等植物では、デオキシリボ核酸(DNA)が遺伝物質
であり、一方、リボ核酸(RNA)はDNA中の情報の
タンパク質への転移に関与する。「ゲノム」は生物の各
細胞中に含まれる遺伝物質の全体である。「ヌクレオチ
ド配列」という用語は、DNAまたはRNAポリマー中
に取り込むことができる合成、非天然または改変された
ヌクレオチド塩基を場合により含有していてもよい、一
本鎖または二本鎖であってもよいDNAまたはRNAポ
リマーの配列をさす。
いう用語は2個の核酸分子のヌクレオチド配列間または
2個のタンパク質分子のアミノ酸配列間の相関性をさ
す。そのような相同性の見積もりは当業者によく理解さ
れているようなストリンジェンシーの条件下でのDNA
−DNAもしくはDNA−RNAのいずれかのハイブリ
ダイゼーション(Hames及びHiggins、編集
(1985)Nucleic Acid Hybridi
sation、IRL Press、Oxford、
U.K.)またはNeedleman等((1970)
J.Mol.Biol.48:443−453)の方法
のような2個の核酸またはタンパク質間の配列類似性の
比較により与えられる。
似した」はコードされるアミノ酸に変化を生じない塩基
変化を含む可能性があるか、または1個もしくはそれ以
上のアミノ酸を変える可能性があるがDNA配列により
コードされるタンパク質の機能特性に影響を及ぼさない
塩基変化を含むDNA配列をさす。従って、本発明は特
定の代表的な配列より多くを包含すると理解される。ま
た、得られるタンパク質分子の機能特性を実質的に変え
ないサイレント変化を生じる配列中の欠失、挿入または
置換のような配列の改変も意図される。例えば、遺伝暗
号の縮重を反映するかまたは与えられた部位で化学的に
同等なアミノ酸の生成をもたらす遺伝子配列の改変も意
図され、従って、疎水性アミノ酸であるアミノ酸アラニ
ンのコドンをグリシン、バリン、ロイシンまたはイソロ
イシンのような別の疎水性アミノ酸残基をコードするコ
ドンで置換することができる。同様に、グルタミン酸の
代わりにアスパラギン酸のようなある負に荷電した残基
の同種のものでの置換、またはアルギニンの代わりにリ
シンのようなある正に荷電した残基の同種のものでの置
換を生じる変化も生物学的に同等な産物を生じると予想
することができる。タンパク質分子のN末端及びC末端
部分の変化を生じるヌクレオチド変化もタンパク質の活
性を変えると予想されない。ある場合では、実際、タン
パク質の生物学的活性に対する改変の影響を研究するた
めに配列の突然変異体を作製することが望ましいことが
ある。コードされる産物の生物学的活性の保持の測定の
ように、提示される改変の各々は当該技術分野の慣例技
術の十分範囲内である。さらに、本発明により包含され
る「本質的に類似した」配列を厳しい条件下(0.1×
SSC、0.1%SDS、65℃)で本明細書に例示さ
れる配列とハイブリダイズするそれらの能力によっても
特定できることを当業者は認識する。
非コーディング)及び後ろ(3'非コーディング)の調
節配列を包含する、特定のタンパク質を発現する核酸フ
ラグメントをさす。「天然の」遺伝子は天然に見いださ
れるそれ自体の調節配列を有する単離された遺伝子をさ
す。「キメラ遺伝子」は天然に見いだされない異種の調
節及びコーディング配列を含んでなる遺伝子をさす。
「内在性」遺伝子はゲノム中のその天然の位置に通常見
いだされ、単離されていない天然の遺伝子をさす。「外
来」遺伝子は宿主生物で通常見いだされないが、遺伝子
導入により導入される遺伝子をさす。
グ領域」は特定のタンパク質をコードするDNA配列を
さし、非コーディング配列を除く。それは「遮断されな
いコーディング配列」を形成してもよく、すなわち、イ
ントロンを欠いているか、または適切なスプライス連結
部により境界を定められた1個もしくはそれ以上のイン
トロンを含んでもよい。「イントロン」は一次転写産物
中に転写されるが、タンパク質に翻訳することができる
成熟mRNAを生じるために細胞内でRNAの開裂及び
再連結により除かれるヌクレオチド配列である。
パク質合成(mRNA翻訳)のそれぞれ開始及び鎖の終
結を特定するコーディング配列中の3個の隣接するヌク
レオチドの単位をさす。「読み枠」はアミノ酸配列をコ
ードする開始及び終止コドン間のイントロンにより遮断
されないコーディング配列をさす。
が触媒するDNA配列の転写から生じる産物をさす。R
NA転写産物がDNA配列の完全な相補的コピーである
場合にそれは一次転写産物と呼ばれ、またはそれは一次
転写産物の転写後プロセシングから得られるRNA配列
であってもよく、成熟RNAと呼ばれる。「メッセンジ
ャーRNA(mRNA)」はイントロンを含まず、細胞
によりタンパク質に翻訳することができるRNAをさ
す。「cDNA」はmRNAに相補的でそれから得られ
る二本鎖のDNAをさす。「センス」RNAはmRNA
を含むRNA転写産物をさす。「アンチセンス」RNA
は標的一次転写産物またはmRNAの全部または一部に
相補的であり、標的遺伝子の発現を阻止するRNA転写
産物をさす。アンチセンスRNAの相補性は特定の遺伝
子転写産物のあらゆる部分、すなわち、5'非コーディ
ング配列、3'非コーディング配列、イントロンまたは
コーディング配列とであってもよい。
配列」は本発明の核酸フラグメントの発現を制御する、
本発明の核酸フラグメントの上流(5')、内部または
下流(3')に位置する天然またはキメラ遺伝子中のヌ
クレオチド配列をさす。「発現」という用語は、本発明
に用いられる場合、細胞のタンパク質装置と連係して改
変された表現型形質をもたらす本発明の核酸フラグメン
トから得られるセンス(mRNA)またはアンチセンス
RNAの転写及び安定な蓄積をさす。遺伝子の発現は遺
伝子の転写及び前駆体または成熟タンパク質へのmRN
Aの翻訳を含む。「アンチセンス阻害」は標的タンパク
質の発現を防ぐことができるアンチセンスRNA転写産
物の生産をさす。「過剰発現」は通常または非形質転換
生物における生産のレベルを上回るトラスジェニック生
物における遺伝子産物の生産をさす。「共抑制」は外来
及び内在性遺伝子の両方の発現の抑制をもたらす、内在
性遺伝子に実質的に相同な外来遺伝子の発現をさす。
「改変されたレベル」は通常または非形質転換生物のも
のと異なる量または割合のトラスジェニック生物におけ
る遺伝子産物の生産をさす。通常または非形質転換生物
に比較してトラスジェニック生物において生産される遺
伝子産物のレベルを改変することで本発明により意図さ
れる表現型の結果、すなわち、アンチセンス抑制または
共抑制によりもたらされる遺伝子発現の減少を達成でき
ることを当業者は認識する。
び適切な転写のために必要な他の因子の認識を与えるこ
とによりコーディング配列の発現を制御する、通常その
コーディング配列の上流(5')の、遺伝子中のDNA
配列をさす。人工DNA構築物において、アンチセンス
RNAを転写するためにプロモーターを用いることもで
きる。また、プロモーターは生理的または発生条件に反
応して転写開始の効力を制御するタンパク質因子の結合
に関与するDNA配列を含んでもよい。また、エンハン
サー成分を含んでもよい。「エンハンサー」はプロモー
ター活性を刺激することができるDNA配列である。そ
れはプロモーターの本来の成分かまたはプロモーターの
レベルもしくは組織特異性を高めるために挿入された異
種起源の成分であってもよい。「構成的プロモーター」
は全ての組織でいつでも遺伝子発現を導くものをさす。
本明細書に関係する「組織特異的」または「発生特異
的」プロモーターは、それぞれ、葉もしくは種子のよう
な特定の組織または初期もしくは後期胚発生のような組
織の特定の発生段階でほとんど限定的に遺伝子発現を導
くものである。
ル化シグナル及びmRNAプロセシングまたは遺伝子発
現に影響を及ぼすことができるあらゆる他の調節シグナ
ルを含む遺伝子のDNA配列部分をさす。ポリアデニル
化シグナルは通常、mRNA前駆体の3'末端へのポリ
アデニル酸領域の付加に影響を及ぼすことを特徴とす
る。
方の機能がもう片方により影響を受けるように結合され
ている単一核酸分子上の核酸配列を指す。例えば、プロ
モーターが構造遺伝子の発現に影響を及ぼすことができ
る(すなわち、構造遺伝子がプロモーターの転写制御下
にある)場合、それはその構造遺伝子と機能的に連結さ
れている。
酸フラグメントの導入をさし、遺伝的に安定な継承をも
たらす。形質転換された核酸フラグメントを含有する宿
主生物は「トランスジェニック」生物と呼ばれる。
蔵タンパク質特性の変化をもたらすように種子貯蔵タン
パク質をコードする遺伝子の発現が改変されているトラ
ンスジェニックダイズ系統の構築に関する。種子貯蔵タ
ンパク質特性の改変により独特で有益な機能特性を有す
る新規なダイズタンパク質製品を製造することができ
る。
において機能できる調節配列を用いる。植物における外
来遺伝子の発現は確立されている(DeBlaere等
(1987)Meth.Enzymol.153:27
7−291)。本発明のフラグメントの発現を導くため
に選択されるプロモーターの供給源は、標的種子貯蔵タ
ンパク質遺伝子の発現を減少することにより本発明を成
し遂げるために十分な転写活性を有するならば重要では
ない。好ましいプロモーターはカリフラワーモザイクウ
イルスにおいて19S及び35S転写産物を導くもの
(Odell)J.T.等(1985)Nature
313:810−812;Hull等(1987)Vi
rology 86:482−493)のような強力な
構成的植物プロモーターを含む。特に好ましいプロモー
ターは種子特異的発現をさせるものである。種子特異的
プロモーターの例は多くの植物において全種子タンパク
質の90%までに相当することがある種子貯蔵タンパク
質のプロモーターを含むがそれらに限定されない。種子
貯蔵タンパク質は厳密に調節され、非常に組織特異的及
び発生段階特異的にほとんど種子においてのみ発現され
る(Higgins等(1984)Ann.Rev.P
lant Physiol.35:191−221;G
oldberg等(1989)Cell 56:149
−160)。さらに、異なる種子貯蔵タンパク質を種子
発生の異なる段階で発現することができる。
究されている(Goldberg等(1989)Cel
l 56:149−160及びHiggins等(19
84)Ann.Rev.Plant Physiol.
35:191−221)による概説を参照)。現在、ト
ランスジェニック双子葉植物における種子貯蔵タンパク
質遺伝子(天然またはキメラ)の種子特異的発現の多数
の実施例があり、通例、時間的及び空間的発現パターン
が維持されている。そのような実施例に用いられるプロ
モーターを本発明に影響を及ぼすために用いることがで
きる可能性がある。これらはインゲンマメ β−ファゼ
オリン(Sengupta−Gopalan等(198
5)Proc.Natl.Acad.Sci.USA
82:3320−3324;Hoffman等(198
8)Plant Mol.Biol.11:717−7
29)、インゲンマメ レクチン(Voelker等
(1987)EMBO J.6:3571−357
7)、ダイズレクチン(Okamuro等(1986)
Proc.Natl.Acad.Sci.USA 8
3:8240−8244)、ダイズクニッツ型トリプシ
ンインヒビター(Perez−Grau等(1989)
Plant Cell 1:095−1109)、ダイズ
β−コングリシニン(Beachy等(1985)EM
BO J.4:3047−3053)、エンドウマメ ビ
シリン(Higgins等(1988)Plant M
ol.Biol.11:683−695)、エンドウマ
メ コンビシリン(Newbigin等(1990)P
lanta 180:461−470)、エンドウマメ
レグミン(Shirsat等(1989)Mol.Ge
n.Genetics 215:326−331)、ナ
タネ ナピン(Radke等(1988)Theor.
Appl.Genet.75:685−694)及びシ
ロイヌナズナ 2Sアルブミン(Vandekerck
hove等(1989)Bio/Technology
7:929−932)の双子葉植物からの遺伝子を含
む。
用なものはクニッツ型トリプシンインヒビター(KT
i;Jofuku等(1989)Plant Cell
1:1079−1093)、グリシニン(Nielso
n等(1989)PlantCell 1:313−3
28)及びβ−コングリシニン(Harada等(19
89)Plant Cell 1:415−425)のも
ののようないくつかのダイズ種子貯蔵タンパク質遺伝子
からの異種起源のプロモーターである。異なる種子プロ
モーターが有する時間的調節の違いに注意を払わなけれ
ばならないことを当業者は認識する。例えば、α−サブ
ユニット遺伝子のプロモーターはβ−サブユニット遺伝
子のものより数日前に発現され(Beachy等(19
85)EMBO J.4:3047−3053)、従っ
て、β−サブユニット遺伝子の使用はα−サブユニット
発現を抑制するためには有用性が低いと思われる。
いものは脂質または炭水化物生合成のような種子代謝の
他の面に関与する遺伝子のプロモーターである。要約す
ると、十分な強さ及び適切な時間的発現パターンのあら
ゆるプロモーターを本発明を実施するために用いること
ができる可能性があることを当業者は容易に認識する。
同様に、本発明の天然またはキメラの核酸フラグメント
のプロモーター領域中にエンハンサーまたはエンハンサ
ー様成分を導入することは、本発明を達成するために増
加した発現をもたらす。これは35Sプロモーターに見
いだされるもののようなウイルスのエンハンサー(Od
ell等(1988)Plant Mol.Biol.
10:263−272)、オピン遺伝子からのエンハン
サー(Fromm等(1989)Plant Cell
1:977−984)または本発明の核酸フラグメント
に機能的に連結されたプロモーター中に置かれた場合に
増加した転写をもたらすあらゆる他の供給源からのエン
ハンサーを含む。
して40倍の種子特異的増大を与えることができるβ−
コングリシニンのα−サブユニットをコードする遺伝子
から単離されたDNA配列成分である(Chen等(1
989)Dev.Genet.10:112−12
2)。トランスジェニック植物においてプロモーターで
種子特異的増大発現を達成するために当業者はこの成分
を容易に単離し、それをあらゆる遺伝子のプロモーター
領域内に挿入することができる。β−コングリシニン遺
伝子と異なる時に通常発現されるあらゆる種子特異的遺
伝子中にそのような成分を挿入することにより、種子発
生中にトランスジェニック植物においてより長い期間そ
の遺伝子の発現が生じる。
シグナル及び本発明の核酸フラグメントの適切な発現の
ために必要な可能性がある他の調節配列を与えることが
できるあらゆる3'非コーディング領域を用いることが
できる。これは天然の脂肪酸デサチュラーゼ、35Sま
たは19Sカリフラワーモザイクウイルス転写産物から
のようなウイルス遺伝子、オピン合成遺伝子、リブロー
ス1,5−ビスホスフェートカルボキシラーゼまたはク
ロロフィルa/b結合タンパク質からの3'末端を含
む。異なる3'非コーディング領域の有用性を教示する
当該技術分野の多数の実施例がある。
々な方法を当業者は利用できる(欧州特許公開EP−A
−第295,959号及びEP−A−第318,341号
を参照)。そのような方法はアグロバクテリウム(Ag
robacterium)種のTi及びRiプラスミド
を利用する形質転換ベクターに基づくものを含む。これ
らのベクターのバイナリー型を用いることが特に好まし
い。Ti由来のベクターは単子葉及び双子葉植物を初め
とする多種多様な高等植物を形質転換する(Sukha
pinda等(1987)Plant Mol.Bio
l.8:209−216;Potrykus、(198
5)Mol.Gen.Genet.199:183)。
外来DNA構築物の直接取り込み(欧州特許公開EP−
A−第295,959号を参照)、エレクトロポレーシ
ョンの技術(Fromm等(1986)Nature
(London)319:791)または核酸構築物で
被覆された金属粒子での高速弾動打ち込み(balli
stic bombardment)(Klein等
(1987)Nature(London)327:7
0)のような他の形質転換方法を当業者は利用できる。
いったん形質転換されると、それらの細胞を当業者は再
生することができる。特に関係するものはMcCabe
等((1988)Bio/Technology 6:
923−926)、Finer等((1991)In
Vitro Cell.Dev.Biol.27:17
5−182)及びHinchee、M.A.W.((1
988)Bio/Technology 6:915−
922)を初めとする、ダイズを形質転換するために最
近記述された方法である。いったんトランスジェニック
植物が上記の方法のいずれかにより得られると、個々の
トランスジェニック体を適切な表現型を最も効果的に示
すものに関して選別することが必要である。同じ構築物
を保有する個々のトランスジェニック植物が発現レベル
において異なる可能性があることは当業者によく知られ
ており、この減少は一般的に「位置効果」と呼ばれる。
従って、本発明において異なる個々の形質転換体が標的
種子タンパク質の抑制の効果において異なる可能性があ
る。特定の遺伝子の発現を減少するためにアンチセンス
または共抑制技術を用いることに特別な考慮が伴うこと
を当業者はよく理解している。米国特許番号第5,19
0,931号、第5,107,065号及び第5,283,
323号はこれらの技術の実現可能性を示唆している
が、それらの有効性が予測できないことはよく知られて
いる。当該技術分野は特定の遺伝子に対して最も有効で
ある予測方法を教示していないので、従って、当業者は
抑制される遺伝子の1種またはそれ以上の異なる部分を
含有する多数の遺伝子構築物を作製する。さらに、最も
有効な構築物でさえ、単離された個々のトランスジェニ
ック系統の一部においてのみ効果的な抑制表現型を与え
る。例えば、国際特許公開WO第93/11245号及
びWO第94/11516号は、カノラにおいて脂肪酸
デサチュラーゼ遺伝子の発現を抑制しようと試みた場合
に、実際の抑制が試験された系統の1%未満で得られた
ことを教示している。他の種ではパーセンテージは幾分
高いが、いずれの場合でもパーセンテージは100に達
しない。このことは本発明に対する制限としてではな
く、代わりに当業者により理解され、前以て考慮される
実際問題として考えられるべきである。従って、当業者
は非常に多数の形質転換体をスクリーニングするための
方法を開発する。通常、これらのスクリーニングの種類
は実際の場で選択され、本発明の固有の部分ではない。
サンプルの大部分が陰性であると予想されるので、好ま
しい方法は非常に多数のサンプルを迅速に処理すること
ができるものである。
概説及び考察として、Flavell、R.(199
4)Proc.Natl.Acad.Sci.USA
91:3490−3496を参照)、それ故、必要な場
合にそれを誘導するための厳密な条件もはっきりしな
い。文献で見いだされる大部分の実施例は適切な反応を
引き起こすために共抑制される遺伝子の転写領域の全部
または大部分の使用を含む。しかしながら、少なくとも
一つの場合(Brusslan等(1993)Plan
t Cell 5:667−677:Brusslan及
びTobin(1995)Plant Mol.Bio
l.27:809−813)、シロイヌナズナのcab
140遺伝子の場合で、全く関係のない遺伝子に融合さ
れた(1.3kbフラグメントとしての)プロモーター
及びわずか14bpの転写領域の使用が内在性cab1
40遺伝子及び導入されたキメラ遺伝子の共抑制を生じ
るために十分であった。多数の他のプロモーター−リー
ダー(5'非翻訳リーダーは転写の開始と翻訳開始コド
ンの間の領域として定義される)単位がキメラ遺伝子を
導くためにうまく用いられているので、この結果は例外
的で明らかに全く予測できない。Flavellは(種
子タンパク質をコードするもののような多重遺伝子ファ
ミリーのメンバーを初めとする)いくつかまたは多数の
遺伝子は共抑制の機構を回避するように進化した可能性
があり、一方、別のものはそうではなく、ゲノムが進化
するにつれて可能性のあるさらなるレベルの調節を生じ
ると予測する。従って、コングリシニン遺伝子のプロモ
ーター及びリーダーを用いて内在性コングリシンの発現
を抑制することができ、一方、(開始コドンを越える)
導入遺伝子の他の部分を用いて全く関係のない遺伝子を
抑制することができる本結果は独特である。
る。これらの実施例は例示のためだけに与えられ、本発
明は実施例に記述される用途に限定されないと理解され
る。改変されたレベルの各種種子貯蔵タンパク質を有す
るトランスジェニックダイズ植物を生成するために本発
明を用いることができる。上記の説明及び以下の実施例
から当業者は確認することができ、そして本発明をその
趣旨及び範囲からそれずに様々に変形及び改変し、それ
を各種用途及び条件に適用することができる。全てのそ
のような改変は意図される請求の範囲内に入ると考えら
れる。
素の使用、アガロースゲル電気泳動、核酸ハイブリダイ
ゼーション及びプラスミドDNAでの大腸菌の形質転換
のようなDNA操作の詳細な方法はSambrook等
(1989)Molecular Cloning、A
Laboratory manual、第2版、Col
d Spring Harbor Laboratory
Press(以下、「Maniatis」)に記述され
ている。全ての制限酵素及び他の修飾酵素をGibco
BRL(Gaithersburg、MD)から購入
した。
が共抑制の標的となり得るかどうかを決定するために、
β−コングリシニンのα及びα’サブユニットの欠失c
DNAフラグメントを逆転写酵素ポリメラーゼ連鎖反応
キット(GeneampTM(商標)RNAPCRキッ
ト:Perkin Elmer Cetus)を用いて調
製した。上流プライマーConSはEMBL/GenB
ank/DDBJデータベースから得られたα及びα’
サブユニットcDNA配列のヌクレオチド5−19に相
同である。クローニングを容易にするために、NcoI
制限部位をコードするようにさらなるヌクレオチドを
5'末端に付加した。下流プライマーCon1.4a
は、それぞれα及びα’cDNAの配列に相当する配列
番号1のヌクレオチド1370−1354及び配列番号
2の1472−1456に相補的である。クローニング
を容易にするために、KpnI制限部位を導入するよう
にさらなるヌクレオチドを5'末端に付加した。PCR
プライマーConS及びCon1.4aのヌクレォチド
配列を以下に示す。
をキットに供給されるランダムヘキサマーまたはCon
1.4aのいずれかを用いて製造業者のプロトコルに従
って逆転写した。得られたcDNAフラグメントをCo
nS及びCon1.4aの混合物を用いてPCR(ポリ
メラーゼ連鎖反応)反応で増幅した。反応物濃度は製造
業者のプロトコルに記述されたとおりであった。以下の
プログラム:a)95℃で2分を1サイクル;b)50
℃で1.5分(アニーリング)、70℃で5分(伸
長)、95℃で1.5分(変性)を35サイクル;及び
c)50℃で2分を1サイクル、続いて68℃で10分
を用いた。PCR反応混合物の各々の15μLをアガロ
ースゲル電気泳動で分析した。反応は予想される大き
さ:α’には1.47kbそしてαには1.37kbのP
CR産物を生じた。反応混合物の残りから欠失cDNA
フラグメントをWizardTM(商標)PCRPrep
s DNA精製システムキット(Promega)を用
いて精製した。
oI制限部位及び3'末端にKpnI制限部位を含むα
及びα’フラグメントを含有する精製された反応混合物
をKpnI及びNcoI制限酵素で消化した。α cD
NAフラグメントをゲル電気泳動後に回収し、フラグメ
ントF8と称し、pCW109(図1)及びpML70
(図2)中に両プラスミドに存在するNcoI−Kpn
I部位を用いて指向的(センス方向)にクローン化し
た。Cons及びCon1.4aの内側のネスティッド
プライマー組(Con.09及びCon.8)を用いて
PCRによりF8をαと確認し、pCW109/F8プ
ラスミドをHindIII、NcoI、KpnI及びPs
tIで消化することによりα’と区別した(αはPst
I部位を含まず、一方、α’は含む)。
PML70/F8から転写単位KTiプロモーター/欠
失α/KTi3'末端を遊離し、ゲル単離し、F11と
称した。次に、F11をBamHI部位でpKS18H
H(図3)中にクローン化した。pKS18HHは以下
の遺伝子成分:(i)T7プロモーター/ハイグロマイ
シンBホスホトランスフェラーゼ(HPT)/T7ター
ミネーター配列;(ii)カリフラワーモザイクウイルス
(CaMV)からの35Sプロモーター/ハイグロマイ
シンBホスホトランスフェラーゼ(HPT)/アグロバ
クテリウムツメファシエンス(Agrobacteri
um tumefaciens)T−DNAからのノパ
リンシンターゼ(NOS)3';及び(iii)β−ラクタ
マーゼコーディング領域が除かれたpSP72プラスミ
ドベクター(Promega)を含有するプラスミド構
築物である。分子生物学の分野の当業者はよく知られて
いるプロトコル(Maniatis)を用いて単一のプ
ラスミドベクター中に上記の3成分を連結することがで
きる。
ーゼ(HPT)遺伝子をクレブシエラ菌由来のプラスミ
ドpJR225(Gritz L.及びDavies
J.(1983)Gene 25:179−188)を
含有する大腸菌株W677からPCR増幅により単離し
た。pKS18HHはダイズのような植物におけるHP
T酵素の構成的発現のためにCaMV 35S/HPT
/NOSカセットを含有する。また、pKS18HHプ
ラスミドは(lacUV5制御下にT7RNAポリメラ
ーゼ遺伝子を保有する)ラムダDE3に溶原性であるN
ovaBlueTM(DE3)(商標)(Novage
n)のような大腸菌のある株におけるHPT酵素の発現
のためにT7プロモーター/HPT/T7ターミネータ
ーカセットも含有する。pKS18HHはこのベクター
中に遺伝子をクローニングするために好適な3種の唯一
の制限エンドヌクレアーゼ部位も含有する。
−は大腸菌及び植物の両方で選択のためにハイグロマイ
シンBを用いることができる。HindIIIでの消化に
よりF11フラグメントの挿入及び方向を確認した。F
11フラグメントを右回りの向きに含むクローンを選択
し、pJo1(図4)と称した。
ック溶液及び培地を用いた。
夜スケジュールを与える蛍光及び白熱灯の混合を用いて
28℃で回転式振盪機(150rpm)で35mLの液
体培地(SB55)中で維持した。約35mgの組織を
35mLの液体培地中に接種することにより培養物を2
ないし3週毎に継代培養した。
込みの方法(Klein等(1987)Nature
327:70)によりpJo1で形質転換した。DuP
ont BiolisticTM(商標)PDS1000
/He装置をこれらの形質転換のために用いた。
g/μL)、50pL CaCl2(2.5M)及び20
μLスペルミジン(0.1M)を50μLの60mg/
mL1mm金粒子懸濁液に添加した。粒子調製物を3分
間撹拌し、微量遠心機(microfuge)で10秒
間回転させ、上清を除いた。次に、DNAで被覆された
粒子を400μLの70%エタノールで1回洗浄し、4
0μLの無水エタノールに再懸濁した。DNA/粒子懸
濁液を各1秒間3回超音波処理した。次に、5μLのD
NA被覆金粒子を各マクロ担体ディスク上に添加した。
培養物を空の60mm×15mmペトリ皿に置き、残っ
ている液体をピペットで組織から取り除いた。組織を保
持スクリーンから約3.5インチ離して置き、2回打込
んだ。膜破壊圧力を1000psiに設定し、室を−2
8インチのHgまで排気した。実験当たり構築物当たり
2枚のプレートに打込んだ。打込み後に組織を半分に分
け、液体培地中に戻し、上記のように培養した。
mLハイグロマイシンを含有する新しいSB55に交換
した。選択培地を毎週新しくした。打込みの6週後に緑
色の形質転換された組織を単離し、フラスコに接種して
新しい形質転換された胚懸濁培養物を生成させた。
ら取り出し、0.5%の木炭を加えた固体寒天培地SB
103上に置いて成熟を開始した。1週後に木炭を欠い
たSB103培地に胚を移した。SB103培地上で3
週後に成熟中の胚を分離し、SB148培地上に置い
た。胚成熟中の条件は16/8時間の昼/夜スケジュー
ルを与える蛍光及び白熱灯の混合を用いて26℃であっ
た。SB148培地上で6週後に胚をβ−コングリシニ
ンサブユニットタンパク質の発現に関して分析した。各
胚集団は5ないし20個の体細胞胚を生じた。
いつβ−コングリシニンのα、α’及びβサブユニット
を可視化することができるかを決定するために最初の実
験を実施した。(打込みを受けなかったことを除いて上
記のように生成された)非形質転換胚の子葉を成熟を開
始した後6、8、10及び12週で胚から切断し、分析
するまで−80℃で凍結保存した。子葉組織の重さを量
り、組織1mg当たり10μLの抽出バッファーを添加
し、ペレット乳棒使い捨てミキサー(Pellet P
estle Disposable Mixer)(Ki
mble/Kontes)で組織をすりつぶした。抽出
バッファーは50mMTris−HCl(pH 7.
5)、10mM β−メルカプトエタノール(βME)
及び0.1%SDSからなった。次に、サンプルを12,
000rpmで10分間微量遠心分離し、上清をピペッ
トで新しい微量遠心管へ取り出した。使用するまで抽出
物を−20℃で凍結保存した。
(2×)ローディングバッファーを8μLのサンプル抽
出物に添加した。(2×)ローディングバッファーは1
00mM Tris−HCl(pH7.5)、4%SD
S、0.2%ブロモフェノールブルー、15%グリセロ
ール及び200mM βMEからなった。混合物を95
℃で4分間加熱した。次に、サンプル混合物を微量遠心
分離し(12,000rpm、20秒間)、ミニ−プロ
テインII電気泳動セル(mini−ProteinII
Electrophoresis Cell)(Bio
−Rad)中に取り付けられた10%プレキャストRe
ady GelTM(商標)(Bio−Rad)上に添加
した。Bio−Rad Tris/グリシン/SDSバ
ッファーを泳動バッファーとして用い、電圧は一定の1
25Vであった。サンプル抽出物に加えて、各ゲルは分
子量標準(Bio−Rad SDS−PAGE標準、低
範囲)を含有する1レーン及び市販の脱脂ダイズ粉から
抽出された全ダイズ種子タンパク質を含有する1レーン
を含んだ。終了時にタンパク質を可視化するためにゲル
をクーマシーブリリアントブルーで染色し、脱色した
(Maniatis)。ゲルの写真をとり、水を含むシ
ールバッグに入れ、冷蔵庫で保存した。結果は、成熟の
開始後8ないし10週の間で体細胞胚の子葉においてβ
−コングリシニンのα、α’及びβサブユニットを検出
できることを示した。
形質転換された胚の分析を実施した。クローン当たり2
個の胚をまず分析した。これら2個の胚でβ−コングリ
シニンサブユニットの抑制が観察された場合はさらなる
胚を分析した。表1にこの分析の結果を示し、ここで、
各β−コングリシニンサブユニットの存在または欠如は
それぞれ(+)または(−)で示される。
及びα’発現が抑制された胚を生じた。さらに、1個の
クローン(Jo1−4)は3種全てのβ−コングリシニ
ンサブユニットが抑制された胚を生じた。欠失したα導
入遺伝子配列は全部で1.32kbのβサブユニットc
DNAの0.75kbの部分のみと重複するので、この
結果は意外である。全体的に見て、欠失したα導入遺伝
子とβサブユニットcDNAの間には52%の類似性が
あるだけである。知るかぎりでは、欠失したα導入遺伝
子はβ−コングリシニン遺伝子のβサブユニットを「共
抑制」するために十分な構造の類似性を有すると考えら
れない。
レーン1−3はクローンJo1−1より生じた胚から切
断された3枚の子葉の抽出物である。レーン4及び5は
それぞれタンパク質分子量標準及び種子から得られたダ
イズタンパク質標準である。レーン6−8はクローンJ
o1−4より生じた胚から切断された子葉の抽出物であ
る。レーン2のタンパク質パターンはα及びα’の両方
が共抑制されている胚の例である。レーン6及び8のタ
ンパク質パターンはβ−コングリシニンを構成する全て
のサブユニットが抑制されている胚の例である。
より発生中の子葉においてβ−コングリシニンの発現を
抑制することができるかどうかを決定するために、ダイ
ズβ−コングリシニンプロモーター(Beachy等、
(1985)EMBO J.4:3047−3053)
の制御下にグリシンマックスミクロソームのデルタ−1
2デサチュラーゼcDNA(GmFad2−1)配列
(Heppard等、(1996)Plant Phy
siol.110:311−319;ジーンバンク登録
番号L43920)を含有するpBS43と称するプラ
スミドを構築した。このベクターの構築は以下のプラス
ミド:pMH40、pCST2及びBS13を用いるこ
とにより促進された。以下に詳しく述べられるプラスミ
ド構築物は米国特許出願番号USSN第08/262,
401号及び国際特許公開番号WO第94/11516
号に部分的に記述されており、それらの両方は引用する
ことにより本明細書に組み込まれる。
グルクロニダーゼ遺伝子に連結されたCaMVからの
1.4kb35Sプロモーター領域(Odell等(1
985)Nature 303:810−812;Ha
rpster等(1988)Mol.Gen.Gene
t.212:182−190)を挿入することにより市
販されているクローニンベクター、プラスミドpGEM
9z(PromegaBiotech)から得られた。
これは酵素β−グルクロニダーゼ(Jefferson
等(1986)PNAS USA 83:8447−84
51)をコードする1.85kbフラグメント及びアグ
ロバクテリウムツメファシエンス(Fraley等(1
983)PNAS USA 80:4803−4807)
のTi−プラスミドのノパリンシンターゼ遺伝子からの
転写ターミネーターを含有する0.3kb DNAフラグ
メントであった。
及びpCW109Aから得られた。プラスミドpCW1
09Aはダイズβ−コングリシニンプロモーター配列及
びファゼオリン3'非翻訳領域を含有し、市販されてい
るプラスミドpUC18(Gibco−BRL)から得
られたベクターpCW109の改変された型である。ベ
クターpCW109はクローニンベクターpUC18の
HindIII部位にβ−コングリシニン遺伝子の(プロ
モーター領域を含む)555bpの5'非コーディング
領域並びにそれに続くNcoI、SamI、KpnI及
びXbaIの制限エンドヌクレアーゼ部位を含有するマ
ルチクローニング配列を挿入し、次にそのHindIII
部位に1174bpの共通のインゲンマメ ファゼオリ
ン3'非翻訳領域を挿入することにより作製された。用
いられるβ−コングリシニンプロモーター領域は27ヌ
クレオチドの位置での違いのために公表されたβ−コン
グリシニン遺伝子(Doyle等、(1986)J.B
iol.Chem.261:9228−9238)の対
立遺伝子である。この遺伝子のさらなる配列の記述を国
際特許公開WO第91/13993号に見いだすことが
できる。
するために、NcoIでの消化、マングビーンエキソヌ
クレアーゼ消化及び平滑部位の再連結によりプラスミド
pCW109中のNcoI部位及び可能性のある翻訳開
始部位を破壊して改変プラスミドpCW109Aを生ぜ
しめた。
ホトランスフェラーゼ遺伝子(Beck等(1982)
Gene 19:327−336)の発現を導く非組織
特異的で構成的なカリフラワーモザイクウイルス(35
S)プロモーター(Odell等、(1985)Nat
ure 313:810−812;Hull等(198
7)Virology 86:482−493)及びそ
れに続くヌクレトチド848〜1550を含むノパリン
シンターゼ遺伝子の3'末端(Depicker等(1
982)J.Appl.Genet.1:561−57
4)からなる。この転写単位を市販のクローニンベクタ
ーpGEM9z(Gibco−BRL)中に挿入し、そ
れは35Sプロモーターの5'末端で制限部位Sal
I、XbaI、BamHI及びSmaIにその順で隣接
する。さらなるSalI部位がNOS 3'配列の3'末
端に存在し、XbaI、BamHI及びSalI部位は
唯一である。XbaI部位を除くために、プラスミドp
ML18をXbaIで消化し、DNAポリメラーゼIの
クレノウフラグメントを用いて一本鎖の末端を埋め、生
成物を連結した。得られたプラスミドをpBS16と称
した。
で消化し、β−コングリシニン/アンチセンスデルタ−
12デサチュラーゼcDNA/ファゼオリン3'非翻訳
領域を含有する得られた1.84kbフラグメントをゲ
ル単離した。この1.84kbフラグメントをpBS1
6のHindIII部位中に連結した。適切な向きにイン
サートを含有するプラスミドはKpnIで消化した場合
に3.53kb及び4.41kbフラグメントを生じ、こ
のプラスミドをpCST2と称した。
ュラーゼをコードし、ジーンバンク登録番号L4392
0に開示されるような配列を保有するGmFad2−1
cDNAの供給源としてベクターpBS13を用い
た。ベクターpBS13はベクターpML70(図1)
から得られ、それはKTi3プロモーター及びKTi3
3'非翻訳領域を含有し、市販されているベクターpT
Z18R(Pharmacia)から中間プラスミドp
ML51、pML55、pML64及びpML65を経
て得られた。5'非翻訳領域の2039ヌクレオチド全
て及びJofuku(Jofuku及びGoldber
g(1989)Plant Cell1:1079−1
093)に記述された配列の塩基755〜761に相当
するEcoRI部位で終わるKTi3遺伝子のコーディ
ング配列の390塩基を含有する、完全なダイズKTi
3遺伝子(Johuku及びGoldberg、上記)
の2.4kb BstBI/EcoRIフラグメントをp
TZ18RのAccI/EcoRI部位に連結してプラ
スミドpML51を作製した。KTi3インサートの
5'非翻訳領域の真ん中のNcoI部位を破壊するため
にプラスミドpML51をNcoIで切断し、DNAポ
リメラーゼIのクレノウフラグメントを用いて一本鎖の
末端を埋め、生成物を再連結してプラスミドpML55
を生ぜしめた。プラスミドpML55をXmnI/Ec
oRIで部分消化して上に引用した配列の塩基732〜
755に相当する0.42kbフラグメントを遊離し、
それを廃棄した。XmnI部位(5'−TCTTCC−
3')及びNcoI部位(5'−CCATGGG−3')
それに直接続くEcoRI部位の一部(5'−GAAG
G−3')のコーディング配列からなる相補的な合成オ
リゴヌクレオチドのダイマーを作製することによりNc
oI部位を含有する合成のXmnI/EcoRIリンカ
ーを構築した。XmnI及びNcoI/EcoRI部位
を短い介在配列(5'−ATAGCCCCCCAA−
3')で連結した。この合成リンカーを4.94kbフラ
グメントのXmnI/EcoRI部位に連結してプラス
ミドpML64を作製した。プライマーML51及びM
L52を用いて標準的なPCRプロトコル(Perki
n Elmer Cetus、GeneAmp PCRキ
ット)によりJofuku(上記)に記述された配列か
らKTi3遺伝子の3'非翻訳領域を増幅した。プライ
マーML51は上に引用した配列の塩基1072〜10
91に相当する20ヌクレオチドを含有し、プライマー
の5'末端にはEcoRV(5'−GATATC−
3')、NcoI(5'−CCATGG−3')、Xba
I(5'−TCTAGA−3')、SmaI(5'−CC
CGGG−3')及びKpnI(5'−GGTACC−
3')部位に相当するヌクレオチドが付加されている。
プライマーML52は上に引用した配列の塩基1242
〜1259に相当するヌクレオチドの完全な相補物を含
有し、プライマーの5'末端にはSmaI(5'−CCC
GGG−3')、EcoRI(5'−GAATTC−
3')、BamHI(5'−GGATCC−3')及びS
alI(5'−GTCGAC−3')部位に相当するヌク
レオチドが付加されている。PCR増幅されたKTi3
遺伝子の3'末端をpML64のNcoI/EcoRI
部位に連結してプラスミドpML65を作製した。Ps
tI(5'−CTGCA−3')、SalI(5'−GT
CGAC−3')、BamHI(5'−GGATCC−
3')及びPstI(5'−CTGCA−3')部位から
なる相補的な合成オリゴヌクレオチドのダイマーを作製
することにより合成のマルチクローニング部位リンカー
を構築した。そのリンカーをpML65のPstI部位
(KTi3プロモーター領域の直接5')に連結してプ
ラスミドpML70を作製した。
A、GmFad2−1(ジーンバンク登録番号L439
20)からの1.46kb SmaI/KpnIフラグメ
ントをpML70の対応する部位に連結してプラスミド
pBS10を生ぜしめた。デサチュラーゼcDNAフラ
グメントはpBS10中のKTi3プロモーターに対し
て逆(アンチセンス)向きであった。プラスミドpBS
10をBamHIで消化し、KTi3プロモーター/ア
ンチセンスデサチュラーゼcDNA/KTi33'末端
転写単位に相当する3.47kbフラグメントをアガロ
ースゲル電気泳動により単離した。ベクターpML18
は、ネオマイシンホスホトランスフェラーゼ遺伝子(B
eck等(1982)Gene 19:327−33
6)の発現を導く非組織特異的で構成的なカリフラワー
モザイクウイルス(35S)プロモーター(Odell
等、(1985)Nature 313:810−81
2;Hull等、(1987)Virology 8
6:482−493)及びそれに続くヌクレオチド84
8〜1550を含むノパリンシンターゼ遺伝子の3'末
端(Depicker等(1982)J.Appl.G
enet.1:561−574)からなる。この転写単
位を市販のベクターpGEM9z(Gibco−BR
L)に挿入し、それは35Sプロモーターの5'末端で
制限部位SalI、XbaI、BamHI及びSmaI
にその順で隣接する。さらなるSalI部位がNOS
3'配列の3'末端に存在し、XbaI、BamHI及び
SalI部位は唯一である。pBS10から遊離された
3.47kb転写単位をベクターpML18のBamH
I部位に連結した。得られたプラスミドをSmaI及び
KpnIで消化した場合に適切な向きにインサートを含
有するプラスミドは5.74、2.69及び1.46kb
の3フラグメントを生じた。正しい向きに転写単位を含
むプラスミドを選択し、pBS13と称した。
baI/EcoRVフラグメントをベクターpCST2
(上記)のSmaI/XbaI部位に指向的にクローン
化してpBS39と称するプラスミドを生ぜしめた。プ
ラスミドpBS39の3.3kb HindIIIフラグメ
ントをプラスミドpMH40(上記)のHindIII部
位にクローン化して植物発現ベクターpBS43(図
6)を生ぜしめた。
及びトランスジェニック「トランスイッチ(Trans
witch)」系統の同定 ダイズ分裂組織のパーティクル打込みの方法(Chri
stou等(1990)Trends Biotech
nol.8:145−151)を用いてベクターpBS
43をダイズ分裂組織中に形質転換した。形質転換され
た植物(すなわち、GUS活性に関して陽性と同定され
た植物から)の種子を脂肪酸組成に関して選別した。脂
肪酸メチルエステルを少量(約10mg)の種子片のヘ
キサン抽出物から調製した(Browse等(198
6)Anal.Biochem.152:141−14
5)。10個の異なるトランスジェニック系統からの種
子片を分析し、260−05と称するこれらの系統の1
つからのR1種子のいくつかはコントロール種子の約2
0%に比較して80−85%の全オレイン酸含有量であ
った。この表現型は内在性Fad2−1遺伝子の共抑制
により引き起こされ、「トランスイッチ遺伝子座」(K
inney、A.J.(1995)「Induced
Mutations and Molecular Te
chniquesfor Crop Improveme
nt」中、InternationalAtomic
Energy Agency、Vienna)と呼ばれ
るダイズゲノムの遺伝子座への2コピーのpBS43の
挿入の結果である。トランスイッチ遺伝子座を含有する
系統260−05からの高オレイン酸R1種子を自殖さ
せ、トランスイッチ遺伝子座がホモであるR2種子を選
択した。これらのR2ホモ種子の2つ(G94−1、G
94−19)並びにG94−1及びG94−19のさら
なる世代から得られた種子(R3、R4、R5)をさら
なる分析のために選択した。
れたG94−1及びG94−19植物のR5種子をひい
て粉末にし、約1gを5mLのヘキサンで抽出した。遠
心分離後にヘキサンを注ぎ出し、フラスコを風乾させ
た。約10mgの脱脂粉末を上記のように抽出し、SD
S−PAGEで分析した。両方の場所から得られた両方
のトランスジェニック系統において、β−コングリシニ
ンのα’及びαサブユニットの発現はコントロールダイ
ズ系統及び標準的なダイズ粉に比較して抑制されていた
(図7)。
制できるかどうかを試験するために、上記のように逆転
写酵素ポリメラーゼ連鎖反応を用いてα及びα’の全長
cDNAを作製した。上流プライマーConSaはα及
びα’の両方のcDNA配列の領域4−19に相同であ
り、KpnI制限部位をコードするようにさらなるヌク
レオチドが5'末端に付加されている。用いた下流プラ
イマーCon1.9aはαアイソフォームに相当する配
列番号1の領域1818−1801及びα’アイソフォ
ームに相当する配列番号2の1920−1903にそれ
ぞれ相同である。次のクローニング工程を容易にするた
めに、NcoI制限部位をコードするようにさらなるヌ
クレオチドを5'末端に付加した。
実施した。発生中のダイズ種子から単離されたRNAを
ランダムヘキサマーまたはCon1.9aのいずれかを
用いて逆転写した(上に詳細に記述したような方法)。
上に詳細に記述したプロトコルを用いてConSa及び
Con1.9aを用いてPCR反応でcDNAを増幅し
た。15μLのPCR反応混合物をアガロースゲル電気
泳動で分析した。αに対して予想される分子量の1.8
kbバンドが観察された。残りの反応混合物をWiza
rdTM(商標)PCR Preps DNA精製システム
キット(Promega)を用いて精製した。用いたプ
ライマーのために5'末端にKpnI部位及び3'末端に
NcoI部位を含むα cDNAをNcoI及びKpn
I制限酵素で消化した。得られたα cDNAをゲル単
離し、F10と称し、pCW109中にプラスミドに存
在するNcoI及びKpnI部位を用いて指向的(アン
チセンス方向)にクローン化した。ネスティッドプライ
マー(上流:Con.09(配列番号6);下流:Co
n1.4a(配列番号5)及びCon1.0(配列番号
10))を用いてPCRによりF10をαと確認した。
09/F10から転写単位β−コングリシニンプロモー
ター/α cDNAアンチセンス/ファゼオリン3'末端
を遊離した。部分消化の条件は6フラグメント(5.1
kb、3.8kb、3.6kb、2.6kb、2.4kb及
び1.2kb)を生じるようにであった。転写単位を含
有する3.6kbフラグメントをゲル単離し、F14と
称した。次に、F14をpKS18HHのHindIII
にクローン化した。形質転換された細胞から作製したプ
ラスミドDNA調製物のHindIIIでの消化により挿
入を確認した後、陽性培養物からのプラスミドDNAを
KpnIで消化してそれらがpCW109/F10のH
indIIIでの部分消化からの3.6kb F14フラグ
メントを含有するが3.8kbフラグメントを含有しな
いことを確かめた。F14はKpnI部位を含むが、一
方、3.8kbフラグメントは含まない。確認時にpK
S18HH/F14をpJo3(図8)と称した。ダイ
ズ胚懸濁培養物を上に詳細に記述したようにpJo3で
形質転換した。形質転換は5個の形質転換されたクロー
ンを生じ、成熟時に各クローンは4ないし8個の体細胞
胚を生じた。
物を先に詳細に記述したようにSDS−PAGEにより
分析した。結果を表2に示す。トランスジェニッククロ
ーンは全てα及びα’の両方の発現が抑制されている少
なくとも1個の体細胞胚を生じた。
子がある。ゲノムクローン及びcDNAのシークエンシ
ングからこれらのサブユニット遺伝子は配列類似性に基
づいて2つの群に分けられる。群IはGy1(配列番号
11)、Gy2(配列番号12)及びGy3(配列番号
13)からなり、一方、群IIはGy4(配列番号14)
及びGy5(配列番号15)からなる。群内の遺伝子間
には85%より高い類似性があるが、異なる群の遺伝子
間は42ないし46%の類似性があるのみである。共抑
制技術を用いることにより発生中の子葉においてグリシ
ニンの発現を抑制できるかどうかを決定するために、上
記のように逆転写酵素ポリメラーゼ連鎖反応を用いて群
I及び群IIのcDNAを調製した。
(G1−1)は全ての群IcDNAの領域1−19に相
同である。2種の下流プライマー:Gy1の領域103
8−1022、Gy2の1008−992及びGy3の
996−980と相同であるG1−1039またはGy
1の領域1475−1460、Gy2の1445−14
30及びGy3の1433−1418と相同であるG1
−1475を用いた。後のクローニングを容易にするた
めに、全てのプライマーはそれらの5'末端にNotI
制限部位をコードするさらなるヌクレオチドを含有し
た。
を反応の下流プライマーとしてランダムヘキサマーまた
はG1−1475またはG1−1039のいずれかを用
いて逆転写した。G1−1039またはG1−1475
のいずれかとG1−1の混合物を用いてcDNAフラグ
メントを増幅した。15μLのPCR反応混合物をアガ
ロースゲル電気泳動で分析した。PCR反応はプライマ
ー組G1−1/G1−1039及びG1−1/G1−1
475に対してそれぞれ約1kb及び1.4−1.5kb
の予想される分子量の産物を生じた。反応混合物の残り
からcDNAフラグメントをWizardTM(商標)P
CR Preps DNA精製システムキット(Prom
ega)を用いて精製した。次に、精製されたcDNA
をNotIで消化し、アガロースゲル精製により単離し
た。
ライマー(G4−7)は群IIの両方のcDNAの領域7
−22に相同である。2種の下流プライマー:Gy4の
領域1251−1234及びGy5の1153−113
5と相同であるG4−1251またはGy4の領域16
68−1653に相同であるG4−1670を用いた。
Gy5に類似領域はない。後のクローニングを容易にす
るために、全てのプライマーはそれらの5'末端にNo
tI制限部位をコードするさらなるヌクレオチドを含有
した。
を反応の下流プライマーとしてランダムヘキサマーまた
はG4−1251またはG4−1670のいずれかを用
いて逆転写した。G4−1251またはG4−1670
のいずれかとG4−7の混合物を用いてcDNAフラグ
メントを増幅した。15μLのPCR反応混合物をアガ
ロースゲル電気泳動で分析した。PCR反応はプライマ
ー組G4−7/G4−1251及びG4−7/G4−1
670に対してそれぞれ約1.25kb及び1.7kbの
予想される分子量の産物を生じた。反応混合物の残りか
らcDNAフラグメントをWizardTM(商標)PC
R Preps DNA精製システムキット(Prome
ga)を用いて精製した。次に、精製されたcDNAを
NotIで消化し、ゲルから単離した。
pRB20(図9)にクローン化した(センス方向)。
NotIでの部分制限消化及び単一切断されたpRB2
0/群I直鎖状フラグメントの単離後に群IIcDNAを
添加して最終的な転写単位β−コングリシニンプロモー
ター/群IcDNA(センス方向)/ファゼオリン3'
末端及びβ−コングリシニンプロモーター/群IIcDN
A(センス方向)/ファゼオリン3'末端を作製した。
次に、得られたプラスミドを用いて体細胞胚懸濁培養物
を上に詳細に記述した方法を用いて形質転換する。
ーニング媒体として用いられるプラスミドpML70の
制限地図である。
ーニング媒体として用いられるプラスミドpCW109
の制限地図である。
ーニング媒体として用いられるプラスミドpKS18H
Hの制限地図である。
れたタンパク質のSDS−PAGEゲルである。
ダイズ種子から抽出されたタンパク質のSDS−PAG
Eゲルである。
Claims (11)
- 【請求項1】 (a)(i)ダイズ種子貯蔵タンパク質
遺伝子からのプロモーター領域をコードする核酸フラグ
メント;及び(ii)(i)のダイズ種子貯蔵タンパク質
ではないダイズタンパク質の全部または一部をコードす
る核酸フラグメント、該核酸フラグメントが(i)のプ
ロモーターに対してセンスまたはアンチセンスの向きに
置かれる;及び(iii)転写終結領域;を含んでなるキ
メラ遺伝子を構築し、 (b)(a)のキメラ遺伝子をダイズ種子中に導入する
ことによりトランスジェニックダイズ種子を作製し、そ
して(c)工程(a)のキメラ遺伝子の発現をもたらす
条件下で工程(b)のトランスジェニックダイズ種子を
生育することを含んでなり、ここで、工程(a)のキメ
ラ遺伝子を含有しないダイズに比較した場合にダイズ種
子貯蔵タンパク質サブユニットのあるクラスの1個また
はそれ以上のメンバーの量及び(a)(ii)の核酸フラグ
メントによりコードされるタンパク質の量が減少してい
る、2種のダイズ遺伝子の発現を同時に減少するための
方法。 - 【請求項2】 (a)(i)のダイズ種子貯蔵タンパク質
ではないダイズタンパク質の全部または一部をコードす
る核酸フラグメントがプロモーター領域に対してセンス
の向きに置かれる請求項1の方法。 - 【請求項3】 (a)(i)のダイズ種子貯蔵タンパク質
ではないダイズタンパク質の全部または一部をコードす
る核酸フラグメントがプロモーター領域に対してアンチ
センスの向きに置かれる請求項1の方法。 - 【請求項4】 プロモーターがβ−コングリシニンダイ
ズ種子貯蔵タンパク質のαサブユニットをコードする遺
伝子から得られる請求項1の方法。 - 【請求項5】 (a)(i)のダイズ種子貯蔵タンパク質
ではないダイズタンパク質の全部または一部をコードす
る核酸フラグメントが脂肪酸生合成に関与する遺伝子を
コードする請求項1の方法。 - 【請求項6】 工程(a)のキメラ遺伝子を含有しない
ダイズに比較した場合にダイズ種子貯蔵タンパク質サブ
ユニットのあるクラスの1個またはそれ以上のメンバー
の量及び(a)(ii)の核酸フラグメントによりコードさ
れるタンパク質の量が減少している請求項1の方法。 - 【請求項7】 工程(a)のキメラ遺伝子を含有しない
ダイズ種子に比較した場合にダイズ種子貯蔵タンパク質
サブユニットのあるクラスの少なくとも2個のメンバー
が減少し且つ工程(a)のキメラ遺伝子を含有しないダ
イズ種子に比較した場合に工程(a)のキメラ遺伝子を
含有するダイズ種子の脂肪酸特性が改変されている請求
項1の方法。 - 【請求項8】 請求項1の方法により製造されるトラン
スジェニックダイズ植物。 - 【請求項9】 請求項8の植物から得られるトランスジ
ェニック種子。 - 【請求項10】 (i)ダイズ種子貯蔵タンパク質サブ
ユニットのあるクラスの1個またはそれ以上のメンバー
の量が減少し;且つ(ii)非トランスジェニックダイズ
植物から得られる種子に比較した場合にトランスジェニ
ックダイズ植物の種子において他の脂肪酸の含有量に対
してオレイン酸含有量が増加しているトランスジェニッ
クダイズ植物。 - 【請求項11】 請求項10の植物から得られるトラン
スジェニック種子。
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