JP2004041209A - Method for creating plant resistant to two or more diseases using thionine gene - Google Patents

Method for creating plant resistant to two or more diseases using thionine gene Download PDF

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JP2004041209A
JP2004041209A JP2003273117A JP2003273117A JP2004041209A JP 2004041209 A JP2004041209 A JP 2004041209A JP 2003273117 A JP2003273117 A JP 2003273117A JP 2003273117 A JP2003273117 A JP 2003273117A JP 2004041209 A JP2004041209 A JP 2004041209A
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plant
gene
thionin
rice
disease
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Application number
JP2003273117A
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Japanese (ja)
Inventor
Yuko Ohashi
大橋 祐子
Ichiro Mitsuhara
光原 一朗
Masahiro Oshima
大島 正弘
Masashi Ugaki
宇垣 正志
Hirohiko Hirochika
廣近 洋彦
Ryozo Motokura
本蔵 良三
Takanao Iwai
岩井 孝尚
Shigeo Nakamura
中村 茂雄
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National Institute of Agrobiological Sciences
Miyagi Prefectural Government.
Original Assignee
National Institute of Agrobiological Sciences
Miyagi Prefectural Government.
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    • A01NPRESERVATION OF BODIES OF HUMANS OR ANIMALS OR PLANTS OR PARTS THEREOF; BIOCIDES, e.g. AS DISINFECTANTS, AS PESTICIDES OR AS HERBICIDES; PEST REPELLANTS OR ATTRACTANTS; PLANT GROWTH REGULATORS
    • A01N65/00Biocides, pest repellants or attractants, or plant growth regulators containing material from algae, lichens, bryophyta, multi-cellular fungi or plants, or extracts thereof
    • A01N65/40Liliopsida [monocotyledons]
    • A01N65/44Poaceae or Gramineae [Grass family], e.g. bamboo, lemon grass or citronella grass

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To create a plant expressing resistance to at least one disease damage. <P>SOLUTION: The plant contains thionine gene and a method for creating the plant includes a process for constituting an expression vector containing an expression cassette for expressing thionine, a process for transforming cells with the expression vector and a process for regenerating the plant from the transformed cells. The plant created by the method expresses resistance to at least one disease damage out of disease damages caused by plant pathogenic bacteria such as Xanthomonas oryzae, Burkholderia plantarii or the like or plant pathogenic molds such as Magnaporthe grisea or the like. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

 本発明は、少なくとも1つの病害に抵抗性を示す形質転換植物に関する。さら
に詳細には、チオニン遺伝子を含み、このチオニンを発現し得る発現カセットを
有する、少なくとも1つの病害に対して抵抗性を示す形質転換植物に関する。
The present invention relates to a transformed plant that is resistant to at least one disease. More particularly, the present invention relates to a transgenic plant which contains an thionin gene and has an expression cassette capable of expressing this thionin, and which is resistant to at least one disease.

 農作物生産においては一般に、高品質植物の安定生産および農薬依存度の軽減
が要望されている。そのため、植物細胞融合技術や組換えDNA技術などの有用
な植物バイオテクノロジー技術を利用して、病害虫および病原菌に対して抵抗性
を示す植物の品種の改良、育種および開発が盛んに行われている。既に除草剤耐
性を示す形質転換植物(特開平2−186925)、ウイルス抵抗性を示す形質
転換植物(特開平4−330233)および害虫抵抗性を示す形質転換植物(特
開平3−247220)が、組換えDNA技術を利用して作出されている。さら
に、病原糸状菌の産生する毒素を不活化する酵素の遺伝子の導入により、病原糸
状菌に対して抵抗性を示す形質転換植物(Plant Physiology, 104:109-118)や
、昆虫由来の抗菌性タンパク質の遺伝子の導入により、少なくとも1つの病原菌
に抵抗性を示す形質転換植物(特開平7−250685)のように、植物病原菌
に対して抵抗性を示す形質転換植物も数種作出されている。
Generally, in crop production, stable production of high-quality plants and reduction of dependence on pesticides are demanded. Therefore, improvement, breeding, and development of varieties of plants showing resistance to pests and pathogens are actively performed by utilizing useful plant biotechnology such as plant cell fusion technology and recombinant DNA technology. . Transformed plants already exhibiting herbicide resistance (JP-A-2-186925), transformed plants exhibiting virus resistance (JP-A-4-330233), and transformed plants exhibiting pest resistance (JP-A-3-247220) It has been created using recombinant DNA technology. In addition, the introduction of a gene for an enzyme that inactivates toxins produced by pathogenic filamentous fungi enables transgenic plants that show resistance to pathogenic filamentous fungi (Plant Physiology, 104: 109-118) and insect-derived antibacterial properties Due to the introduction of a protein gene, several transformed plants exhibiting resistance to phytopathogenic bacteria have been produced, such as transformed plants exhibiting resistance to at least one pathogenic bacterium (Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-250687).

 本発明者らは、抗菌性タンパク質である新規チオニンをエンバクの葉より単離
し、公知の手法を用いてチオニンがコードされる遺伝子の配列決定を行った。そ
してそのチオニン遺伝子を用いてタバコの形質転換を試みた(特開平8−266
279)。この試みにより、形質転換され、再分化したタバコが得られている。
The present inventors isolated a novel thionin which is an antibacterial protein from oat leaves, and sequenced a gene encoding thionin using a known technique. Then, transformation of tobacco was attempted using the thionin gene (JP-A-8-266).
279). This attempt has resulted in transformed and regenerated tobacco.

 しかし、形質転換された植物がすべて、高い病害抵抗性を示す実用的で有用な
植物になるとは限らない。なぜなら、植物種、形質転換方法、導入遺伝子の発現
量および発現部位ならびに産物のその植物に対する影響などの要因により、その
病害抵抗性が変化し得たり、あるいは生育が阻害され得るからである。さらに、
得られた病害抵抗性が後代に安定に受け継がれるか否かも状況によって異なるこ
とが知られている。このような理由から、高い病害抵抗性を示す実用的で有用な
植物の作出が望まれている。
However, not all transformed plants are practical and useful plants that exhibit high disease resistance. This is because the disease resistance can be changed or the growth can be inhibited by factors such as the plant species, the transformation method, the expression level and expression site of the transgene, and the effect of the product on the plant. further,
It is known that whether or not the obtained disease resistance is stably inherited in future generations also differs depending on the situation. For these reasons, it is desired to produce a practical and useful plant exhibiting high disease resistance.

 本発明は、上記従来の問題の解決を課題とするものであり、その目的とすると
ころは、チオニン遺伝子を含み、このチオニンを発現し得る発現カセットを有す
る植物を作出し、少なくとも1つの病害に対して高い抵抗性を示す植物を提供す
ることである。本発明の他の目的は、この性質が後代においても安定に保存され
る植物および種子を提供することである。本発明のさらに他の目的は、上記病害
に対して高い抵抗性を示す植物を得るための方法を提供することである。
An object of the present invention is to solve the above-mentioned conventional problems. It is an object of the present invention to produce a plant containing a thionin gene and having an expression cassette capable of expressing this thionin, and to produce at least one disease. The purpose is to provide a plant that shows high resistance to the plant. Another object of the invention is to provide plants and seeds whose properties are stably preserved in progeny. Still another object of the present invention is to provide a method for obtaining a plant showing high resistance to the above-mentioned diseases.

 本発明の病害抵抗性植物は、チオニン遺伝子を含み、このチオニンを発現し得
る発現カセットを有する、少なくとも1つの病害に対して抵抗性を示す植物であ
る。
The disease-resistant plant of the present invention is a plant that contains a thionin gene and has an expression cassette capable of expressing this thionin, and is resistant to at least one disease.

 本発明の病害抵抗性植物を作出する方法は、チオニン遺伝子を含み、このチオ
ニンを発現し得る発現カセットを含む発現ベクターを構築する工程、この発現ベ
クターで植物細胞を形質転換する工程、およびこの形質転換された植物細胞から
植物を再生する工程、を包含する。
The method for producing a disease-resistant plant of the present invention comprises a step of constructing an expression vector containing a thionin gene and an expression cassette capable of expressing the thionin, a step of transforming a plant cell with the expression vector, and a method of producing the disease-resistant plant. Regenerating a plant from the converted plant cells.

 本発明の1つの実施態様においては、上記チオニンはエンバク葉由来である。 に お い て In one embodiment of the present invention, the thionin is derived from oat leaves.

 本発明の他の実施態様においては、上記病害抵抗性植物は、単子葉綱または双
子葉綱の植物である。
In another embodiment of the present invention, the disease resistant plant is a monocotyledonous or dicotyledonous plant.

 本発明のさらに他の実施態様においては、上記病害抵抗性植物は、イネ科の植
物であるか、またはナス科の植物である。
In still another embodiment of the present invention, wherein the disease resistant plant is a plant of the Gramineae or a plant of the Solanaceae family.

 本発明のさらに他の実施態様においては、上記病害抵抗性植物の病害は、植物
病原菌由来の病害、例えば、イネ白葉枯病菌もしくはイネ苗立枯細菌病菌のよう
な植物病原細菌由来、またはジャガイモ疫病菌のような植物病原糸状菌由来の病
害である。
In yet another embodiment of the present invention, the disease of the disease resistant plant is a disease derived from a phytopathogenic fungus, for example, a plant pathogenic bacterium such as rice leaf blight or rice seedling wilt, or potato blight. It is a disease derived from phytopathogenic fungi such as fungi.

 本発明はまた、上記病害抵抗性植物から得られる種子を包含する。 The present invention also includes seeds obtained from the above disease resistant plants.

 本発明によれば、抗菌性タンパク質であるチオニンの遺伝子を植物に導入する
ことによって、少なくとも1つの病害、通常は複数種の病害に対して抵抗性を示
す形質転換植物が作出される。このような植物を作出する方法もまた、本発明に
よって提供される。これまで病害に弱かった多くの高品質植物品種が、本発明の
実施によって病害に抵抗性を示すようになるため、高品質植物品種を安定して生
産できる。さらに病害に抵抗性を示すことから、病原菌を殺傷する農薬の依存度
を軽減することも可能となり、本発明は農作物生産に大きく貢献する。
According to the present invention, a transgenic plant which is resistant to at least one disease, usually a plurality of diseases, is produced by introducing a gene for the antibacterial protein thionin into a plant. A method for producing such a plant is also provided by the present invention. Many high-quality plant varieties which have been vulnerable to diseases have become resistant to diseases by implementing the present invention, so that high-quality plant varieties can be stably produced. Furthermore, since the present invention exhibits resistance to diseases, it is possible to reduce the dependence on pesticides that kill pathogenic bacteria, and the present invention greatly contributes to agricultural crop production.

 本発明の理解を容易にするために、本明細書中において使用する用語を説明す
る。
To facilitate understanding of the present invention, terms used in the present specification will be described.

 本明細書中において使用する用語「病害」は、植物病原菌(植物病原細菌およ
び/または植物病原糸状菌)に由来する病害をいう。植物病原細菌に由来する病
害としては、イネ白葉枯病、イネ苗立枯細菌病、イネもみ枯細菌病、タバコ空胴
病、タバコ野火病、各種野菜類の軟腐病、斑点細菌病、青枯病などが挙げられ、
植物病原糸状菌に由来する病害としては、イネいもち病、イネ紋枯病、イネ苗腐
病、イネ苗立枯病、イネばか苗病、イネ黄化萎縮病、イネごま葉枯病、ムギ類さ
び病類、ムギ類うどんこ病、ジャガイモ疫病、タバコ疫病、タバコ灰色かび病、
タバコ舞病、シバ類さび病類、立枯病類、雪腐病類、野菜類の疫病、べと病、う
どんこ病、灰色かび病、炭そ病、苗立枯病、根こぶ病、カーネーション萎ちょう
病、キク白さび病などが挙げられる。本発明において、特に有効に抵抗性が示さ
れる病害は、イネ白葉枯病、イネ苗立枯細菌病、およびジャガイモ疫病である。
As used herein, the term “disease” refers to a disease derived from a phytopathogenic bacterium (a phytopathogenic bacterium and / or a phytopathogenic fungus). Diseases derived from plant pathogenic bacteria include rice leaf blight, rice seedling blight, rice blight, tobacco cavity disease, tobacco wildfire, soft rot of various vegetables, spot bacterial disease, and bacterial wilt. Disease and the like,
Diseases derived from phytopathogenic fungi include rice blast, rice sheath blight, rice seedling rot, rice seedling wilt, rice stunt seedling, rice yellowing dwarf, rice sesame leaf blight, wheat Rust, wheat powdery mildew, potato blight, tobacco blight, tobacco gray mold,
Tobacco disease, rust, rust, blight, snow rot, vegetable plague, downy mildew, powdery mildew, gray mold, anthracnose, seedling wilt, clubroot, Carnation wilt, chrysanthemum rust and the like. In the present invention, particularly effective diseases are rice white leaf blight, bacterial seedling blight, and potato blight.

 本明細書中において使用する用語「チオニン」は、抗菌作用、血圧降下作用な
どの種々の薬理作用を有し、酸および熱に安定である塩基性タンパク質をいう。
チオニンは、一般的には植物(例えば、コムギ、オオムギ、ライムギ、オートム
ギ、およびエンバク)由来であり、例えば、46アミノ酸残基、分子量約5kDa
のシステインに富むタンパク質であることが知られているが、上記の特性を有す
る限り、少なくとも1つのアミノ酸の付加、欠失、および置換を有するタンパク
質を包含する。本発明において、好ましくは、エンバク葉由来のチオニンをいう
As used herein, the term "thionine" refers to a basic protein that has various pharmacological actions such as antibacterial action and blood pressure lowering action, and is stable to acids and heat.
Thionine is generally derived from plants (eg, wheat, barley, rye, oats, and oats) and contains, for example, 46 amino acid residues and a molecular weight of about 5 kDa.
Cysteine-rich proteins, but include proteins having at least one amino acid addition, deletion, and substitution as long as they have the above-mentioned properties. In the present invention, it preferably refers to thionin derived from oat leaves.

 本明細書中において使用する用語「形質転換植物」は、外部から導入された遺
伝子を有し、かつこの遺伝子より生物学的な特定の機能を有する遺伝子産物(例
えば、酵素などのポリペプチド)を、安定的または一時的に発現し得る植物をい
う。発現は、構成的であってもよく、誘導的(温度、薬剤などの特定の刺激に応
答する)であってもよい。導入される遺伝子は、形質転換を行う植物に由来する
か、形質転換を行う植物と同じ種もしくは異なる種の植物に由来するか、または
他種の生物(例えば、昆虫などの動物、微生物)に由来する。これには、酵素な
どの遺伝子産物がその生物学的機能が喪失しない限り、これらの遺伝子の一部を
互いに組み合わせて再構築された遺伝子もまた含まれる。
As used herein, the term "transformed plant" refers to a gene product (eg, a polypeptide such as an enzyme) having a gene introduced from the outside and having a biologically more specific function than this gene. Refers to plants that can be expressed stably or temporarily. Expression may be constitutive or inducible (in response to a particular stimulus such as temperature, drug, etc.). The introduced gene may be derived from a plant to be transformed, from a plant of the same or a different species as the plant to be transformed, or may be derived from other species of organisms (eg, animals such as insects, microorganisms). Derived from. This also includes genes reconstructed by combining some of these genes with one another, as long as gene products such as enzymes do not lose their biological functions.

 本明細書中において使用する用語「遺伝子」は、酵素などのポリペプチドを構
成するアミノ酸をコードするヌクレオチドが方向性をもって直鎖状に連結したポ
リマーである。遺伝子は、一本鎖状(例えば、RNA)であっても、二本鎖(例
えば、DNA)であってもよい。DNAは、例えば、転写されたRNA(mRN
A)から酵素的に調製されるcDNA、染色体由来のゲノムDNA、または化学
合成されたDNAであり得る。これらの遺伝子は、酵素などのポリペプチドをコ
ードする配列(コード領域または翻訳領域)以外に、コード領域の転写を制御す
るためのプロモーター領域、このプロモーター領域に作用するエンハンサー領域
、および他の調節領域(例えば、ターミネーターおよびポリA領域)、ならびに
イントロンなどを含み得る。これらの遺伝子が、上記の各領域の活性を失わない
限り、付加、欠失、置換などの改変がなされ得ることは、当該分野において公知
である。
As used herein, the term “gene” is a polymer in which nucleotides encoding amino acids constituting a polypeptide such as an enzyme are linked linearly in a direction. A gene may be single-stranded (eg, RNA) or double-stranded (eg, DNA). DNA is, for example, transcribed RNA (mRN
It can be cDNA prepared enzymatically from A), genomic DNA from chromosomes, or chemically synthesized DNA. These genes include, in addition to a sequence (coding region or translation region) encoding a polypeptide such as an enzyme, a promoter region for controlling transcription of the coding region, an enhancer region acting on the promoter region, and other regulatory regions. (Eg, terminator and poly A region), and introns and the like. It is known in the art that these genes can be modified such as additions, deletions, and substitutions as long as they do not lose the activity of each of the above regions.

 本明細書中において使用する用語「発現カセット」は、タンパク質、例えば、
チオニンをコードする遺伝子配列とその発現を調節するプロモーター、エンハン
サーなどの種々の調節エレメントとが宿主細胞中で作動し得る状態で連結されて
いるDNAフラグメントをいう。
The term "expression cassette" as used herein refers to a protein, e.g.,
A DNA fragment in which a gene sequence encoding thionin and various regulatory elements such as a promoter and an enhancer that regulate its expression are operably linked in a host cell.

 本明細書中において使用する用語「ベクター」は、上記発現カセットを、宿主
細胞中に伝達するDNAをいう。上記ベクターのタイプおよび使用される各調節
エレメントの種類を宿主細胞に応じて変更し得ることは、当該分野において公知
である。本発明のベクターの好ましいタイプはプラスミドベクターであり、微生
物、動物細胞、または植物細胞に上記発現カセットを伝達可能なベクターである
。植物細胞に伝達し得るものが特に好ましい。
As used herein, the term "vector" refers to a DNA that transfers the above expression cassette into a host cell. It is known in the art that the type of the above-described vector and the type of each regulatory element used can be changed depending on the host cell. A preferred type of the vector of the present invention is a plasmid vector, which is a vector that can transfer the above expression cassette to microorganisms, animal cells, or plant cells. Those that can be transmitted to plant cells are particularly preferred.

 以下、本発明について詳細に説明する。本発明の実施は、特に記載がない限り
、分子生物学、生化学、遺伝学、遺伝子工学、および植物育種学の従来手法を用
いて実施し得る。
Hereinafter, the present invention will be described in detail. The practice of the present invention may be practiced, unless otherwise indicated, using conventional techniques of molecular biology, biochemistry, genetics, genetic engineering, and plant breeding.

 本発明の方法に従って形質転換される植物は、単子葉植物および双子葉植物を
問わない。本発明において好ましい単子葉植物は、イネ科の植物である。イネ科
の植物としては、例えば、マダケ、チシマザサ、スズタケ、メダケ、イネ、イチ
ゴツナギ、ドジョウツナギ、コメガヤ、カラスムギ、ヌカボ、イヌムギ、カモジ
グサ、オオムギ、パンコムギ、タルホコムギ、ライムギ、ヨシ、カゼクサ、オヒ
シバ、ノガリヤス、シバ、キビ、ヒエ、アワ、メヒシバ、サトウキビ、ススキ、
チガヤ、モロコシ、ハトムギ、トウモロコシなどがある。特に、イネが好ましい
。本発明において好ましい双子葉植物は、ナス科の植物である。ナス科の植物と
しては、クコ、ハシリドコロ、ホオズキ、ナス、ジャガイモ、トマト、トウガラ
シ、タバコ、チョウセンアサガオ、ツクバネアサガオなどがある。特に、タバコ
が好ましい。
Plants transformed according to the method of the present invention may be monocots or dicots. Preferred monocotyledonous plants in the present invention are plants of the Poaceae family. Examples of plants of the Poaceae family include, but are not limited to, oak mushrooms, chishimasa, suzutake, medaka, rice, strawberry hornwort, mudwort eel, komegaya, oak wheat, nukabo, barley, kamojigusa, barley, bread wheat, tarho wheat, rye, reed, kazekusa, and oak grass. , Shiva, millet, millet, millet, crabgrass, sugarcane, pampas grass,
Tigaya, sorghum, barley, corn and the like. Particularly, rice is preferable. Preferred dicotyledonous plants in the present invention are plants of the Solanaceae family. Examples of plants of the Solanaceae family include wolfberry, hasidoro, physalis, eggplant, potato, tomato, capsicum, tobacco, datura and tsukubanasaagao. In particular, tobacco is preferred.

 本発明において使用されるチオニン遺伝子は、コムギ、オオムギ、ライムギ、
オートムギ、エンバクなどのムギ類の胚乳または葉由来のチオニンの遺伝子であ
る。あるいは、上記チオニンに類似するタンパク質の遺伝子、例えば、ヤドリギ
由来のビスコトキシンの遺伝子、アビシニアン・マスタードの油種子由来のクラ
ンビンの遺伝子、またはPyrularia pubera(ビャクダン科の寄生植物)の葉およ
び漿果由来のチオニン類似タンパク質の遺伝子(和田および尾崎、植物細胞工学
、3(3)、200-207頁、(1991))を用い得る。本発明において、好ましくは、
エンバク葉由来のチオニン遺伝子が用いられる。
Thionine gene used in the present invention, wheat, barley, rye,
It is a gene for thionine derived from endosperm or leaves of wheat such as oats and oats. Alternatively, a gene of a protein similar to the above-mentioned thionin, for example, a mistletoe-derived biscotoxin gene, an abyssinian mustard oil seed-derived crambin gene, or Pyrularia pubera (parasitic plant of the sandalwood family) thionin derived from leaves and berries Similar protein genes (Wada and Ozaki, Plant Cell Engineering, 3 (3), pp. 200-207, (1991)) can be used. In the present invention, preferably,
The thionin gene derived from oat leaves is used.

 上記のチオニン遺伝子は単離され、そしてそのヌクレオチド配列は公知である
。それらのヌクレオチド配列はGenBank(登録商標)などの遺伝子配列登録機関
に登録されている。当業者は、遺伝子配列登録機関または遺伝子配列登録機関の
登録配列に基づく各種のデータベース(例えば、DNASISTM)を検索することによ
り、チオニン遺伝子のヌクレオチド配列を入手できる。
The thionin gene described above has been isolated and its nucleotide sequence is known. Their nucleotide sequences have been registered with gene sequence registrars such as GenBank®. Those skilled in the art can obtain the nucleotide sequence of the thionin gene by searching the gene sequence repository or various databases (for example, DNASIS ) based on the sequence registered by the gene sequence repository.

 本発明に有用なチオニン遺伝子は、公知のヌクレオチド配列に基づいて、当業
者に公知の方法を用いて種々の植物から直接単離することができる。あるいは、
既に単離され、そしてベクター中にクローン化されているチオニン遺伝子もまた
使用される。あるいは、公知のヌクレオチド配列に基づいて、化学合成した遺伝
子もまた使用される。
The thionin gene useful in the present invention can be directly isolated from various plants based on a known nucleotide sequence using a method known to those skilled in the art. Or
The thionine gene, already isolated and cloned into a vector, is also used. Alternatively, a chemically synthesized gene based on a known nucleotide sequence is also used.

 種々の植物からのチオニン遺伝子の単離は、簡単に記載すると、例えば、その
植物のチオニンを発現する細胞からのmRNAの単離、単離mRNAからの遺伝
子(cDNA)ライブラリーの構築、ハイブリダイゼーション法による遺伝子ラ
イブラリーのスクリーニングにより実施することができる。ハイブリダイゼーシ
ョンには、ハイブリダイゼーションプローブとして、公知のヌクレオチド配列に
基づいて化学合成されたポリヌクレオチド、あるいは既にクローン化されている
チオニン遺伝子の全体またはそのフラグメントを用いることができる。これらの
操作の一部は、各操作段階に応じた市販の各種のキットを用いて行うこともでき
る。この一連の操作における条件および手順などは、例えば、Molecular Clonin
g A Laboratory Manual第2版(Sambrook, J.ら編、Cold Spring Harborlabora
tory Press, 1989)およびCurrent Protocols inMolecular Biology(Ausubel,
F.M.ら編、John Wiley & Sons, 1987)などの当該分野の標準的な実験マニュア
ル、および使用するキットの使用説明書に記載されている。
Briefly, the isolation of a thionin gene from various plants is, for example, isolation of mRNA from cells expressing thionin in the plant, construction of a gene (cDNA) library from the isolated mRNA, hybridization. It can be carried out by screening a gene library by the method. For hybridization, a polynucleotide chemically synthesized based on a known nucleotide sequence, or the entire cloned thionin gene or a fragment thereof can be used as a hybridization probe. Some of these operations can also be performed using various commercially available kits corresponding to each operation step. Conditions and procedures in this series of operations are described, for example, in Molecular Clonin
g A Laboratory Manual 2nd edition (ed. by Sambrook, J. et al., Cold Spring Harborlabora)
tory Press, 1989) and Current Protocols in Molecular Biology (Ausubel,
FM et al., John Wiley & Sons, 1987), and standard laboratory manuals in the field, and instructions for the kit used.

 このようにして得られたチオニン遺伝子は、必要に応じて、その活性および特
異性を変更するため、あるいはその後の遺伝子組換え操作を容易にするためにそ
の配列の一部または領域を改変することができる。このような改変は、部位特異
的変異誘発法またはポリメラーゼ連鎖反応(PCR)などの当業者に周知の方法
を用いて行うことができる。このようなヌクレオチド配列の改変により、1つ以
上のアミノ酸またはアミノ酸配列領域が変更されることは当業者には明らかであ
る。これらの条件は、当業者の範囲内である。これらの標準的な方法は、上記の
実験マニュアルに記載されている。
The thionine gene thus obtained may be modified, if necessary, in part or in its sequence to alter its activity and specificity, or to facilitate subsequent genetic recombination operations. Can be. Such modifications can be made using methods well known to those skilled in the art, such as site-directed mutagenesis or the polymerase chain reaction (PCR). It will be apparent to those skilled in the art that such alterations in the nucleotide sequence will alter one or more amino acids or amino acid sequence regions. These conditions are within the skill of the art. These standard methods are described in the above experimental manual.

 植物細胞内でチオニンを効率的に発現させるための発現カセットは、チオニン
遺伝子のコード領域以外に、チオニン遺伝子をmRNAに転写するためのプロモ
ーター、そして必要に応じてプロモーターに作用してその転写活性を調節するエ
ンハンサー、および転写されたmRNAの安定性に関与しているターミネーター
の領域から構成される。
An expression cassette for efficiently expressing thionin in plant cells includes, in addition to the coding region of the thionin gene, a promoter for transcribing the thionin gene to mRNA, and, if necessary, acting on the promoter to reduce its transcription activity. It consists of a regulatory enhancer and a terminator region that is involved in the stability of the transcribed mRNA.

 プロモーターは、導入された植物細胞内でチオニン遺伝子をmRNAに転写す
ることができれば、特に限定されない。このようなプロモーターは、植物に由来
しないプロモーター(例えば、カリフラワーモザイクウイルス35S(CaMV35S)
RNA、ノパリン合成酵素(nos)、またはオクトピン合成酵素(ocs)のプロモ
ーター)であってもよく、また植物に由来するプロモーター(例えば、カルコン
合成酵素などの二次代謝系の酵素のプロモーター、またはグリシニンなどの貯蔵
タンパク質のプロモーターなど)であってもよい。プロモーターを適切に選択す
ることによって、高い病害抵抗性を示す植物の作出が可能となる。植物でのチオ
ニンの発現を可能にするために好適なプロモーターとしては、例えば、CaMV35S
プロモーターである。CaMV35Sプロモーターは、例えば、pBI121(Clontech)、p
BI221(Clontech)およびpCaMVCN(Pharmacia)などのベクター中にクローン化
されている。本発明において、好ましくは、形質転換植物の細胞内でのチオニン
遺伝子の発現のためにCaMV35Sプロモーターが使用される。
The promoter is not particularly limited as long as it can transcribe the thionin gene into mRNA in the introduced plant cell. Such a promoter is not a plant-derived promoter (for example, cauliflower mosaic virus 35S (CaMV35S)).
RNA, a nopaline synthase (nos), or an octopine synthase (ocs) promoter, or a plant-derived promoter (eg, a secondary metabolic enzyme promoter such as chalcone synthase, or glycinin) Storage protein promoter). By properly selecting a promoter, a plant showing high disease resistance can be produced. Suitable promoters for enabling the expression of thionin in plants include, for example, CaMV35S
Promoter. The CaMV35S promoter is, for example, pBI121 (Clontech), p
It has been cloned into vectors such as BI221 (Clontech) and pCaMVCN (Pharmacia). In the present invention, the CaMV35S promoter is preferably used for the expression of the thionin gene in the cells of the transformed plant.

 導入されたチオニン遺伝子の発現レベルは、エンハンサー領域を導入すること
により高くなる。エンハンサー領域は、イントロンなどの非翻訳領域またはプロ
モーター領域内の特定の領域部分であり、用いるプロモーター領域の5'または
3'、あるいはその両方に配置することもできる。エンハンサー領域は、例えば
、CaMV35Sプロモーター内の-343〜-90の領域(Kar, R.ら、Science, 236:1299-
1302, 1987)、Ω配列と呼ばれるタバコモザイクウイルスの5'非翻訳領域(Gal
lie, D.R.ら、Nucl. Acids. Res., 15:3257-3272, 1987)、アルファルファモ
ザイクウイルスの5'非翻訳領域(Jobling, S.A.ら、Nature, 325:622-625, 19
87)、およびインゲンマメファゼオリンのイントロン配列(Slightom, J.L.ら、
Proc. Natl. Acad. Sci. USA 80:1897-1901, 1983)がある。これらのエンハン
サー領域は、単独で使用してもよく、また互いに組み合わせて使用してもよい。
さらに、これらのエンハンサー領域は複数個用いることができる。本発明におい
て、好ましくは、タバコモザイクウイルスのΩ配列、CaMV35Sプロモーター内の
領域、またはインゲンマメファゼオリンのイントロン配列、そしてより好ましく
はそれらすべてが使用される。CaMV35Sプロモーターと組み合わせてそれらエン
ハンサー配列を使用するとき、好ましくは、Ω配列およびインゲンマメファゼオ
リンのイントロン配列はCaMV35Sプロモーターのコア領域(-90〜-1)に対して3
'側に、CaMV35Sプロモーター内の領域のエンハンサー領域は5'側に配置される
。エンハンサー配列の数は、形質転換を行う植物に依存する。
The expression level of the introduced thionin gene is increased by introducing an enhancer region. The enhancer region is a non-translated region such as an intron or a specific region within the promoter region, and may be located 5 ′ or 3 ′ of the promoter region to be used, or both. The enhancer region is, for example, a region of -343 to -90 in the CaMV35S promoter (Kar, R. et al., Science, 236: 1299-).
1302, 1987), the 5 'untranslated region of the tobacco mosaic virus called the Ω sequence (Gal
lie, DR et al., Nucl. Acids. Res., 15: 3257-3272, 1987), 5 'untranslated region of alfalfa mosaic virus (Jobling, SA et al., Nature, 325: 622-625, 19).
87), and the intron sequence of kidney bean phaseolin (Slightom, JL et al.,
Proc. Natl. Acad. Sci. USA 80: 1897-1901, 1983). These enhancer regions may be used alone or in combination with each other.
Further, a plurality of these enhancer regions can be used. In the present invention, preferably, the Ω sequence of the tobacco mosaic virus, the region within the CaMV35S promoter, or the intron sequence of common bean phaseolin, and more preferably all of them are used. When using these enhancer sequences in combination with the CaMV35S promoter, preferably the Ω sequence and the intron sequence of kidney bean phaseolin are 3 to the core region (-90 to -1) of the CaMV35S promoter.
On the 'side, the enhancer region of the region within the CaMV35S promoter is located on the 5' side. The number of enhancer sequences depends on the plant to be transformed.

 チオニンの酵素としての発現量(翻訳量)は、チオニン遺伝子の3'に存在す
る3'非翻訳領域(すなわち、ターミネーター)によって変化する(Ow, D.W.ら
、上記)。ポリアデニル化シグナル部位を含むターミネーターをコード領域の3
'に導入することにより、転写されたmRNAが安定化され、その結果、チオニ
ンの翻訳量が変化する。このようなターミネーターとしては、CaMV35Sターミネ
ーター、ノパリン合成酵素およびオクトピン合成酵素のターミネーターが挙げら
れるが、これらには限定されない。本発明においては、好ましくは、ノパリン合
成酵素ターミネーターが用いられる。
The expression level (translation level) of thionin as an enzyme varies depending on the 3 ′ untranslated region (ie, terminator) present in 3 ′ of the thionin gene (Ow, DW et al., Supra). A terminator containing a polyadenylation signal site was added to the 3rd region of the coding region.
In this case, the transcribed mRNA is stabilized, and as a result, the amount of thionin translated is changed. Such terminators include, but are not limited to, CaMV35S terminator, nopaline synthase and octopine synthase terminators. In the present invention, a nopaline synthase terminator is preferably used.

 本発明に使用されるチオニン発現ベクターは、チオニン遺伝子以外に、形質転
換された植物細胞(または植物)の容易な選択を可能にする選択マーカーとなる
形質を付与する遺伝子を含有する。このような遺伝子は、例えば、カナマイシン
およびネオマイシンの両抗生物質に対する耐性のためのネオマイシンホスホトラ
ンスフェラーゼ(NPTII)遺伝子、ならびにハグロマイシン耐性のためのハイ
グロマイシンホスホトランスフェラーゼ(HPT)遺伝子である。これらの選択
マーカー遺伝子は、単独で使用してもよく、または2つ以上を組合せて使用して
もよい。本発明において、チオニン発現ベクターは、好ましくは、選択マーカー
遺伝子としてNPTII遺伝子およびHPT遺伝子を含有する。これらの遺伝子も
また、CaMV35Sプロモーターの制御下にあり、そしてnosターミネーターをその3
'に有する。その結果、得られる形質転換植物は、カナマイシンおよびハイグロ
マイシンの両方に対して耐性を有する。
The thionin expression vector used in the present invention contains, in addition to the thionin gene, a gene that imparts a trait as a selectable marker that allows easy selection of transformed plant cells (or plants). Such genes are, for example, the neomycin phosphotransferase (NPTII) gene for resistance to both kanamycin and neomycin antibiotics, and the hygromycin phosphotransferase (HPT) gene for hagromycin resistance. These selectable marker genes may be used alone or in combination of two or more. In the present invention, the thionin expression vector preferably contains an NPTII gene and an HPT gene as selectable marker genes. These genes are also under the control of the CaMV35S promoter and the nos terminator
Have to '. As a result, the resulting transformed plants are resistant to both kanamycin and hygromycin.

 本発明に使用されるチオニン発現ベクターは、さらに、必要に応じて、植物細
胞内で安定に発現し得るチオニン遺伝子および選択マーカー遺伝子を含む領域を
植物細胞の染色体内に組み込むための領域(例えば、土壌細菌Agrobacterium tu
mefaciensの感染により腫瘍誘発に関係するTiプラスミド由来のRB配列領域
およびLB配列領域)、ならびにAgrobacterium tumefaciens(植物細胞内に発
現ベクターを導入するために使用される)内での複製に必要な領域をさらに含む
。さらに、このような発現ベクターは、このベクター上での遺伝子組換え操作を
容易に行うために、大腸菌(E.coli)での複製および選択可能を可能にするマー
カー(例えば、アンピシリン耐性)遺伝子領域を含み得る。本発明における発現
ベクターは、好ましくは、チオニン遺伝子、選択のための薬剤耐性遺伝子、植物
細胞の染色体内への組み込みを可能にするRBおよびLB配列領域、Agrobacter
ium tumefaciens内での複製に必要な領域、ならびに大腸菌での複製および選択
マーカー遺伝子領域を含む。
The thionin expression vector used in the present invention further comprises, if necessary, a region for integrating a region containing a thionin gene and a selectable marker gene that can be stably expressed in plant cells into the chromosome of plant cells (for example, Agrobacterium tu soil bacteria
RB sequence region and LB sequence region derived from Ti plasmid which are involved in tumor induction by infection with mefaciens), and regions required for replication in Agrobacterium tumefaciens (used for introducing an expression vector into plant cells). In addition. In addition, such expression vectors may have a marker (eg, ampicillin resistance) gene region that enables replication and selectivity in E. coli to facilitate genetic recombination operations on the vector. May be included. The expression vector in the present invention is preferably a thionin gene, a drug resistance gene for selection, an RB and LB sequence region enabling integration into a chromosome of a plant cell, Agrobacterium
It contains regions required for replication in ium tumefaciens, as well as replication and selectable marker gene regions in E. coli.

 このような発現ベクターは、これらの配列領域を既に含む、例えば、Tiプラ
スミドに由来するpBI121(Clontech)などの植物用の発現ベクターを用いて構築
することができる。pBI121(Clontech)は、LB配列とRB配列に挟まれた領域
内に、いずれも、CaMV35Sプロモーターの制御下のβ−グルクロニダーゼ(GU
S)およびNPTII遺伝子の2つの発現ユニットを有する。
Such an expression vector can be constructed using a plant expression vector already containing these sequence regions, such as pBI121 (Clontech) derived from the Ti plasmid. pBI121 (Clontech) contains β-glucuronidase (GU) under the control of the CaMV35S promoter in the region between the LB and RB sequences.
S) and two expression units of the NPTII gene.

 本発明に使用できるチオニン発現ベクターは、例えば、pBI121(Clontech)の
GUS領域をチオニンのコード領域と置換することによって得られる。簡潔に記
載すると、この発現ベクターは、制限酵素(BamHIおよびSacI)消化によりGU
S領域を除いたpBI121(Clontech)に、制限酵素(BamHIおよびSacI)消化によ
り得られたチオニンのコード領域を挿入することによって作製される。エンハン
サー配列は、例えば、pL11A-A25(Nishiguchi, Mら、Nucl. Acids Res., 13:55
85-5590, 1985)および上記のpBI121(Clontech)から制限酵素による消化、ま
たはこれらをテンプレートとして、適切なプライマーを用いるポリメラーゼ連鎖
反応(PCR)により得ることができる。その後、これらの配列を、例えば、Hi
ndIII部位を用いて、CaMV35Sプロモーターの5'側に、および/またはBamHI部位
を用いてその3'側に導入することができる。
The thionin expression vector that can be used in the present invention is obtained, for example, by replacing the GUS region of pBI121 (Clontech) with a thionin coding region. Briefly, this expression vector was transformed into GU by restriction enzyme (BamHI and SacI) digestion.
It is prepared by inserting the thionin coding region obtained by digestion with restriction enzymes (BamHI and SacI) into pBI121 (Clontech) from which the S region has been removed. Enhancer sequences are described, for example, in pL 11 A-A25 (Nishiguchi, M et al., Nucl. Acids Res., 13:55).
85-5590, 1985) and pBI121 (Clontech) described above, by restriction enzyme digestion, or by using these as templates by polymerase chain reaction (PCR) using appropriate primers. Subsequently, these sequences are, for example, Hi
It can be introduced 5 'to the CaMV35S promoter using an ndIII site and / or 3' to it using a BamHI site.

 あるいは、本発明に使用されるチオニン発現ベクターは、他のクローニングベ
クター(例えば、pUC18およびpBluescriptTM(Stratagene))上で、必要な領域
の特定の部分(例えば、エンハンサー配列を有するプロモーター領域、コード領
域とプロモーター領域および/またはターミネーター領域とを組み合わせた領域
、およびその一部)を構築することができる。そのような部分領域を植物細胞発
現用ベクター(例えば、pBI121(Clontech))へ置換などにより導入することに
より、目的とする最終の植物細胞導入用のチオニン発現ベクターを構築すること
ができる。このように発現ベクターの構築方法は、上記の手順に限定されること
なく、当業者の範囲内である。
Alternatively, the thionin expression vector used in the present invention may be obtained by, on another cloning vector (for example, pUC18 and pBluescript (Stratagene)), a specific part of a necessary region (for example, a promoter region having an enhancer sequence, a coding region). And a region combining the promoter region and / or the terminator region, and a part thereof). By substituting such a partial region into a plant cell expression vector (for example, pBI121 (Clontech)) by substitution or the like, a desired final thionin expression vector for plant cell introduction can be constructed. Thus, the method of constructing an expression vector is not limited to the above procedure, and is within the purview of those skilled in the art.

 構築されたチオニン発現ベクターのチオニン発現カセットの植物細胞への導入
は、植物に対して感染能を有するAgrobacterium tumefaciensまたはAgrobacteri
um rizogenesなどの土壌細菌を介する方法、エレクトロポレーションによる方法
などの方法を用いて実施することができる。
Introduction of the thionin expression cassette into the plant cells of the constructed thionin expression vector is performed by infecting Agrobacterium tumefaciens or Agrobacteri
The method can be carried out using a method such as a method using soil bacteria such as um rizogenes or a method using electroporation.

 Agrobacteriumtumefaciensを介する方法は、植物細胞への感染に先立って、
構築した発現ベクターのAgrobacterium tumefaciensへの導入を必要とする。Agr
obacterium tumefaciensへの構築した発現ベクターの導入は、E.coliに対する方
法と同様な方法、例えば、カルシウム処理による導入、凍結融解法、またはエレ
クトロポレーション法を用いて行われる。導入に必要なAgrobacterium tumefaci
ensの培養は、例えば、LB培地またはYEB培地などの培地を用いて、適切な
条件下(例えば、25〜30℃で、24〜36時間)で行うことができる。
Agrobacterium tumefaciens-mediated method, prior to infection of plant cells,
It requires introduction of the constructed expression vector into Agrobacterium tumefaciens. Agr
Introduction of the constructed expression vector into bacterium tumefaciens is performed by a method similar to the method for E. coli, for example, introduction by calcium treatment, freeze-thaw method, or electroporation method. Agrobacterium tumefaci required for introduction
The culture of ens can be performed using a medium such as an LB medium or a YEB medium under appropriate conditions (for example, at 25 to 30 ° C. for 24 to 36 hours).

 Agrobacteriumtumefaciensの感染による発現ベクターの植物細胞内への導入
は、植物の種子または組織片(例えば、葉および/または茎の切片)と、発現ベ
クターを含有するAgrobacterium tumefaciensの菌体(または、培養液)とを所
定の時間接触させることにより達成される。葉の切片を用いる方法は、リーフデ
ィスク法として当業者には公知である(例えば、Horsch, R.B.ら、Science 227
:1229,1985)。Agrobacteriumtumefaciensが感染する植物の範囲およびその
効率は、その菌種によって異なる。例えば、Agrobacterium tumefaciens LBA440
4株は、双子葉植物、特にタバコには容易に感染するが、イネなどの単子葉植物
への感染は困難である。これに対して、例えば、Agrobacterium tumefaciens EH
A101株は、LBA4404株と比較して、単子葉植物に対しても十分に高い感染効率を
有する。
Introduction of an expression vector into a plant cell by infection with Agrobacterium tumefaciens is performed by introducing a plant seed or tissue fragment (eg, leaf and / or stem section) and a cell (or culture solution) of Agrobacterium tumefaciens containing the expression vector. And for a predetermined time. Methods using leaf sections are known to those skilled in the art as the leaf disk method (eg, Horsch, RB et al., Science 227).
: 1229,1985). The range of plants infected by Agrobacterium tumefaciens and their efficiency vary depending on the species. For example, Agrobacterium tumefaciens LBA440
The four strains easily infect dicotyledonous plants, particularly tobacco, but are difficult to infect monocotyledonous plants such as rice. In contrast, for example, Agrobacterium tumefaciens EH
The A101 strain has a sufficiently high infection efficiency even for monocotyledonous plants as compared to the LBA4404 strain.

 Agrobacteriumtumefaciensの感染を確実にするために、その後、植物の種子
または組織片は、固体培地上に置かれる。この培地には、植物細胞を植物体への
分化/誘導および増殖のために、サイトカイニンおよびオーキシンを組み合わせ
て添加される。サイトカイニンとしては、例えば、カイネチン、ベンジルアデニ
ン、ゼアチン、2-イソペンテニルアデニンが、通常、0.1〜10ppmの濃度で用い
られる。オーキシンとして、例えば、インドール酢酸、インドール酪酸、2-ナフ
タレン酢酸、2,4-ジクロロフェノキシ酢酸が、通常、1〜10ppm濃度で用いら
れる。これらの組み合わせ、およびそれらの濃度は、使用する植物および組織に
依存して変化するが、例えば、下記の実験マニュアルを参考にして、当業者はそ
れらを決定し得る。
To ensure the infection of Agrobacterium tumefaciens, the plant seeds or explants are then placed on a solid medium. To this medium, a combination of cytokinin and auxin is added for the differentiation / induction and growth of plant cells into plants. As the cytokinin, for example, kinetin, benzyladenine, zeatin and 2-isopentenyladenine are usually used at a concentration of 0.1 to 10 ppm. As the auxin, for example, indoleacetic acid, indolebutyric acid, 2-naphthaleneacetic acid, and 2,4-dichlorophenoxyacetic acid are usually used at a concentration of 1 to 10 ppm. These combinations, and their concentrations, will vary depending on the plant and tissue used, but those skilled in the art can determine them, for example, with reference to the following experimental manual.

 具体的には、発現ベクターを含有するAgrobacterium tumefaciens(例えば、E
HA 101株)の培養液と、種子を培養することによって得たカルスとを混合し、ゆ
っくりと撹拌する(例えば、15分間)。その後、カルスから植物体を分化/誘
導するために、例えば、2,4-ジクロロフェノキシ酢酸および糖(通常、3%スク
ロース)を添加した植物組織培養用培地(例えば、ムラシゲ−スクーグ(MS)
培地、リンスマイヤー−スクーグ(LS)培地、またはガンボルグB5培地など
)の寒天培地上にカルスを置き、その後、例えば、27℃で3日間培養する。こ
こで使用される培地の組成は、形質転換する植物およびその組織に応じて変化す
ることは、当業者には明らかである。
Specifically, Agrobacterium tumefaciens containing an expression vector (for example, E.
The culture solution of HA 101 strain) and the callus obtained by culturing the seeds are mixed and slowly stirred (for example, for 15 minutes). Then, in order to differentiate / induce the plant from the callus, for example, a plant tissue culture medium (for example, Murashige-Skoog (MS)) supplemented with 2,4-dichlorophenoxyacetic acid and sugar (usually 3% sucrose)
The callus is placed on an agar medium such as a medium, Rinsmeyer-Skoog (LS) medium, or Gamborg B5 medium, and then cultured, for example, at 27 ° C. for 3 days. It will be apparent to those skilled in the art that the composition of the medium used here will vary depending on the plant to be transformed and its tissue.

 その後、感染させたAgrobacterium tumefaciensの除菌処理と合わせて、チオ
ニン遺伝子を含む感染細胞の選択が行われる。
Thereafter, the infected cells containing the thionin gene are selected together with the eradication treatment of the infected Agrobacterium tumefaciens.

 Agrobacteriumtumefaciensの除菌は、上記の固体培地に抗生物質(例えば、5
00ppmカルベニシリン)をさらに添加した培地を用いて、上記カルスの培養を行
う。発現ベクターが組込まれたカルスの選択は、発現ベクター中に存在する選択
マーカー遺伝子に対応した抗生物質を添加した培地で行われる。例えば、カナイ
マシンまたはハイグロマイシン耐性である場合には、それぞれ、例えば、100ppm
カナイマシン、30ppmハイグロマイシンが使用される。2〜3週間毎に、新しい
選択培地上に移植して、除菌および選択を行うと同時に、不定芽を分化/誘導さ
せる。Agrobacterium tumefaciensの除菌を完全にするために、選択培地での培
養の初期にカルベニシリンをさらに添加してもよい。培養温度は、通常、20〜
30℃である。明暗条件は、典型的には、16時間の明期/8時間の暗期である
。このときの培養条件は植物に応じて変化することは、当業者には明らかである
。形成した不定芽を切り取り、オーキシンおよびサイトカイニンを含まない選択
培地に移し、そして、上記と同様の条件で、さらに培養を続けて発根させる。こ
のようにして得られた幼植物体を馴化し、そして、自然環境下または人工環境下
で通常の土壌で生育できるようする。
Eradication of Agrobacterium tumefaciens is performed by adding antibiotics (for example, 5
The above callus is cultured using a medium further supplemented with (00 ppm carbenicillin). The callus into which the expression vector has been integrated is selected in a medium to which an antibiotic corresponding to the selectable marker gene present in the expression vector has been added. For example, in the case of canine machine or hygromycin resistance, for example, 100 ppm, respectively
Kanai machine, 30 ppm hygromycin is used. Every 2-3 weeks, they are transplanted onto a fresh selection medium to allow eradication and selection while at the same time allowing adventitious shoots to differentiate / induce. In order to complete the eradication of Agrobacterium tumefaciens, carbenicillin may be further added at the beginning of the culture in the selective medium. Culture temperature is usually 20 to
30 ° C. The light-dark conditions are typically 16 hours light / 8 hours dark. It is obvious to those skilled in the art that the culture conditions at this time vary depending on the plant. The adventitious buds that have formed are cut off, transferred to a selective medium without auxin and cytokinin, and further cultured under the same conditions as above to allow rooting. The seedlings obtained in this way are adapted and allowed to grow on ordinary soil in a natural or artificial environment.

 本発明の別の実施態様において、チオニン遺伝子を含む発現カセットの植物細
胞への導入(感染)は、種子の代わりに、植物の組織(例えば、葉)から調製し
たプロトプラストを用いて行うことができる(例えば、Marton, L.ら、Nature 2
77:1229, 1979)。プロトプラストを用いる場合には、エレクトロポレーション
によって、直接、チオニン遺伝子を含む発現ベクターを植物細胞に導入すること
もできる。発現ベクターが導入されたプロトプラストは、細胞壁を再生させるた
めに、適切な条件下で培養される。その後の手順は、上記の種子から得られるカ
ルスの場合と同様の手順を用いて、植物を分化/誘導する。
In another embodiment of the present invention, introduction (infection) of an expression cassette containing a thionin gene into a plant cell can be performed using protoplasts prepared from plant tissues (eg, leaves) instead of seeds. (See, for example, Marton, L. et al., Nature 2
77: 1229, 1979). When using protoplasts, an expression vector containing a thionin gene can be directly introduced into plant cells by electroporation. The protoplast into which the expression vector has been introduced is cultured under appropriate conditions to regenerate the cell wall. Subsequent procedures differentiate / induce plants using the same procedure as for callus obtained from seeds described above.

 このような植物の形質転換の手順は、例えば、Plat Genetic Transformation
and Gene Expression A Laboratory Manual(Draper,J.ら編、Blackwell Scient
ific Publications, 1988)およびDNA Cloning, apractical approach(Glover
, D.M.ら編、第2巻、IRL Press, 1985)などの実験マニュアルに記載されてい
る。
Procedures for such plant transformation include, for example, Plat Genetic Transformation
and Gene Expression A Laboratory Manual (edited by Draper, J. et al., Blackwell Scient
ific Publications, 1988) and DNA Cloning, apractical approach (Glover
, DM et al., Vol. 2, IRL Press, 1985).

 本発明の形質転換植物の導入遺伝子を、以下の方法により定性的および定量的
に分析することができる。例えば、チオニン遺伝子を導入した植物の葉を回収し
、液体窒素で凍結して粉砕することを包含する方法(Verwoerd et al., (1989)
Nucl. Acids Res. 17, 2362)によりmRNAを回収する。回収したmRNAを
電気泳動によって分離し、ニトロセルロース膜などに転移し、チオニン遺伝子の
mRNAに特異的にハイブリダイズする標識DNAまたはRNAプローブと反応
させるノーザンブロット解析によって調べることができる。mRNAの回収方法
およびノーザンブロット解析方法の条件を、状況に応じて変更し得ることが当業
者には理解される。また、形質転換植物から公知の方法によりタンパク質を回収
し、電気泳動によって分離し、ニトロセルロース膜などに転移し、チオニンに対
する抗体と結合させ、その抗体に特異的な標識抗体(125I標識抗体、ペルオキシ
ダーゼ結合抗IgG)で検出するウェスタンブロット解析によっても調べることが
できる。形質転換植物の導入遺伝子の定性的および定量的な分析は、上記方法に
限定されない。
The transgene of the transformed plant of the present invention can be qualitatively and quantitatively analyzed by the following method. For example, a method comprising recovering the leaves of a plant into which a thionin gene has been introduced, freezing in liquid nitrogen and pulverizing (Verwoerd et al., (1989)
MRNA is recovered by Nucl. Acids Res. 17, 2362). The collected mRNA can be separated by electrophoresis, transferred to a nitrocellulose membrane or the like, and examined by Northern blot analysis in which the mRNA is reacted with a labeled DNA or RNA probe that specifically hybridizes to the mRNA of the thionin gene. It is understood by those skilled in the art that the conditions for the method for collecting mRNA and the method for Northern blot analysis can be changed depending on the situation. In addition, proteins are recovered from the transformed plants by a known method, separated by electrophoresis, transferred to a nitrocellulose membrane or the like, bound to an antibody against thionin, and labeled with a specific antibody ( 125I- labeled antibody, It can also be determined by Western blot analysis, which detects with peroxidase-conjugated anti-IgG). The qualitative and quantitative analysis of the transgene of the transformed plant is not limited to the above method.

 本発明の形質転換植物の病害抵抗性を、以下の方法によって検定することがで
きる。例えば、得られた形質転換植物の葉に針、刃などで傷を付け(Mock処理)
、病原菌を含む菌液を接種し、感染によって傷害を受けた部分の面積を同様に処
理した非形質転換植物のそれと比較することにより形質転換植物の抵抗性を検定
することができる。検定条件は、検定される植物種および病原菌種により変更さ
れ得ることが当業者には理解される。検定の際に、組織または細胞を、固定した
後または生きた状態のまま、アニリンブルー(Eschrich W.およびCurrier H.B.
、(1964)Stain Technology 39, 303-307)などの色素で染色することでさらに
容易に比較することができる。あるいは、形質転換植物から得られる種子を、病
原菌液に浸漬した後に土壌にまき、発芽、生育させて正常に生育する個体の数と
、同様に処理した非形質転換植物の種子から生育する個体の数とを比較すること
によっても調べることができる。そのほか、形質転換した植物細胞および非形質
転換植物の細胞を病原菌を加えた培地で所定の期間(例えば、3日)培養し、そ
の生存数を比較することによっても検定することができる。本発明の形質転換植
物の病害抵抗性の検定方法は、上記に限定されないことが当業者には理解される
The disease resistance of the transformed plant of the present invention can be assayed by the following method. For example, the leaves of the obtained transformed plant are scratched with a needle, blade, etc. (Mock treatment)
The resistance of the transformed plant can be assayed by inoculating a bacterial solution containing the pathogenic bacteria and comparing the area of the part damaged by the infection with that of a non-transformed plant similarly treated. It is understood by those skilled in the art that the assay conditions can be varied depending on the plant species and pathogen species to be assayed. During the assay, the tissues or cells are fixed or alive, aniline blue (Eschrich W. and Currier HB
, (1964) Stain Technology 39, 303-307) for comparison. Alternatively, seeds obtained from the transformed plant are immersed in the pathogen solution, then sown on the soil, germinated and grown, and the number of individuals growing normally and the number of individuals growing from the seeds of the non-transformed plant treated in the same manner. It can also be checked by comparing with a number. In addition, the assay can also be performed by culturing transformed plant cells and non-transformed plant cells in a medium supplemented with a pathogenic bacterium for a predetermined period (for example, 3 days) and comparing the numbers of surviving cells. It is understood by those skilled in the art that the method for assaying disease resistance of a transformed plant of the present invention is not limited to the above.

 本発明の形質転換植物は、交配(例えば、自家受粉、形質転換植物間での受粉
または形質転換植物と非形質転換植物との間の受粉)により繁殖のための種子を
形成させることができる。
The transformed plants of the present invention can form seeds for propagation by crossing (eg, self-pollination, pollination between transformed plants, or pollination between transformed and non-transformed plants).

 さらに、上記の感染細胞からの植物体の分化/誘導の手順を用いて、形質転換
された植物体の組織(例えば、根、茎、葉)または器官(例えば、生長点、花粉
)の組織培養によって、生殖過程(種子)を介することなく、さらなる形質転換
植物を得ることができる。このような技術および手順は、当業者には公知である
。組織培養の一般的な方法は、種々の実験マニュアルに記載されている。
In addition, tissue culture of transformed plant tissues (eg, roots, stems, leaves) or organs (eg, growing points, pollen) using the procedures for plant differentiation / induction from infected cells described above. Thereby, a further transformed plant can be obtained without going through a reproductive process (seed). Such techniques and procedures are known to those skilled in the art. General methods of tissue culture are described in various laboratory manuals.

 このようにして得られた本発明の形質転換植物は、形質転換により導入された
チオニン遺伝子により阻害されることなく正常に生育し、かつチオニン遺伝子の
発現によって少なくとも1つの病害に対して高い抵抗性を示す。さらに、形質転
換植物から得られる種子においても正常に発芽、成長し、そして少なくとも1つ
の病害に対して高い抵抗性を示す。これは導入されたチオニン遺伝子が次世代に
おいても保存されることを示し、それゆえ上記病害抵抗性が安定して後代に受け
継がれることを示す。従って、本発明により、高い病害抵抗性を示す実用的で有
用な植物が得られる。
The thus obtained transformed plant of the present invention grows normally without being inhibited by the thionin gene introduced by the transformation, and has a high resistance to at least one disease due to the expression of the thionin gene. Is shown. In addition, the seeds obtained from the transformed plants germinate and grow normally and show high resistance to at least one disease. This indicates that the introduced thionin gene is conserved in the next generation, and thus that the above-mentioned disease resistance is stably passed on to progeny. Therefore, according to the present invention, practical and useful plants exhibiting high disease resistance can be obtained.

 以下に実施例を挙げて本発明を説明するが、本発明は実施例のみに限定される
ものではない。
Hereinafter, the present invention will be described with reference to examples, but the present invention is not limited to the examples.

<実施例1>
形質転換イネ(チヨホナミ)の作出
(1)チオニン遺伝子の調製
 チオニンのcDNAクローンLTH92(特開平8−266279)、および
既知のチオニンの塩基配列の保存された領域(5'領域および酸性タンパク質領域
)に基づいて合成された、配列番号1および2によって示される以下の配列:
正方向:5'-AATCAAGCTTCCAAGTAGAAGGCAAGAGTTGC-3' (配列番号1)
逆方向:5'-AGTCTCTAGAGTCCATGTTGTCACAGACGG-3' (配列番号2)
を有する2組のプライマーを用いて、PCRによりチオニンcDNAにBamHI、S
acIの制限酵素部位を付加したチオニン遺伝子を得た。
<Example 1>
(1) Preparation of thionin gene Thionine cDNA clone LTH92 (Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-266279) and a known conserved region of thionin base sequence (5 ′ region and acidic protein region) The following sequences, represented by SEQ ID NOs: 1 and 2, were synthesized based on:
Forward direction: 5'-AATCAAGCTTCCAAGTAGAAGGCAAGAGTTGC-3 '(SEQ ID NO: 1)
Reverse direction: 5'-AGTCTCTAGAGTCCATGTTGTCACAGACGG-3 '(SEQ ID NO: 2)
BamHI, Sam was added to thionin cDNA by PCR using two sets of primers having
The thionin gene to which an acI restriction enzyme site was added was obtained.

 PCRの反応系は、0.5μlのTaqポリメラーゼ(5U/ml)、5μlの10×緩衝液
(100mMTris (pH 8.3)、500mMKCl、1%TritonX100)、4μlの2.5mM MgCl2
、4μlの10mMdNTP、1.25μlの上記の各プライマー(10pmol)、および約5
00ngのcDNAを、蒸留水で50μlに調製した系を用いた。PCRの反応条件
としては、94℃で2分間の変性反応を1回行った後、94℃で1分間の変性反
応、50℃で1分間のアニーリング反応、72℃で2分間の伸長反応からなるサ
イクルを25回繰り返し、最後に72℃で5分間の追加の伸長反応を行う条件を用
いた。
(2)チオニン発現カセットおよび発現ベクタ−の構築
 pE7133GUS(Mitsuharaら、Plant Cell Physiol.,37(1):49-59(1996))を制限
酵素HindIII/BamHIで消化し、アガロース電気泳動により分離し、GeneClean2(B
IO101)によりプロモーターカセット部分を得た。また、pBI121(Clontech)を制限
酵素HindIII/BamHIで消化し、アガロース電気泳動により分離し、GeneClean2(B
IO101)によりベクター部分を得た。これらをTakara Ligation Kit(Takara)を用
いて連結し、pBE7133GUSを得た。
The reaction system of PCR was 0.5 μl of Taq polymerase (5 U / ml), 5 μl of 10 × buffer (100 mM Tris (pH 8.3), 500 mM KCl, 1% Triton X100), 4 μl of 2.5 mM MgCl 2
4 μl of 10 mM dNTP, 1.25 μl of each of the above primers (10 pmol) and about 5
A system in which 00 ng of cDNA was adjusted to 50 μl with distilled water was used. The PCR reaction conditions include a denaturation reaction at 94 ° C. for 2 minutes, a denaturation reaction at 94 ° C. for 1 minute, an annealing reaction at 50 ° C. for 1 minute, and an elongation reaction at 72 ° C. for 2 minutes. The cycle was repeated 25 times, and conditions were used that lasted an additional extension reaction at 72 ° C. for 5 minutes.
(2) Construction of thionin expression cassette and expression vector pE7133GUS (Mitsuhara et al., Plant Cell Physiol., 37 (1): 49-59 (1996)) was digested with restriction enzymes HindIII / BamHI and separated by agarose electrophoresis. , GeneClean2 (B
IO101) to obtain a promoter cassette. Also, pBI121 (Clontech) was digested with restriction enzymes HindIII / BamHI, separated by agarose electrophoresis, and GeneClean2 (B
IO101) gave the vector portion. These were ligated using Takara Ligation Kit (Takara) to obtain pBE7133GUS.

 次に、pFF19(Timmermans, M.C.P.ら、J. Biotechnol., 14:333-344, 1990)を
BamHI/SacIで制限酵素消化することにより、CaMV35SプロモーターおよびCaMV35S
ターミネーターを含むハイグロマイシンホスホトランスフェラーゼ(HPT)遺
伝子を単離した。得られたHPT遺伝子フラグメントの両端を平滑化した後にSm
aIリンカーを連結し、そしてSmaIのアイソシゾマーの制限酵素Cfr9Iで消化した
。その後、このHPT遺伝子フラグメントをpBE7133GUSのGUS遺伝子の3'に
位置するCfr9I部位に挿入して、pBE7133GUS-HPTを得た。
Next, pFF19 (Timmermans, MCP et al., J. Biotechnol., 14: 333-344, 1990) was used.
By restriction enzyme digestion with BamHI / SacI, CaMV35S promoter and CaMV35S
The hygromycin phosphotransferase (HPT) gene containing the terminator was isolated. After smoothing both ends of the obtained HPT gene fragment, Sm
The aI linker was ligated and digested with the SchiI isoschizomer restriction enzyme Cfr9I. Thereafter, this HPT gene fragment was inserted into the Cfr9I site located 3 ′ of the GUS gene of pBE7133GUS to obtain pBE7133GUS-HPT.

 次に、pBE7133GUS-HPTをBamHI/SacIの制限酵素で消化して、GUSのコード領
域を除き、上記で得られたチオニン遺伝子を挿入して、チオニン発現ベクターpB
E7133H-Thioninを得た。pBE7133H-Thionin中のNPTII遺伝子を制御するCaMV35
Sプロモーターからチオニン遺伝子を挟んでHPT遺伝子の3’側に位置するnos
ターミネーターまでの部分をチオニン発現カセットと称する。
(3)チオニン発現カセットのAgrobacterium tumefaciens EHA101株への導入
 Agrobacteriumtumefaciens EHA101株(東北大学農学部植物育種学研究室より
入手)を、5mlのYEB培地(0.1%酵母抽出物、0.5%肉抽出物、0.5%ペプト
ン、0.5%スクロース、0.05%MgSO4・7H2O)で30℃で一晩振盪培養した。次い
で、1リットルフラスコ中で200mlのYEB培地に5mlの上記培養物を加え、さ
らに30℃で5〜6時間培養した。遠心分離(4000rpmで5分間)により菌体を
集め、そして100mlの10mM Tris-HCl(pH 8.0)中に懸濁した。再度、遠心分離を
行い、得られた菌体を2mlのYEB培地中に懸濁した。微量遠心チューブ中でこ
の懸濁液の200μlと0.5μgのpBE7133H-Thioninを含む100μlのDNA溶液とを混
合し、ドライアイス/エタノール浴中で凍結させた(5分間)。次いで、37℃
の温浴中で融解し、25分間放置した。その後、2mlのYEB培地を添加し、3
0℃で1時間、振盪培養した。100μlの培養液をカナマイシン(50μg/ml)
およびハイグロマイシン(50μg/ml)を含有するYEB培地上に塗布し、そ
して30℃で約36時間の培養によりAgrobacterium tumefaciens EHA101株の耐
性菌を得た。このAgrobacterium tumefaciens EHA101株中のチオニン発現カセッ
トをアルカリ−SDS法により単離して、制限酵素分析によりその存在および構
造を確認した。
(4)イネの形質転換
 滅菌したイネの種子を、2mg/mlの2.4-ジクロロフェノキシ酢酸(以下2.4-D
)を含むMS培地(T. Murashige et al., Physiol. Plant., 15, 473 (1962))
で27℃で2週間培養し、カルスを形成させた。このカルスを共存培地(2mg/m
l 2.4-Dおよび1g/l カザミノ酸を含むMS培地)に移植し、27℃で培養を行
った。培養3日目に、カナマイシンおよびハイグロマイシンを含むYEB培地で
上記チオニン発現カセットを含むAgrobacterium tumefaciens EHA101株を増殖さ
せ、遠心分離した。ペレット化した菌体をLB培地に懸濁させた後、アセトシリ
ンゴンを添加して感染用のAgrobacterium tumefaciens EHA101株菌液を作製した
。この菌液を30℃で20分間保温した。培養4日目に感染用Agrobacterium tu
mefaciens EHA101株菌液に上記カルス塊を加え、30℃で15分間緩やかに撹拌
して、このカルス塊を感染させた。15分後にカルスを回収し、共存培地に置床
した。27℃、16時間日長で3日間培養し、次いで、カルベニシリンを含むLB培
地にて30℃で1時間培養し、その後、カルスのみを回収して選抜(増殖)培地(
500mg/l カルベニシリン、50mg/l ハイグロマイシンを含む共存培地)に置床し
た。これを、27℃、16時間日長で2週間培養した。新たに増殖してきた黄白色の
カルスを選抜(再分化前処理)培地(1mg/l 2.4-D、0.5mg/l BAP、2g/l カザ
ミノ酸、20g/l ショ糖、30g/l ソルビトール、500mg/l カルベニシリン、100mg/
l ハイグロマイシンを含むN6培地)に移植し、約2週間培養した後、選抜(再
分化)培地(0.01mg/l β-ナフタレン酢酸(NAA)、0.1mg/l BAP、1g/l カザミノ
酸、500mg/lカルベニシリン、100mg/lハイグロマイシンを含むN6培地)に移
植した。約2〜3週間で再分化した形質転換イネが得られた。
<実施例2>
イネ白葉枯病に対するイネ(チヨホナミ)の抵抗性の検定
 イネ白葉枯病に対する抵抗性検定は、ハイグロマイシンで選択して得られた形
質転換イネの自殖第1世代系統2-1、同系統11-2および同系統13-3の葉ならびに
非形質転換イネの葉を用いて行った。イネの葉に短針を用いて2カ所傷を付け、
1×107cfu/mlのイネ白葉枯病菌を含む細菌懸濁液を用いてイネ白葉枯病菌を接種
した。2週間栽培後、イネ白葉枯病菌の感染によって傷害を受けた葉の面積を肉
眼で評価した。イネ白葉枯病に対する抵抗性の指標として、野田ら(「北陸農試
報告」1989年)の葉身針接種によるイネ白葉枯病発病指数を用いた。
Next, pBE7133GUS-HPT was digested with BamHI / SacI restriction enzymes, the GUS coding region was removed, the thionin gene obtained above was inserted, and the thionin expression vector pB
E7133H-Thionin was obtained. CaMV35 regulates the NPTII gene in pBE7133H-Thionin
Nos located 3 'of the HPT gene from the S promoter with the thionin gene in between
The part up to the terminator is called a thionin expression cassette.
(3) Introduction of Thionine Expression Cassette into Agrobacterium tumefaciens EHA101 Strain Agrobacterium tumefaciens EHA101 strain (obtained from Plant Breeding Laboratory, Tohoku University, Faculty of Agriculture) was mixed with 5 ml of YEB medium (0.1% yeast extract, 0.5% meat extract, 0.5% peptone, 0.5% sucrose, and cultured with shaking overnight at 30 ° C. with 0.05% MgSO 4 · 7H 2 O ). Then, 5 ml of the above culture was added to 200 ml of YEB medium in a 1 liter flask, and further cultured at 30 ° C. for 5 to 6 hours. The cells were collected by centrifugation (4000 rpm for 5 minutes) and suspended in 100 ml of 10 mM Tris-HCl (pH 8.0). Centrifugation was performed again, and the obtained cells were suspended in 2 ml of YEB medium. 200 μl of this suspension and 100 μl of DNA solution containing 0.5 μg of pBE7133H-Thionin were mixed in a microfuge tube and frozen in a dry ice / ethanol bath (5 minutes). Then 37 ° C
In a warm bath and left for 25 minutes. Thereafter, 2 ml of YEB medium was added, and 3
Shaking culture was performed at 0 ° C. for 1 hour. 100 μl of the culture solution was kanamycin (50 μg / ml)
And Agrobacterium tumefaciens strain EHA101 was obtained by plating on YEB medium containing E. coli and hygromycin (50 μg / ml) and culturing at 30 ° C. for about 36 hours. The thionin expression cassette in this Agrobacterium tumefaciens EHA101 strain was isolated by the alkali-SDS method, and its presence and structure were confirmed by restriction enzyme analysis.
(4) Transformation of rice Sterilized rice seeds were treated with 2 mg / ml of 2.4-dichlorophenoxyacetic acid (hereinafter referred to as 2.4-D
) Containing MS medium (T. Murashige et al., Physiol. Plant., 15, 473 (1962))
At 27 ° C. for 2 weeks to form callus. This callus was added to a co-culture medium (2 mg / m
l-2.4-D and an MS medium containing 1 g / l casamino acid) and cultured at 27 ° C. On the third day of the culture, the Agrobacterium tumefaciens EHA101 strain containing the thionin expression cassette was grown in a YEB medium containing kanamycin and hygromycin, and centrifuged. After suspending the pelleted cells in LB medium, acetosyringone was added to prepare an Agrobacterium tumefaciens EHA101 strain solution for infection. This bacterial solution was kept at 30 ° C. for 20 minutes. Agrobacterium tu for infection on day 4 of culture
The callus mass was added to the mefaciens EHA101 strain solution, and the mixture was gently stirred at 30 ° C. for 15 minutes to infect the callus mass. After 15 minutes, the calli were collected and placed on a co-culture medium. Culture at 27 ° C. for 16 days with a photoperiod of 3 days, then at 30 ° C. for 1 hour in LB medium containing carbenicillin, then collect only callus and select (grow) medium (
(A co-culture medium containing 500 mg / l carbenicillin and 50 mg / l hygromycin). This was cultured at 27 ° C. for 16 hours with a photoperiod of 2 weeks. Newly grown yellow-white callus is selected (pre-regeneration treatment) medium (1 mg / l 2.4-D, 0.5 mg / l BAP, 2 g / l casamino acid, 20 g / l sucrose, 30 g / l sorbitol, 500 mg / l carbenicillin, 100mg /
l) After transplanting to N6 medium containing hygromycin and culturing for about 2 weeks, a selection (regeneration) medium (0.01 mg / l β-naphthaleneacetic acid (NAA), 0.1 mg / l BAP, 1 g / l casamino acid, (N6 medium containing 500 mg / l carbenicillin and 100 mg / l hygromycin). In about 2 to 3 weeks, regenerated transformed rice was obtained.
<Example 2>
Assay for Resistance of Rice (Chiyohonami) to Bacterial Leaf Blight The test for resistance to rice blight was carried out by the first-generation self-lined lines 2-1 and 11 of the transgenic rice obtained by selecting with hygromycin. -2 and 13-3 lines and untransformed rice leaves. Make two wounds on rice leaves with short needles,
A bacterial suspension containing 1 × 10 7 cfu / ml of Bacterial blight of rice was inoculated with Bacterial blight of rice. After cultivation for 2 weeks, the area of the leaves damaged by the infection of the bacterial leaf blight fungus was visually evaluated. Noda et al. ("Hokuriku Agricultural Experiment Report", 1989) was used as an index of resistance to rice leaf blight, using the rice leaf blight disease incidence index inoculated with a needle.

 イネ白葉枯病菌を接種した非形質転換イネにおいては、発病指数が4.4であっ
たのに対し、同じくイネ白葉枯病菌を接種した形質転換イネ自殖第1世代系統2-
1では1.8、同系統11-2では0.8、同系統13-3では2.2であった。形質転換イネは、
イネ白葉枯病に対して高い病害抵抗性を示した。結果を図1および図2に示す。
図1は、イネ白葉枯病菌に対する抵抗性をイネ白葉枯病発病指数を用いて示した
グラフである。各個体の葉についてそれぞれ8枚ずつ検定し、イネ白葉枯病発病
指数を決定して、その平均値をグラフで示した。図2は、上記抵抗性検定の結果
を示す写真である。上段の葉は、イネ白葉枯病菌を接種した形質転換イネ自殖第
1世代系統2-1の葉を示し、下段の葉は、イネ白葉枯病菌を接種した非形質転換
イネの葉を示す。
<実施例3>
イネ苗立枯細菌病に対するイネ(チヨホナミ)の抵抗性の検定
 イネ苗立枯細菌病に対する抵抗性検定は、形質転換イネ自殖第2世代系統2-1.
1および同系統11-2.1から得られた種子ならびに非形質転換イネから得られた種
子を用いて行った。1×106cfu/mlのイネ苗立枯細菌病菌懸濁液中で、イネの種子
を、1時間吸引し、3時間浸漬し、その後室温で一晩風乾した。浸種を、20℃
で3日間、2倍量のイオン交換水中で行い、催芽を30℃の高湿度下で1日行っ
た。その後、水稲育苗用培土に、ミニカップ当たり24粒の種子を播種し、30
℃、高湿度、暗黒化で出芽を3日間行い、その後閉鎖系温室内で栽培した。抵抗
性は、播種後約10日目に、上記種子から正常に生育する個体の数および苗立ち
率を比較することにより検定した。
In the non-transformed rice inoculated with the rice Bacterial Blight fungus, the disease index was 4.4, whereas the transformed rice inbred first generation line 2-
The value was 1.8 for 1; 0.8 for 11-2; and 2.2 for 13-3. Transformed rice is
High resistance to rice leaf blight. The results are shown in FIG. 1 and FIG.
FIG. 1 is a graph showing the resistance to Bacterial blight on rice using the Index of Bacterial Blight Onset of Rice. Eight leaves were tested for each individual leaf to determine the rice leaf blight onset index, and the average value was shown in a graph. FIG. 2 is a photograph showing the results of the resistance test. The upper leaf shows the leaves of the first-generation transgenic rice line 2-1 inoculated with the Bacterial Blight Fungus, and the lower leaf shows the leaves of non-transformed rice inoculated with the Bacterial Wilt Blight.
<Example 3>
Assay for Resistance of Rice (Chiyohonami) to Bacterial Seedling Blight Disease The resistance test for rice seedling blight disease was carried out by using a transgenic second-generation transgenic rice line 2-1.
1 and seeds obtained from the same line 11-2.1 and seeds obtained from untransformed rice. The rice seeds were sucked for 1 hour and immersed for 3 hours in 1 × 10 6 cfu / ml suspension of rice seedling bacterial wilt, and then air-dried at room temperature overnight. Soak at 20 ° C
For three days in twice the volume of ion-exchanged water, and germination was carried out at 30 ° C. under high humidity for one day. Thereafter, 24 seeds per minicup were sown on the cultivation soil for paddy rice seedlings,
Embryos were germinated for 3 days at ℃, high humidity and dark, and then cultivated in a closed greenhouse. About 10 days after sowing, the resistance was tested by comparing the number of individuals normally growing from the seeds and the establishment rate of seedlings.

 非形質転換イネから得られた種子をイネ苗立枯細菌病菌で感染させた場合、す
べての個体が出芽後間もなく枯死した。これに対して、形質転換イネ自殖第2世
代系統2-1.1から得られた種子をイネ苗立枯細菌病菌で感染させた場合、播種し
た種子は75%の苗立ち率を示し、正常に生育した。また、同系統11-2.1の場合
でも播種した個体は96%の苗立ち率を示し、同様に正常に生育した。形質転換
イネは、イネ苗立枯細菌病に対して高い病害抵抗性を示した。結果を表1および
図3に示す。図3は、上記抵抗性検定の結果を示す写真である。左の植物は、イ
ネ苗立枯細菌病菌を接種していない非形質転換イネを示し、中央の植物は、イネ
苗立枯細菌病菌を接種した形質転換イネ系統2-1.1を示し、右の植物は、イネ苗
立枯細菌病菌を接種した非形質転換イネを示す。
When seeds obtained from non-transformed rice were infected with bacterial seedling blight, all individuals died shortly after emergence. On the other hand, when the seeds obtained from the transformed rice second-generation line 2-1.1 were infected with the bacterial fungus of rice seedling blight, the seeds sown showed a seedling establishment rate of 75%, which was normal. Grew up. Also, in the case of the same line 11-2.1, the sown individual showed a 96% seedling establishment rate and similarly grew normally. The transformed rice showed high disease resistance to rice seedling blight disease. The results are shown in Table 1 and FIG. FIG. 3 is a photograph showing the results of the resistance test. The left plant shows untransformed rice not inoculated with rice seedling bacterial wilt, the middle plant shows transformed rice line 2-1.1 inoculated with rice seedling dead bacillus, and the right plant Shows a non-transformed rice plant inoculated with a rice seedling bacterial wilt disease.

Figure 2004041209
Figure 2004041209

<実施例4>
形質転換タバコ(Nicotiana tabacum Sammsun NN)の作出
 チオニン遺伝子の調製ならびにチオニン発現カセットおよび発現ベクターの構
築は実施例1と同様に行った。
(1)チオニン発現カセットのAgrobacterium tumefaciens LBA4404株への導入
 Agrobacteriumtumefaciens LBA4404株(Clontech)を250μg/mlのストレプ
トマイシンおよび50μg/mlのリファンピシンを含むLB培地(10g/lバクト
トリプトン、5g/l酵母エキストラクト、10g/l NaCl(pH7.2))中で28℃で
培養した。Nagelら(Microbiol. Lett., 67, 325 (1990))の方法に従って、Agr
obacterium tumefaciens LBA4404株の細菌懸濁液を調製し、実施例1(2)で作
製したチオニン発現ベクターpBE7133H-Thioninをエレクトロポレーションにより
上記菌株に導入した。Agrobacterium tumefaciens LBA4404株中のチオニン発現
カセットをアルカリ−SDS法により単離して、制限酵素分析によりその存在お
よび構造を確認した。
(2)タバコの形質転換
 上記で得られたチオニン発現カセットを含むAgrobacterium tumefaciens LBA4
404株をYEB培地で28℃で一晩振盪培養した。タバコ植物体より完全に伸長
した葉を切り取り滅菌した。滅菌した葉をペーパーパンチで切り取ってリーフデ
ィスクを作製し、このリーフディスクを滅菌水で20倍に希釈した上記培養液に
浸し、1〜2分間、緩やかに浸透した。浸透後、リーフディスクをMS培地で2
7℃で2日間培養した。培養後にリーフディスクをカルベニシリンを含むMS寒
天培地上に移し、照明下、26℃で1週間培養して、リーフディスクからAgroba
cterium tumefaciens LBA4404株を除いた。除菌したリーフディスクをカルベニ
シリン、カナマイシン、およびハイグロマイシンを含むMS寒天培地で2週間ご
とに継代培養し、形質転換したリーフディスクを選択した。このリーフディスク
から常法によりカルスを誘導し、タバコ植物体へと再分化させた。
<実施例5>
ジャガイモ疫病に対するタバコ(Nicotiana tabacum Sammsun NN)の抵抗性の検

 ジャガイモ疫病に対する抵抗性検定は、上記で得られた形質転換タバコの当代
系統4、5、15、18、41、および44の葉ならびに非形質転換タバコの葉
を用いて行った。ジャガイモ疫病菌をPDA培地(Tifco)にて18〜20℃で
約1週間培養し、得られた菌叢を直径3mmのコルクボーラーで打ち抜いて、ジャ
ガイモ疫病菌寒天ブロックを作製した。この寒天ブロックを上記の葉の上に菌叢
と葉とが接するように置いてジャガイモ疫病菌を接種し、27℃で保温した。ジ
ャガイモ疫病菌による葉の病斑の面積を、2〜3日後に肉眼で評価した。
<Example 4>
Preparation of Transformed Tobacco (Nicotiana tabacum Sammsun NN) Preparation of a thionin gene and construction of a thionin expression cassette and an expression vector were performed in the same manner as in Example 1.
(1) Introduction of a thionine expression cassette into Agrobacterium tumefaciens strain LBA4404 Agrobacterium tumefaciens strain LBA4404 (Clontech) was cultured in an LB medium containing 250 μg / ml streptomycin and 50 μg / ml rifampicin (10 g / l bactotryptone, 5 g / l yeast extract). , 10 g / l NaCl (pH 7.2)) at 28 ° C. Agr according to the method of Nagel et al. (Microbiol. Lett., 67, 325 (1990)).
A bacterial suspension of bacterium tumefaciens strain LBA4404 was prepared, and the thionine expression vector pBE7133H-Thionin prepared in Example 1 (2) was introduced into the above strain by electroporation. The thionine expression cassette in Agrobacterium tumefaciens strain LBA4404 was isolated by the alkali-SDS method, and its presence and structure were confirmed by restriction enzyme analysis.
(2) Transformation of tobacco Agrobacterium tumefaciens LBA4 containing the thionin expression cassette obtained above
The 404 strain was cultured with shaking in a YEB medium at 28 ° C. overnight. Leaves that were completely elongated from tobacco plants were cut off and sterilized. The sterilized leaves were cut out with a paper punch to prepare leaf disks, and the leaf disks were immersed in the above culture solution diluted 20-fold with sterile water, and gently permeated for 1-2 minutes. After infiltration, the leaf disk was washed with MS medium for 2 hours.
The cells were cultured at 7 ° C for 2 days. After the cultivation, the leaf disk was transferred onto an MS agar medium containing carbenicillin, cultured at 26 ° C. for 1 week under light, and
cterium tumefaciens LBA4404 strain was excluded. The disinfected leaf disk was subcultured every two weeks on an MS agar medium containing carbenicillin, kanamycin, and hygromycin, and the transformed leaf disk was selected. Callus was induced from this leaf disk by a conventional method and redifferentiated into tobacco plants.
<Example 5>
Assay for Resistance of Tobacco (Nicotiana tabacum Sammsun NN) to Potato Blight The resistance test to potato blight was carried out on the transgenic tobacco lines obtained above in the same manner as the current lines 4, 5, 15, 18, 41 and 44 of the leaves and non-leaf. This was performed using transformed tobacco leaves. The potato late blight fungus was cultured in a PDA medium (Tifco) at 18 to 20 ° C. for about one week, and the obtained flora was punched out with a cork borer having a diameter of 3 mm to prepare a potato late blight agar block. The agar block was placed on the leaves so that the microflora and the leaves were in contact with each other, inoculated with potato late blight, and kept at 27 ° C. The area of leaf lesions caused by the potato late blight was visually evaluated 2-3 days later.

 ジャガイモ疫病菌を接種した非形質転換タバコにおいては病斑面積が976mm2
あったのに対し、同じくジャガイモ疫病菌を接種した形質転換タバコ当代系統4
では48mm2、同系統44では57mm2、同系統18では40mm2であった。さらに、同
系統5、15、および41においてはジャガイモ疫病菌による傷害をほとんど受
けなかった。このように、形質転換タバコは、ジャガイモ疫病に対して高い病害
抵抗性を示した。結果を図4および図5に示す。図4は、ジャガイモ疫病菌に対
する抵抗性を病斑面積により示したグラフである。各個体の葉の上で4点ずつ検
定し、ジャガイモ疫病菌による病斑面積の平均値をグラフで示した。図5は、上
記抵抗性検定の結果を示す写真である。ジャガイモ疫病菌の接種3日後の各固体
の状態を示している。左から、ジャガイモ疫病菌を接種した非形質転換タバコ(
SNN)の葉、ジャガイモ疫病菌を接種した形質転換タバコ当代系統4(M7TH4)
および5(M7TH5)の葉を示す。
(配列表)

Figure 2004041209
The non-transformed tobacco inoculated with the potato late blight had a lesion area of 976 mm 2 , whereas the transformed tobacco modern line 4 similarly inoculated with the potato late blight
In 48 mm 2, 57 mm 2 in the same strain 44 was 40 mm 2 in the same strain 18. Further, in the same strains 5, 15, and 41, almost no damage was caused by the potato late blight. Thus, the transformed tobacco showed high disease resistance against potato blight. The results are shown in FIGS. FIG. 4 is a graph showing resistance to potato late blight by lesion area. Four points were tested on the leaves of each individual, and the average value of the lesion area caused by the potato late blight was shown in a graph. FIG. 5 is a photograph showing the results of the resistance test. The state of each solid 3 days after inoculation of the potato late blight fungus is shown. From left, untransformed tobacco inoculated with potato late blight (
SNN) Leaves, Transgenic tobacco line 4 (M7TH4) inoculated with potato late blight
And 5 (M7TH5) leaves.
(Sequence list)
Figure 2004041209

チオニン遺伝子を導入した形質転換イネのイネ白葉枯病に対する抵抗性を病斑指数により示したグラフ。The graph which showed the resistance with respect to the bacterial leaf blight of the transformed rice into which the thionin gene was introduced by the lesion index. チオニン遺伝子を導入した形質転換イネのイネ白葉枯病に対する抵抗性検定の結果を示す写真。The photograph which shows the result of the resistance test with respect to the bacterial leaf blight of the transformed rice into which the thionin gene was introduced. チオニン遺伝子を導入した形質転換イネのイネ苗立枯細菌病に対する抵抗性検定の結果を示す写真。The photograph which shows the result of the resistance test with respect to the rice seedling blight disease of the transformed rice into which the thionin gene was introduced. チオニン遺伝子を導入した形質転換タバコのジャガイモ疫病菌に対する抵抗性を病斑面積により示したグラフ。The graph which showed the resistance with respect to the potato late blight of the transformed tobacco which introduced the thionin gene by the lesion area. チオニン遺伝子を導入した形質転換タバコのジャガイモ疫病菌に対する抵抗性検定の結果を示す写真。The photograph which shows the result of the resistance test with respect to the potato late blight of the transgenic tobacco which introduced the thionin gene.

Claims (8)

チオニン遺伝子を含み、該チオニンを発現し得る発現カセットを有し、イネ白葉枯病菌、イネ苗立枯細菌病菌、イネ籾枯細菌病およびジャガイモ疫病菌からなる群より選択される病原菌に由来する少なくとも1つの病害に対して抵抗性を示す植物、植物。 It contains a thionin gene and has an expression cassette capable of expressing the thionin, and is derived from a pathogenic bacterium selected from the group consisting of rice bacterial wilt, rice seedling wilt, rice wilt and potato late blight. A plant or plant showing resistance to one disease. 前記チオニンがエンバク葉由来である、請求項1に記載の植物。 The plant according to claim 1, wherein the thionin is derived from oat leaves. 前記植物が、単子葉綱または双子葉綱の植物である、請求項1または2に記載の植物。 3. The plant according to claim 1, wherein the plant is a monocotyledonous or dicotyledonous plant. 前記単子葉綱の植物が、イネ科の植物である、請求項3に記載の植物。 The plant according to claim 3, wherein the monocotyledonous plant is a plant of the Poaceae family. 前記双子葉綱の植物が、ナス科の植物である、請求項3に記載の植物。 The plant according to claim 3, wherein the dicotyledonous plant is a plant of the Solanaceae family. 前記病害は、イネ白葉枯病またはイネ苗立枯病である、請求項1に記載の植物。 The plant according to claim 1, wherein the disease is rice leaf blight or rice seedling blight. 前記病害は、ジャガイモ疫病である、請求項1に記載の植物。 The plant according to claim 1, wherein the disease is a potato blight. 請求項1に記載の植物から得られる種子。 A seed obtained from the plant of claim 1.
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