JP2004135597A - 発現誘導型プロモーター及びその利用 - Google Patents
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Abstract
【課題】新たな発現誘導型プロモーターを提供する。
【解決手段】下記の第一DNA及び下記の第二DNAを有し、かつ、第一DNAの5’末端側に第二DNAを有することを特徴とする発現誘導型プロモーター。(1)第一DNA:RNAポリメラーゼIIによる転写開始部位を決定し最低限の転写水準維持に関与する領域を有するDNA(2)第二DNA:下記の(c)、(d)又は(e)のいずれかのDNA。(c)特定の塩基番号からなるDNA。(d)(c)の塩基配列において1若しくは複数の塩基が欠失、置換若しくは付加された塩基配列からなるDNA。(e)(c)の塩基配列に相補性を有する塩基配列に相補性を有する塩基配列からなるDNAとストリンジェントな条件下にハイブリダイズするDNA。
【選択図】 なし
【解決手段】下記の第一DNA及び下記の第二DNAを有し、かつ、第一DNAの5’末端側に第二DNAを有することを特徴とする発現誘導型プロモーター。(1)第一DNA:RNAポリメラーゼIIによる転写開始部位を決定し最低限の転写水準維持に関与する領域を有するDNA(2)第二DNA:下記の(c)、(d)又は(e)のいずれかのDNA。(c)特定の塩基番号からなるDNA。(d)(c)の塩基配列において1若しくは複数の塩基が欠失、置換若しくは付加された塩基配列からなるDNA。(e)(c)の塩基配列に相補性を有する塩基配列に相補性を有する塩基配列からなるDNAとストリンジェントな条件下にハイブリダイズするDNA。
【選択図】 なし
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、発現誘導型プロモーター及びその利用に関する。
【0002】
【従来の技術】
植物の細胞へ遺伝子を導入し発現させることによって有用形質を付与された形質転換植物の作出又は有用物質の植物における生産等が試みられている。このような形質転換植物においては、通常、導入される遺伝子は植物細胞において機能可能なプロモーターの制御下に置かれ、当該プロモーターによってその発現量や発現時期等が調節される。
形質転換植物に有用形質を付与する場合又は形質転換植物を利用して有用物質を生産させる場合において、その形質を常時発現させると植物にストレスを与えて生育阻害や生産性の低下を引き起こす場合があり、植物の収穫時又は環境ストレス付加時等の特定の時期に、例えば、傷害、強光、熱等の外的要因に惹起されて当該形質が発現させることが好ましい場合がある。このような場合には、かかる特定条件下に当該遺伝子を発現させるような発現誘導型プロモーターを使用することがよい。
【0003】
【特許文献1】
特開2000−60558号公報
【特許文献2】
特開2000−116259号公報
【特許文献3】
特開2000−116260号公報
【特許文献4】
特開2002−272469号公報
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来知られている発現誘導型プロモーターは限られており、新たな発現誘導型プロモーターの開発が望まれている。
【0005】
【課題を解決するための手段】
このような状況下、本発明者らは鋭意検討を行った結果、新たな発現誘導型プロモーターを見出し本発明に至った。
【0006】
本発明は、
1.下記の第一DNA及び下記の第二DNAを有し、かつ、第一DNAの5’末端側に第二DNAを有することを特徴とする発現誘導型プロモーター(以下、本発明プロモーターと記すこともある。)、
(1)第一DNA:
RNAポリメラーゼIIによる転写開始部位を決定し最低限の転写水準維持に関与する塩基配列を有するDNA
(2)第二DNA:
下記の(c)、(d)又は(e)のいずれかのDNA。
(c)配列番号1の塩基番号1から塩基番号1751までの塩基配列からなるDNA。
(d)配列番号1の塩基番号1から塩基番号1751までの塩基配列において1若しくは複数の塩基が欠失、置換若しくは付加された塩基配列からなり、かつ植物細胞において発現誘導型の制御プロモーター機能を有するDNA。
(e)配列番号1の塩基番号1から塩基番号1751までの塩基配列に相補性を有する塩基配列からなるDNAとストリンジェントな条件下にハイブリダイズし、かつ植物細胞において発現誘導型の制御プロモーター機能を有するDNA;
2.下記の第一DNA及び下記の第二DNAを有し、かつ、第一DNAの5’末端側に第二DNAを有することを特徴とする発現誘導型プロモーター、
(1)第一DNA:
下記の(a)又は(b)のいずれかのDNA。
(a)配列番号1の塩基番号1752から塩基番号1886までの塩基配列からなるDNA。
(b)ゲノム遺伝子が有するプロモーター領域から切り出される一部のDNAであって、当該DNAにおける3’末端は転写開始点に相当するヌクレオチドであり、かつ、当該DNAにおける5’末端は前記3末’端より46〜200塩基上流の位置にあるヌクレオチドであって、ミニマムプロモーター機能を有するDNA。
(2)第二DNA:
下記の(c)、(d)又は(e)のいずれかのDNA。
(c)配列番号1の塩基番号1から塩基番号1751までの塩基配列からなるDNA。
(d)配列番号1の塩基番号1から塩基番号1751までの塩基配列において1若しくは複数の塩基が欠失、置換若しくは付加された塩基配列からなり、かつ植物細胞において発現誘導型の制御プロモーター機能を有するDNA。
(e)配列番号1の塩基番号1から塩基番号1751までの塩基配列に相補性を有する塩基配列からなるDNAとストリンジェントな条件下にハイブリダイズし、かつ植物細胞において発現誘導型の制御プロモーター機能を有するDNA;
3.前項1記載の発現誘導型プロモーター、所望の外来遺伝子及び植物ターミネーターが機能可能な形で連結されてなることを特徴とするDNA;
4.前項1記載の発現誘導型プロモーターを含むことを特徴とするベクター(以下、本発明ベクターと記すこともある。);
5.前項1記載の発現誘導型プロモーターの下流に遺伝子挿入部位及び植物ターミネーターを含むことを特徴とする前項3記載のベクター;
6.前項3記載のDNAを含むことを特徴とするベクター;
7.前項1記載の発現誘導型プロモーターが宿主細胞に導入されてなることを特徴とする形質転換体(以下、本発明形質転換体と記すこともある。);
8.前項3記載のDNA又は請求項5記載のベクターが宿主細胞に導入されてなることを特徴とする形質転換体;
9.前項4及び5記載のいずれかのベクターが宿主細胞に導入されてなることを特徴とする形質転換体;
10.宿主細胞が植物細胞であることを特徴とする前項7〜9記載のいずれかの形質転換体;
11.前項1記載の発現誘導型プロモーター、前項2記載のDNA又は前項4及び5記載のいずれかのベクターを宿主細胞に導入する工程を含むことを特徴とする形質転換体の製造方法(以下、本発明製造方法と記すこともある。);
12.前項8記載の形質転換体を培養又は育成する工程、外的ストレス処理を与えた後、形質転換体が産生した外来遺伝子産物を回収する工程を有することを特徴とするタンパク質の取得方法(以下、本発明取得方法と記すこともある。);13.下記の(c)、(d)又は(e)のいずれかのDNA、
(c)配列番号1の塩基番号1から塩基番号1751までの塩基配列からなるDNA。
(d)配列番号1の塩基番号1から塩基番号1751までの塩基配列において1若しくは複数の塩基が欠失、置換若しくは付加された塩基配列からなり、かつ植物細胞において発現誘導型の制御プロモーター機能を有するDNA。
(e)配列番号1の塩基番号1から塩基番号1751までの塩基配列に相補性を有する塩基配列からなるDNAとストリンジェントな条件下にハイブリダイズし、かつ植物細胞において発現誘導型の制御プロモーター機能を有するDNA;
14.配列番号1の塩基番号1から塩基番号1751までの塩基配列からなるDNA;
等を提供するものである。
【0007】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について詳細に説明する。
本発明で用いられる遺伝子工学的技術は、例えば、J.,Sambrook, E.,F.,Frisch, T.,Maniatis著、モレキュラークローニング第2版(Molecular Cloning 2nd edition)、コールド スプリング ハーバー ラボラトリー発行(Cold Spring Harbor Laboratory Press)、1989年、及びD.,M.,Glover著、DNAクローニング(DNA Cloning)、IRL発行、1985年等に記載されている通常の方法に準じて行うことができる。
【0008】
ゲノム遺伝子が有するプロモーターは、通常、(1)RNAポリメラーゼIIによる転写開始部位を決定し最低限の転写水準維持に関与する塩基配列を有するDNA、例えば、転写に必須な塩基配列を含む領域であって、一般的には転写開始点から上流10塩基付近に存在する共通配列及び上流35塩基付近に存在する共通配列を含むミニマムプロモーター機能を有するDNAからなる領域と、(2)前記(1)の領域からさらに5’上流側に位置して、前記ゲノム遺伝子の発現における時期特異性、組織特異性、発現量等を決める制御プロモーター機能を有するDNAからなる領域(所謂、シス制御領域)とに大きく2分できる。
本発明プロモーターは、ミニマムプロモーター機能を有するような第一DNA、及び、特定な塩基配列からなり、制御プロモーター機能を有するような第二DNAを有し、かつ、第一DNAの5’末端側に第二DNAを有することを基本的な特徴としている。このようなプロモーターは、発現誘導型プロモーター、特に各種ストレス処理の結果生じるだろうと考えられている過酸化水素によるストレスに対してプロモーター活性を誘導するようなプロモーターとして利用することができる。
【0009】
本発明プロモーターにおける第一DNAは、RNAポリメラーゼIIによる転写開始部位を決定し最低限の転写水準維持に関与する塩基配列を有するDNAであって、例えば、コアプロモーターとか、ミニマムプロモーターともいわれ、通常、ゲノム遺伝子の転写開始部位付近の比較的狭い部分にみられる塩基配列を有するDNAである。このようなDNAが有する必須な領域の塩基配列としては、例えば、TATAボックス及び転写開始点近傍の塩基配列、好ましくは約50bp程度の短い塩基配列があげられる。
本発明プロモーターにおける第一DNAとしては、例えば、(a)配列番号1の塩基番号1752から塩基番号1886までの塩基配列からなるDNA、(b)ゲノム遺伝子が有するプロモーター領域から切り出される一部のDNAであって、当該DNAにおける3’末端は転写開始点に相当するヌクレオチドであり、かつ、当該DNAにおける5’末端は前記3末’端より46〜200塩基上流の位置にあるヌクレオチドであって、ミニマムプロモーター機能を有するDNA、のいずれかのDNA等をあげることができる。
より具体的には、第一DNAとしては、ジンクフィンガータンパク質遺伝子zat12(Plant Mol.Biol., 33:615−624(1997))の翻訳開始点(3’末端)から上流135bpの位置にあるヌクレオチド(5’末端)までに存在する領域、カリフラワーモザイクウイルス(CaMV)35Sプロモーターの転写開始点より上流46bpの位置にあるヌクレオチド(5’末端)から前記転写開始点より下流15bpの位置にあるヌクレオチド(3’末端)までに存在する領域、ニンジン根部タンパク質G6プロモーター(特開2000−166577号公報に記載される)の翻訳開始点(3’末端)から上流196bpの位置にあるヌクレオチド(5’末端)までに存在する領域、マウスのメタロチオネインI遺伝子の転写開始点より上流33bpの位置にあるヌクレオチド(5’末端)から前記転写開始点より下流15bpの位置にあるヌクレオチド(3’末端)までに存在する領域、ニワトリオボアルブミン遺伝子の転写開始点より上流40bpの位置にあるヌクレオチド(5’末端)から前記転写開始点より下流10bpの位置にあるヌクレオチド(3’末端)までに存在する領域、グルタチオンS−トランスフェラーゼYaサブユニット遺伝子の転写開始点より上流164bpの位置にあるヌクレオチド(5’末端)から前記転写開始点より下流66bpの位置にあるヌクレオチド(3’末端)までに存在する領域、チトクロムP4501A1遺伝子の転写開始点より上流70bpの位置にあるヌクレオチド(5’末端)から前記転写開始点より下流120bpの位置にあるヌクレオチド(3’末端)までに存在する領域等をあげることができる。さらに具体的には、例えば、配列番号1の塩基番号1751から塩基番号1886までの塩基配列、配列番号2で示される塩基配列、配列番号3で示される塩基配列等があげられる。
【0010】
本発明プロモーターにおける第二DNAは、(c)配列番号1の塩基番号1から塩基番号1751までの塩基配列からなるDNA、(d)配列番号1の塩基番号1から塩基番号1751までの塩基配列において1若しくは複数の塩基が欠失、置換若しくは付加された塩基配列からなり、かつ植物細胞において発現誘導型の制御プロモーター機能を有するDNA、又は、(e)配列番号1の塩基番号1から塩基番号1751までの塩基配列に相補性を有する塩基配列からなるDNAとストリンジェントな条件下にハイブリダイズし、かつ植物細胞において発現誘導型の制御プロモーター機能を有するDNA、のいずれかのDNAである。
尚、本発明プロモーターは、第二DNAを一つ含んでいてもよく、また、同一若しくは相異なる複数の第二DNAを含んでいてもよい。さらに、例えば、エンハンサー機能等の特定機能を有するDNAの塩基配列が、配列番号1の塩基番号1から塩基番号1751までの塩基配列に付加された塩基配列からなり、かつ植物細胞において発現誘導型の制御プロモーター機能を有するDNA等のDNAも第二DNAとしてあげることができる。
第二DNAにおいて「配列番号1の塩基番号1から塩基番号1751までの塩基配列に相補性を有する塩基配列からなるDNAとストリンジェントな条件下にハイブリダイズするDNA」とは、(A)例えば、「クローニングとシークエンス」(渡辺格監修、杉浦昌弘編集、1989年、農村文化社発行)等に記載されているサザンハイブリダイゼーション法において、(1)高イオン濃度下[例えば、6XSSC(900mMの塩化ナトリウム、90mMのクエン酸ナトリウム)が挙げられる。]に、65℃でハイブリダイズさせることにより配列番号1の塩基番号1から塩基番号1751までの塩基配列に相補性を有する塩基配列からなるDNAとDNA−DNAハイブリッドを形成し、(2)低イオン濃度下[例えば、0.1 X SSC(15mMの塩化ナトリウム、1.5mMのクエン酸ナトリウム)が挙げられる。]に、65℃で30分間保温した後でも当該ハイブリッドが維持されうるようなDNAをいう。また、(B)例えば、Sambrook J., Frisch E. F., Maniatis T.著、モレキュラークローニング第2版(Molecular Cloning 2nd edition)、コールド スプリング ハーバー ラボラトリー発行(Cold Spring Harbor Laboratory press)等に記載されているサザンハイブリダイゼーション法において、(1)例えば、6×SSC(1.5M NaCl、0.15M クエン酸三ナトリウムを含む溶液を10×SSCとする)、50%フォルムアミドを含む溶液中で45℃にてハイブリッドを形成させた後、(2)2×SSCで50℃にて洗浄するような条件(Molecular Biology, John Wiley & Sons, N. Y. (1989), 6.3.1−6.3.6)等を挙げることができる。洗浄ステップにおける塩濃度は、例えば、2×SSCで50℃の条件(低ストリンジェンシーな条件)から0.2×SSCで50℃までの条件(高ストリンジェンシーな条件)から選択することができる。洗浄ステップにおける温度は、例えば、室温(低ストリンジェンシーな条件)から65℃(高ストリンジェンシーな条件)までの温度から選択することができる。また、塩濃度と温度の両方を変えることもできる。
具体的には、例えば、配列番号1の塩基番号1から塩基番号1751までの塩基配列に相補性を有する塩基配列からなるDNA、配列番号1の塩基番号1から塩基番号1751までの塩基配列に相補性を有する塩基配列において、その一部の塩基が欠失、置換もしくは付加された塩基配列からなるDNA、配列番号1の塩基番号1から塩基番号1751までの塩基配列に相補性を有する塩基配列からなるDNAと配列同一性が80%以上であるDNA等があげられる。かかるDNAは、自然界に存在するDNAの中からクローニングされたDNAであっても、このクローニングされたDNAの塩基配列において、その一部の塩基の欠失、置換または付加が人為的に導入されてなるDNAであっても、人為的に合成されたDNAであってもよい。
ここで「配列同一性」とは、2つのDNA間の配列の同一性及び相同性をいう。前記「配列同一性」は、比較対象の配列の領域にわたって、最適な状態にアラインメントされた2つの配列を比較することにより決定される。ここで、比較対象のDNAは、2つの配列の最適なアラインメントにおいて、付加又は欠失(例えばギャップ等)を有していてもよい。このような配列同一性に関しては、例えば、Vector NTIを用いて、ClustalWアルゴリズム(Nucleic Acid Res.,22(22):4673−4680(1994)を利用してアラインメントを作成することにより算出することができる。尚、配列同一性は、配列解析ソフト、具体的にはVector NTI、GENETYXや公共のデータベースで提供される解析ツールを用いて測定される。前記公共データベースは、例えば、ホームページアドレスhttp://www.ddbj.nig.ac.jpにおいて、一般的に利用可能である。
本発明における配列同一性は、80%以上であればよいが、好ましくは90%以上、より好ましくは95%以上である。
【0011】
本発明における「発現誘導型プロモーター」とは、外的要因、例えば、強光、UV、傷害、高温、低温、塩、病害、植物ホルモン処理等のストレスによって、その下流に連結された遺伝子の発現を誘導し得るプロモーターを意味する。強光ストレスとは、通常の環境条件下においては見られない、光合成能を超える程の光照射であって、例えば、200〜2000μE/m2sの光を30分程度以上照射するこという。またUVストレスとは、例えば、波長220nm〜400nmの紫外線を30分以上照射することをいう。また傷害ストレスとは、物理的に植物細胞が破壊されることによるストレスで、例えば、植物組織をハサミ・シュレッダー等を用いて人為的に切り刻むことをいう。また低温ストレスとは、植物の生育適温の下限を超えるような環境に植物が遭遇することによって受けるストレスで、例えば、1〜5℃の温度条件下で30分以上インキュベートすることをいう。また高温ストレスとは、植物の生育適温の上限を超えるような環境に植物が遭遇することによって受けるストレスで、例えば、35℃以上の温度条件下で30分以上インキュベートすることをいう。また塩ストレスとは、土壌中或いは培地中の塩化ナトリウム濃度が上昇し、植物の生育にとって不利となることを意味し、例えば、50〜200mMのNaCl水溶液を潅水することをいう。また病害ストレスとは、細菌・真菌等による罹病を意味し、例えば、青枯れ病菌(Rastonia solanacearum)、灰色カビ病菌(Botryotinia fuckeliana)、うどんこ病菌(Erysiphe graminis)、いもち病菌(Magnaporthe grisea)等の植物病原菌が感染することを意味する。また植物ホルモン処理とは、ジャスモン酸(JA)、アブシジン酸(ABA)、サリチル酸(SA)等の植物ホルモンを植物に与えることを意味し、例えば、1〜10mMのサリチル酸水溶液を葉にスプレーすることをいう。発現誘導型プロモーターとは、これらのストレスを植物細胞又は植物体が受けることによって、下流に連結された遺伝子の発現を誘導し得るプロモーターを意味する。
【0012】
本発明プロモーターは、例えば、シロイヌナズナArabidopsis thalianaのゲノム遺伝子のDNA等からPCR法を利用して調製することができる。
具体的には、例えば、シロイヌナズナの葉等の組織を採取し、採取された組織を液体窒素中で凍結させた後、これを乳鉢等により物理的に磨砕することにより細かい粉末状の組織片とする。当該組織片から通常の方法によりゲノム遺伝子のDNAを抽出する。当該抽出操作は、例えば、M.Shure et al, Cell, 35:225(1983)等に記載されているCTAB法、S.O.Rogers and A.J.Bendich, Plant Mol.Biol., 5:69(1985)等に記載されている尿素―フェノール法等により行うことができる。得られたゲノム遺伝子のDNAを鋳型として、配列番号1で示される塩基配列に基づいて設計されるオリゴヌクレオチド、例えば、配列番号1の塩基番号1から塩基番号28までの塩基配列を有するオリゴヌクレオチドと、配列番号1の塩基番号1863から塩基番号1886までの塩基配列に相補的な塩基配列を有するオリゴヌクレオチドとをプライマーに用いて、1回〜数回のPCRを行うことにより、配列番号1で示される塩基配列からなるDNAを増幅することができる。また、前記オリゴヌクレオチドの5’末端側に制限酵素認識配列等を付加したオリゴヌクレオチドを前記PCRのプライマーとして用いてもよい。
【0013】
本発明プロモーターは、「Molecular Cloning:A Laboratory Manual 2nd edition」(1989), Cold Spring Harbor Laboratory Press、「Current Protocols InMolecular Biology」(1987), John Wiley & Sons, Inc.ISBNO−471−50338−X等に記載される通常の方法に準じてベクターにクローニングすることができる。使用されるベクターとしては、例えば、Invitrogen社のTAクローニングキットに含まれるプラスミドベクターや、Stratagene社のpBluescriptII等のプラスミドベクターを挙げることができる。クローニングされたDNAの塩基配列は、F.Sanger, S.Nicklen, A.R.Coulson著、Proceedings of National Academy of Science U.S.A.(1977), 74, 5463頁−5467頁等に記載されるダイデオキシターミネーティング法等により分析することができる。塩基配列分析用の試料調製には、例えば、パーキンエルマー社のABI PRISM Dye Terminator Cycle Sequencing Ready Reaction Kit等の市販の試薬を用いてもよい。
【0014】
本発明プロモーターは、第一DNAの5’末端側に第二DNAを接続することにより作製することができる。
例えば、本発明プロモーターのDNAを鋳型として、配列番号1で示される塩基配列に基づいて設計されるオリゴヌクレオチド、例えば、配列番号1の塩基番号863から塩基番号890までの塩基配列を有するオリゴヌクレオチド、或いは配列番号1の塩基番号1349から塩基番号1380までの塩基配列を有するオリゴヌクレオチドと、配列番号1の塩基番号1724から塩基番号1751までの塩基配列に相補的は塩基配列を有するオリゴヌクレオチドとをプライマーに用いて、1回から数回のPCRを行うことにより、第二DNAを増幅することができる。また、例えば、配列番号2で示される塩基配列を有するオリゴヌクレオチド(+鎖)とその相補鎖である配列番号3で示される塩基配列を有するオリゴヌクレオチド(―鎖)を化学合成し、これらを試験管内でアニールさせることにより、第一DNAを調製することができる。また、例えば、ニンジン由来のゲノム遺伝子のDNA又はpBICRPT16G6(特開2000−166577号公報に記載される)を鋳型として、配列番号4の塩基番号1から塩基番号24までの塩基配列を有するオリゴヌクレオチドと、配列番号4の塩基番号173から塩基番号196までの塩基配列に相補的な塩基配列を有するオリゴヌクレオチドとをプライマーに用いて、1回〜数回のPCRを行うことにより、配列番号4で示される塩基配列を有するDNA断片である第一DNAを調製することができる。
このようにして得られた配列番号1の塩基番号863から塩基番号1751までの塩基配列を有するDNA断片又は配列番号1の塩基番号1349から塩基番号1751までの塩基配列を有するDNA断片の3’下流側に、配列番号2又は配列番号4で示される塩基配列を有するDNA断片をT4 DNAリガーゼ(宝酒造社製)を用いて結合させることにより、本発明プロモーターを作製することができる。
【0015】
第二DNAは、また、配列番号1で示される塩基配列からなるDNAの塩基配列に下記の方法によって変異を導入することによって取得することができる。例えば、A.Greener, M.Callahan、Strategies、1994年、7巻、32−34頁等に記載される方法に準じて配列番号1で示される塩基配列からなるDNAにランダムに変異を導入し取得してもよいし、W.Kramer,et al.、Nucleic Acids Research、1984年、12巻、9441頁若しくはW.Kramer, H.J.Frits、Methods in Enzymology、1987年、154巻、350頁等に記載されるギャップド・デユープレックス(gapped duplex)法、又は、T.A.Kunkel、Proc. of Natl. Acad. Sci. U.S.A.、1985年、82巻、488頁若しくはT.A.Kunkel et al.、Methods in Enzymology、1987年、154巻、367頁等に記載されるクンケル(Kunkel)法等に準じて、配列番号1で示される塩基配列からなるDNAに部位特異的に変異を導入し取得してもよい。また、例えば、S.Henikoff,et al.、Gene、1984年、28巻、351頁、C.Yanisch−Perron,et al.、Gene、1985年、33巻、103頁等に記載される方法に準じて、配列番号1で示される塩基配列の特定の部位を欠失させた塩基配列を有する第二DNAを取得してもよい。
【0016】
また、例えば、植物において遺伝子の転写効率を増大させる機能(即ちエンハンサー機能)を有するDNAを、例えば、DNA合成機(アプライドバイオシステムズ社製)を用いて合成する方法、エンハンサー機能を有する塩基配列を元に合成されたオリゴヌクレオチドを用いてPCRを行うことにより増幅する方法、又はゲノムから適当な制限酵素で切り出してくる方法等により取得し、取得されたDNAを通常の方法、例えば、S.Bohner,et al.Molecular & General Genetics、2001年、6巻、861頁等に記載される方法に準じて、配列番号1で示される塩基配列からなるDNAに連結させることによっても、第二DNAを取得することができる。エンハンサー機能を有するDNAとしては、例えば、アグロバクテリウムのオクトピン合成酵素遺伝子の転写開始点の上流333番目から同116番目までの塩基配列の下流に、マンノピン合成酵素遺伝子の転写開始点の上流318番目から同138番目までの塩基配列を連結した塩基配列からなるDNA、マンノピン合成酵素遺伝子の転写開始点の上流318番目から同213番目までの塩基配列に、オクトピン合成酵素遺伝子の転写開始点の上流333番目から同116番目までの塩基配列を連結した塩基配列からなるDNA(The Plant Journal, 7(4):661−676(1995))、カリフラワーモザイクウイルス35Sタンパク質の転写開始点の上流343番目から同91番目までの塩基配列からなるDNA(Nature, 313:810−812(1985))、トマトのリブロース−1,5−二リン酸カルボキシラーゼ・オキシダーゼ小サブユニット遺伝子(rbc−3A)の転写開始点の上流1099番目から同205番目までの塩基配列からなるDNA(Plant Cell, 1:217−227(1990))、タバコのPR1a遺伝子の転写開始点の上流902番目から同287番目までの塩基配列(Plant Cell, 2:357−366(1990))、ジャガイモのプロテアーゼインヒビター遺伝子(PI−II)の転写開始点の上流1300番目から同195番目までの塩基配列からなるDNA(Plant Cell, 2:61−70(1990))等が挙げられる。
【0017】
本発明プロモーターが有する機能については、例えば、下記のようにして確認することができる。
本発明プロモーターの下流にレポーター遺伝子、例えば、ホタル由来ルシフェラーゼ(LUC)遺伝子を連結し、これを必要に応じてベクターにクローニングして、後述するパーティクルガン法、アグロバクテリウム菌による感染法等の方法を用いて、例えば、タバコ野生株細胞又はシロイヌナズナ野生株細胞等の植物細胞に導入し、この細胞から植物体を再生させた形質転換植物を作出する。作出された植物体若しくはその子孫に光強度1,000〜2,000μE/m2sの白色光を4〜24時間照射するようなストレス処理、又は波長220nm〜400nmの紫外線を4〜24時間照射するようなストレス処理、又は葉組織をハサミ・シュレッダー等で切り刻んで、5℃若しくは室温で4〜24時間インキュベートするようなストレス処理、又は植物体を40〜45℃の温度条件下で1〜8時間インキュベートするようなストレス処理、又は植物体を1〜5℃の温度条件下で1〜8時間インキュベートするようなストレス処理、又は50〜200mMNaCl水溶液を潅水して1〜2週間生育させるようなストレス処理、又は植物体に青枯れ病菌等の植物病原菌を感染させて1〜3日間生育させるようなストレス処理、又は1〜10mMのサリチル酸水溶液を葉にスプレーするようなストレス処理等を施した後、葉組織のLUC活性を測定するか、又は葉組織に1mMルシフェリン水溶液を噴霧して10分後に、例えば、浜松フォトニクス社のArgus画像解析装置を用いて発光を観察する。これらの結果を、ストレス処理していない対照体と比較することによって、即ち、レポーター遺伝子の発現量を比較することによって、本発明プロモーターの機能を確認することができる。尚、レポーター遺伝子としては、ルシフェラーゼ遺伝子に限らず、β−グルクロニダーゼ遺伝子、クロラムフェニコールアセチルトランスフェラーゼ遺伝子、グリーンフルオレセイントプロテイン遺伝子等を使用することもできる。
【0018】
本発明プロモーターを用いて所望の外来遺伝子を植物細胞内で発現させる場合には、本発明プロモーター、所望の外来遺伝子及び植物ターミネーターが機能可能な形で連結されてなるDNAを利用すればよい。ここで所望の外来遺伝子とは、植物で発現させようとする外来遺伝子であって、例えば、酵素、貯蔵タンパク質、抗体、受容体、転写調節因子、シグナル伝達因子等のタンパク質をコードする遺伝子があげられ、本発明プロモーターの下流に目的に応じてセンス方向又はアンチセンス方向に当該遺伝子を結合するとよい。植物ターミネーターとしては、導入される植物において転写終結作用を有するDNAであればよく、例えば、アグロバクテリウム属細菌のTi−プラスミド由来のノパリン合成酵素遺伝子のターミネーター(NOS)、ニンニクウイルスGV1、GV2等の植物ウイルス由来のプロモーター等をあげることができる。尚、「機能可能な形で」とは、本発明プロモーター、所望の外来遺伝子及び植物ターミネーターが機能可能な形で連結されてなるDNAを導入し植物細胞を形質転換させたときに、所望の外来遺伝子が、本発明プロモーター及び植物ターミネーターの制御下に発現するように、前記プロモーター及び前記ターミネーターと結合された状態にあることを意味する。
【0019】
本発明ベクターに使用できるベクターとしては、大腸菌、酵母、植物細胞等の宿主細胞内で増殖可能なプラスミド、ファージ、ファージミッド等があげられ、宿主細胞の種類や用途に応じて選択することができる。
前記ベクターとしては、本発明ベクターが導入された宿主細胞を選択するためのマーカー遺伝子(例えば、カナマイシン耐性遺伝子、ハイグロマイシン耐性遺伝子、ネオマイシン耐性遺伝子等)を含んでいてもよい。また、本発明プロモーター及び所望の外来遺伝子が機能可能な形で連結されるような位置、例えば、本発明プロモーターを挿入する部位の下流の位置に遺伝子挿入部位が設けられている本発明ベクターは、所望の外来遺伝子を細胞内で発現させるためのベクターとして各種ベクターの構築に好ましく利用することができる。ここで「遺伝子挿入部位」とは、例えば、遺伝子工学的手法で通常用いられる制限酵素が特異的に認識切断可能な塩基配列であり、本発明ベクター上に唯一存在する種類の制限酵素認識配列が好ましく、遺伝子挿入部位としては、例えば、pBIN19(Nucl.Acid Res. 12:8711−8721(1984))に記載されるような遺伝子挿入部位(マルチクローニング部位)等をあげることができる。前記ベクターとして、より具体的には、例えば、pUC系プラスミド[pUC118、pUC119(宝酒造社)等]、pSC101系プラスミド、Ti−プラスミド[pBI101、pBI121(CLONTECH社)等]、フルースクリプト系ファージミッド[pBluescript SK(+/−)(STRATAGENE社)等]、M13系ファージ[mp10、mp11(Amersham社)等]、λ系ファージ[λgt10、gt11(Amersham社)等]、コスミッド類[SuperCosI(STRATAGENE社)等]、pAUR系プラスミド[pAUR112(宝酒造社)等]等があげられる。
さらに、本発明ベクターは、本発明プロモーターの下流に植物ターミネーターが機能可能な形で挿入されていてもよい。
【0020】
本発明ベクターは、前記ベクターに、通常の方法で本発明プロモーターを組み込むことによって作製することができる。例えば、121−LUC(福田裕穂、西村幹夫、中村研三監修:植物の細胞を観る実験プロトコール(秀潤社)196−200頁)、pBI101.3(CLONTECH社)、pBIN19(Nucl.Acid Res. 12:8711−8721(1984))等のベクターの遺伝子挿入部位に、本発明プロモーターを挿入してもよい。また、当該遺伝子挿入部位に、本発明プロモーター及び植物ターミネーターを機能可能な形で挿入することによっても作製することができる。
さらに、通常の方法により所望の外来遺伝子をベクターにおける本発明プロモーターの下流に機能可能な形で挿入することによって、所望の外来遺伝子を有する本発明ベクターを作製できる。また、本発明プロモーター、所望の外来遺伝子及び植物ターミネーターが機能可能な形で連結されてなるDNAをカセットとして通常の方法により作製して、これを、例えば、121−LUC(福田裕穂、西村幹夫、中村研三監修:植物の細胞を観る実験プロトコール(秀潤社)196−200頁)、pBI101.3(CLONTECH社)、pBIN19(Nucl.Acid Res. 12:8711−8721(1984))等のベクターの遺伝子挿入部位に挿入してもよい。
【0021】
本発明プロモーター、所望の外来遺伝子及び植物ターミネーターが機能可能な形で連結されてなることを特徴とするDNA又は当該DNAを含むことを特徴とするベクター、或いは、本発明プロモーターを含むことを特徴とするベクター(即ち、本発明ベクター)又は本発明プロモーターの下流に遺伝子挿入部位及び植物ターミネーターを含むことを特徴とする前記ベクターのいずれかのベクターを、例えば、J.,Sambrook, E.,F.,Frisch, T.,Maniatis著、モレキュラー・クローニング第2版(1989)(コールド・スプリング・ハーバー・ラボラトリー発行)等に記載される塩化カルシウム法、エレクトロポーレーション法等により大腸菌やアグロバクテリウム菌に導入することによって、宿主細胞が微生物である本発明形質転換体が作製できる。かかる形質転換体は、本発明プロモーター又は前記の所望の外来遺伝子の調製や植物細胞への導入等に使用できる。
【0022】
宿主細胞が植物である場合における本発明形質転換体(以下、本発明形質転換植物と記すこともある。)は、下記のようにして作製することができる。例えば、本発明プロモーター単独、又は本発明プロモーター、所望の外来遺伝子及び植物ターミネーターが機能可能な形で連結されてなるDNAのカセット又は本発明ベクターを、例えば、パーティクルガン法(遺伝子銃による植物細胞への直接導入法)、アグロバクテリウム菌による感染法(アグロバクテリウム菌を植物組織に感染させる方法)、電気的導入法(植物プロトプラストへの電気的導入法)等の方法により植物の細胞に導入することによって形質転換された植物の細胞を作製することができる。
【0023】
本発明形質転換植物を作製する場合において宿主細胞として使用できる植物としては、例えば、イネ、トウモロコシ、オオムギ、コムギ等の単子葉植物、ダイズ、エンドウ、インゲン、アルファルファ、ミヤコグサ等のマメ科植物、タバコ、トマト、ジャガイモ等のナス科植物、キャベツ、ナタネ、カラシナ、シロイヌナズナ等のアブラナ科植物、メロン、カボチャ、キュウリ等のウリ科植物、ニンジン、セロリ等のセリ科植物、レタス等のキク科植物等の双子葉植物等をあげることができる。
【0024】
形質転換された植物の細胞は、例えば、S.B.Gelvin, R.A.Schileroot and D.P.S.Verma著:プラント・モレキュラー・バイオロジー・マニュアル(Plant Molecular Biology Manual, Kluwer Academic Publishers press (1988))、島本功、岡田清孝監修:モデル植物の実験プロトコール(イネ、シロイヌナズナ編)(秀潤社)(ISBN4−87962−157−9 C3345、1996)78−143頁或いは内宮博文著(植物遺伝子操作マニュアル、トランスジェニック植物の作り方(講談社サイエンティフィック))1990、ISBN4−06−153513−7 C3045)28−33に記載されている通常の植物組織培養技術において用いられる方法に準じて再分化することによって、当該植物細胞由来の形質転換された植物の個体又はその一部を得ることができる。さらに、前記のようにして得られる植物の個体を栽培し自殖させることにより、当該植物の個体の子孫が得られる。
【0025】
尚、本発明形質転換植物より、常法に従ってDNAを抽出し、抽出されたDNAを制限酵素で切断することにより得られたDNAに対して、宿主細胞の形質転換に用いたDNA又はその一部をプローブとして用いたサザンハイブリダイゼーションを行うことにより、所望の外来遺伝子の導入有無を確認することができる。また、本発明形質転換植物より、常法に従ってRNAを抽出し、本発明プロモーターの制御下に発現させようとする所望の外来遺伝子のセンス配列又はアンチセンス配列を有するDNAをプローブとして用いたノザンハイブリダイゼーションを行うことにより、所望の外来遺伝子の発現を調べることができる。
【0026】
本発明形質転換植物では、強光、UV、傷害、高温、低温、塩、病害、植物ホルモン処理等のストレスである外的要因に惹起され、導入された所望の外来遺伝子が発現されることにより、所望の有用形質を発現し得る。
外的要因としては、例えば、光強度1,000μE/m2s〜2,000μE/m2sの白色光照射、波長220 nm〜400nmの紫外線照射、ハサミ等による人為的傷害又は有害生物等による傷害、50mM〜200mM NaCl処理、1〜5℃の低温、40℃〜45℃の高温、青枯れ病菌(Rastonia solanacearum)、灰色カビ病菌(Botryotinia fuckeliana)、うどんこ病菌(Erysiphe graminis)、いもち病菌(Magnaporthe grisea)等の植物病原菌の感染による罹病、1〜10mMのサリチル酸水溶液を葉にスプレーする植物ホルモン処理等のストレスをあげることができる。所望の外来遺伝子が、例えば、ワクチンとなるタンパク質のアミノ酸配列をコードする塩基配列からなる遺伝子(コレラ毒素タンパク質遺伝子(Nature Biotechnol., 16:292−297(1998))、HB抗原遺伝子(Nature Biotechnol.,18:1167−1171(2000))等)、抗体となるタンパク質のアミノ酸配列をコードする塩基配列からなる遺伝子(抗ヘルペスシンプレックスウイルスIgG遺伝子(Nature Biotechnol., 16:1361−1364(1998))等)、医薬となるタンパク質のアミノ酸配列をコードする塩基配列からなる遺伝子(コラーゲン遺伝子(FEBS Lett., 469:132−136(2000))、ラクトフェリン遺伝子(Transgenic Res., 9:71−78(2000))等)、ダイズのグリシニン遺伝子(Bioscience, Biotechnology, and Biochemistry, 61(5):794−799(1997))、β−コングリシニン遺伝子(Bioscience, Biotechnology, and Biochemistry, 61(5):794−799(1997))、ブラジルナッツの2Sアルブミン遺伝子(Plant Molecular Biology, 16(3):437−448(1991))、大腸菌等のbioA、bioB、bioC、bioD 、bioF、bioH遺伝子(Journal of Bacteriology, 178(14):4122−4130(1996))等の場合には、例えば、植物の収穫前又は収穫後に、強光、UV、葉組織をハサミ・シュレッダー等で切り刻むことによる傷害、低温、高温、高塩、サリチル酸等の植物ホルモン処理等のストレスを与えた後、形質転換体が産生した外来遺伝子産物を回収することにより、所望の外来遺伝子に対応したタンパク質を取得することができる。
また、所望の外来遺伝子が、例えば、ストレス耐性付与遺伝子(大腸菌カタラーゼ遺伝子(FEBS Lett., 428:47−51 (1998))、葉緑体型スーパーオキシドジスムターゼ遺伝子(Cu/Zn−SOD)(Proc.Natl.Acad.Sci.USA, 90:1629−1633(1993))、浸透圧調整物質であるベタインの合成に関わるコリンオキシダーゼ遺伝子(COD)(Plant J., 12:133−142(1997))、低温誘導性遺伝子の発現制御を担っている転写因子遺伝子(CBF1或いはDREB1)(Science, 280:104−106 (1998)、The Plant Cell, 10:1391−1406 (1998))、)等の場合には、本発明形質転換植物では、強光、塩、低温、乾燥等に対する抵抗性が増強され得る。
また、所望の外来遺伝子が、例えば、植物防御遺伝子(フェニルアラニンアンモニアリアーゼ遺伝子(PAL)(Molecular & Cellular Biology, 7(1):335−341(1987))、カルコンシンターゼ遺伝子(CHS)(Molecular & Cellular Biology, 7(1):335−341(1987))、キチナーゼ遺伝子(CHT)(Journal of Biological Chemistry, 254(11):4901−4907(1979))、リゾチーム遺伝子(Journal of Biological Chemistry, 244(6):1399−1409(1969))、PRタンパク質遺伝子(Antiviral Research, 6(3):177−185(1986))等)、病害抵抗性遺伝子(Pto遺伝子(Proceedings of the National Academy of Sciences, 93(23):13393−13397(1996)等)、ウイルスコートタンパク質遺伝子(Virology, 161(2):561−569(1987))等の場合には、本発明形質転換植物では、細菌、カビ、ウイルス等に対する抵抗性が増強され得る。
【0027】
【実施例】
以下、実施例により詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
実施例1 (本発明プロモーター(RHL41プロモーター)の調製及びLUC発現ベクターの構築)
播種後3週間目のシロイヌナズナ葉部100mgをエッペンドルフチューブ中で、液体窒素を用いて凍結させ、これからISOPLANT(ニッポンジーン社製)を用いてゲノム遺伝子のDNAを調製した。調製されたDNA100ngを鋳型として、かつ、配列番号5で示される塩基配列(PR−2H)からなるDNAと配列番号6で示される塩基配列(PR−RB)からなるDNAとをプライマーとするPCR(94℃1分間、54℃2分間、72℃3分間を1サイクルとして30サイクル)を行うことにより、約1.9kbのRHL41プロモーター領域を含むDNA断片を増幅させた後、増幅されたDNA断片をHindIII、BamHIで完全消化した。得られた消化物をアガロースゲル電気泳動に供した後、ゲルから当該DNA断片を切り出し、さらにこれをDNA purification kit(Bio−Rad)を用いて精製した。次にバイナリーベクター121−LUC(福田裕穂、西村幹夫、中村研三監修:植物の細胞を観る実験プロトコール(秀潤社)196−200頁)をHindIII、BamHIで完全消化した。得られた消化物をアガロースゲル電気泳動に供した後、ゲルから当該バイナリーベクターに相当するDNA断片を切り出し、さらにこれをDNA purification kit(Bio−Rad)を用いて精製した。精製された上記両者のDNA断片をライゲーションキット(宝酒造社製)を用いて連結した後、これを大腸菌HB101株に導入した。このようにして調製された大腸菌HB101株の中からカナマイシン耐性株を選抜した。選抜されたカナマイシン耐性株からプラスミドDNAを回収することにより、1.9kb RHL41/LUC発現ベクターを得た。
当該ベクターを作製した過程を図1に示した。
【0028】
実施例2 (RHL41/35Sキメラプロモーターの調製及び発現ベクタ−の構築)
第二DNAをクローニングするために、実施例1で得られた1.9kb RHL41/LUC発現ベクターDNA 10ngを鋳型として、かつ、配列番号7で示される塩基配列(PR−1H)若しくは配列番号8で示される塩基配列(PR−5H)からなるDNAと配列番号10で示される塩基配列(PR−9B)からなるDNAとをプライマーとするPCR(94℃1分間、54℃2分間、72℃3分間を1サイクルとして30サイクル)を行うことにより、それぞれ、約0.9kb、約0.4kbのDNA断片を増幅させた後、増幅されたDNA断片をHindIII、BamHIで完全消化した。得られた消化物をアガロースゲル電気泳動に供した後、ゲルから当該DNA断片を切り出し、さらにこれをDNA purification kit(Bio−Rad)を用いて精製した。次にバイナリーベクターpBI121−LUCをHindIII、BamHIで完全消化した。得られた消化物をアガロースゲル電気泳動に供した後、ゲルから当該バイナリーベクターに相当するDNA断片を切り出し、さらにDNA purification kit(Bio−Rad)を用いて精製した。精製された上記両者のDNA断片をライゲーションキット(宝酒造社製)を用いて連結した後、これを大腸菌HB101株コンピテントセル(宝酒造)に導入した。このようにして調製された大腸菌HB101株の中からカナマイシン耐性株を選抜した。選抜されたカナマイシン耐性株からプラスミドDNAを回収することにより、0.9kb RHL41(−TATA)/LUC、0.4kb RHL41(−TATA)/LUC発現ベクターを得た。当該ベクターをBamHIで完全消化した後、BAP(宝酒造社製)で末端を脱リン酸化させた。
第一DNAである35Sミニマムプロモーターを得るために、配列番号2で示される塩基配列(35S(+))からなるDNA及び配列番号3で示される塩基配列(35S(−))からなるDNAを合成した。それぞれのDNA溶液濃度を100μMに調整し、それぞれの調整されたDNA溶液3μlずつをエッペンドルフチューブ内で混合した。当該エッペンドルフチューブを94℃にて3分間加熱した後、室温に放置してアニーリングさせた。反応液をBamHIで完全消化した後、エタノール沈殿した。一方、pCR2.1ベクター(Invitrogen)をBamHI、EcoRVで完全消化した後、エタノール沈殿した。エタノール沈殿により得られたそれぞれのDNA沈殿をTEに溶解した。これらをライゲーションキット(宝酒造社製)を用いて連結した後、これを大腸菌HB101株コンピテントセル(宝酒造)に導入した。このようにして調製された大腸菌HB101株の中からカナマイシン耐性株を選抜した。選抜されたアンピシリン耐性株からプラスミドDNAを回収することにより、35Sミニマムプロモーターが挿入されたベクターを得た。当該ベクターをBamHI、BglIIで完全消化した。得られた消化物をアガロースゲル電気泳動に供した後、ゲルから35Sミニマムプロモーターに相当するDNA断片を切り出し、さらにこれをDNA purification kit(Bio−Rad)を用いて精製した。精製されたDNA断片と、上記の脱リン酸化させた0.9kb RHL41(−TATA)/LUC又は0.4kb RHL41(−TATA)/LUC発現ベクターとをライゲーションキット(宝酒造社製)を用いて連結した後、これを大腸菌HB101株コンピテントセル(宝酒造社製)に導入した。このようにして調製された大腸菌HB101株の中からカナマイシン耐性株を選抜した。選抜されたカナマイシン耐性株からプラスミドDNAを回収することにより、35Sミニマムプロモーターが正方向又は逆方向に挿入された発現ベクターを得た。35Sミニマムプロモーターの向きを確認するために、いくつかのカナマイシン耐性株から得られたプラスミドDNAを鋳型として、かつ、配列番号11で示される塩基配列(35S−min)からなるDNAと配列番号12で示される塩基配列(LUC1)からなるDNAとをプライマーとするPCR(94℃1分間、54℃2分間、72℃3分間を1サイクルとして30サイクル)を行い、DNA断片の増幅が認められるものを35Sミニマムプロモーターが正方向に挿入された0.9kb RHL41/35S/LUC、0.4kb RHL41/35S/LUC発現ベクターとして選定した。得られた当該ベクターをHindIII、BamHIで完全消化した後、これをBlunting kit(宝酒造社製)を用いて末端を平滑化し、さらにライゲーションキット(宝酒造社製)を用いてセルフライゲーション処理を行うことにより、35Smp/LUC発現ベクターを得た。当該ベクターを作製した過程を図2〜3に示した。
【0029】
実施例3 (RHL41/G6キメラプロモーターの調製と発現ベクタ−の構築)
第一DNAであるG6ミニマムプロモーターを得るために、pBICR16G6PT(特開2000−166577号公報に記載される)10ngを鋳型として、かつ、配列番号13で示される塩基配列(G6−1)からなるDNAと配列番号14で示される塩基配列(G6−2)からなるDNAとをプライマーとするPCR(94℃1分間、54℃2分間、72℃3分間を1サイクルとして30サイクル)を行うことにより、約220bpのG6ミニマムプロモーター領域を含むDNA断片を増幅させた。増幅されたDNA断片をBamHI、BglIIで完全消化した後、エタノール沈殿した。実施例2で作製された0.9kb RHL41(−TATA)/LUC又は0.4kb RHL41(−TATA)/LUC発現ベクターとをBamHIで完全消化した後、BAP(宝酒造社製)で末端を脱リン酸化させた。精製された、G6ミニマムプロモーター領域を含むDNA断片と、上記の脱リン酸化させた0.9kb RHL41(−TATA)/LUC又は0.4kb RHL41(−TATA)/LUC発現ベクターとをライゲーションキット(宝酒造社製)を用いて連結した後、これを大腸菌HB101株コンピテントセル(宝酒造社製)に導入した。このようにして調製された大腸菌HB101株の中からカナマイシン耐性株を選抜した。選抜されたカナマイシン耐性株からプラスミドDNAを回収することにより、G6ミニマムプロモーターが正方向又は逆方向に挿入された発現ベクターを得た。G6ミニマムプロモーターの向きを確認するために、いくつかのカナマイシン耐性株から得られたプラスミドDNAを鋳型として、かつ、配列番号14で示される塩基配列(G6−1)からなるDNAと配列番号12で示される塩基配列(LUC1)からなるDNAとをプライマーとするPCR(94℃1分間、54℃2分間、72℃3分間を1サイクルとして30サイクル)を行い、DNA断片の増幅が認められるものをG6ミニマムプロモーターが正方向に挿入された0.9kb RHL41/G6/LUC、0.4kb RHL41/G6/LUC発現ベクターとして選定した。得られた当該ベクターをHindIII、BamHIで完全消化した後、これをBlunting kit(宝酒造社製)を用いて末端を平滑化し、さらにライゲーションキット(宝酒造社製)を用いてセルフライゲーション処理を行うことにより、G6mp/LUC発現ベクターを得た。当該ベクターを作製した過程を図4に示した。
【0030】
実施例4 (形質転換タバコの育成)
本発明形質転換植物の作製は、S.B.Gelvin, R.A.Schilperoort and D.P.S.Verma著;Plant Molecular Biology/Manual(1988)(Kliwer Academic Publishers発行、Valvekens et al. Proc.Natl.Acad.Sci.,85:6636−5540(1988)に記載される方法に準じて行った。
YEB培地中、30℃にて一晩振とう培養したアグロバクテリウム菌LBA4404を、新たなYEB培地に植え継ぎ、OD600が0.6になるまで培養した。以下の操作は低温室内で行った。得られた培養液から遠心分離により菌体を回収し、回収された菌体を冷やしておいた滅菌蒸留水で懸濁した後、再度遠心分離により菌体を回収した。このような洗浄操作を2回繰り返した後、滅菌蒸留水を10%グリセロール溶液に代えて同様の洗浄操作を行った。こうして得られた菌体を最終的に400倍濃縮になるように10%グリセロール溶液に懸濁した。このようにして調製されたコンピテントセルに、上記で構築された0.9kb RHL41/35S/LUC、0.4kb RHL41/35S/LUC、35Smp/LUC、0.9kb RHL41/G6/LUC、0.4kb RHL41/G6/LUC、G6mp/LUC及び1.9kb RHL41/LUCを、エレクトロポレーション法を用いて導入した後、カナマイシン50μg/mlを含むYEBプレート上で生育させることにより、生育してきたカナマイシン耐性クローン7株(0.9kb RHL41/35S/LUC:LBA4404、0.4kb RHL41/35S/LUC:LBA4404、35Smp/LUC:LBA4404、0.9kb RHL41/G6/LUC:LBA4404、0.4kb RHL41/G6/LUC:LBA4404、G6mp/LUC:LBA4404、1.9kb RHL41/LUC:LBA4404)を取得した。各カナマイシン耐性クローンをカナマイシン50μg/mlを含むYEB液体培地で、30℃にて2晩振とう培養した。得られた培養液から、QIA−prep spinカラム(QIAGEN社製)を用いてプラスミドDNAを抽出した。0.9kb RHL41/35S/LUC:LBA4404、0.4kb RHL41/35S/LUC:LBA4404又は35Smp/LUC:LBA4404由来のプラスミドDNAを鋳型として、かつ、配列番号11で示される塩基配列(35S−min)からなるDNAと配列番号12で示される塩基配列(LUC−1)とをプライマーとするPCR(94℃1分間、54℃2分間、72℃3分間を1サイクルとして30サイクル)を行い、また0.9kb RHL41/G6/LUC:LBA4404、0.4kb RHL41/G6/LUC:LBA4404又はG6mp/LUC:LBA4404由来のプラスミドDNAを鋳型として、かつ、配列番号14で示される塩基配列(G6−1)からなるDNAと配列番号12で示される塩基配列(LUC−1)とをプライマーとするPCR(94℃1分間、54℃2分間、72℃3分間を1サイクルとして30サイクル)を行い、また1.9kb RHL41/LUC:LBA4404由来のプラスミドDNAを鋳型として、かつ、配列番号9で示される塩基配列(PR−6H)からなるDNAと配列番号12で示される塩基配列(LUC−1)とをプライマーとするPCR(94℃1分間、54℃2分間、72℃3分間を1サイクルとして30サイクル)を行うことにより、0.9kb RHL41/35S/LUC、0.4kb RHL41/35S/LUC、35Smp/LUC、0.9kb RHL41/G6/LUC、0.4kb RHL41/G6/LUC、G6mp/LUC、1.9kb RHL41/LUCそれぞれがアグロバクテリウムに導入されていることをDNA断片の増幅により確認した。
無菌培養されたタバコの葉部切片(0.7cm角)を、カナマイシン50μg/mlを含むYEB液体培地で30℃にて1晩培養された0.9kb RHL41/35S/LUC:LBA4404、0.4kb RHL41/35S/LUC:LBA4404、35Smp/LUC:LBA4404、0.9kb RHL41/G6/LUC:LBA4404、0.4kb RHL41/G6/LUC:LBA4404、G6mp/LUC:LBA4404或いは1.9kb RHL41/LUC:LBA4404の各培養液に2分間浸した後、当該葉部切片から滅菌されたろ紙で余分な水分を除いた後、これをMS−NB培地上に置いた。25℃にて12時間明所、8時間暗所の条件下で2日間培養した後、当該葉部切片をMS液体培地で洗浄し、MS−NBC培地上に置いた。さらに前記と同様な条件下で7日間培養した後、選択薬剤を含むMS−NBCK培地に当該葉部切片を移し、さらに約1ヶ月間程度静置培養し、再生されたシュートを当該葉部切片より切断し、これをMS−CK培地に植え継いだ。約1ヶ月間後、発根した個体を土壌に植えかえることにより、自殖種子(T1世代)を得た。
【0031】
実施例5 (形質転換シロイヌナズナの育成)
本発明形質転換植物の作製は、島本功、岡田清孝監修:モデル植物の実験プロトコール(イネ、シロイヌナズナ編)(秀潤社)99−104頁に記載される方法に準じて行った。
実施例4に記載される方法を用いて、実施例1で得られた1.9kb RHL41/LUC発現ベクターをアグロバクテリウムLBA4404株に導入することにより、1.9kb RHL41/LUC:LBA4404を取得した。さらに実施例4に記載される方法と同様にして、配列番号9で示される塩基配列(PR−6H)からなるDNAと配列番号12で示される塩基配列(LUC−1)とをプライマーとするPCR(94℃1分間、54℃2分間、72℃3分間を1サイクルとして30サイクル)を行い、それぞれのアグロバクテリウムに上記ベクターが導入されていることを確認した。
シロイヌナズナ(Arabidopsis thaliana WS)種子を滅菌した後、これをBM培地に播種し、30〜50μE/m2sの連続照明下、23℃にて1週間培養した。発芽した実生を培地から引き抜き、これをBM培地上に並べ、さらに1週間培養した。根をハサミで切り出して束にして、約1cm長さに切った後、これをCIM培地に置床し、30〜50μE/m2sの連続照明下、23℃にて3〜5日間培養した。カナマイシン50μg/mlを含むLB液体培地1.5mlで30℃にて2晩培養した1.9kb RHL41/LUC:LBA4404の培養液をLB培地で10倍希釈する(OD600を0.1〜1とする)。さらにこの培養液をB5塩溶液により5倍希釈し、当該希釈液にCIM培地で培養された根切片を2〜3分間浸漬した。浸漬された根切片から滅菌ろ紙で余分な水分を除いた後、これをCIM培地に移し、30〜50μE/m2sの連続照明下、23℃にて2日間培養した。培養された根切片をクラフォラン250μg/mlを含む洗浄液の入ったシャーレに移し、これを5分間程軽く混ぜた後、当該根切片から滅菌ろ紙で余分な水分を除いた。カナマイシン50μg/mlを含む選択用SIM培地に移し、30〜50μE/m2sの連続照明下、23℃にて培養を続けた。2週間毎にカナマイシン50μg/mlを含む新しい選択用SIM培地に移し、シュートが再生してきたら切り取ってRIM培地に移植し、引き続き培養した。発根した個体を無菌培養用ポット(直径10cm、高さ20cm)に入れたカナマイシン50μg/ml、ジェランガム0.25%を含むMS培地に移植して、採種できるまで培養した。得られた種子(T1世代)をカナマイシン50μg/ml、ジェランガム0.25%を含むMS培地に無菌播種し、カナマイシン耐性の実生を土入りのポットに移植・馴化させ、採種できるまで栽培を行うことにより、自殖種子(T2世代)を得た。
【0032】
実施例6 (RHL41/G6又はRHL41/35Sキメラプロモーター/LUC発現組換えタバコにおける傷害誘導発現解析)
実施例4で得られた7種類の形質転換タバコの自殖種子(T1世代)を10%次亜塩素酸ナトリウム水溶液に5分間浸し、次いで、滅菌蒸留水で4〜5回洗浄した後、これをカナマイシン100μg/mlを含むMS培地に播種し、23℃にて16時間明所、8時間暗所の条件下で2週間生育させた。カナマイシン耐性を示した植物体(約3個体)の葉をピンセットで押しつぶすことにより、傷害処理を施した。6時間後に傷害処理された植物及び未処理の植物を採取し、採取された植物材料におけるルシフェラーゼ活性をLuciferase Assay System(プロメガ社)キットを用いて測定した。また各植物試料の抽出液のタンパク質含量は、Protein assay kit(バイオラッド社)を用いて測定し、測定されたタンパク質含量に基づきタンパク質当りの活性を算出した。その結果を図5に示した。1.9kb RHL41プロモーターの場合には、傷害処理により未処理の19倍の誘導活性が認められ、当該プロモーターが傷害誘導性を有することが確認された。また、0.9kb RHL41/35S、0.4kb RHL41/35S、0.9kb RHL41/G6、0.4kb RHL41/G6キメラプロモーターの場合には、傷害処理により未処理の2〜7倍の誘導活性が認められた。一方、RHL41プロモーターを付加していない35Sミニマムプロモーター単独又はG6ミニマムプロモーター単独の場合には、上記のような高い誘導活性は認められなかった。これらの結果から、RHL41/35S又はRHL41/G6キメラプロモーターも傷害誘導性を有することが確認された。また、0.9kb RHL41/35S、0.4kb RHL41/35S、0.9kb RHL41/G6、0.4kb RHL41/G6キメラプロモーターの傷害誘導時の活性は、1.9kbRHL41プロモーターの場合よりも、2.7〜7倍高いことが確認された。
【0033】
実施例7 (0.9kb RHL41/35S/LUC発現組換えタバコにおける種々のストレス誘導発現解析)
0.9kbRHL41/35Sキメラプロモーター/LUCを発現する組み換えタバコを用いて、傷害、高温又はUV等のストレスによるプロモーター活性の誘導性を調査した。実施例4に記載される方法においてMS−CK培地で選抜している組換え植物シュート(T0世代)を発根させ、発根した個体を鉢上げ・馴化させた。傷害ストレスの場合には、ハサミで葉の葉柄部分を残して幅5〜10mmの切り込みを入れた。高温ストレスの場合には、60〜100μE/m2sの光強度、45℃の温度の条件下で植物をインキュベートした。UVストレスの場合には、波長が302nmに設定されたトランスイルミネーター(3UVTMtransilluminator、Upland社)を逆さまに設置することにより上方14〜17cmの位置から植物にUVを照射した。各ストレス付与において、経時的に葉を採取し、採取された試料を液体窒素にて凍結させた。凍結された葉試料を乳鉢を用いて破砕した後、当該試料におけるルシフェラーゼ活性をLuciferase Assay System(プロメガ社)キットを用いて測定した。また各植物試料の抽出液のタンパク質含量は、Protein assay kit(バイオラッド社)を用いて測定し、測定されたタンパク質含量に基づきタンパク質当りの活性を算出した。その結果を図6に示した。各ストレス付与によりLUC活性が認められ、0.9kbRHL41/35Sキメラプロモーター活性は傷害、高温、UV等のストレスにより誘導されることが確認された。
【0034】
実施例8 (RHL41プロモーター/LUC発現組換えシロイヌナズナにおける種々のストレス応答解析)
1.9kbRHL41/LUCを発現する組み換えシロイヌナズナを用いて、強光、UV、傷害、高温(40℃)、青枯れ病菌感染、植物ホルモン(JA、ABA、SA)処理及びこれらストレス付与の結果生じるだろうと考えられている過酸化水素によるストレスにおけるプロモーター活性の誘導性を調査した。0.5%ショ糖を含むMS液体培地を24穴プレートに1ml入れ、そこに滅菌された組換え植物(T2世代、ホモライン)の種子を約20粒ずつ加え、150rpmにて回転培養した。7日目に0.5mlずつ液体培地を追加し、10日目に実験に用いた。液体培地に50μM ジャスモン酸(JA)、100μM アブシジン酸(ABA)、1mMサリチル酸(SA)、10〜20mM過酸化水素(H2O2)となるよう添加して培養した。また、BG培地で一晩培養した青枯れ病菌JCM10489を蒸留水で洗浄した後、OD600が0.25になるように調製し、調製された菌懸濁液と液体培地とを交換して培養した。
また、組換え植物(T2世代、ホモライン)の種子を鉢に播き、60〜100μE/m2sの光強度(明所/暗所=16時間/8時間)、23℃の温度、70%の湿度の条件下で3週間生育させ、実験に用いた。強光処理の場合には、植物に光環境シミュレーター(TGE−2S、タバイエスペック社)を用いて2,000μE/m2sの光強度の強光を照射した。UV処理の場合には、波長が302nmに設定されたトランスイルミネーター(3UVTMtransilluminator、Upland社)を逆さまに設置することにより上方25cmの位置から植物にUVを照射した。傷害処理の場合には、ピンセットで葉をつまむことにより、葉組織を破壊した。高温処理の場合には、60〜100μE/m2sの光強度、40℃の温度の条件下で植物をインキュベートした。
各処理につき、経時的に葉を採取し、採取された葉試料を液体窒素にて凍結させた。凍結された葉組織をエッペンドルフチューブ内にて破砕した後、当該試料でのLUC活性をLuciferase Assay System (プロメガ社)を用いて測定した。また各植物試料の抽出液のタンパク質含量は、Protein assay kit(バイオラッド社)を用いて測定し、測定されたタンパク質含量に基づきタンパク質当りの活性を算出した。その結果を図7〜13に示した。各処理ともに、LUC活性が認められ、RHL41プロモーター活性はこれらのストレス処理により誘導されることが確認された。
【0035】
実施例において用いられた培地の組成を示す。
(A)タバコ用培地
(1)MS寒天培地
MURASHIGE AND SKOOG BASAL MEDIUM(SIGMA社)4.4g、ショ糖30gを蒸留水1Lに溶かし、1M KOHでpH5.8に調整し、アガー(和光純薬)を8g添加した後、オートクレーブ滅菌した培地である。
(2)MS−NB寒天培地
MS寒天培地に、1−ナフタリン酢酸(NAA)0.1μg/ml、6−ベンジルアミノプリン(BA)1.0μg/mlを添加した培地である。
(3)MS−NBC寒天培地
MS―NB寒天培地に、クラフォラン300μg/mlを添加した培地である。
(4)MS−NBCK寒天培地
MS―NB寒天培地に、カナマイシン100μg/ml、クラフォラン300μg/mlを添加した培地である。
(5)MS−CK寒天培地
MS寒天培地に、カナマイシン100μg/ml、クラフォラン300μg/mlを添加した培地である。
(B)シロイヌナズナ用培地
(1)BM培地
MURASHIGE AND SKOOG BASAL MEDIUM(SIGMA社)4.4g、MES(和光純薬)0.5g、ショ糖10gを蒸留水1Lに溶かし、1M KOHでpH5.8に調整し、ジェランガム(xx)2.5gを添加した後、オートクレーブ滅菌した培地である。
(2)CIM培地
MURASHIGE AND SKOOG BASAL MEDIUM(SIGMA社)4.4g、MES(和光純薬)0.5g、グルコース20g、2,4−D0.5mg、カイネチン0.1mgを蒸留水1Lに溶かし、1M KOHでpH5.8に調整し、ジェランガム(xx)2.5gを添加した後、オートクレーブ滅菌した培地である。
(3)選択用SIM培地
CIM培地の2,4−Dとカイネチンの代わりに、インドール−3−酢酸(IAA)0.15mg、N6−(Δ2−イソペンテニル)アデニン(2ip)0.5mg、カナマイシン50mgを添加した培地である。
(4)RIM培地
CIM培地の2,4−Dとカイネチンの代わりに、3−インドールブチル酸(IBA)0.5mgを添加した培地である。
(C)細菌用培地
(1)LB培地
バクトトリプトン(Difco社)10g、バクトイーストエキストラクト(Difco社)5g、NaCl10gを蒸留水1Lに溶かし、5M NaOHでpH7.5に調整し、オートクレーブ滅菌した培地である。プレートの場合にはこれに15gの寒天を添加して用いる。(2)YEB培地
バクトビーフエキストラクト(Difco社)5g、バクトイーストエキストラクト(Difco社)1g、ポリペプトン5g、ショ糖5g及び10M NaOH 0.2mlを蒸留水1Lに溶かし、オートクレーブ滅菌する培地である。オートクレーブ滅菌した後、フィルター滅菌された1M MgSO4を0.2ml添加した培地である。プレートの場合にはこれに15gの寒天を添加して用いる。
【0036】
【発明の効果】
本発明により、発現誘導型プロモーター等が提供可能になった。
【0037】
[配列表フリーテキスト]
配列番号5
PCRのために設計されたプライマーであるオリゴヌクレトチド
配列番号6
PCRのために設計されたプライマーであるオリゴヌクレトチド
配列番号7
PCRのために設計されたプライマーであるオリゴヌクレトチド
配列番号8
PCRのために設計されたプライマーであるオリゴヌクレトチド
配列番号9
PCRのために設計されたプライマーであるオリゴヌクレトチド
配列番号10
PCRのために設計されたプライマーであるオリゴヌクレトチド
配列番号11
PCRのために設計されたプライマーであるオリゴヌクレトチド
配列番号12
PCRのために設計されたプライマーであるオリゴヌクレトチド
配列番号13
PCRのために設計されたプライマーであるオリゴヌクレトチド
配列番号14
PCRのために設計されたプライマーであるオリゴヌクレトチド
【0038】
【配列表】
【0039】
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は、本発明ベクターである1.9kb RHL41/LUC発現ベクターの制限酵素地図及びその構築過程を示す図である。図中、KmrはNOSプロモーター、カナマイシン耐性遺伝子及びNOSターミネーターからなる発現カセットを示す。また、LUCはルシフェラーゼ遺伝子を示し、NOSはノパリンシンセターゼターミネーターを示し、RB及びLBはバイナリーベクターに存在する左右境界配列を示す。
【図2】図2は、本発明ベクターである0.9kb、0.4kb RHL41/35S/LUC発現ベクターの制限酵素地図及びその構築過程を示す図である。図中、KmrはNOSプロモーター、カナマイシン耐性遺伝子及びNOSターミネーターからなる発現カセットを示す。また、35Sは35Sミニマムプロモーターを示し、LUCはルシフェラーゼ遺伝子を示し、NOSはノパリンシンセターゼターミネーターを示し、RB及びLBはバイナリーベクターに存在する左右境界配列を示す。
【図3】図3は、本発明ベクターである35mp/LUC発現ベクターの制限酵素地図及びその構築過程を示す図である。図中、KmrはNOSプロモーター、カナマイシン耐性遺伝子及びNOSターミネーターからなる発現カセットを示す。また、35Sは35Sミニマムプロモーターを示し、LUCはルシフェラーゼ遺伝子を示し、NOSはノパリンシンセターゼターミネーターを示し、RB及びLBはバイナリーベクターに存在する左右境界配列を示す。
【図4】図4は、本発明ベクターである0.9kb、0.4kb RHL41/G6/LUC発現ベクター、G6mp/LUC発現ベクターの制限酵素地図及びその構築過程を示す図である。図中、KmrはNOSプロモーター、カナマイシン耐性遺伝子及びNOSターミネーターからなる発現カセットを示す。また、G6はG6ミニマムプロモーターを示し、LUCはルシフェラーゼ遺伝子を示し、NOSはノパリンシンセターゼターミネーターを示し、RB及びLBはバイナリーベクターに存在する左右境界配列を示す。
【図5】図5は、RHL41/G6及びRHL41/35Sキメラプロモーター/LUC発現組換えタバコにおける傷害誘導発現解析の結果を示す図である。図中の横軸に記載される各プロモーターは、左から順に、35Sミニマムプロモーター単独(35Smin)、G6ミニマムプロモーター単独(G6min)、0.4kb RHL41/G6キメラプロモーター(0.4k−G6)、0.4kb RHL41/35Sキメラプロモーター(0.4k−35S)、0.9kb RHL41/G6キメラプロモーター(0.9k−G6)、0.9kb RHL41/35Sキメラプロモーター(0.9k−35S)、1.9kb RHL41プロモーター(1.9k)である。図中の横軸に記載される各プロモーターにおける左側の棒グラフは未処理区での誘導活性を表しており、右側の棒グラフは傷害処理区での誘導活性を表している。
【図6】図6は、0.9kb RHL41/35S/LUC発現組換えタバコにおける種々のストレス誘導発現解析の結果を示す図である。図中の横軸に記載される各ストレスは、左から順に、未処理、傷害ストレス、高温ストレス、UVストレスである。また、数字とhとで示された記載は、各ストレスにおける処理時間を表している。
【図7】図7は、RHL41プロモーター/LUC発現組換えシロイヌナズナにおける植物ホルモン処理によるストレス応答解析の結果を示す図である。図中の横軸にある英字は植物ホルモン名を表しており、JAはジャスモン酸、ABAはアブシジン酸、SAはサリチル酸を表している。また、数字とhとで示された記載は、各ストレスにおける処理時間を表している。
【図8】図8は、RHL41プロモーター/LUC発現組換えシロイヌナズナにおける過酸化水素によるストレス応答解析の結果を示す図である。図中の横軸にある数字とhとで示された記載は、当該ストレスにおける処理時間を表している。
【図9】図9は、RHL41プロモーター/LUC発現組換えシロイヌナズナにおける青枯れ病菌感染によるストレス応答解析の結果を示す図である。図中の横軸にある数字とhとで示された記載は、当該ストレスにおける処理時間を表している。
【図10】図10は、RHL41プロモーター/LUC発現組換えシロイヌナズナにおける強光によるストレス応答解析の結果を示す図である。図中の横軸にある数字とhとで示された記載は、当該ストレスにおける処理時間を表している。
【図11】図11は、RHL41プロモーター/LUC発現組換えシロイヌナズナにおけるUVによるストレス応答解析の結果を示す図である。図中の横軸にある数字とhとで示された記載は、当該ストレスにおける処理時間を表している。
【図12】図12は、RHL41プロモーター/LUC発現組換えシロイヌナズナにおける傷害によるストレス応答解析の結果を示す図である。図中の横軸にある数字とhとで示された記載は、当該ストレスにおける処理時間を表している。
【図13】図13は、RHL41プロモーター/LUC発現組換えシロイヌナズナにおける高温によるストレス応答解析の結果を示す図である。図中の横軸にある数字とhとで示された記載は、当該ストレスにおける処理時間を表している。
【発明の属する技術分野】
本発明は、発現誘導型プロモーター及びその利用に関する。
【0002】
【従来の技術】
植物の細胞へ遺伝子を導入し発現させることによって有用形質を付与された形質転換植物の作出又は有用物質の植物における生産等が試みられている。このような形質転換植物においては、通常、導入される遺伝子は植物細胞において機能可能なプロモーターの制御下に置かれ、当該プロモーターによってその発現量や発現時期等が調節される。
形質転換植物に有用形質を付与する場合又は形質転換植物を利用して有用物質を生産させる場合において、その形質を常時発現させると植物にストレスを与えて生育阻害や生産性の低下を引き起こす場合があり、植物の収穫時又は環境ストレス付加時等の特定の時期に、例えば、傷害、強光、熱等の外的要因に惹起されて当該形質が発現させることが好ましい場合がある。このような場合には、かかる特定条件下に当該遺伝子を発現させるような発現誘導型プロモーターを使用することがよい。
【0003】
【特許文献1】
特開2000−60558号公報
【特許文献2】
特開2000−116259号公報
【特許文献3】
特開2000−116260号公報
【特許文献4】
特開2002−272469号公報
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来知られている発現誘導型プロモーターは限られており、新たな発現誘導型プロモーターの開発が望まれている。
【0005】
【課題を解決するための手段】
このような状況下、本発明者らは鋭意検討を行った結果、新たな発現誘導型プロモーターを見出し本発明に至った。
【0006】
本発明は、
1.下記の第一DNA及び下記の第二DNAを有し、かつ、第一DNAの5’末端側に第二DNAを有することを特徴とする発現誘導型プロモーター(以下、本発明プロモーターと記すこともある。)、
(1)第一DNA:
RNAポリメラーゼIIによる転写開始部位を決定し最低限の転写水準維持に関与する塩基配列を有するDNA
(2)第二DNA:
下記の(c)、(d)又は(e)のいずれかのDNA。
(c)配列番号1の塩基番号1から塩基番号1751までの塩基配列からなるDNA。
(d)配列番号1の塩基番号1から塩基番号1751までの塩基配列において1若しくは複数の塩基が欠失、置換若しくは付加された塩基配列からなり、かつ植物細胞において発現誘導型の制御プロモーター機能を有するDNA。
(e)配列番号1の塩基番号1から塩基番号1751までの塩基配列に相補性を有する塩基配列からなるDNAとストリンジェントな条件下にハイブリダイズし、かつ植物細胞において発現誘導型の制御プロモーター機能を有するDNA;
2.下記の第一DNA及び下記の第二DNAを有し、かつ、第一DNAの5’末端側に第二DNAを有することを特徴とする発現誘導型プロモーター、
(1)第一DNA:
下記の(a)又は(b)のいずれかのDNA。
(a)配列番号1の塩基番号1752から塩基番号1886までの塩基配列からなるDNA。
(b)ゲノム遺伝子が有するプロモーター領域から切り出される一部のDNAであって、当該DNAにおける3’末端は転写開始点に相当するヌクレオチドであり、かつ、当該DNAにおける5’末端は前記3末’端より46〜200塩基上流の位置にあるヌクレオチドであって、ミニマムプロモーター機能を有するDNA。
(2)第二DNA:
下記の(c)、(d)又は(e)のいずれかのDNA。
(c)配列番号1の塩基番号1から塩基番号1751までの塩基配列からなるDNA。
(d)配列番号1の塩基番号1から塩基番号1751までの塩基配列において1若しくは複数の塩基が欠失、置換若しくは付加された塩基配列からなり、かつ植物細胞において発現誘導型の制御プロモーター機能を有するDNA。
(e)配列番号1の塩基番号1から塩基番号1751までの塩基配列に相補性を有する塩基配列からなるDNAとストリンジェントな条件下にハイブリダイズし、かつ植物細胞において発現誘導型の制御プロモーター機能を有するDNA;
3.前項1記載の発現誘導型プロモーター、所望の外来遺伝子及び植物ターミネーターが機能可能な形で連結されてなることを特徴とするDNA;
4.前項1記載の発現誘導型プロモーターを含むことを特徴とするベクター(以下、本発明ベクターと記すこともある。);
5.前項1記載の発現誘導型プロモーターの下流に遺伝子挿入部位及び植物ターミネーターを含むことを特徴とする前項3記載のベクター;
6.前項3記載のDNAを含むことを特徴とするベクター;
7.前項1記載の発現誘導型プロモーターが宿主細胞に導入されてなることを特徴とする形質転換体(以下、本発明形質転換体と記すこともある。);
8.前項3記載のDNA又は請求項5記載のベクターが宿主細胞に導入されてなることを特徴とする形質転換体;
9.前項4及び5記載のいずれかのベクターが宿主細胞に導入されてなることを特徴とする形質転換体;
10.宿主細胞が植物細胞であることを特徴とする前項7〜9記載のいずれかの形質転換体;
11.前項1記載の発現誘導型プロモーター、前項2記載のDNA又は前項4及び5記載のいずれかのベクターを宿主細胞に導入する工程を含むことを特徴とする形質転換体の製造方法(以下、本発明製造方法と記すこともある。);
12.前項8記載の形質転換体を培養又は育成する工程、外的ストレス処理を与えた後、形質転換体が産生した外来遺伝子産物を回収する工程を有することを特徴とするタンパク質の取得方法(以下、本発明取得方法と記すこともある。);13.下記の(c)、(d)又は(e)のいずれかのDNA、
(c)配列番号1の塩基番号1から塩基番号1751までの塩基配列からなるDNA。
(d)配列番号1の塩基番号1から塩基番号1751までの塩基配列において1若しくは複数の塩基が欠失、置換若しくは付加された塩基配列からなり、かつ植物細胞において発現誘導型の制御プロモーター機能を有するDNA。
(e)配列番号1の塩基番号1から塩基番号1751までの塩基配列に相補性を有する塩基配列からなるDNAとストリンジェントな条件下にハイブリダイズし、かつ植物細胞において発現誘導型の制御プロモーター機能を有するDNA;
14.配列番号1の塩基番号1から塩基番号1751までの塩基配列からなるDNA;
等を提供するものである。
【0007】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について詳細に説明する。
本発明で用いられる遺伝子工学的技術は、例えば、J.,Sambrook, E.,F.,Frisch, T.,Maniatis著、モレキュラークローニング第2版(Molecular Cloning 2nd edition)、コールド スプリング ハーバー ラボラトリー発行(Cold Spring Harbor Laboratory Press)、1989年、及びD.,M.,Glover著、DNAクローニング(DNA Cloning)、IRL発行、1985年等に記載されている通常の方法に準じて行うことができる。
【0008】
ゲノム遺伝子が有するプロモーターは、通常、(1)RNAポリメラーゼIIによる転写開始部位を決定し最低限の転写水準維持に関与する塩基配列を有するDNA、例えば、転写に必須な塩基配列を含む領域であって、一般的には転写開始点から上流10塩基付近に存在する共通配列及び上流35塩基付近に存在する共通配列を含むミニマムプロモーター機能を有するDNAからなる領域と、(2)前記(1)の領域からさらに5’上流側に位置して、前記ゲノム遺伝子の発現における時期特異性、組織特異性、発現量等を決める制御プロモーター機能を有するDNAからなる領域(所謂、シス制御領域)とに大きく2分できる。
本発明プロモーターは、ミニマムプロモーター機能を有するような第一DNA、及び、特定な塩基配列からなり、制御プロモーター機能を有するような第二DNAを有し、かつ、第一DNAの5’末端側に第二DNAを有することを基本的な特徴としている。このようなプロモーターは、発現誘導型プロモーター、特に各種ストレス処理の結果生じるだろうと考えられている過酸化水素によるストレスに対してプロモーター活性を誘導するようなプロモーターとして利用することができる。
【0009】
本発明プロモーターにおける第一DNAは、RNAポリメラーゼIIによる転写開始部位を決定し最低限の転写水準維持に関与する塩基配列を有するDNAであって、例えば、コアプロモーターとか、ミニマムプロモーターともいわれ、通常、ゲノム遺伝子の転写開始部位付近の比較的狭い部分にみられる塩基配列を有するDNAである。このようなDNAが有する必須な領域の塩基配列としては、例えば、TATAボックス及び転写開始点近傍の塩基配列、好ましくは約50bp程度の短い塩基配列があげられる。
本発明プロモーターにおける第一DNAとしては、例えば、(a)配列番号1の塩基番号1752から塩基番号1886までの塩基配列からなるDNA、(b)ゲノム遺伝子が有するプロモーター領域から切り出される一部のDNAであって、当該DNAにおける3’末端は転写開始点に相当するヌクレオチドであり、かつ、当該DNAにおける5’末端は前記3末’端より46〜200塩基上流の位置にあるヌクレオチドであって、ミニマムプロモーター機能を有するDNA、のいずれかのDNA等をあげることができる。
より具体的には、第一DNAとしては、ジンクフィンガータンパク質遺伝子zat12(Plant Mol.Biol., 33:615−624(1997))の翻訳開始点(3’末端)から上流135bpの位置にあるヌクレオチド(5’末端)までに存在する領域、カリフラワーモザイクウイルス(CaMV)35Sプロモーターの転写開始点より上流46bpの位置にあるヌクレオチド(5’末端)から前記転写開始点より下流15bpの位置にあるヌクレオチド(3’末端)までに存在する領域、ニンジン根部タンパク質G6プロモーター(特開2000−166577号公報に記載される)の翻訳開始点(3’末端)から上流196bpの位置にあるヌクレオチド(5’末端)までに存在する領域、マウスのメタロチオネインI遺伝子の転写開始点より上流33bpの位置にあるヌクレオチド(5’末端)から前記転写開始点より下流15bpの位置にあるヌクレオチド(3’末端)までに存在する領域、ニワトリオボアルブミン遺伝子の転写開始点より上流40bpの位置にあるヌクレオチド(5’末端)から前記転写開始点より下流10bpの位置にあるヌクレオチド(3’末端)までに存在する領域、グルタチオンS−トランスフェラーゼYaサブユニット遺伝子の転写開始点より上流164bpの位置にあるヌクレオチド(5’末端)から前記転写開始点より下流66bpの位置にあるヌクレオチド(3’末端)までに存在する領域、チトクロムP4501A1遺伝子の転写開始点より上流70bpの位置にあるヌクレオチド(5’末端)から前記転写開始点より下流120bpの位置にあるヌクレオチド(3’末端)までに存在する領域等をあげることができる。さらに具体的には、例えば、配列番号1の塩基番号1751から塩基番号1886までの塩基配列、配列番号2で示される塩基配列、配列番号3で示される塩基配列等があげられる。
【0010】
本発明プロモーターにおける第二DNAは、(c)配列番号1の塩基番号1から塩基番号1751までの塩基配列からなるDNA、(d)配列番号1の塩基番号1から塩基番号1751までの塩基配列において1若しくは複数の塩基が欠失、置換若しくは付加された塩基配列からなり、かつ植物細胞において発現誘導型の制御プロモーター機能を有するDNA、又は、(e)配列番号1の塩基番号1から塩基番号1751までの塩基配列に相補性を有する塩基配列からなるDNAとストリンジェントな条件下にハイブリダイズし、かつ植物細胞において発現誘導型の制御プロモーター機能を有するDNA、のいずれかのDNAである。
尚、本発明プロモーターは、第二DNAを一つ含んでいてもよく、また、同一若しくは相異なる複数の第二DNAを含んでいてもよい。さらに、例えば、エンハンサー機能等の特定機能を有するDNAの塩基配列が、配列番号1の塩基番号1から塩基番号1751までの塩基配列に付加された塩基配列からなり、かつ植物細胞において発現誘導型の制御プロモーター機能を有するDNA等のDNAも第二DNAとしてあげることができる。
第二DNAにおいて「配列番号1の塩基番号1から塩基番号1751までの塩基配列に相補性を有する塩基配列からなるDNAとストリンジェントな条件下にハイブリダイズするDNA」とは、(A)例えば、「クローニングとシークエンス」(渡辺格監修、杉浦昌弘編集、1989年、農村文化社発行)等に記載されているサザンハイブリダイゼーション法において、(1)高イオン濃度下[例えば、6XSSC(900mMの塩化ナトリウム、90mMのクエン酸ナトリウム)が挙げられる。]に、65℃でハイブリダイズさせることにより配列番号1の塩基番号1から塩基番号1751までの塩基配列に相補性を有する塩基配列からなるDNAとDNA−DNAハイブリッドを形成し、(2)低イオン濃度下[例えば、0.1 X SSC(15mMの塩化ナトリウム、1.5mMのクエン酸ナトリウム)が挙げられる。]に、65℃で30分間保温した後でも当該ハイブリッドが維持されうるようなDNAをいう。また、(B)例えば、Sambrook J., Frisch E. F., Maniatis T.著、モレキュラークローニング第2版(Molecular Cloning 2nd edition)、コールド スプリング ハーバー ラボラトリー発行(Cold Spring Harbor Laboratory press)等に記載されているサザンハイブリダイゼーション法において、(1)例えば、6×SSC(1.5M NaCl、0.15M クエン酸三ナトリウムを含む溶液を10×SSCとする)、50%フォルムアミドを含む溶液中で45℃にてハイブリッドを形成させた後、(2)2×SSCで50℃にて洗浄するような条件(Molecular Biology, John Wiley & Sons, N. Y. (1989), 6.3.1−6.3.6)等を挙げることができる。洗浄ステップにおける塩濃度は、例えば、2×SSCで50℃の条件(低ストリンジェンシーな条件)から0.2×SSCで50℃までの条件(高ストリンジェンシーな条件)から選択することができる。洗浄ステップにおける温度は、例えば、室温(低ストリンジェンシーな条件)から65℃(高ストリンジェンシーな条件)までの温度から選択することができる。また、塩濃度と温度の両方を変えることもできる。
具体的には、例えば、配列番号1の塩基番号1から塩基番号1751までの塩基配列に相補性を有する塩基配列からなるDNA、配列番号1の塩基番号1から塩基番号1751までの塩基配列に相補性を有する塩基配列において、その一部の塩基が欠失、置換もしくは付加された塩基配列からなるDNA、配列番号1の塩基番号1から塩基番号1751までの塩基配列に相補性を有する塩基配列からなるDNAと配列同一性が80%以上であるDNA等があげられる。かかるDNAは、自然界に存在するDNAの中からクローニングされたDNAであっても、このクローニングされたDNAの塩基配列において、その一部の塩基の欠失、置換または付加が人為的に導入されてなるDNAであっても、人為的に合成されたDNAであってもよい。
ここで「配列同一性」とは、2つのDNA間の配列の同一性及び相同性をいう。前記「配列同一性」は、比較対象の配列の領域にわたって、最適な状態にアラインメントされた2つの配列を比較することにより決定される。ここで、比較対象のDNAは、2つの配列の最適なアラインメントにおいて、付加又は欠失(例えばギャップ等)を有していてもよい。このような配列同一性に関しては、例えば、Vector NTIを用いて、ClustalWアルゴリズム(Nucleic Acid Res.,22(22):4673−4680(1994)を利用してアラインメントを作成することにより算出することができる。尚、配列同一性は、配列解析ソフト、具体的にはVector NTI、GENETYXや公共のデータベースで提供される解析ツールを用いて測定される。前記公共データベースは、例えば、ホームページアドレスhttp://www.ddbj.nig.ac.jpにおいて、一般的に利用可能である。
本発明における配列同一性は、80%以上であればよいが、好ましくは90%以上、より好ましくは95%以上である。
【0011】
本発明における「発現誘導型プロモーター」とは、外的要因、例えば、強光、UV、傷害、高温、低温、塩、病害、植物ホルモン処理等のストレスによって、その下流に連結された遺伝子の発現を誘導し得るプロモーターを意味する。強光ストレスとは、通常の環境条件下においては見られない、光合成能を超える程の光照射であって、例えば、200〜2000μE/m2sの光を30分程度以上照射するこという。またUVストレスとは、例えば、波長220nm〜400nmの紫外線を30分以上照射することをいう。また傷害ストレスとは、物理的に植物細胞が破壊されることによるストレスで、例えば、植物組織をハサミ・シュレッダー等を用いて人為的に切り刻むことをいう。また低温ストレスとは、植物の生育適温の下限を超えるような環境に植物が遭遇することによって受けるストレスで、例えば、1〜5℃の温度条件下で30分以上インキュベートすることをいう。また高温ストレスとは、植物の生育適温の上限を超えるような環境に植物が遭遇することによって受けるストレスで、例えば、35℃以上の温度条件下で30分以上インキュベートすることをいう。また塩ストレスとは、土壌中或いは培地中の塩化ナトリウム濃度が上昇し、植物の生育にとって不利となることを意味し、例えば、50〜200mMのNaCl水溶液を潅水することをいう。また病害ストレスとは、細菌・真菌等による罹病を意味し、例えば、青枯れ病菌(Rastonia solanacearum)、灰色カビ病菌(Botryotinia fuckeliana)、うどんこ病菌(Erysiphe graminis)、いもち病菌(Magnaporthe grisea)等の植物病原菌が感染することを意味する。また植物ホルモン処理とは、ジャスモン酸(JA)、アブシジン酸(ABA)、サリチル酸(SA)等の植物ホルモンを植物に与えることを意味し、例えば、1〜10mMのサリチル酸水溶液を葉にスプレーすることをいう。発現誘導型プロモーターとは、これらのストレスを植物細胞又は植物体が受けることによって、下流に連結された遺伝子の発現を誘導し得るプロモーターを意味する。
【0012】
本発明プロモーターは、例えば、シロイヌナズナArabidopsis thalianaのゲノム遺伝子のDNA等からPCR法を利用して調製することができる。
具体的には、例えば、シロイヌナズナの葉等の組織を採取し、採取された組織を液体窒素中で凍結させた後、これを乳鉢等により物理的に磨砕することにより細かい粉末状の組織片とする。当該組織片から通常の方法によりゲノム遺伝子のDNAを抽出する。当該抽出操作は、例えば、M.Shure et al, Cell, 35:225(1983)等に記載されているCTAB法、S.O.Rogers and A.J.Bendich, Plant Mol.Biol., 5:69(1985)等に記載されている尿素―フェノール法等により行うことができる。得られたゲノム遺伝子のDNAを鋳型として、配列番号1で示される塩基配列に基づいて設計されるオリゴヌクレオチド、例えば、配列番号1の塩基番号1から塩基番号28までの塩基配列を有するオリゴヌクレオチドと、配列番号1の塩基番号1863から塩基番号1886までの塩基配列に相補的な塩基配列を有するオリゴヌクレオチドとをプライマーに用いて、1回〜数回のPCRを行うことにより、配列番号1で示される塩基配列からなるDNAを増幅することができる。また、前記オリゴヌクレオチドの5’末端側に制限酵素認識配列等を付加したオリゴヌクレオチドを前記PCRのプライマーとして用いてもよい。
【0013】
本発明プロモーターは、「Molecular Cloning:A Laboratory Manual 2nd edition」(1989), Cold Spring Harbor Laboratory Press、「Current Protocols InMolecular Biology」(1987), John Wiley & Sons, Inc.ISBNO−471−50338−X等に記載される通常の方法に準じてベクターにクローニングすることができる。使用されるベクターとしては、例えば、Invitrogen社のTAクローニングキットに含まれるプラスミドベクターや、Stratagene社のpBluescriptII等のプラスミドベクターを挙げることができる。クローニングされたDNAの塩基配列は、F.Sanger, S.Nicklen, A.R.Coulson著、Proceedings of National Academy of Science U.S.A.(1977), 74, 5463頁−5467頁等に記載されるダイデオキシターミネーティング法等により分析することができる。塩基配列分析用の試料調製には、例えば、パーキンエルマー社のABI PRISM Dye Terminator Cycle Sequencing Ready Reaction Kit等の市販の試薬を用いてもよい。
【0014】
本発明プロモーターは、第一DNAの5’末端側に第二DNAを接続することにより作製することができる。
例えば、本発明プロモーターのDNAを鋳型として、配列番号1で示される塩基配列に基づいて設計されるオリゴヌクレオチド、例えば、配列番号1の塩基番号863から塩基番号890までの塩基配列を有するオリゴヌクレオチド、或いは配列番号1の塩基番号1349から塩基番号1380までの塩基配列を有するオリゴヌクレオチドと、配列番号1の塩基番号1724から塩基番号1751までの塩基配列に相補的は塩基配列を有するオリゴヌクレオチドとをプライマーに用いて、1回から数回のPCRを行うことにより、第二DNAを増幅することができる。また、例えば、配列番号2で示される塩基配列を有するオリゴヌクレオチド(+鎖)とその相補鎖である配列番号3で示される塩基配列を有するオリゴヌクレオチド(―鎖)を化学合成し、これらを試験管内でアニールさせることにより、第一DNAを調製することができる。また、例えば、ニンジン由来のゲノム遺伝子のDNA又はpBICRPT16G6(特開2000−166577号公報に記載される)を鋳型として、配列番号4の塩基番号1から塩基番号24までの塩基配列を有するオリゴヌクレオチドと、配列番号4の塩基番号173から塩基番号196までの塩基配列に相補的な塩基配列を有するオリゴヌクレオチドとをプライマーに用いて、1回〜数回のPCRを行うことにより、配列番号4で示される塩基配列を有するDNA断片である第一DNAを調製することができる。
このようにして得られた配列番号1の塩基番号863から塩基番号1751までの塩基配列を有するDNA断片又は配列番号1の塩基番号1349から塩基番号1751までの塩基配列を有するDNA断片の3’下流側に、配列番号2又は配列番号4で示される塩基配列を有するDNA断片をT4 DNAリガーゼ(宝酒造社製)を用いて結合させることにより、本発明プロモーターを作製することができる。
【0015】
第二DNAは、また、配列番号1で示される塩基配列からなるDNAの塩基配列に下記の方法によって変異を導入することによって取得することができる。例えば、A.Greener, M.Callahan、Strategies、1994年、7巻、32−34頁等に記載される方法に準じて配列番号1で示される塩基配列からなるDNAにランダムに変異を導入し取得してもよいし、W.Kramer,et al.、Nucleic Acids Research、1984年、12巻、9441頁若しくはW.Kramer, H.J.Frits、Methods in Enzymology、1987年、154巻、350頁等に記載されるギャップド・デユープレックス(gapped duplex)法、又は、T.A.Kunkel、Proc. of Natl. Acad. Sci. U.S.A.、1985年、82巻、488頁若しくはT.A.Kunkel et al.、Methods in Enzymology、1987年、154巻、367頁等に記載されるクンケル(Kunkel)法等に準じて、配列番号1で示される塩基配列からなるDNAに部位特異的に変異を導入し取得してもよい。また、例えば、S.Henikoff,et al.、Gene、1984年、28巻、351頁、C.Yanisch−Perron,et al.、Gene、1985年、33巻、103頁等に記載される方法に準じて、配列番号1で示される塩基配列の特定の部位を欠失させた塩基配列を有する第二DNAを取得してもよい。
【0016】
また、例えば、植物において遺伝子の転写効率を増大させる機能(即ちエンハンサー機能)を有するDNAを、例えば、DNA合成機(アプライドバイオシステムズ社製)を用いて合成する方法、エンハンサー機能を有する塩基配列を元に合成されたオリゴヌクレオチドを用いてPCRを行うことにより増幅する方法、又はゲノムから適当な制限酵素で切り出してくる方法等により取得し、取得されたDNAを通常の方法、例えば、S.Bohner,et al.Molecular & General Genetics、2001年、6巻、861頁等に記載される方法に準じて、配列番号1で示される塩基配列からなるDNAに連結させることによっても、第二DNAを取得することができる。エンハンサー機能を有するDNAとしては、例えば、アグロバクテリウムのオクトピン合成酵素遺伝子の転写開始点の上流333番目から同116番目までの塩基配列の下流に、マンノピン合成酵素遺伝子の転写開始点の上流318番目から同138番目までの塩基配列を連結した塩基配列からなるDNA、マンノピン合成酵素遺伝子の転写開始点の上流318番目から同213番目までの塩基配列に、オクトピン合成酵素遺伝子の転写開始点の上流333番目から同116番目までの塩基配列を連結した塩基配列からなるDNA(The Plant Journal, 7(4):661−676(1995))、カリフラワーモザイクウイルス35Sタンパク質の転写開始点の上流343番目から同91番目までの塩基配列からなるDNA(Nature, 313:810−812(1985))、トマトのリブロース−1,5−二リン酸カルボキシラーゼ・オキシダーゼ小サブユニット遺伝子(rbc−3A)の転写開始点の上流1099番目から同205番目までの塩基配列からなるDNA(Plant Cell, 1:217−227(1990))、タバコのPR1a遺伝子の転写開始点の上流902番目から同287番目までの塩基配列(Plant Cell, 2:357−366(1990))、ジャガイモのプロテアーゼインヒビター遺伝子(PI−II)の転写開始点の上流1300番目から同195番目までの塩基配列からなるDNA(Plant Cell, 2:61−70(1990))等が挙げられる。
【0017】
本発明プロモーターが有する機能については、例えば、下記のようにして確認することができる。
本発明プロモーターの下流にレポーター遺伝子、例えば、ホタル由来ルシフェラーゼ(LUC)遺伝子を連結し、これを必要に応じてベクターにクローニングして、後述するパーティクルガン法、アグロバクテリウム菌による感染法等の方法を用いて、例えば、タバコ野生株細胞又はシロイヌナズナ野生株細胞等の植物細胞に導入し、この細胞から植物体を再生させた形質転換植物を作出する。作出された植物体若しくはその子孫に光強度1,000〜2,000μE/m2sの白色光を4〜24時間照射するようなストレス処理、又は波長220nm〜400nmの紫外線を4〜24時間照射するようなストレス処理、又は葉組織をハサミ・シュレッダー等で切り刻んで、5℃若しくは室温で4〜24時間インキュベートするようなストレス処理、又は植物体を40〜45℃の温度条件下で1〜8時間インキュベートするようなストレス処理、又は植物体を1〜5℃の温度条件下で1〜8時間インキュベートするようなストレス処理、又は50〜200mMNaCl水溶液を潅水して1〜2週間生育させるようなストレス処理、又は植物体に青枯れ病菌等の植物病原菌を感染させて1〜3日間生育させるようなストレス処理、又は1〜10mMのサリチル酸水溶液を葉にスプレーするようなストレス処理等を施した後、葉組織のLUC活性を測定するか、又は葉組織に1mMルシフェリン水溶液を噴霧して10分後に、例えば、浜松フォトニクス社のArgus画像解析装置を用いて発光を観察する。これらの結果を、ストレス処理していない対照体と比較することによって、即ち、レポーター遺伝子の発現量を比較することによって、本発明プロモーターの機能を確認することができる。尚、レポーター遺伝子としては、ルシフェラーゼ遺伝子に限らず、β−グルクロニダーゼ遺伝子、クロラムフェニコールアセチルトランスフェラーゼ遺伝子、グリーンフルオレセイントプロテイン遺伝子等を使用することもできる。
【0018】
本発明プロモーターを用いて所望の外来遺伝子を植物細胞内で発現させる場合には、本発明プロモーター、所望の外来遺伝子及び植物ターミネーターが機能可能な形で連結されてなるDNAを利用すればよい。ここで所望の外来遺伝子とは、植物で発現させようとする外来遺伝子であって、例えば、酵素、貯蔵タンパク質、抗体、受容体、転写調節因子、シグナル伝達因子等のタンパク質をコードする遺伝子があげられ、本発明プロモーターの下流に目的に応じてセンス方向又はアンチセンス方向に当該遺伝子を結合するとよい。植物ターミネーターとしては、導入される植物において転写終結作用を有するDNAであればよく、例えば、アグロバクテリウム属細菌のTi−プラスミド由来のノパリン合成酵素遺伝子のターミネーター(NOS)、ニンニクウイルスGV1、GV2等の植物ウイルス由来のプロモーター等をあげることができる。尚、「機能可能な形で」とは、本発明プロモーター、所望の外来遺伝子及び植物ターミネーターが機能可能な形で連結されてなるDNAを導入し植物細胞を形質転換させたときに、所望の外来遺伝子が、本発明プロモーター及び植物ターミネーターの制御下に発現するように、前記プロモーター及び前記ターミネーターと結合された状態にあることを意味する。
【0019】
本発明ベクターに使用できるベクターとしては、大腸菌、酵母、植物細胞等の宿主細胞内で増殖可能なプラスミド、ファージ、ファージミッド等があげられ、宿主細胞の種類や用途に応じて選択することができる。
前記ベクターとしては、本発明ベクターが導入された宿主細胞を選択するためのマーカー遺伝子(例えば、カナマイシン耐性遺伝子、ハイグロマイシン耐性遺伝子、ネオマイシン耐性遺伝子等)を含んでいてもよい。また、本発明プロモーター及び所望の外来遺伝子が機能可能な形で連結されるような位置、例えば、本発明プロモーターを挿入する部位の下流の位置に遺伝子挿入部位が設けられている本発明ベクターは、所望の外来遺伝子を細胞内で発現させるためのベクターとして各種ベクターの構築に好ましく利用することができる。ここで「遺伝子挿入部位」とは、例えば、遺伝子工学的手法で通常用いられる制限酵素が特異的に認識切断可能な塩基配列であり、本発明ベクター上に唯一存在する種類の制限酵素認識配列が好ましく、遺伝子挿入部位としては、例えば、pBIN19(Nucl.Acid Res. 12:8711−8721(1984))に記載されるような遺伝子挿入部位(マルチクローニング部位)等をあげることができる。前記ベクターとして、より具体的には、例えば、pUC系プラスミド[pUC118、pUC119(宝酒造社)等]、pSC101系プラスミド、Ti−プラスミド[pBI101、pBI121(CLONTECH社)等]、フルースクリプト系ファージミッド[pBluescript SK(+/−)(STRATAGENE社)等]、M13系ファージ[mp10、mp11(Amersham社)等]、λ系ファージ[λgt10、gt11(Amersham社)等]、コスミッド類[SuperCosI(STRATAGENE社)等]、pAUR系プラスミド[pAUR112(宝酒造社)等]等があげられる。
さらに、本発明ベクターは、本発明プロモーターの下流に植物ターミネーターが機能可能な形で挿入されていてもよい。
【0020】
本発明ベクターは、前記ベクターに、通常の方法で本発明プロモーターを組み込むことによって作製することができる。例えば、121−LUC(福田裕穂、西村幹夫、中村研三監修:植物の細胞を観る実験プロトコール(秀潤社)196−200頁)、pBI101.3(CLONTECH社)、pBIN19(Nucl.Acid Res. 12:8711−8721(1984))等のベクターの遺伝子挿入部位に、本発明プロモーターを挿入してもよい。また、当該遺伝子挿入部位に、本発明プロモーター及び植物ターミネーターを機能可能な形で挿入することによっても作製することができる。
さらに、通常の方法により所望の外来遺伝子をベクターにおける本発明プロモーターの下流に機能可能な形で挿入することによって、所望の外来遺伝子を有する本発明ベクターを作製できる。また、本発明プロモーター、所望の外来遺伝子及び植物ターミネーターが機能可能な形で連結されてなるDNAをカセットとして通常の方法により作製して、これを、例えば、121−LUC(福田裕穂、西村幹夫、中村研三監修:植物の細胞を観る実験プロトコール(秀潤社)196−200頁)、pBI101.3(CLONTECH社)、pBIN19(Nucl.Acid Res. 12:8711−8721(1984))等のベクターの遺伝子挿入部位に挿入してもよい。
【0021】
本発明プロモーター、所望の外来遺伝子及び植物ターミネーターが機能可能な形で連結されてなることを特徴とするDNA又は当該DNAを含むことを特徴とするベクター、或いは、本発明プロモーターを含むことを特徴とするベクター(即ち、本発明ベクター)又は本発明プロモーターの下流に遺伝子挿入部位及び植物ターミネーターを含むことを特徴とする前記ベクターのいずれかのベクターを、例えば、J.,Sambrook, E.,F.,Frisch, T.,Maniatis著、モレキュラー・クローニング第2版(1989)(コールド・スプリング・ハーバー・ラボラトリー発行)等に記載される塩化カルシウム法、エレクトロポーレーション法等により大腸菌やアグロバクテリウム菌に導入することによって、宿主細胞が微生物である本発明形質転換体が作製できる。かかる形質転換体は、本発明プロモーター又は前記の所望の外来遺伝子の調製や植物細胞への導入等に使用できる。
【0022】
宿主細胞が植物である場合における本発明形質転換体(以下、本発明形質転換植物と記すこともある。)は、下記のようにして作製することができる。例えば、本発明プロモーター単独、又は本発明プロモーター、所望の外来遺伝子及び植物ターミネーターが機能可能な形で連結されてなるDNAのカセット又は本発明ベクターを、例えば、パーティクルガン法(遺伝子銃による植物細胞への直接導入法)、アグロバクテリウム菌による感染法(アグロバクテリウム菌を植物組織に感染させる方法)、電気的導入法(植物プロトプラストへの電気的導入法)等の方法により植物の細胞に導入することによって形質転換された植物の細胞を作製することができる。
【0023】
本発明形質転換植物を作製する場合において宿主細胞として使用できる植物としては、例えば、イネ、トウモロコシ、オオムギ、コムギ等の単子葉植物、ダイズ、エンドウ、インゲン、アルファルファ、ミヤコグサ等のマメ科植物、タバコ、トマト、ジャガイモ等のナス科植物、キャベツ、ナタネ、カラシナ、シロイヌナズナ等のアブラナ科植物、メロン、カボチャ、キュウリ等のウリ科植物、ニンジン、セロリ等のセリ科植物、レタス等のキク科植物等の双子葉植物等をあげることができる。
【0024】
形質転換された植物の細胞は、例えば、S.B.Gelvin, R.A.Schileroot and D.P.S.Verma著:プラント・モレキュラー・バイオロジー・マニュアル(Plant Molecular Biology Manual, Kluwer Academic Publishers press (1988))、島本功、岡田清孝監修:モデル植物の実験プロトコール(イネ、シロイヌナズナ編)(秀潤社)(ISBN4−87962−157−9 C3345、1996)78−143頁或いは内宮博文著(植物遺伝子操作マニュアル、トランスジェニック植物の作り方(講談社サイエンティフィック))1990、ISBN4−06−153513−7 C3045)28−33に記載されている通常の植物組織培養技術において用いられる方法に準じて再分化することによって、当該植物細胞由来の形質転換された植物の個体又はその一部を得ることができる。さらに、前記のようにして得られる植物の個体を栽培し自殖させることにより、当該植物の個体の子孫が得られる。
【0025】
尚、本発明形質転換植物より、常法に従ってDNAを抽出し、抽出されたDNAを制限酵素で切断することにより得られたDNAに対して、宿主細胞の形質転換に用いたDNA又はその一部をプローブとして用いたサザンハイブリダイゼーションを行うことにより、所望の外来遺伝子の導入有無を確認することができる。また、本発明形質転換植物より、常法に従ってRNAを抽出し、本発明プロモーターの制御下に発現させようとする所望の外来遺伝子のセンス配列又はアンチセンス配列を有するDNAをプローブとして用いたノザンハイブリダイゼーションを行うことにより、所望の外来遺伝子の発現を調べることができる。
【0026】
本発明形質転換植物では、強光、UV、傷害、高温、低温、塩、病害、植物ホルモン処理等のストレスである外的要因に惹起され、導入された所望の外来遺伝子が発現されることにより、所望の有用形質を発現し得る。
外的要因としては、例えば、光強度1,000μE/m2s〜2,000μE/m2sの白色光照射、波長220 nm〜400nmの紫外線照射、ハサミ等による人為的傷害又は有害生物等による傷害、50mM〜200mM NaCl処理、1〜5℃の低温、40℃〜45℃の高温、青枯れ病菌(Rastonia solanacearum)、灰色カビ病菌(Botryotinia fuckeliana)、うどんこ病菌(Erysiphe graminis)、いもち病菌(Magnaporthe grisea)等の植物病原菌の感染による罹病、1〜10mMのサリチル酸水溶液を葉にスプレーする植物ホルモン処理等のストレスをあげることができる。所望の外来遺伝子が、例えば、ワクチンとなるタンパク質のアミノ酸配列をコードする塩基配列からなる遺伝子(コレラ毒素タンパク質遺伝子(Nature Biotechnol., 16:292−297(1998))、HB抗原遺伝子(Nature Biotechnol.,18:1167−1171(2000))等)、抗体となるタンパク質のアミノ酸配列をコードする塩基配列からなる遺伝子(抗ヘルペスシンプレックスウイルスIgG遺伝子(Nature Biotechnol., 16:1361−1364(1998))等)、医薬となるタンパク質のアミノ酸配列をコードする塩基配列からなる遺伝子(コラーゲン遺伝子(FEBS Lett., 469:132−136(2000))、ラクトフェリン遺伝子(Transgenic Res., 9:71−78(2000))等)、ダイズのグリシニン遺伝子(Bioscience, Biotechnology, and Biochemistry, 61(5):794−799(1997))、β−コングリシニン遺伝子(Bioscience, Biotechnology, and Biochemistry, 61(5):794−799(1997))、ブラジルナッツの2Sアルブミン遺伝子(Plant Molecular Biology, 16(3):437−448(1991))、大腸菌等のbioA、bioB、bioC、bioD 、bioF、bioH遺伝子(Journal of Bacteriology, 178(14):4122−4130(1996))等の場合には、例えば、植物の収穫前又は収穫後に、強光、UV、葉組織をハサミ・シュレッダー等で切り刻むことによる傷害、低温、高温、高塩、サリチル酸等の植物ホルモン処理等のストレスを与えた後、形質転換体が産生した外来遺伝子産物を回収することにより、所望の外来遺伝子に対応したタンパク質を取得することができる。
また、所望の外来遺伝子が、例えば、ストレス耐性付与遺伝子(大腸菌カタラーゼ遺伝子(FEBS Lett., 428:47−51 (1998))、葉緑体型スーパーオキシドジスムターゼ遺伝子(Cu/Zn−SOD)(Proc.Natl.Acad.Sci.USA, 90:1629−1633(1993))、浸透圧調整物質であるベタインの合成に関わるコリンオキシダーゼ遺伝子(COD)(Plant J., 12:133−142(1997))、低温誘導性遺伝子の発現制御を担っている転写因子遺伝子(CBF1或いはDREB1)(Science, 280:104−106 (1998)、The Plant Cell, 10:1391−1406 (1998))、)等の場合には、本発明形質転換植物では、強光、塩、低温、乾燥等に対する抵抗性が増強され得る。
また、所望の外来遺伝子が、例えば、植物防御遺伝子(フェニルアラニンアンモニアリアーゼ遺伝子(PAL)(Molecular & Cellular Biology, 7(1):335−341(1987))、カルコンシンターゼ遺伝子(CHS)(Molecular & Cellular Biology, 7(1):335−341(1987))、キチナーゼ遺伝子(CHT)(Journal of Biological Chemistry, 254(11):4901−4907(1979))、リゾチーム遺伝子(Journal of Biological Chemistry, 244(6):1399−1409(1969))、PRタンパク質遺伝子(Antiviral Research, 6(3):177−185(1986))等)、病害抵抗性遺伝子(Pto遺伝子(Proceedings of the National Academy of Sciences, 93(23):13393−13397(1996)等)、ウイルスコートタンパク質遺伝子(Virology, 161(2):561−569(1987))等の場合には、本発明形質転換植物では、細菌、カビ、ウイルス等に対する抵抗性が増強され得る。
【0027】
【実施例】
以下、実施例により詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
実施例1 (本発明プロモーター(RHL41プロモーター)の調製及びLUC発現ベクターの構築)
播種後3週間目のシロイヌナズナ葉部100mgをエッペンドルフチューブ中で、液体窒素を用いて凍結させ、これからISOPLANT(ニッポンジーン社製)を用いてゲノム遺伝子のDNAを調製した。調製されたDNA100ngを鋳型として、かつ、配列番号5で示される塩基配列(PR−2H)からなるDNAと配列番号6で示される塩基配列(PR−RB)からなるDNAとをプライマーとするPCR(94℃1分間、54℃2分間、72℃3分間を1サイクルとして30サイクル)を行うことにより、約1.9kbのRHL41プロモーター領域を含むDNA断片を増幅させた後、増幅されたDNA断片をHindIII、BamHIで完全消化した。得られた消化物をアガロースゲル電気泳動に供した後、ゲルから当該DNA断片を切り出し、さらにこれをDNA purification kit(Bio−Rad)を用いて精製した。次にバイナリーベクター121−LUC(福田裕穂、西村幹夫、中村研三監修:植物の細胞を観る実験プロトコール(秀潤社)196−200頁)をHindIII、BamHIで完全消化した。得られた消化物をアガロースゲル電気泳動に供した後、ゲルから当該バイナリーベクターに相当するDNA断片を切り出し、さらにこれをDNA purification kit(Bio−Rad)を用いて精製した。精製された上記両者のDNA断片をライゲーションキット(宝酒造社製)を用いて連結した後、これを大腸菌HB101株に導入した。このようにして調製された大腸菌HB101株の中からカナマイシン耐性株を選抜した。選抜されたカナマイシン耐性株からプラスミドDNAを回収することにより、1.9kb RHL41/LUC発現ベクターを得た。
当該ベクターを作製した過程を図1に示した。
【0028】
実施例2 (RHL41/35Sキメラプロモーターの調製及び発現ベクタ−の構築)
第二DNAをクローニングするために、実施例1で得られた1.9kb RHL41/LUC発現ベクターDNA 10ngを鋳型として、かつ、配列番号7で示される塩基配列(PR−1H)若しくは配列番号8で示される塩基配列(PR−5H)からなるDNAと配列番号10で示される塩基配列(PR−9B)からなるDNAとをプライマーとするPCR(94℃1分間、54℃2分間、72℃3分間を1サイクルとして30サイクル)を行うことにより、それぞれ、約0.9kb、約0.4kbのDNA断片を増幅させた後、増幅されたDNA断片をHindIII、BamHIで完全消化した。得られた消化物をアガロースゲル電気泳動に供した後、ゲルから当該DNA断片を切り出し、さらにこれをDNA purification kit(Bio−Rad)を用いて精製した。次にバイナリーベクターpBI121−LUCをHindIII、BamHIで完全消化した。得られた消化物をアガロースゲル電気泳動に供した後、ゲルから当該バイナリーベクターに相当するDNA断片を切り出し、さらにDNA purification kit(Bio−Rad)を用いて精製した。精製された上記両者のDNA断片をライゲーションキット(宝酒造社製)を用いて連結した後、これを大腸菌HB101株コンピテントセル(宝酒造)に導入した。このようにして調製された大腸菌HB101株の中からカナマイシン耐性株を選抜した。選抜されたカナマイシン耐性株からプラスミドDNAを回収することにより、0.9kb RHL41(−TATA)/LUC、0.4kb RHL41(−TATA)/LUC発現ベクターを得た。当該ベクターをBamHIで完全消化した後、BAP(宝酒造社製)で末端を脱リン酸化させた。
第一DNAである35Sミニマムプロモーターを得るために、配列番号2で示される塩基配列(35S(+))からなるDNA及び配列番号3で示される塩基配列(35S(−))からなるDNAを合成した。それぞれのDNA溶液濃度を100μMに調整し、それぞれの調整されたDNA溶液3μlずつをエッペンドルフチューブ内で混合した。当該エッペンドルフチューブを94℃にて3分間加熱した後、室温に放置してアニーリングさせた。反応液をBamHIで完全消化した後、エタノール沈殿した。一方、pCR2.1ベクター(Invitrogen)をBamHI、EcoRVで完全消化した後、エタノール沈殿した。エタノール沈殿により得られたそれぞれのDNA沈殿をTEに溶解した。これらをライゲーションキット(宝酒造社製)を用いて連結した後、これを大腸菌HB101株コンピテントセル(宝酒造)に導入した。このようにして調製された大腸菌HB101株の中からカナマイシン耐性株を選抜した。選抜されたアンピシリン耐性株からプラスミドDNAを回収することにより、35Sミニマムプロモーターが挿入されたベクターを得た。当該ベクターをBamHI、BglIIで完全消化した。得られた消化物をアガロースゲル電気泳動に供した後、ゲルから35Sミニマムプロモーターに相当するDNA断片を切り出し、さらにこれをDNA purification kit(Bio−Rad)を用いて精製した。精製されたDNA断片と、上記の脱リン酸化させた0.9kb RHL41(−TATA)/LUC又は0.4kb RHL41(−TATA)/LUC発現ベクターとをライゲーションキット(宝酒造社製)を用いて連結した後、これを大腸菌HB101株コンピテントセル(宝酒造社製)に導入した。このようにして調製された大腸菌HB101株の中からカナマイシン耐性株を選抜した。選抜されたカナマイシン耐性株からプラスミドDNAを回収することにより、35Sミニマムプロモーターが正方向又は逆方向に挿入された発現ベクターを得た。35Sミニマムプロモーターの向きを確認するために、いくつかのカナマイシン耐性株から得られたプラスミドDNAを鋳型として、かつ、配列番号11で示される塩基配列(35S−min)からなるDNAと配列番号12で示される塩基配列(LUC1)からなるDNAとをプライマーとするPCR(94℃1分間、54℃2分間、72℃3分間を1サイクルとして30サイクル)を行い、DNA断片の増幅が認められるものを35Sミニマムプロモーターが正方向に挿入された0.9kb RHL41/35S/LUC、0.4kb RHL41/35S/LUC発現ベクターとして選定した。得られた当該ベクターをHindIII、BamHIで完全消化した後、これをBlunting kit(宝酒造社製)を用いて末端を平滑化し、さらにライゲーションキット(宝酒造社製)を用いてセルフライゲーション処理を行うことにより、35Smp/LUC発現ベクターを得た。当該ベクターを作製した過程を図2〜3に示した。
【0029】
実施例3 (RHL41/G6キメラプロモーターの調製と発現ベクタ−の構築)
第一DNAであるG6ミニマムプロモーターを得るために、pBICR16G6PT(特開2000−166577号公報に記載される)10ngを鋳型として、かつ、配列番号13で示される塩基配列(G6−1)からなるDNAと配列番号14で示される塩基配列(G6−2)からなるDNAとをプライマーとするPCR(94℃1分間、54℃2分間、72℃3分間を1サイクルとして30サイクル)を行うことにより、約220bpのG6ミニマムプロモーター領域を含むDNA断片を増幅させた。増幅されたDNA断片をBamHI、BglIIで完全消化した後、エタノール沈殿した。実施例2で作製された0.9kb RHL41(−TATA)/LUC又は0.4kb RHL41(−TATA)/LUC発現ベクターとをBamHIで完全消化した後、BAP(宝酒造社製)で末端を脱リン酸化させた。精製された、G6ミニマムプロモーター領域を含むDNA断片と、上記の脱リン酸化させた0.9kb RHL41(−TATA)/LUC又は0.4kb RHL41(−TATA)/LUC発現ベクターとをライゲーションキット(宝酒造社製)を用いて連結した後、これを大腸菌HB101株コンピテントセル(宝酒造社製)に導入した。このようにして調製された大腸菌HB101株の中からカナマイシン耐性株を選抜した。選抜されたカナマイシン耐性株からプラスミドDNAを回収することにより、G6ミニマムプロモーターが正方向又は逆方向に挿入された発現ベクターを得た。G6ミニマムプロモーターの向きを確認するために、いくつかのカナマイシン耐性株から得られたプラスミドDNAを鋳型として、かつ、配列番号14で示される塩基配列(G6−1)からなるDNAと配列番号12で示される塩基配列(LUC1)からなるDNAとをプライマーとするPCR(94℃1分間、54℃2分間、72℃3分間を1サイクルとして30サイクル)を行い、DNA断片の増幅が認められるものをG6ミニマムプロモーターが正方向に挿入された0.9kb RHL41/G6/LUC、0.4kb RHL41/G6/LUC発現ベクターとして選定した。得られた当該ベクターをHindIII、BamHIで完全消化した後、これをBlunting kit(宝酒造社製)を用いて末端を平滑化し、さらにライゲーションキット(宝酒造社製)を用いてセルフライゲーション処理を行うことにより、G6mp/LUC発現ベクターを得た。当該ベクターを作製した過程を図4に示した。
【0030】
実施例4 (形質転換タバコの育成)
本発明形質転換植物の作製は、S.B.Gelvin, R.A.Schilperoort and D.P.S.Verma著;Plant Molecular Biology/Manual(1988)(Kliwer Academic Publishers発行、Valvekens et al. Proc.Natl.Acad.Sci.,85:6636−5540(1988)に記載される方法に準じて行った。
YEB培地中、30℃にて一晩振とう培養したアグロバクテリウム菌LBA4404を、新たなYEB培地に植え継ぎ、OD600が0.6になるまで培養した。以下の操作は低温室内で行った。得られた培養液から遠心分離により菌体を回収し、回収された菌体を冷やしておいた滅菌蒸留水で懸濁した後、再度遠心分離により菌体を回収した。このような洗浄操作を2回繰り返した後、滅菌蒸留水を10%グリセロール溶液に代えて同様の洗浄操作を行った。こうして得られた菌体を最終的に400倍濃縮になるように10%グリセロール溶液に懸濁した。このようにして調製されたコンピテントセルに、上記で構築された0.9kb RHL41/35S/LUC、0.4kb RHL41/35S/LUC、35Smp/LUC、0.9kb RHL41/G6/LUC、0.4kb RHL41/G6/LUC、G6mp/LUC及び1.9kb RHL41/LUCを、エレクトロポレーション法を用いて導入した後、カナマイシン50μg/mlを含むYEBプレート上で生育させることにより、生育してきたカナマイシン耐性クローン7株(0.9kb RHL41/35S/LUC:LBA4404、0.4kb RHL41/35S/LUC:LBA4404、35Smp/LUC:LBA4404、0.9kb RHL41/G6/LUC:LBA4404、0.4kb RHL41/G6/LUC:LBA4404、G6mp/LUC:LBA4404、1.9kb RHL41/LUC:LBA4404)を取得した。各カナマイシン耐性クローンをカナマイシン50μg/mlを含むYEB液体培地で、30℃にて2晩振とう培養した。得られた培養液から、QIA−prep spinカラム(QIAGEN社製)を用いてプラスミドDNAを抽出した。0.9kb RHL41/35S/LUC:LBA4404、0.4kb RHL41/35S/LUC:LBA4404又は35Smp/LUC:LBA4404由来のプラスミドDNAを鋳型として、かつ、配列番号11で示される塩基配列(35S−min)からなるDNAと配列番号12で示される塩基配列(LUC−1)とをプライマーとするPCR(94℃1分間、54℃2分間、72℃3分間を1サイクルとして30サイクル)を行い、また0.9kb RHL41/G6/LUC:LBA4404、0.4kb RHL41/G6/LUC:LBA4404又はG6mp/LUC:LBA4404由来のプラスミドDNAを鋳型として、かつ、配列番号14で示される塩基配列(G6−1)からなるDNAと配列番号12で示される塩基配列(LUC−1)とをプライマーとするPCR(94℃1分間、54℃2分間、72℃3分間を1サイクルとして30サイクル)を行い、また1.9kb RHL41/LUC:LBA4404由来のプラスミドDNAを鋳型として、かつ、配列番号9で示される塩基配列(PR−6H)からなるDNAと配列番号12で示される塩基配列(LUC−1)とをプライマーとするPCR(94℃1分間、54℃2分間、72℃3分間を1サイクルとして30サイクル)を行うことにより、0.9kb RHL41/35S/LUC、0.4kb RHL41/35S/LUC、35Smp/LUC、0.9kb RHL41/G6/LUC、0.4kb RHL41/G6/LUC、G6mp/LUC、1.9kb RHL41/LUCそれぞれがアグロバクテリウムに導入されていることをDNA断片の増幅により確認した。
無菌培養されたタバコの葉部切片(0.7cm角)を、カナマイシン50μg/mlを含むYEB液体培地で30℃にて1晩培養された0.9kb RHL41/35S/LUC:LBA4404、0.4kb RHL41/35S/LUC:LBA4404、35Smp/LUC:LBA4404、0.9kb RHL41/G6/LUC:LBA4404、0.4kb RHL41/G6/LUC:LBA4404、G6mp/LUC:LBA4404或いは1.9kb RHL41/LUC:LBA4404の各培養液に2分間浸した後、当該葉部切片から滅菌されたろ紙で余分な水分を除いた後、これをMS−NB培地上に置いた。25℃にて12時間明所、8時間暗所の条件下で2日間培養した後、当該葉部切片をMS液体培地で洗浄し、MS−NBC培地上に置いた。さらに前記と同様な条件下で7日間培養した後、選択薬剤を含むMS−NBCK培地に当該葉部切片を移し、さらに約1ヶ月間程度静置培養し、再生されたシュートを当該葉部切片より切断し、これをMS−CK培地に植え継いだ。約1ヶ月間後、発根した個体を土壌に植えかえることにより、自殖種子(T1世代)を得た。
【0031】
実施例5 (形質転換シロイヌナズナの育成)
本発明形質転換植物の作製は、島本功、岡田清孝監修:モデル植物の実験プロトコール(イネ、シロイヌナズナ編)(秀潤社)99−104頁に記載される方法に準じて行った。
実施例4に記載される方法を用いて、実施例1で得られた1.9kb RHL41/LUC発現ベクターをアグロバクテリウムLBA4404株に導入することにより、1.9kb RHL41/LUC:LBA4404を取得した。さらに実施例4に記載される方法と同様にして、配列番号9で示される塩基配列(PR−6H)からなるDNAと配列番号12で示される塩基配列(LUC−1)とをプライマーとするPCR(94℃1分間、54℃2分間、72℃3分間を1サイクルとして30サイクル)を行い、それぞれのアグロバクテリウムに上記ベクターが導入されていることを確認した。
シロイヌナズナ(Arabidopsis thaliana WS)種子を滅菌した後、これをBM培地に播種し、30〜50μE/m2sの連続照明下、23℃にて1週間培養した。発芽した実生を培地から引き抜き、これをBM培地上に並べ、さらに1週間培養した。根をハサミで切り出して束にして、約1cm長さに切った後、これをCIM培地に置床し、30〜50μE/m2sの連続照明下、23℃にて3〜5日間培養した。カナマイシン50μg/mlを含むLB液体培地1.5mlで30℃にて2晩培養した1.9kb RHL41/LUC:LBA4404の培養液をLB培地で10倍希釈する(OD600を0.1〜1とする)。さらにこの培養液をB5塩溶液により5倍希釈し、当該希釈液にCIM培地で培養された根切片を2〜3分間浸漬した。浸漬された根切片から滅菌ろ紙で余分な水分を除いた後、これをCIM培地に移し、30〜50μE/m2sの連続照明下、23℃にて2日間培養した。培養された根切片をクラフォラン250μg/mlを含む洗浄液の入ったシャーレに移し、これを5分間程軽く混ぜた後、当該根切片から滅菌ろ紙で余分な水分を除いた。カナマイシン50μg/mlを含む選択用SIM培地に移し、30〜50μE/m2sの連続照明下、23℃にて培養を続けた。2週間毎にカナマイシン50μg/mlを含む新しい選択用SIM培地に移し、シュートが再生してきたら切り取ってRIM培地に移植し、引き続き培養した。発根した個体を無菌培養用ポット(直径10cm、高さ20cm)に入れたカナマイシン50μg/ml、ジェランガム0.25%を含むMS培地に移植して、採種できるまで培養した。得られた種子(T1世代)をカナマイシン50μg/ml、ジェランガム0.25%を含むMS培地に無菌播種し、カナマイシン耐性の実生を土入りのポットに移植・馴化させ、採種できるまで栽培を行うことにより、自殖種子(T2世代)を得た。
【0032】
実施例6 (RHL41/G6又はRHL41/35Sキメラプロモーター/LUC発現組換えタバコにおける傷害誘導発現解析)
実施例4で得られた7種類の形質転換タバコの自殖種子(T1世代)を10%次亜塩素酸ナトリウム水溶液に5分間浸し、次いで、滅菌蒸留水で4〜5回洗浄した後、これをカナマイシン100μg/mlを含むMS培地に播種し、23℃にて16時間明所、8時間暗所の条件下で2週間生育させた。カナマイシン耐性を示した植物体(約3個体)の葉をピンセットで押しつぶすことにより、傷害処理を施した。6時間後に傷害処理された植物及び未処理の植物を採取し、採取された植物材料におけるルシフェラーゼ活性をLuciferase Assay System(プロメガ社)キットを用いて測定した。また各植物試料の抽出液のタンパク質含量は、Protein assay kit(バイオラッド社)を用いて測定し、測定されたタンパク質含量に基づきタンパク質当りの活性を算出した。その結果を図5に示した。1.9kb RHL41プロモーターの場合には、傷害処理により未処理の19倍の誘導活性が認められ、当該プロモーターが傷害誘導性を有することが確認された。また、0.9kb RHL41/35S、0.4kb RHL41/35S、0.9kb RHL41/G6、0.4kb RHL41/G6キメラプロモーターの場合には、傷害処理により未処理の2〜7倍の誘導活性が認められた。一方、RHL41プロモーターを付加していない35Sミニマムプロモーター単独又はG6ミニマムプロモーター単独の場合には、上記のような高い誘導活性は認められなかった。これらの結果から、RHL41/35S又はRHL41/G6キメラプロモーターも傷害誘導性を有することが確認された。また、0.9kb RHL41/35S、0.4kb RHL41/35S、0.9kb RHL41/G6、0.4kb RHL41/G6キメラプロモーターの傷害誘導時の活性は、1.9kbRHL41プロモーターの場合よりも、2.7〜7倍高いことが確認された。
【0033】
実施例7 (0.9kb RHL41/35S/LUC発現組換えタバコにおける種々のストレス誘導発現解析)
0.9kbRHL41/35Sキメラプロモーター/LUCを発現する組み換えタバコを用いて、傷害、高温又はUV等のストレスによるプロモーター活性の誘導性を調査した。実施例4に記載される方法においてMS−CK培地で選抜している組換え植物シュート(T0世代)を発根させ、発根した個体を鉢上げ・馴化させた。傷害ストレスの場合には、ハサミで葉の葉柄部分を残して幅5〜10mmの切り込みを入れた。高温ストレスの場合には、60〜100μE/m2sの光強度、45℃の温度の条件下で植物をインキュベートした。UVストレスの場合には、波長が302nmに設定されたトランスイルミネーター(3UVTMtransilluminator、Upland社)を逆さまに設置することにより上方14〜17cmの位置から植物にUVを照射した。各ストレス付与において、経時的に葉を採取し、採取された試料を液体窒素にて凍結させた。凍結された葉試料を乳鉢を用いて破砕した後、当該試料におけるルシフェラーゼ活性をLuciferase Assay System(プロメガ社)キットを用いて測定した。また各植物試料の抽出液のタンパク質含量は、Protein assay kit(バイオラッド社)を用いて測定し、測定されたタンパク質含量に基づきタンパク質当りの活性を算出した。その結果を図6に示した。各ストレス付与によりLUC活性が認められ、0.9kbRHL41/35Sキメラプロモーター活性は傷害、高温、UV等のストレスにより誘導されることが確認された。
【0034】
実施例8 (RHL41プロモーター/LUC発現組換えシロイヌナズナにおける種々のストレス応答解析)
1.9kbRHL41/LUCを発現する組み換えシロイヌナズナを用いて、強光、UV、傷害、高温(40℃)、青枯れ病菌感染、植物ホルモン(JA、ABA、SA)処理及びこれらストレス付与の結果生じるだろうと考えられている過酸化水素によるストレスにおけるプロモーター活性の誘導性を調査した。0.5%ショ糖を含むMS液体培地を24穴プレートに1ml入れ、そこに滅菌された組換え植物(T2世代、ホモライン)の種子を約20粒ずつ加え、150rpmにて回転培養した。7日目に0.5mlずつ液体培地を追加し、10日目に実験に用いた。液体培地に50μM ジャスモン酸(JA)、100μM アブシジン酸(ABA)、1mMサリチル酸(SA)、10〜20mM過酸化水素(H2O2)となるよう添加して培養した。また、BG培地で一晩培養した青枯れ病菌JCM10489を蒸留水で洗浄した後、OD600が0.25になるように調製し、調製された菌懸濁液と液体培地とを交換して培養した。
また、組換え植物(T2世代、ホモライン)の種子を鉢に播き、60〜100μE/m2sの光強度(明所/暗所=16時間/8時間)、23℃の温度、70%の湿度の条件下で3週間生育させ、実験に用いた。強光処理の場合には、植物に光環境シミュレーター(TGE−2S、タバイエスペック社)を用いて2,000μE/m2sの光強度の強光を照射した。UV処理の場合には、波長が302nmに設定されたトランスイルミネーター(3UVTMtransilluminator、Upland社)を逆さまに設置することにより上方25cmの位置から植物にUVを照射した。傷害処理の場合には、ピンセットで葉をつまむことにより、葉組織を破壊した。高温処理の場合には、60〜100μE/m2sの光強度、40℃の温度の条件下で植物をインキュベートした。
各処理につき、経時的に葉を採取し、採取された葉試料を液体窒素にて凍結させた。凍結された葉組織をエッペンドルフチューブ内にて破砕した後、当該試料でのLUC活性をLuciferase Assay System (プロメガ社)を用いて測定した。また各植物試料の抽出液のタンパク質含量は、Protein assay kit(バイオラッド社)を用いて測定し、測定されたタンパク質含量に基づきタンパク質当りの活性を算出した。その結果を図7〜13に示した。各処理ともに、LUC活性が認められ、RHL41プロモーター活性はこれらのストレス処理により誘導されることが確認された。
【0035】
実施例において用いられた培地の組成を示す。
(A)タバコ用培地
(1)MS寒天培地
MURASHIGE AND SKOOG BASAL MEDIUM(SIGMA社)4.4g、ショ糖30gを蒸留水1Lに溶かし、1M KOHでpH5.8に調整し、アガー(和光純薬)を8g添加した後、オートクレーブ滅菌した培地である。
(2)MS−NB寒天培地
MS寒天培地に、1−ナフタリン酢酸(NAA)0.1μg/ml、6−ベンジルアミノプリン(BA)1.0μg/mlを添加した培地である。
(3)MS−NBC寒天培地
MS―NB寒天培地に、クラフォラン300μg/mlを添加した培地である。
(4)MS−NBCK寒天培地
MS―NB寒天培地に、カナマイシン100μg/ml、クラフォラン300μg/mlを添加した培地である。
(5)MS−CK寒天培地
MS寒天培地に、カナマイシン100μg/ml、クラフォラン300μg/mlを添加した培地である。
(B)シロイヌナズナ用培地
(1)BM培地
MURASHIGE AND SKOOG BASAL MEDIUM(SIGMA社)4.4g、MES(和光純薬)0.5g、ショ糖10gを蒸留水1Lに溶かし、1M KOHでpH5.8に調整し、ジェランガム(xx)2.5gを添加した後、オートクレーブ滅菌した培地である。
(2)CIM培地
MURASHIGE AND SKOOG BASAL MEDIUM(SIGMA社)4.4g、MES(和光純薬)0.5g、グルコース20g、2,4−D0.5mg、カイネチン0.1mgを蒸留水1Lに溶かし、1M KOHでpH5.8に調整し、ジェランガム(xx)2.5gを添加した後、オートクレーブ滅菌した培地である。
(3)選択用SIM培地
CIM培地の2,4−Dとカイネチンの代わりに、インドール−3−酢酸(IAA)0.15mg、N6−(Δ2−イソペンテニル)アデニン(2ip)0.5mg、カナマイシン50mgを添加した培地である。
(4)RIM培地
CIM培地の2,4−Dとカイネチンの代わりに、3−インドールブチル酸(IBA)0.5mgを添加した培地である。
(C)細菌用培地
(1)LB培地
バクトトリプトン(Difco社)10g、バクトイーストエキストラクト(Difco社)5g、NaCl10gを蒸留水1Lに溶かし、5M NaOHでpH7.5に調整し、オートクレーブ滅菌した培地である。プレートの場合にはこれに15gの寒天を添加して用いる。(2)YEB培地
バクトビーフエキストラクト(Difco社)5g、バクトイーストエキストラクト(Difco社)1g、ポリペプトン5g、ショ糖5g及び10M NaOH 0.2mlを蒸留水1Lに溶かし、オートクレーブ滅菌する培地である。オートクレーブ滅菌した後、フィルター滅菌された1M MgSO4を0.2ml添加した培地である。プレートの場合にはこれに15gの寒天を添加して用いる。
【0036】
【発明の効果】
本発明により、発現誘導型プロモーター等が提供可能になった。
【0037】
[配列表フリーテキスト]
配列番号5
PCRのために設計されたプライマーであるオリゴヌクレトチド
配列番号6
PCRのために設計されたプライマーであるオリゴヌクレトチド
配列番号7
PCRのために設計されたプライマーであるオリゴヌクレトチド
配列番号8
PCRのために設計されたプライマーであるオリゴヌクレトチド
配列番号9
PCRのために設計されたプライマーであるオリゴヌクレトチド
配列番号10
PCRのために設計されたプライマーであるオリゴヌクレトチド
配列番号11
PCRのために設計されたプライマーであるオリゴヌクレトチド
配列番号12
PCRのために設計されたプライマーであるオリゴヌクレトチド
配列番号13
PCRのために設計されたプライマーであるオリゴヌクレトチド
配列番号14
PCRのために設計されたプライマーであるオリゴヌクレトチド
【0038】
【配列表】
【0039】
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は、本発明ベクターである1.9kb RHL41/LUC発現ベクターの制限酵素地図及びその構築過程を示す図である。図中、KmrはNOSプロモーター、カナマイシン耐性遺伝子及びNOSターミネーターからなる発現カセットを示す。また、LUCはルシフェラーゼ遺伝子を示し、NOSはノパリンシンセターゼターミネーターを示し、RB及びLBはバイナリーベクターに存在する左右境界配列を示す。
【図2】図2は、本発明ベクターである0.9kb、0.4kb RHL41/35S/LUC発現ベクターの制限酵素地図及びその構築過程を示す図である。図中、KmrはNOSプロモーター、カナマイシン耐性遺伝子及びNOSターミネーターからなる発現カセットを示す。また、35Sは35Sミニマムプロモーターを示し、LUCはルシフェラーゼ遺伝子を示し、NOSはノパリンシンセターゼターミネーターを示し、RB及びLBはバイナリーベクターに存在する左右境界配列を示す。
【図3】図3は、本発明ベクターである35mp/LUC発現ベクターの制限酵素地図及びその構築過程を示す図である。図中、KmrはNOSプロモーター、カナマイシン耐性遺伝子及びNOSターミネーターからなる発現カセットを示す。また、35Sは35Sミニマムプロモーターを示し、LUCはルシフェラーゼ遺伝子を示し、NOSはノパリンシンセターゼターミネーターを示し、RB及びLBはバイナリーベクターに存在する左右境界配列を示す。
【図4】図4は、本発明ベクターである0.9kb、0.4kb RHL41/G6/LUC発現ベクター、G6mp/LUC発現ベクターの制限酵素地図及びその構築過程を示す図である。図中、KmrはNOSプロモーター、カナマイシン耐性遺伝子及びNOSターミネーターからなる発現カセットを示す。また、G6はG6ミニマムプロモーターを示し、LUCはルシフェラーゼ遺伝子を示し、NOSはノパリンシンセターゼターミネーターを示し、RB及びLBはバイナリーベクターに存在する左右境界配列を示す。
【図5】図5は、RHL41/G6及びRHL41/35Sキメラプロモーター/LUC発現組換えタバコにおける傷害誘導発現解析の結果を示す図である。図中の横軸に記載される各プロモーターは、左から順に、35Sミニマムプロモーター単独(35Smin)、G6ミニマムプロモーター単独(G6min)、0.4kb RHL41/G6キメラプロモーター(0.4k−G6)、0.4kb RHL41/35Sキメラプロモーター(0.4k−35S)、0.9kb RHL41/G6キメラプロモーター(0.9k−G6)、0.9kb RHL41/35Sキメラプロモーター(0.9k−35S)、1.9kb RHL41プロモーター(1.9k)である。図中の横軸に記載される各プロモーターにおける左側の棒グラフは未処理区での誘導活性を表しており、右側の棒グラフは傷害処理区での誘導活性を表している。
【図6】図6は、0.9kb RHL41/35S/LUC発現組換えタバコにおける種々のストレス誘導発現解析の結果を示す図である。図中の横軸に記載される各ストレスは、左から順に、未処理、傷害ストレス、高温ストレス、UVストレスである。また、数字とhとで示された記載は、各ストレスにおける処理時間を表している。
【図7】図7は、RHL41プロモーター/LUC発現組換えシロイヌナズナにおける植物ホルモン処理によるストレス応答解析の結果を示す図である。図中の横軸にある英字は植物ホルモン名を表しており、JAはジャスモン酸、ABAはアブシジン酸、SAはサリチル酸を表している。また、数字とhとで示された記載は、各ストレスにおける処理時間を表している。
【図8】図8は、RHL41プロモーター/LUC発現組換えシロイヌナズナにおける過酸化水素によるストレス応答解析の結果を示す図である。図中の横軸にある数字とhとで示された記載は、当該ストレスにおける処理時間を表している。
【図9】図9は、RHL41プロモーター/LUC発現組換えシロイヌナズナにおける青枯れ病菌感染によるストレス応答解析の結果を示す図である。図中の横軸にある数字とhとで示された記載は、当該ストレスにおける処理時間を表している。
【図10】図10は、RHL41プロモーター/LUC発現組換えシロイヌナズナにおける強光によるストレス応答解析の結果を示す図である。図中の横軸にある数字とhとで示された記載は、当該ストレスにおける処理時間を表している。
【図11】図11は、RHL41プロモーター/LUC発現組換えシロイヌナズナにおけるUVによるストレス応答解析の結果を示す図である。図中の横軸にある数字とhとで示された記載は、当該ストレスにおける処理時間を表している。
【図12】図12は、RHL41プロモーター/LUC発現組換えシロイヌナズナにおける傷害によるストレス応答解析の結果を示す図である。図中の横軸にある数字とhとで示された記載は、当該ストレスにおける処理時間を表している。
【図13】図13は、RHL41プロモーター/LUC発現組換えシロイヌナズナにおける高温によるストレス応答解析の結果を示す図である。図中の横軸にある数字とhとで示された記載は、当該ストレスにおける処理時間を表している。
Claims (14)
- 下記の第一DNA及び下記の第二DNAを有し、かつ、第一DNAの5’末端側に第二DNAを有することを特徴とする発現誘導型プロモーター。
(1)第一DNA:
RNAポリメラーゼIIによる転写開始部位を決定し最低限の転写水準維持に関与する領域を有するDNA
(2)第二DNA:
下記の(c)、(d)又は(e)のいずれかのDNA。
(c)配列番号1の塩基番号1から塩基番号1751までの塩基配列からなるDNA。
(d)配列番号1の塩基番号1から塩基番号1751までの塩基配列において1若しくは複数の塩基が欠失、置換若しくは付加された塩基配列からなり、かつ植物細胞において発現誘導型の制御プロモーター機能を有するDNA。
(e)配列番号1の塩基番号1から塩基番号1751までの塩基配列に相補性を有する塩基配列からなるDNAとストリンジェントな条件下にハイブリダイズし、かつ植物細胞において発現誘導型の制御プロモーター機能を有するDNA。 - 下記の第一DNA及び下記の第二DNAを有し、かつ、第一DNAの5’末端側に第二DNAを有することを特徴とする発現誘導型プロモーター。
(1)第一DNA:
下記の(a)又は(b)のいずれかのDNA。
(a)配列番号1の塩基番号1752から塩基番号1886までの塩基配列からなるDNA。
(b)ゲノム遺伝子が有するプロモーター領域から切り出される一部のDNAであって、当該DNAにおける3’末端は転写開始点に相当するヌクレオチドであり、かつ、当該DNAにおける5’末端は前記3末’端より46〜200塩基上流の位置にあるヌクレオチドであって、ミニマムプロモーター機能を有するDNA。
(2)第二DNA:
下記の(c)、(d)又は(e)のいずれかのDNA。
(c)配列番号1の塩基番号1から塩基番号1751までの塩基配列からなるDNA。
(d)配列番号1の塩基番号1から塩基番号1751までの塩基配列において1若しくは複数の塩基が欠失、置換若しくは付加された塩基配列からなり、かつ植物細胞において発現誘導型の制御プロモーター機能を有するDNA。
(e)配列番号1の塩基番号1から塩基番号1751までの塩基配列に相補性を有する塩基配列からなるDNAとストリンジェントな条件下にハイブリダイズし、かつ植物細胞において発現誘導型の制御プロモーター機能を有するDNA。 - 請求項1記載の発現誘導型プロモーター、所望の外来遺伝子及び植物ターミネーターが機能可能な形で連結されてなることを特徴とするDNA。
- 請求項1記載の発現誘導型プロモーターを含むことを特徴とするベクター。
- 請求項1記載の発現誘導型プロモーターの下流に遺伝子挿入部位及び植物ターミネーターを含むことを特徴とする請求項3記載のベクター。
- 請求項3記載のDNAを含むことを特徴とするベクター。
- 請求項1記載の発現誘導型プロモーターが宿主細胞に導入されてなることを特徴とする形質転換体。
- 請求項3記載のDNA又は請求項5記載のベクターが宿主細胞に導入されてなることを特徴とする形質転換体。
- 請求項4及び5記載のいずれかのベクターが宿主細胞に導入されてなることを特徴とする形質転換体。
- 宿主細胞が植物細胞であることを特徴とする請求項7〜9記載のいずれかの形質転換体。
- 請求項1記載の発現誘導型プロモーター、請求項2記載のDNA又は請求項4及び5記載のいずれかのベクターを宿主細胞に導入する工程を含むことを特徴とする形質転換体の製造方法。
- 請求項8記載の形質転換体を培養又は育成する工程、外的ストレス処理を与えた後、形質転換体が産生した外来遺伝子産物を回収する工程を有することを特徴とするタンパク質の取得方法。
- 下記の(c)、(d)又は(e)のいずれかのDNA。
(c)配列番号1の塩基番号1から塩基番号1751までの塩基配列からなるDNA。
(d)配列番号1の塩基番号1から塩基番号1751までの塩基配列において1若しくは複数の塩基が欠失、置換若しくは付加された塩基配列からなり、かつ植物細胞において発現誘導型の制御プロモーター機能を有するDNA。
(e)配列番号1の塩基番号1から塩基番号1751までの塩基配列に相補性を有する塩基配列からなるDNAとストリンジェントな条件下にハイブリダイズし、かつ植物細胞において発現誘導型の制御プロモーター機能を有するDNA。 - 配列番号1の塩基番号1から塩基番号1751までの塩基配列からなるDNA。
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WO2008117811A1 (ja) * | 2007-03-27 | 2008-10-02 | Japan Science And Technology Agency | 形質転換植物、形質転換細胞、タンパク質生産キットおよびタンパク質の生産方法 |
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-
2002
- 2002-10-18 JP JP2002304115A patent/JP2004135597A/ja active Pending
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