JP2004147511A - Ethylene receptor gene-like nucleic acid of petunia hybrida and primer for detecting pcr - Google Patents

Ethylene receptor gene-like nucleic acid of petunia hybrida and primer for detecting pcr Download PDF

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幸治 岡村
Yoko Yamanaka
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method and a means for regulating the flower keeping quality of a plant belonging to the genus Petunia and to provide a method for detecting a transgenic plant comprising an ethylene receptor gene-like nucleic acid or its antisense DNA transferred thereinto. <P>SOLUTION: A primer set comprises a nucleic acid containing a DNA composed of a specific base sequence derived from Petunia hybrida and a combination of a primer 1 containing bases forming one boundary region selected from the group consisting of a boundary region 1 between exon 1 and exon 2, a boundary region 2 between the exon 2 and exon 3, a boundary region 3 between the exon 3 and exon 4 and a boundary region 4 between exon the 4 and exon 5 constituting a cDNA encoding the ethylene receptor gene-like nucleic acid sequence derived from the plant belonging to the genus Petunia, respectively or a complementary sequence thereof and a primer 2 containing bases forming other boundary regions or a complementary sequence thereto. The primer set is prepared by using one of the primers 1 and 2 as a forward primer and the other as a reverse primer, respectively. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ペチュニア属植物の花持ち性を改善するために有用で新規なエチレン受容体遺伝子様核酸に関する。また本発明は、上記核酸をコードするDNA又は該核酸のアンチセンス核酸を含む発現ベクター、上記核酸又はアンチセンス核酸を含む形質転換体、並びに該形質転換体から得られる種子に関する。さらに本発明は、植物の花持ち性を調節する方法、及び花持ち性が高められた植物の作出方法に関する。
【0002】
また本発明は、エチレン受容体遺伝子様核酸又はそのアンチセンス核酸が導入された形質転換植物の検出方法、並びに検出用プローブ及びプライマーセットに関する。
【0003】
【従来の技術】
これまでの研究において、いくつかのエチレン受容体遺伝子及びシグナル伝達系の下流遺伝子が同定されている。最も詳細に研究されているシロイヌナズナにおいては、5種類のエチレン受容体遺伝子ETR1、ERS1、ETR2、ERS2及びEIN4が単離され、その遺伝子から予想されるタンパク質の一次構造の特徴と塩基配列の相同性から2つのサブファミリーに分類されている。ETR1とERS1はETR1サブファミリーに分類され、タンパク質のN末端に3つの疎水性ドメインを持つことを特徴とする。一方、ETR2、ERS2及びEIN4はETR2サブファミリーに分類され、これらのタンパク質のN末端側には4つの疎水性ドメインがある。またサブファミリー内の塩基配列の相同性は高く、サブファミリー間の塩基配列の相同性は低い。
【0004】
このエチレン受容体遺伝子の研究では、例えば、シロイヌナズナやトマトにエチレン受容体遺伝子のアンチセンスDNA又は変異エチレン受容体遺伝子を導入した形質転換体を作製し、その転換体のエチレン感受性が低下したことが報告されている(報告1という)。
【0005】
一方、シロイヌナズナにおいてエチレンのシグナル伝達系のモデルが提唱されている。エチレンに応答する植物のエチレン受容体は、基本的にはシロイヌナズナと共通の機能を有すると考えられる。このモデルによれば、エチレンが結合する前の状態では、下流のエチレン応答性の遺伝子の発現が起こらず、追熟が進行しない。しかし、エチレンが受容体に結合すると、下流の遺伝子が活性化されてエチレンが結合することによる様々な反応が起こる。このモデルに従って、エチレン感受性を低下させる方法には、遺伝子導入により植物においてエチレン結合能を欠失した受容体を発現させる手法、及び植物において正常な受容体を過剰に発現させる手法が考えられる(江面浩,生物工学,第78巻第8号,317〜321頁)。
【0006】
上記報告1で用いられたアンチセンス法(又はコサプレッション法)について、上記シロイヌナズナのモデルに上記エチレン感受性を低下させる方法を当てはめて検討した場合には、エチレン感受性が高められるという結果になることが予想される。そのため、報告1による結果は、エチレンのシグナル伝達系のモデルとは異なる機構が働いていると考えられる。このように、現在までに単離されている複数のエチレン受容体遺伝子については、各々がコードするタンパク質の相互作用、存在様式、発現制御機構など、未だに不明な点が多い。
【0007】
さらに、タバコ、トマト、ジャガイモなどが属するナス科植物においては、果実の登熟を遅らせるために、エチレン及びエチレン受容体が研究され、上記植物のエチレン受容体遺伝子が単離されている。しかしながら、ナス科植物においてエチレン受容体遺伝子と花の老化に関する研究はなされているものの(Wilkinson, J.Q., et al, Nature Biotechnology, vol.15, 444−447, 1997)、花持ち性の改善を目的としたエチレン受容体遺伝子はナス科植物からは単離されていない。
【0008】
一方、外来遺伝子を導入した遺伝子組換え植物を実用化して市場に流通させる際には、厚生労働省による「食品衛生法」、及び農林水産省による「改正JAS法」に従って、安全性確認はもちろん遺伝子組換え体であることを明示する必要性がある。現在(2001年末)のところ、この法律は食品となるものについてのみ適用されているので、花卉品種であるペチュニアの遺伝子組換えを行った場合には適用されないと考えられる。しかしながらペチュニアは、ナス、ジャガイモ、トウガラシ、ピーマン、トマト等の主要野菜が含まれるナス科植物に属するため、遺伝子組換えペチュニアからの導入遺伝子が野菜類に伝達する可能性も否定できない。従って、遺伝子組換えペチュニアの実用化における安全性確保のためのツールとして、遺伝子組換え体及び組換えられた遺伝子を検出する技術を確立しておくことが望ましい。厚生労働省の「組換えDNA技術応用食品の検査方法」(平成14年4月、9月に一部改訂)及び農林水産消費技術センター作成のJAS分析試験ハンドブック「遺伝子組換え食品検査・分析マニュアル」(平成14年4月)によると、遺伝子の検出は「PCR法による定性分析による」とされている。「組換えDNA技術応用食品の検査方法」を例に取ると、PCR反応のブランク反応液として、プライマーを加えないもの並びにDNA試料液を加えないものについても、必ず同時に調製する必要がある。また、試料からDNAが抽出されていることの確認として、各DNA試料液ごとに、組換え遺伝子検出用プライマーの代わりに陽性対照用プライマー対を用い、同様にPCR増幅を行う必要もある。さらに、陽性対照用プライマー対、標的組換え遺伝子検出用プライマー対によりPCR増幅バンドが検出された場合、新たに同一のDNA試料液を用いてPCR反応液を調製し、確認用プライマー対(組換え遺伝子検出用とは別のプライマー対)を用いてPCR増幅を行わなければならない。この様な試験を行う場合、PCR増幅断片の有無を明確に判定できることが必須である。また、組換え遺伝子の有無を検査する必要が生じた場合には、大量の試料を迅速かつ確実に判別することが要求される。
【0009】
しかしながらエチレン受容体遺伝子は、天然の植物中にも存在するため、遺伝子を外部から再導入した組換え植物の場合には、一般的に遺伝子を増幅するように設計したPCRプライマーでは天然の非組換え植物においても内在遺伝子由来の増幅産物が検出されてしまう。この問題は、外部から導入した遺伝子は通常cDNAの形で導入されることから、外来遺伝子(cDNA)と内在遺伝子(ゲノムDNA)の増幅産物の長さの違いによって両者を区別することにより回避できると考えられる。しかし、この場合には増幅断片の長さを電気泳動等で比較し判定する操作が必須であるため、「増幅産物の有無」を判定する操作のみで簡便かつ客観的に判別することは難しい。これは同時に大量自動解析が困難であることを意味する。従って、内在遺伝子が存在する遺伝子を導入した形質転換体を簡便かつ明確に判定する方法が望まれている。
【0010】
【特許文献1】特許第3183407号明細書
【特許文献2】特許第3030015号明細書
【0011】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、ペチュニア属植物の花持ち性を調節するための方法及び手段、並びにエチレン受容体遺伝子様核酸若しくはそのアンチセンス核酸、又はそれらの部分配列が導入された形質転換植物の検出方法を提供することを目的とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、上記課題を達成するため鋭意検討した結果、花持ち性に関与するエチレン受容体遺伝子様核酸をペチュニアから単離することに成功し、該核酸又はそのアンチセンス核酸を含むベクターを用いて植物を形質転換することにより、花持ち性が調節された形質転換植物を得ることが可能であることを見出した。また本発明者は、上記遺伝子のエキソン−エキソン境界領域を明らかにし、この領域の塩基配列を含むプライマー及びプローブを設計し、そのプライマー又はプローブを用いることによって、上記核酸又はそのアンチセンス核酸が導入された形質転換植物を簡便かつ明確に検出可能であることを見出した。
【0013】
すなわち、本発明は、以下の(a)又は(b)のタンパク質である。
(a)配列番号2に示すアミノ酸配列からなるタンパク質
(b)配列番号2に示すアミノ酸配列において1若しくは数個のアミノ酸が欠失、置換若しくは付加されており、かつエチレンとの結合能を有するタンパク質
【0014】
また本発明は、以下の(a)又は(b)のタンパク質をコードする核酸である。
(a)配列番号2に示すアミノ酸配列からなるタンパク質
(b)配列番号2に示すアミノ酸配列において1若しくは数個のアミノ酸が欠失、置換若しくは付加されており、かつエチレンとの結合能を有するタンパク質
【0015】
本発明はまた、以下の(a)又は(b)の核酸である。
(a)配列番号1に示す塩基配列からなる核酸
(b)配列番号1に示す塩基配列からなるDNAと相同性が96%以上の塩基配列からなり、かつエチレン感受性に関与する機能を有する核酸
【0016】
また本発明は、配列番号3に示す塩基配列からなるDNAの全部又は一部を含む核酸である。
さらに本発明は、上記核酸の全部又は一部を含む発現ベクターである。
【0017】
本発明はまた、上記核酸の全部又は一部の塩基配列からなるDNAに対し相補的な塩基配列からなるアンチセンス核酸である。また本発明は、該アンチセンス核酸の全部又は一部を含む発現ベクターである。
【0018】
さらに本発明は、上記核酸又は上記アンチセンス核酸を含む形質転換体である。ここで該形質転換体としては、特に限定するものではないが、植物、好ましくは花卉植物、特に好ましくはペチュニア属に属する植物が挙げられる。また該形質転換体は、野生型と比較して花持ち性が高められているものである。
本発明はまた、上記形質転換体から得られる種子である。
【0019】
さらに本発明は、上記核酸又は上記アンチセンス核酸を植物に導入することを特徴とする、植物の花持ち性を調節する方法である。
【0020】
またさらに本発明は、上記形質転換体又は上記種子を培養又は栽培し、植物体を再生することを特徴とする、形質転換植物の作出方法である。ここで該植物としては、花卉植物、好ましくはペチュニア属に属する植物が挙げられる。
【0021】
本発明はまた、上記核酸又はアンチセンス核酸の一部の塩基配列からなるオリゴヌクレオチドである。
【0022】
また本発明は、ペチュニア属に属する植物由来のエチレン受容体遺伝子様核酸配列をコードするcDNAを構成するエキソン1とエキソン2との境界領域1、エキソン2とエキソン3との境界領域2、エキソン3とエキソン4との境界領域3及びエキソン4とエキソン5との境界領域4からなる群から選択される境界領域を形成する塩基配列又はその相補配列を含むオリゴヌクレオチドである。
【0023】
上記オリゴヌクレオチドにおいて、例えば、境界領域1を形成する塩基は配列番号1に示す塩基配列の908番のチミンと909番のチミンであり、境界領域2を形成する塩基は1273番のグアニンと1274番のアデニンであり、境界領域3を形成する塩基は1545番のチミンと1546番のアデニンであり、境界領域4を形成する塩基は1669番のシトシンと1670番のグアニンである。
【0024】
また上記オリゴヌクレオチドとしては、例えば以下の(a)〜(d)からなる群より選択されるものが挙げられる。
(a)配列番号1に示す塩基配列のうち少なくとも908〜909番の塩基を含み、かつ連続した15塩基以上の塩基配列又はその相補配列からなるオリゴヌクレオチド
(b)配列番号1に示す塩基配列のうち少なくとも1273〜1274番の塩基を含み、かつ連続した15塩基以上の塩基配列又はその相補配列からなるオリゴヌクレオチド
(c)配列番号1に示す塩基配列のうち少なくとも1545〜1546番の塩基を含み、かつ連続した15塩基以上の塩基配列又はその相補配列からなるオリゴヌクレオチド
(d)配列番号1に示す塩基配列のうち少なくとも1669〜1670番の塩基を含み、かつ連続した15塩基以上の塩基配列又はその相補配列からなるオリゴヌクレオチド
【0025】
また上記オリゴヌクレオチドとしては、以下の(a)〜(g)からなる群より選択されるものが挙げられる。
(a)配列番号4に示す塩基配列のうち少なくとも19〜20番の塩基を含み、かつ連続した15塩基以上の塩基配列からなるオリゴヌクレオチド
(b)配列番号5に示す塩基配列のうち少なくとも16〜17番の塩基を含み、かつ連続した15塩基以上の塩基配列からなるオリゴヌクレオチド
(c)配列番号6に示す塩基配列のうち少なくとも19〜20番の塩基を含み、かつ連続した15塩基以上の塩基配列からなるオリゴヌクレオチド
(d)配列番号7に示す塩基配列のうち少なくとも14〜15番の塩基を含み、かつ連続した15塩基以上の塩基配列からなるオリゴヌクレオチド
(e)配列番号8に示す塩基配列のうち少なくとも19〜20番の塩基を含み、かつ連続した15塩基以上の塩基配列からなるオリゴヌクレオチド
(f)配列番号9に示す塩基配列のうち少なくとも16〜17番の塩基を含み、かつ連続した15塩基以上の塩基配列からなるオリゴヌクレオチド
(g)配列番号10に示す塩基配列のうち少なくとも18〜19番の塩基を含み、かつ連続した15塩基以上の塩基配列からなるオリゴヌクレオチド
【0026】
さらに本発明は、上記オリゴヌクレオチドを含む、上記核酸又は上記アンチセンス核酸が導入された植物の検出用プローブである。
【0027】
本発明はさらに、上記オリゴヌクレオチドプローブと被検植物のDNAとを反応させ、その反応産物を検出することを特徴とする、上記核酸又はそのアンチセンス核酸が導入された植物の検出方法である。
【0028】
さらに本発明は、ペチュニア属に属する植物由来のエチレン受容体遺伝子様核酸配列をコードするcDNAを構成するエキソン1とエキソン2との境界領域1、エキソン2とエキソン3との境界領域2、エキソン3とエキソン4との境界領域3及びエキソン4とエキソン5との境界領域4からなる群から選択される一の境界領域を形成する塩基又はその相補配列を含むプライマー1と、他の境界領域を形成する塩基又はその相補配列を含むプライマー2との組合せからなるプライマーセットであって、プライマー1及び2のうち一方をフォワードプライマーとして、他方をリバースプライマーとしてそれぞれ作製されるプライマーセットである。
【0029】
上記プライマーセットにおいて、例えば、境界領域1を形成する塩基は配列番号1に示す塩基配列の908番のチミンと909番のチミンであり、境界領域2を形成する塩基は1273番のグアニンと1274番のアデニンであり、境界領域3を形成する塩基は1545番のチミンと1546番のアデニンであり、境界領域4を形成する塩基は1669番のシトシンと1670番のグアニンである。
【0030】
また上記プライマーとしては、例えば以下の(a)〜(d)からなる群より選択される少なくとも1つのプライマーと、以下の(e)〜(g)からなる群より選択される少なくとも1つのプライマーとを含むものが挙げられる。
(a)配列番号4に示す塩基配列のうち少なくとも19〜20番の塩基を含み、かつ連続した15塩基以上の塩基配列からなるフォワードプライマー
(b)配列番号5に示す塩基配列のうち少なくとも16〜17番の塩基を含み、かつ連続した15塩基以上の塩基配列からなるフォワードプライマー
(c)配列番号6に示す塩基配列のうち少なくとも19〜20番の塩基を含み、かつ連続した15塩基以上の塩基配列からなるフォワードプライマー
(d)配列番号7に示す塩基配列のうち少なくとも14〜15番の塩基を含み、かつ連続した15塩基以上の塩基配列からなるフォワードプライマー
(e)配列番号8に示す塩基配列のうち少なくとも19〜20番の塩基を含み、かつ連続した15塩基以上の塩基配列からなるリバースプライマー
(f)配列番号9に示す塩基配列のうち少なくとも16〜17番の塩基を含み、かつ連続した15塩基以上の塩基配列からなるリバースプライマー
(g)配列番号10に示す塩基配列のうち少なくとも18〜19番の塩基を含み、かつ連続した15塩基以上の塩基配列からなるリバースプライマー
【0031】
さらに本発明は、プライマーセットを用いて被検植物のDNAを増幅し、得られる増幅産物を検出することを特徴とする、上記核酸又はそのアンチセンス核酸が導入された植物の検出方法である。
【0032】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について詳細に説明する。
【0033】
本発明者は、植物(例えばペチュニア属に属する植物)の花持ち性を調節するため、花持ちに関与する因子の1種であるエチレンに着目した。エチレンは、植物ホルモンとして、花の老化や果実の成熟促進に関与している。そのため、植物体内でエチレンの働きが高まると花の老化が進む。
【0034】
本発明は、ペチュニア属に属する植物において、該植物のエチレン受容体遺伝子様核酸(Phvc−ers1という)の発現を促進又は抑制することによって該植物体内におけるエチレンの働きを促進又は阻害し、植物の花持ち性を調節しようとするものである。
【0035】
Phvc−ers1は、上述したように、エチレン感受性に関与する機能を有し、ペチュニア属植物の花の老化に関与している。従って、内在性Phvc−ers1の発現が抑制されるよう形質転換された植物は、エチレンの働きが阻害される結果として花持ち性が高められることになる。
【0036】
遺伝子の発現を抑制する手法としては、遺伝子のアンチセンス核酸を導入する手法(アンチセンス法)、RNA干渉を利用する手法(RNAi)などが知られている。アンチセンス法は、目的遺伝子の配列にそのアンチセンス配列を特異的に結合させて、目的遺伝子の発現を抑えるというものである。このアンチセンス配列は、細胞mRNA又はゲノムDNAに結合して翻訳又は転写をブロックすることにより、目的遺伝子の発現を阻害する。また別の手法としては、コサプレッションを利用する手法がある。コサプレッションとは、植物において、例えば恒常的かつ強力な発現を引き起こすプロモーターの下流に遺伝子をセンス方向で連結して植物に導入した場合に、導入された遺伝子と内在性遺伝子との双方の発現が抑制される現象である(Montgomery, MK and Fire, A (1998), Trends Genet., 14, 255−8)。従って、本発明においては、強力なプロモーターにより制御されるPhvc−ers1のセンスDNA、若しくはその核酸配列のアンチセンスDNA、又はそれらの部分配列のいずれかを植物に導入することにより、内在性Phvc−ers1の発現を抑制し、エチレンの働きを阻害して、花持ち性が高められた植物を作出する。これらのアンチセンス法及びコサプレッション法は、用いるDNA又はアンチセンスDNAの塩基配列が、内在的に存在するエチレン受容体遺伝子の塩基配列と相同性が高いほど、その遺伝子の発現が抑制される確率は高くなる。従って、効率的に植物の花持ち性を高めるためには、使用するDNA又はアンチセンスDNAを、内在性エチレン受容体遺伝子の塩基配列に基づいて作製することが望ましい。
【0037】
またRNA干渉とは、二本鎖を形成しているRNA(以下、二本鎖RNAともいう)が細胞内に存在する場合に、そのRNAの塩基配列に相同的な内在性のmRNAが分解されて、結果としてその細胞での遺伝子発現が特異的に抑制される現象であり、RNAインターフェアランス、RNAiとも称される。このRNA干渉は、最初に線虫で報告され、その後ショウジョウバエ、植物、哺乳動物細胞などにおいても確認されている(例えば、Hannon, GJ.,Nature,2002年,第418巻,p.244−251(review);Elbashir, SM. et al.,Nature,2001年,第411巻,p.494−498;及びMcCaffrey, AP. et al.,Nature,2002年,第418巻,p.38−39参照)。例えばショウジョウバエにおいては、ヘアピン型の二本鎖RNAを作製し、これが細胞内で二本鎖RNAとして認識されて、内在性のmRNAが分解・破壊されるという手法が知られている。従って、本発明においては、Phvc−ers1に対して相同的な二本鎖RNA(アンチセンス核酸)を植物に導入することにより、RNA干渉を利用して内在性Phvc−ers1の発現を特異的に抑制することもできる。
【0038】
一方、通常は、Phvc−ers1をセンス方向で植物に導入した場合には、Phvc−ers1の発現は増強されることが予測される。このような場合には、花の老化が促進されて花持ち性が低下する。花持ち性が低下した植物は、種子を早く入手したい場合や植物のライフサイクルを早めることが望まれる場合などに有用である。
【0039】
以下に、Phvc−ers1の単離、Phvc−ers1タンパク質の製造、発現ベクターの作製、及び形質転換体の作出について説明する。
【0040】
1.Phvc−ers1の単離・同定
(1)RNA及びcDNAライブラリーの調製
Phvc−ers1は、植物の組織から抽出した総RNA又は精製したmRNAを用いて、公知の方法、例えばRACE(rapid amplification of cDNA ends)−PCR、RT−PCR、cDNAライブラリーからのスクリーニングなどにより得ることができる。Phvc−ers1は、主に植物の葉、蕾、花等に発現していることから、RNAの供給源としては、そのような組織を利用することができる。なお、発現量は低いが、これ以外の組織を用いることもできる。例えば、MS培地などで無菌的に培養した植物の組織又は組織培養細胞を用いることができる。本発明の主な目的は、花卉植物であるペチュニア属植物の花持ち性の調節であるため、核酸を単離するための供給源となる植物としては、ペチュニアに近縁な植物であれば特に限定するものではないが、好ましくは、ペチュニア属(Petunia)に属する植物である。
【0041】
ペチュニア属に属する植物としては、公知のものとして、例えばP.hybrida種、P.axillaris種、P.inflata種、P.violacea種、及びP.integrifoliaが挙げられる。
【0042】
また本発明において「花卉植物」とは、観賞用に栽培する切花、切葉若しくは切枝類、鉢物類、花壇用苗物類、球根類、花木類、芝類などを指す。
【0043】
RNAの調製は、例えば、上記植物の組織を材料として、通常行われる手法により行うことができる。例えば、液体窒素凍結した植物組織を乳鉢などで粉砕後、得られた粉砕物から、グアニジンチオシアン酸法、塩化セシウム法、セチルトリメチルアセチルブロマイド(CTAB)法などにより粗RNA画分を抽出調製する。次いで、必要に応じてこの粗RNA分画から、オリゴdT−セルロースを担体とするアフィニティーカラム法、又はオリゴdT固定化ラテックス粒子を用いた方法などにより、ポリ(A)RNA(mRNA)を得ることができる。植物組織から総RNAを調製するための市販のキットとしては、例えば RNeasy Plant Mini Kit(QIAGEN製)が挙げられる。
【0044】
このようにして得られた総RNA又はmRNAを鋳型として、オリゴdTプライマー又はクローニング用に設計したプライマー、及び逆転写酵素を用いて、RT−PCRにより一本鎖cDNAを合成した後、該一本鎖cDNAから二本鎖cDNAを合成する。次に、得られた二本鎖cDNAを適当なクローニングベクターに組み込んで発現ベクターを作製する。そしてこの発現ベクターを用いて大腸菌等を形質転換し、テトラサイクリン耐性、アンピシリン耐性等を指標として形質転換体を選択することにより、cDNAのライブラリーを得ることができる。なお、ベクターとしてプラスミドを用いる場合は、テトラサイクリン、アンピシリン等の薬剤耐性遺伝子を含有することが必要である。また、プラスミド以外のクローニングベクター、例えばλファージ(λgt11等)を用いることもできる。
【0045】
あるいは、上記のように調製したmRNAを鋳型として、市販のキット(例えば、STRATAGENE社製 cDNA Synthesis Kit)を用いて、オリゴdT20及び逆転写酵素によって一本鎖cDNAを合成した後、該一本鎖cDNAから二本鎖cDNAを合成する。次いで得られた二本鎖cDNAに適切なアダプター又はカセット(例えば、EcoRIカセット(TAKARA社製))を付加することにより、例えばRACE−PCRの鋳型となるcDNAライブラリーを作製することができる。RACE−PCR法を行うためのキットとしては、例えば、5´/3´ RACE Kit(ロシュ・ダイアグノスティック製)、3´−Full RACE Core Set(Takara社製)、5´−Full RACE Core Set(Takara社製)などを用いることができる。
【0046】
(2)Phvc−ers1のクローニング
Phvc−ers1をクローニングする方法としては、該核酸の断片を用いて、RACE−PCR、RT−PCR、PCRなどにより未知のDNA領域を明らかにし、最終的に全長cDNAをPCRにより増幅して、Phvc−ers1を含む増幅産物を適切なベクターにクローニングする方法が挙げられる。
【0047】
Phvc−ers1の断片は、他のナス科植物のエチレン受容体遺伝子の塩基配列から設計したプライマー(例えば縮重プライマー)を使用して、RT−PCR又はPCRを行うことによって得ることができる。ナス科植物のエチレン受容体遺伝子としては、例えばタバコ(Nicotiana tabacum;アクセッションNo.AF039921)、トマト(Lycopersicon esculentum;アクセッションNo.Z54099)、ジャガイモ(Solonum lycopersicum;アクセッションNo.U38666)などが知られている。ここでRT−PCR又はRACE−PCRで用いることのできる鋳型RNAとしては、上記(1)で調製した植物由来総RNA又はmRNAが挙げられる。またPCRで用いることのできる鋳型DNAとしては、上記(1)で調製したcDNAライブラリー、及びゲノムDNA(QIAGEN製DNeasy Plant Mini Kitなどを用いて調製可能)が挙げられる。
【0048】
またプライマーの例として、RT−PCRを行うためのセンスプライマーとしては、atggaatcctgtgattgcattgag(配列番号11)、リバースプライマーとしてはttacaractyctttgatagcgttga(配列番号12)が挙げられる。上記プライマーはミックスプライマーであり、rはA又はG、yはC又はTを表す。ただし、本発明においてはこれらのプライマーに限定されるものではなく、当業者であれば上記ナス科植物のエチレン受容体遺伝子の塩基配列に基づいて適当なプライマーを設計することができる。
【0049】
上述のようにして得られたPhvc−ers1の増幅断片を、例えばプラスミドpBluescriptなどのプラスミドベクターに連結した後、大腸菌(Escherichia coli)などを形質転換することにより、この核酸をクローニングすることができる。
【0050】
具体的には、使用し得るベクターとしては、プラスミドpBluescript、pUC18、pUC119、pBR322等が挙げられる。増幅断片は、通常は末端にアデニン(A)が付加する傾向があるため、ベクターは、例えばEcoRV等の平滑末端を生じる制限酵素で切断し、チミン(T)末端を付加することにより容易にクローニングできる(TAクローニング法)。あるいは、Phvc−ers1の増幅断片を、適当な制限酵素部位が導入されるように再度増幅し、その後、その制限酵素部位を利用してベクターに該増幅断片を挿入し、クローニングしてもよい。
【0051】
大腸菌の形質転換は周知の方法を用いて行うことができる。ベクターとしてpBluescriptを用いた場合は、得られる形質転換体がアンピシリン耐性になり、同時に、βガラクトシダーゼをコードしている領域に外来遺伝子が挿入されることにより、βガラクトシダーゼ活性が欠失する。そのため、アンピシリン耐性で、かつX−galを分解できない、白色のコロニーを形質転換体として選択できる(ブルー・ホワイトセレクション)。このようにして、ベクタープラスミドpBluescriptにPhvc−ers1が組み込まれたプラスミドを有する形質転換体を得ることができる。
【0052】
また、形質転換体を培養し、例えばアルカリ−SDS法等の周知の手段を用いることにより、Phvc−ers1が組み込まれたプラスミドを大量に調製することが可能である。
【0053】
(3)Phvc−ers1の解析
上記(2)で得られたプラスミドベクターを用いて、Phvc−ers1の塩基配列の決定を行う。塩基配列の決定は、ダイ・ターミネーター法などの周知の手法により行うことができるが、通常は自動塩基配列決定機(例えばABI製 310 Genetic Analyzerなど)を用いて配列決定を行う。塩基配列決定反応を行うためのキットとしては、例えば BigDyeTM Terminator Cycle Sequencing FS Ready Reaction Kit(Applied Biosystems製)などが市販されている。
【0054】
配列番号1に、本発明のPhvc−ers1の塩基配列を、配列番号2に、Phvc−ers1をコードするタンパク質(以下、「Phvc−ers1タンパク質」という)のアミノ酸配列を例示する。ただし、植物間でも品種等によって多少のアミノ酸配列の相違はあり得る。また、同一植物品種であっても突然変異等によってアミノ酸が変化する場合がある。よって、本発明では、配列番号2に示すアミノ酸配列のうち複数個(1〜数十個、例えば1〜30個)のアミノ酸が置換、欠失又は付加されたアミノ酸配列を有し、かつエチレンとの結合能を有するタンパク質も本発明に含まれる。
【0055】
例えば、配列番号2に示されるアミノ酸配列の1〜10個、好ましくは1〜5個のアミノ酸が欠失してもよく、配列番号2に示されるアミノ酸配列に1〜10個、好ましくは1〜5個のアミノ酸が付加してもよく、あるいは、配列番号2に示されるアミノ酸配列の1〜10個、好ましくは1〜5個のアミノ酸が他のアミノ酸に置換したものも、本発明のPhvc−ers1タンパク質に含まれる。
【0056】
本発明において「エチレンとの結合能」とは、エチレン受容体タンパク質とエチレンとの結合能を指す。この機能は、エチレン受容体遺伝子を宿主細胞で発現させ、14C−エチレンとの結合を測定することによって確認することができる。
【0057】
さらに、上記Phvc−ers1の塩基配列からなるDNAの全部又は一部の塩基配列からなるDNAに対し相補的な配列とストリンジェントな条件下でハイブリダイズするか又は該DNAと相同性が96%以上の塩基配列からなり、かつ、エチレン感受性に関与する機能を有する核酸配列も本発明のPhvc−ers1に含まれる。ストリンジェントな条件とは、特異的なハイブリッドが形成され、非特異的なハイブリッドが形成されない条件をいう。本発明においてPhvc−ers1に関するストリンジェントな条件とは、高い相同性(相同性が90%以上、好ましくは95%以上)を有するDNAのみが強くハイブリダイズする条件をいう。また本発明において「相同性」とは、当技術分野で公知の配列比較用プログラムを利用して計算される相同性を表す。例えばそのような配列比較用プログラムとしては、ジェネティックス・コンピュータ・グループ(GCG)の配列解析パッケージに含まれるプログラム(http://www.accelrys.com/products/gcg_wisconsin_package/)などが挙げられる。また「エチレン感受性に関与する機能」とは、本発明においては、内在性のエチレン受容体遺伝子の核酸(DNA又はmRNA)と核酸間相互作用することを指す。従って、本発明の核酸は、上記アンチセンス法、コサプレッション法、RNA干渉法などにより、目的とする内在性エチレン受容体遺伝子の核酸と核酸間相互作用を起こし、その結果、その遺伝子産物の機能(すなわちエチレン結合能)に影響を与えうる。具体的に説明すると、本発明の核酸として、例えば、アンチセンスDNAの導入を行った場合に、内在性エチレン受容体遺伝子から転写されるmRNAと特異的に結合可能なアンチセンスRNAを作製することができる核酸配列が包含される。
【0058】
また、「一部の配列」とは、上記Phvc−ers1の塩基配列の一部分を含むDNAの塩基配列であって、該DNAがエチレンとの結合能を有するタンパク質をコードする又はエチレン感受性に関与する機能を有するものを指す。
【0059】
また、本発明のPhvc−ers1は、配列番号2に示すアミノ酸配列からなるタンパク質、又は配列番号2に示すアミノ酸配列において1若しくは数個のアミノ酸が欠失、置換若しくは付加されており、かつエチレンとの結合能を有するタンパク質をコードする核酸である。
【0060】
一旦本発明のPhvc−ers1の塩基配列が確定されると、その後は化学合成によって、又はPhvc−ers1のcDNA又はゲノムDNAを鋳型としたPCRによって、あるいは該塩基配列を有するDNA断片をプローブとしてハイブリダイズさせることにより、本発明のPhvc−ers1を得ることができる。
【0061】
このように単離されたPhvc−ers1は、ペチュニア属植物におけるエチレン受容体遺伝子をコードするものである。従って、上述したようなアンチセンス法又はコサプレッション法を用いて植物の花持ち性を高めようとする場合に、導入するDNA又はアンチセンスDNAをPhvc−ers1の塩基配列に基づいて作製することによって、導入DNA又はアンチセンスDNAと内在的に存在するエチレン受容体遺伝子との配列相同性が高くなるため、他の遺伝子情報を利用する場合と比較して、より効率的かつ確実に花持ち性を高めることができる。
【0062】
2.ベクターの構築、形質転換、及びPhvc−ers1タンパク質の製造
本発明のPhvc−ers1タンパク質は、前述した植物(例えばペチュニア属植物)の細胞又は組織から当技術分野で公知のタンパク質の精製方法によって製造することができる。また、当技術分野で公知の化学的ペプチド合成方法、例えば固相合成法などによって製造することもできる。また、Phvc−ers1タンパク質をコードするDNAで形質転換された形質転換体を培養し、得られる培養物から該タンパク質を採取することによって製造することもできる。このような遺伝子工学的手法を利用したタンパク質の生産方法は当技術分野で周知であり、以下に具体的に説明する。
【0063】
(1)ベクターの作製
形質転換用の発現ベクターは、Phvc−ers1又はその一部を適当なベクターに連結することにより得ることができる。またこの発現ベクターを、Phvc−ers1が発現し得るように宿主中に導入することにより、Phvc−ers1タンパク質を産生する形質転換体を得ることができる。「一部」とは、宿主中に導入されてPhvc−ers1を発現することができるPhvc−ers1の一部分を指す。
【0064】
ベクターには、宿主において自律的に増殖し得るファージ又はプラスミドが使用される。プラスミドDNAとしては、大腸菌由来のプラスミド(例えばpBR322、pUC18、pUC19等)、枯草菌由来のプラスミド(例えばpUB110、pTP5等)、酵母由来のプラスミド(例えばYEp13、YEp24、YCp50等)などが挙げられ、ファージDNAとしてはλファージ(λgt10、λgt11、λZAP等)が挙げられる。さらに、レトロウイルス又はワクシニアウイルスなどの動物ウイルス、バキュロウイルスなどの昆虫ウイルスベクターを用いることもできる。
【0065】
ベクターにPhvc−ers1を挿入するには、まず、精製されたDNAを適当な制限酵素で切断し、適当なベクターDNAの制限酵素部位又はマルチクローニングサイトに挿入してベクターに連結する方法などが採用される。
【0066】
Phvc−ers1は、その核酸配列の機能が発揮されるようにベクターに組み込まれることが必要である。そこで、発現ベクターには、プロモーター、Phvc−ers1のほか、所望によりエンハンサーなどのシスエレメント、スプライシングシグナル、ポリA付加シグナル、選択マーカー、リボソーム結合配列(SD配列)などを連結することができる。なお、選択マーカーとしては、例えばジヒドロ葉酸還元酵素遺伝子、アンピシリン耐性遺伝子、ネオマイシン耐性遺伝子等が挙げられる。さらに、大腸菌及び酵母などの2種以上の宿主微生物で自律的増殖が可能なベクターのほか、各種のシャトルベクターを使用することもできる。このようなベクターについても、前記制限酵素で切断し、その断片を得ることができる。
【0067】
DNA断片とベクター断片とを連結させるには、公知のDNAリガーゼを用いる。そして、DNA断片とベクター断片とをアニーリングさせた後に連結させ、発現ベクターを作製する。
【0068】
(2)形質転換
形質転換に使用する宿主としては、Phvc−ers1を発現できるものであれば特に限定されるものではない。例えば、細菌(大腸菌、枯草菌等)、酵母、植物細胞、動物細胞(COS細胞、CHO細胞等)、昆虫細胞が挙げられる。
【0069】
細菌を宿主とする場合は、発現ベクターが該細菌中で自律複製可能であると同時に、プロモーター、リボゾーム結合配列、Phvc−ers1、転写終結配列により構成されていることが好ましい。また、プロモーターを制御する遺伝子が含まれていてもよい。大腸菌としては、例えばエッシェリヒア・コリ(Escherichia coli)DH5αなどが挙げられ、枯草菌としては、例えばバチルス・ズブチリス(Bacillus subtilis)などが挙げられる。プロモーターは、大腸菌等の宿主中で発現できるものであればいずれを用いてもよい。細菌への発現ベクターの導入方法は、細菌にDNAを導入する方法であれば特に限定されるものではない。例えばカルシウムイオンを用いる方法、エレクトロポレーション法等が挙げられる。
【0070】
酵母を宿主とする場合は、例えばサッカロミセス・セレビシエ(Saccharomyces cerevisiae)、シゾサッカロミセス・ポンベ(Schizosaccharomyces pombe)などが用いられる。この場合、プロモーターは酵母中で発現できるものであれば特に限定されない。酵母への発現ベクターの導入方法は、酵母にDNAを導入する方法であれば特に限定されず、例えばエレクトロポレーション法、スフェロプラスト法、酢酸リチウム法等が挙げられる。
【0071】
動物細胞を宿主とする場合は、サル細胞COS−7、Vero、チャイニーズハムスター卵巣細胞(CHO細胞)、マウスL細胞、ラットGH3、ヒトFL細胞等が用いられる。プロモーターとしてSRαプロモーター、SV40プロモーター、CMVプロモーター等が用いられ、また、ヒトサイトメガロウイルスの初期遺伝子プロモーター等を用いてもよい。動物細胞への発現ベクターの導入方法としては、例えばエレクトロポレーション法、リン酸カルシウム法、リポフェクション法等が挙げられる。
【0072】
昆虫細胞を宿主とする場合は、Sf9細胞などが用いられる。昆虫細胞への発現ベクターの導入方法としては、例えばリン酸カルシウム法、リポフェクション法、エレクトロポレーション法などが挙げられる。
【0073】
植物細胞を宿主とする場合に関しては、以下の「3.形質転換植物の作出、及び花持ち性の調節」の節において説明する。
【0074】
(3)Phvc−ers1タンパク質の生産
本発明において、Phvc−ers1タンパク質は、Phvc−ers1を保有する前記形質転換体を培養し、その培養物から採取することにより得ることができる。「培養物」とは、培養上清、培養細胞、培養菌体、又は細胞若しくは菌体の破砕物のいずれをも意味するものである。本発明の形質転換体を培地に培養する方法は、宿主の培養に用いられる通常の方法に従って行われる。
【0075】
大腸菌や酵母菌等の微生物を宿主として得られた形質転換体を培養する培地としては、微生物が資化し得る炭素源、窒素源、無機塩類等を含有し、形質転換体の培養を効率的に行うことができる培地であれば、天然培地、合成培地のいずれを用いてもよい。
【0076】
炭素源としては、炭水化物、有機酸、アルコール類が用いられる。窒素源としては、無機酸若しくは有機酸のアンモニウム塩、ペプトン、肉エキス、コーンスティープリカー、又はその他の含窒素化合物が用いられる。無機物としては、リン酸第一カリウム、リン酸第二カリウム、リン酸マグネシウム、硫酸マグネシウム、塩化ナトリウム、硫酸第一鉄、硫酸マンガン、硫酸銅、炭酸カルシウム等が用いられる。
【0077】
培養は、通常、振盪培養又は通気攪拌培養などの好気的条件下、37℃で6〜50時間行う。培養期間中、pHは5〜7付近に保持する。pHの調整は、無機又は有機酸、アルカリ溶液等を用いて行う。培養中は必要に応じてアンピシリンやテトラサイクリン等の抗生物質を培地に添加してもよい。
【0078】
プロモーターとして誘導性のプロモーターを用いた発現ベクターで形質転換した微生物を培養する場合は、必要に応じてインデューサーを培地に添加してもよい。例えば、Lacプロモーターを用いた発現ベクターで形質転換した微生物を培養するときにはイソプロピル−β−D−チオガラクトシド(IPTG)等を、trpプロモーターを用いた発現ベクターで形質転換した微生物を培養するときにはインドール酢酸(IAA)等を培地に添加してもよい。
【0079】
動物細胞を宿主として得られた形質転換体を培養する培地としては、一般に使用されているRPMI1640培地、DMEM培地又はこれらの培地に牛胎児血清等を添加した培地等が用いられる。培養は、通常、5%CO存在下、37℃で1〜30日行う。培養中は必要に応じてカナマイシン、ペニシリン等の抗生物質を培地に添加してもよい。
【0080】
培養後、Phvc−ers1タンパク質が菌体内又は細胞内に生産される場合には、菌体又は細胞を破砕することによりタンパク質を抽出する。また、Phvc−ers1タンパク質が菌体外又は細胞外に生産される場合には、培養液をそのまま使用するか、遠心分離等により菌体又は細胞を除去する。その後、タンパク質の単離精製に用いられる一般的な生化学的方法、例えば硫酸アンモニウム沈殿、ゲルクロマトグラフィー、イオン交換クロマトグラフィー、アフィニティークロマトグラフィー等を単独で又は適宜組み合わせて用いることにより、前記培養物中からPhvc−ers1タンパク質を単離精製することができる。
Phvc−ers1タンパク質が得られたか否かは、SDS−ポリアクリルアミドゲル電気泳動等により確認することができる。
【0081】
3.形質転換植物の作出、及び花持ち性の調節
上記「1.Phvc−ers1の単離・同定」の節に記載のようにして得られたPhvc−ers1又はそのアンチセンス核酸の全部又は一部を植物宿主に導入し、形質転換植物を得る。本発明において、「Phvc−ers1又はそのアンチセンスが導入された植物又は形質転換体」とは、Phvc−ers1若しくはそのアンチセンス核酸、又はそれらの部分配列が導入されたものを包含する。部分配列とは、Phvc−ers1又はそのアンチセンス核酸の一部の配列であって、植物に導入されて、内在性Phvc−ers1の発現を増強又は抑制することが可能な配列を指す。内在性Phvc−ers1の発現を増強又は抑制することにより、花持ち性を調節することができる。ここで「調節」とは、花持ち性を高める又は低下させることを指す。例えば、植物宿主のPhvc−ers1の発現を抑制することによって、花持ち性が高められた形質転換植物を作出することができる。一方、Phvc−ers1の発現を増強することによって、花持ち性が低下した形質転換植物を作出することができる。
【0082】
本発明において「花持ち性」とは、開花期間、すなわち花の寿命を意味する。また花持ち性が「高められた」又は「低下した」とは、天然(野性型)植物の花持ち性と比較して、それぞれ開花期間が「延長」又は「短縮」したことを意味する。
【0083】
(1)形質転換のための植物宿主
本発明において植物宿主とは、植物培養細胞、栽培植物の植物体全体、植物器官(例えば葉、花弁、茎、根、根茎、種子等)、又は植物組織(例えば表皮、師部、柔組織、木部、維管束等)のいずれをも意味するものである。植物宿主として用いることのできる植物としては、特に限定されるものではないが、ペチュニア属植物由来のエチレン受容体遺伝子様核酸又はそのアンチセンス核酸を利用して花持ち性を調節するという本発明の目的を考慮した場合、ペチュニア属に属する植物が好ましい。ペチュニア属植物としては、上記「Phvc−ers1の単離・同定」の節に記載のものが挙げられる。
【0084】
(2)発現ベクター
Phvc−ers1又はそのアンチセンス核酸の全部又は一部を含む発現ベクターは、適当なベクターに、この核酸又はそのアンチセンス核酸の全部又は一部を連結(挿入)することにより得ることができる。Phvc−ers1又はそのアンチセンス核酸を挿入するためのベクターは、植物宿主中で複製可能なものであれば特に限定されず、例えば、プラスミドDNA、ファージDNA、RNA/DNAウイルス、バイナリーベクター系などが挙げられる。
【0085】
プラスミドDNAとしては、大腸菌由来のプラスミド(例えばpBR322、pUC18、pUC19等)、枯草菌由来のプラスミド(例えばpBU110、pTP5等)などが挙げられ、ファージDNAとしてはλファージ(λgt10、λgt11、λZAP等)が挙げられる。また、アグロバクテリウム法(後述参照)を用いて形質転換を行う場合には、バイナリーベクター系(pBI121、pGA482、pSMAK251等)を使用することができる。
Phvc−ers1は、上記「1.Phvc−ers1の単離・同定」の節に記載のようにして得ることができる。
【0086】
またPhvc−ers1のアンチセンス核酸としては、配列番号1に示す塩基配列からなるDNAに対し相補的な塩基配列からなる核酸を例示することができる。ただし、本発明において用いるアンチセンス核酸は、植物宿主に導入されて、内在性Phvc−ers1の発現を抑制しうる限り、配列番号1に示す塩基配列からなるDNAに対して完全に相補的な配列である必要はない。従って、配列番号1に示す塩基配列の全部又は一部の塩基配列からなるDNAに対し相補的な塩基配列からなる核酸とハイブリダイズし、Phvc−ers1の発現を抑制する核酸を本発明においてアンチセンス核酸として利用可能である。さらに、アンチセンス核酸は、植物宿主に導入されて、内在性Phvc−ers1の発現(翻訳又は転写)を抑制又は阻害しうる限り、配列番号1に示す塩基配列からなるDNAに対し相補的な塩基配列の一部分(部分配列)であってもよい。本発明においてアンチセンス核酸に関して、生体内でmRNAと二本鎖を形成させ、塩基配列特異的に発現を抑制させようとする場合、ハイブリダイゼーション条件は、センス配列と高い相同性(相同性が60%以上、好ましくは80%以上)を有するDNAがハイブリダイズする条件であることが好ましい。また本発明においてアンチセンス核酸としては、RNA干渉を引き起こす二本鎖RNAを用いてもよい。そのような二本鎖RNAの作製方法は、RNA干渉と共に当技術分野で公知である。
また、DNA又はRNAの合成方法は、「1.Phvc−ers1の単離・同定」の節に記載の通りである。
【0087】
発現ベクターに、Phvc−ers1又はそのアンチセンス核酸(全部又は一部)を挿入するには、まず、精製されたDNAを適当な制限酵素で切断した後、必要に応じて適切なリンカーを連結し、適当なベクターDNAの制限酵素部位又はマルチクローニングサイトに挿入してベクターに連結する方法などが採用される。
【0088】
Phvc−ers1又はそのアンチセンス核酸は、その機能が発揮されるようにベクターに組み込まれることが必要である。そこでベクターには、発現カセットとして、(i)植物細胞内で転写可能なプロモーター配列、(ii)プロモーター配列の下流にPhvc−ers1又はそのアンチセンス核酸、並びに(iii)Phvc−ers1又はそのアンチセンス核酸の下流に結合された、転写の終結及びポリアデニル化に必要な配列を含むターミネーター配列を連結する。発現カセットには、プロモーター以外にも転写をさらに促進するためのDNA配列、例えばエンハンサー配列などのシスエレメント、スプライシングシグナル、ポリA付加シグナル、選択マーカー、リボソーム結合配列(SD配列)などを連結することができる。
【0089】
用いられるプロモーターとしては、植物内で機能するものであれば特に制限されない。例えば、35Sプロモーターなどの恒常的な発現のためのプロモーターや誘導可能なプロモーターを用いることも可能である。
【0090】
また、必要に応じて転写終結を指令するターミネーターをPhvc−ers1又はそのアンチセンス核酸の下流に連結することもできる。ターミネーターとしては、カリフラワーモザイクウイルス由来ターミネーター、ノパリン合成酵素遺伝子ターミネーターなどが挙げられる。ただし、植物内で機能することが知られているターミネーターであればこれに限定されるものではない。
【0091】
さらに、効率的に目的とする形質転換植物を選択するために、有効な選択マーカー遺伝子を発現ベクターに連結することが望ましい。その際に使用する選択マーカーとしては、カナマイシン耐性遺伝子(NTPII)、抗生物質ハイグロマイシンに対する抵抗性を植物に付与するハイグロマイシンホスフィノスリシンアセチルトランスフェラーゼ(htp)遺伝子、ビアラホス(bialaphos)に対する抵抗性を付与するホスフィノスリシンアセチルトランスフェラーゼ(bar)遺伝子などが挙げられる。
【0092】
(3)形質転換植物の作出
本発明の形質転換植物は、上記(2)に記載の発現ベクターを、該ベクターに連結したPhvc−ers1又はそのアンチセンス核酸が機能し得るように植物宿主中に導入することにより得ることができる。
【0093】
上記発現ベクターは、公知の種々の方法を用いて植物宿主に導入することができる。例えば、アグロバクテリウムを利用した間接導入法や、エレクトロポレーション法、ポリエチエレングリコール法、パーティクルガン法等の直接導入法を用いることができる。これらのうち、ペチュニア属に属する双子葉植物に対しては、アグロバクテリウムを用いる方法が安定な形質転換を確実に行える点から極めて有効である。この方法では、アグロバクテリウムが保持しているTiプラスミドの一部分であるT−DNA領域が転移して植物のゲノムに組み込まれる。T−DNAの転移及び組み込みには、T−DNAの両端にある25塩基対の不完全な繰り返し配列が必須である。従って、この境界配列の間に外来DNAを挿入することによって、植物ゲノムへ目的とするDNAを取り込むことができる。また、T−DNA領域の転移には、Tiプラスミド上のVir領域の遺伝子産物が必要である(植物遺伝子操作マニュアル,内宮博文ら編,講談社サイエンティフィク,1984)。
【0094】
例えばアグロバクテリウム法を用いる場合は、構築した発現ベクター(例えば、T−DNA領域を有するpBI121などのバイナリーベクター)を、適当なアグロバクテリウム、例えばアグロバクテリウム・チュメファシエンス(Agrobacterium tumefaciens) C58、LBA4404、EHA101、C58C1Rif、EHA105等、アグロバクテリウム・リゾゲネス(Agrobacterium rhizogenes)LBA9402等に、凍結融解法、エレクトロポレーション法などを利用して導入する。続いてこのアグロバクテリウム株を、フローラルディップ法、リーフディスク法などに従って植物宿主の無菌培養物に感染させて、形質転換植物を得ることができる。また、アグロバクテリウム感染法には、中間ベクター法、バイナリーベクター法などがあり、本発明においてはいずれの感染法を利用しても遺伝子導入を行うことができる。
【0095】
また、パーティクルガン法を用いる場合は、植物体、植物器官若しくは植物組織、又はそれらの切片、あるいはカルスやプロトプラストなどの種々の試料を使用することができる。このように調製した試料を遺伝子導入装置(例えばPDS−1000(BIO−RAD社)等)を用いて処理することによって、植物宿主にDNAを導入する。処理条件は植物又は試料により異なるが、通常は450〜2000psi程度の圧力、4〜12cm程度の距離で行う。
【0096】
植物培養細胞を宿主として用いる場合は、形質転換は、発現ベクターをパーティクルガン法、エレクトロポレーション法等で培養細胞に導入する。
【0097】
組換え効率及び取り扱いの容易性の観点から、本発明の好ましい例として、以下にバイナリーベクター系を用いたアグロバクテリウム感染法による形質転換植物の作出を具体的に説明する。
【0098】
アグロバクテリウム感染法によりDNAを導入する場合、Phvc−ers1を含むプラスミドを保有するアグロバクテリウムを植物宿主に感染させる工程が必要である。
【0099】
この工程をフローラルディップ法などのin planta transformation法により行う場合には、形質転換対象の植物宿主を生育させ、Phvc−ers1又はそのアンチセンス核酸を有するプラスミドを含むアグロバクテリウムを懸濁した溶液に植物宿主の花芽を直接浸漬し、その後植物を生育させて種子を収穫する。次いで、導入DNA保有個体を選択するために、得られた種子を適切な抗生物質を加えたMS寒天培地に播種する。この培地で生育した植物を鉢に移植し、生育させることにより、本発明のPhvc−ers1又はそのアンチセンス核酸が導入された形質転換植物を得ることができる(植物のゲノム研究プロトコール,佐々木卓治ら監修,秀潤社,2001)。
【0100】
一方、アグロバクテリウムを植物宿主に感染させる工程をリーフディスク法により行う場合には、無菌培養した植物宿主の無菌葉から採取したリーフディスクを、Phvc−ers1又はそのアンチセンス核酸を含むプラスミドを保有するアグロバクテリウムの培養液に浸漬した後に、茎葉分化培地にて培養してカルスを形成させ、増殖させる。茎葉分化培地としては、例えばMS培地等の公知の培地に植物ホルモンを添加したものを使用することができる。その後に選択用の茎葉分化培地を用いてカルスの選択を行う。選択用の培地としては、上記の茎葉分化培地にさらに、形質転換体の選抜のために例えばカナマイシンを、またアグロバクテリウムの殺菌のためにセフォタキシム等の殺菌剤を加えたものを使用すればよい。
【0101】
形質転換の結果得られるカルス、シュート、毛状根などは、そのまま細胞培養、組織培養又は器官培養に用いることが可能である。また従来知られている植物組織培養法を用いて、適当な濃度の植物ホルモン(オーキシン、サイトカイニン、ジベレリン、アブシジン酸、エチレン、ブラシノライド等)投与などにより植物体に再生させることができる。
【0102】
Phvc−ers1又はそのアンチセンス核酸が植物に導入されたか否かの確認は、PCR法、サザンハイブリダイゼーション法、ノーザンハイブリダイゼーション法等により行うことができる。例えば、形質転換植物からDNAを調製し、DNA特異的プライマーを設計してPCRを行う。その後は、増幅産物についてアガロースゲル電気泳動、ポリアクリルアミドゲル電気泳動又はキャピラリー電気泳動等を行い、臭化エチジウム、SYBR Green液等により染色し、そして増幅産物を検出することにより、形質転換されたことを確認することができる。また、予め蛍光色素等により標識したプライマーを用いてPCRを行い、増幅産物を検出することもできる。さらに、マイクロプレート等の固相に増幅産物を結合させ、蛍光又は酵素反応等により増幅産物を確認する方法も採用することができる。
【0103】
Phvc−ers1の発現が増強された形質転換植物は、種子を早く入手したい場合や植物のライフサイクルを早めるために利用することができる。またPhvc−ers1の発現が抑制された形質転換植物は、花持ち性が高められているため、観賞用花卉植物として商業的に価値が高いものである。また本発明の形質転換植物に導入されるPhvc−ers1又はそのアンチセンス核酸は、ペチュニア属植物に内在的に存在するエチレン受容体遺伝子様核酸の情報から作製しており、そのため宿主としてペチュニア属植物を用いる場合には、このPhvc−ers1又はそのアンチセンス核酸を利用することによって、従来のエチレン受容体遺伝子情報を利用した場合よりも、効率的かつ確実に花持ち性を高めることが可能である。
【0104】
4.花持ち性が調節された植物
上記「3.形質転換植物の作出、及び花持ち性の調節」の節に従って作出された、Phvc−ers1の発現が抑制された形質転換植物は花持ち性が高められており、該核酸の発現が増強された形質転換植物は花持ち性が低下する。
【0105】
この形質転換植物の花持ち性に関する評価は、Phvc−ers1又はそのアンチセンス核酸を導入した形質転換植物と非形質転換植物(野生型植物)を同様の条件で栽培し、それぞれの開花から花枯れまでの期間を比較することにより行うことができる。例えば、ペチュニアの花持ち試験は、以下の方法により行うことができる。すなわち、開花後2日後までの花を試験に使用して、その花の花首から下約3cmのところで茎を切り取り、花の部分を水の入ったフラスコ(例えば100ml三角フラスコ)に入れ、これを25℃の人工気室(16時間明期、8時間暗期)内に置き、その後の花弁の変化を観察する。その他、花持ち性を評価する方法についての詳細な説明は、例えば、切り花の鮮度保持マニュアル((財)日本花普及センター監修,(株)流通システム研究センター,1997)、切り花の鮮度保持(市村一雄著,筑波書房,2000)などを参照されたい。
【0106】
さらに、上記のアグロバクテリウム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)又は器官(例えば、生長点、花粉)を組織培養することによって、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。このような技術及び手順は当業者には公知であり、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。
【0107】
このようにして作出した本発明の形質転換植物から得られる種子もまた正常に発芽及び成長し、そして花持ち性が調節されているものである。これは導入されたPhvc−ers1又はそのアンチセンス核酸が次世代においても保存されることを示し、それゆえこの調節された花持ち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、花持ち性が高められた(又は低下した)実用的で有用な植物が得られる。
【0108】
5.オリゴヌクレオチド
(1)概要
エチレン受容体遺伝子様核酸(Phvc−ers1)は、非形質転換体(野生型植物)においても内在的に存在する核酸である。本発明者は、Phvc−ers1又はそのアンチセンス核酸が導入された形質転換植物を検出するために、配列番号1において以下の境界領域に対応する塩基配列を含むオリゴヌクレオチドを設計し、これをプライマー又はプローブとして用いることとした。
【0109】
【化1】

Figure 2004147511
本発明において「境界領域」(境界部位ともいう)とは、ゲノム上で2つのエキソンがイントロンを挟んで離れて存在している場合、イントロンがスプライシングされた後に、2つのエキソンが結合したときの結合点(境界点)、すなわちスプライス部位を指す(図2)。
【0110】
図2に示すPhvc−ers1のcDNAにおいて、エキソン1とエキソン2との境界を境界領域1、エキソン2とエキソン3との境界を境界領域2、エキソン3とエキソン4との境界を境界領域3、エキソン4とエキソン5との境界を境界領域4という。従って、境界領域1は、エキソン1の最も3´側の塩基とエキソン2の最も5´側の塩基により形成される。具体的には、エキソン1の最も3´側の塩基は、配列番号1に示す塩基配列の第908番目のチミンであり、エキソン2の最も5´側の塩基は、配列番号1に示す塩基配列の第909番目のチミンである。また、境界領域2は、エキソン2の最も3´側の塩基とエキソン3の最も5´側の塩基により形成され、具体的には、エキソン2の最も3´側の塩基は、配列番号1に示す塩基配列の第1273番目のグアニンであり、エキソン3の最も5´側の塩基は、配列番号1に示す塩基配列の第1274番目のアデニンである。また境界領域3は、エキソン3の最も3´側の塩基とエキソン4の最も5´側の塩基により形成され、具体的には、エキソン3の最も3´側の塩基は、配列番号1に示す塩基配列の第1545番目のチミンであり、エキソン4の最も5´側の塩基は、配列番号1に示す塩基配列の第1546番目のアデニンである。さらに境界領域4は、エキソン4の最も3´側の塩基とエキソン5の最も5´側の塩基により形成され、具体的には、エキソン4の最も3´側の塩基は、配列番号1に示す塩基配列の第1669番目のシトシンであり、エキソン5の最も5´側の塩基は、配列番号1に示す塩基配列の第1670番目のグアニンである。
【0111】
(2)オリゴヌクレオチド
本発明のオリゴヌクレオチドは、上記のような1つの境界領域を挟む両側の領域(例えばエキソン1とエキソン2)の配列又はその相補配列を含むものである。従って、図2に示すように、オリゴヌクレオチドD〜G及びH〜Kは、それらの相補性に基づいて、境界領域に対しハイブリダイズするものである。本発明において、オリゴヌクレオチドに関して用いる「ハイブリダイズ」又は「ハイブリダイゼーション」とは、検出対象のPhvc−ers1のcDNAに対し、その相補性に基づいて特異的に結合することを指す。オリゴヌクレオチドD〜Gは、検出対象のPhvc−ers1 cDNAに対し相補的な配列を有するものであり、導入されたPhvc−ers1又はその部分配列とハイブリダイズするものである。一方、オリゴヌクレオチドH〜Kは、検出対象のPhvc−ers1 cDNAに対し相同的な配列を有するものであり、導入されたPhvc−ers1のアンチセンス核酸又はその部分配列とハイブリダイズするものである。
【0112】
境界領域(境界部位)を挟む両側の配列、すなわち、境界領域を形成する配列(特に境界部の両隣りの配列)又はその相補配列を、以下「境界領域の塩基配列」という。
【0113】
本発明のオリゴヌクレオチドは、上記のような境界領域の塩基配列を含むものであり、外来的に導入されたPhvc−ers1 cDNA又はそのアンチセンス核酸(cDNA)のみとハイブリダイズすることができる。
【0114】
従って、このような境界領域の塩基配列を含むオリゴヌクレオチドプローブを用いてハイブリダイゼーションを行った場合には、野生型植物(非形質転換体)のゲノムDNA由来の内在遺伝子のハイブリダイゼーションは起こらず、Phvc−ers1 cDNA又はそのアンチセンス核酸が導入された形質転換植物の場合にのみハイブリダイゼーションが起こり、それが検出される。従って、本発明のオリゴヌクレオチドを用いてPhvc−ers1又はそのアンチセンス核酸が導入された形質転換植物を検出する場合には、ハイブリダイゼーションが起こるかどうかの検出操作のみを行えばよい。そのため本発明のオリゴヌクレオチドを用いることにより、Phvc−ers1又はそのアンチセンス核酸が導入された形質転換植物の検出を簡便かつ明確に行うことができる。
【0115】
(3)プライマーセット
また、本発明のオリゴヌクレオチドをプライマーとして使用する場合、本発明のプライマーセットは、上記「(1)概要」の項に記載の1つの境界領域を挟む両側の領域(例えばエキソン1とエキソン2)の塩基配列を含むプライマーと他の境界領域を挟む両側の領域(例えばエキソン3とエキソン4)の塩基配列を含むプライマーとからなる。従って、図3に示すように、フォーワードプライマーL、M又はNのいずれかと、リバースプライマーO、P又はQのいずれかとが組み合わされたものが1つのプライマーセットとなる。フォーワードプライマーLとリバースプライマーOとを組み合わせた場合には増幅産物L−Oが得られ、フォーワードプライマーLとリバースプライマーPとを組み合わせた場合には増幅産物L−Pが得られ、フォーワードプライマーMとリバースプライマーPとを組み合わせた場合には増幅産物M−Pが得られ、フォーワードプライマーMとリバースプライマーQとを組み合わせた場合には増幅産物M−Qが得られ、フォーワードプライマーNとリバースプライマーQとを組み合わせた場合には増幅産物N−Qが得られ、そしてフォーワードプライマーLとリバースプライマーQとを組み合わせた場合には増幅産物L−Qが得られる(図3)。
【0116】
本発明の境界領域の塩基配列を含むプライマーは、図4Aに示すように、3´から5´方向のDNAを鋳型としてプライマーを作製する場合には、このプライマー配列がスプライス部位から5´側の部分(以下、5´側配列という)と3´側の部分(以下、3´側配列という)とからなるものである。プライマーの設計は、最初に3´側配列を決定する。3´側配列は、増幅対象であるPhvc−ers1 cDNAの境界領域から約2〜8塩基の配列からなるように設計する。プライマーは、鋳型DNAに対し相同的な場合と相補的な場合があり、一般にフォワードプライマーの場合は鋳型DNAに対し相同配列となり、リバースプライマーの場合は鋳型DNAに対し相補配列となる。一方、5´側配列は、オリゴヌクレオチドのTmからプライマーの長さを調整することを優先して、5´側配列の長さを決めてから設計する。従って、5´側配列は、増幅対象であるPhvc−ers1 cDNAの境界領域と対応する約10〜40塩基の配列からなるように設計する。このように設計した、境界領域の塩基配列を含むプライマーは、Phvc−ers1 cDNAにアニーリングして、それを増幅することができる(図4A)。
【0117】
続いて、Phvc−ers1ゲノムDNAを鋳型とした場合について説明する(図4B)。ゲノムDNAは、エキソンとイントロンを含むため、境界領域はイントロンによって分断されている。従って、本発明のプライマーの5´側配列は、ゲノムDNAの分断された境界領域の一部とアニーリングすることができる。しかし3´側配列は、イントロン配列に対応する配列を含まないため、ゲノムDNAのイントロンにアニーリングすることができない(図4B▲1▼)。DNAポリメラーゼによる増幅には、3´側配列のアニーリングが重要であるため、3´側配列がアニーリングできない場合には、ゲノムDNAが増幅されることはない。また、本発明のプライマーの3´側配列は、約2〜8塩基と非常に短い配列であるため、3´側配列のみではゲノムDNAにアニーリングすることはできない(図4B▲2▼)。従って、本発明の境界領域の塩基配列を含むプライマーは、Phvc−ers1ゲノムDNAを増幅することができない。
【0118】
以上より、本発明の境界領域の塩基配列を含むプライマーは、外来的に導入されたPhvc−ers1 cDNA又はそのアンチセンス核酸(cDNA)のみを特異的に増幅することができる。
【0119】
従って、このような境界領域の塩基配列を含むプライマーセットを用いて増幅反応を行った場合には、野生型植物(非形質転換体)のゲノムDNA由来の内在遺伝子の増幅は起こらず、Phvc−ers1 cDNA又はそのアンチセンス核酸が導入された形質転換植物の場合にのみ増幅が起こり、増幅産物が検出される。従って、本発明のプライマーセットを用いてPhvc−ers1又はそのアンチセンス核酸が導入された形質転換植物を検出する場合には、増幅産物が生成されるかどうかの検出操作のみを行えばよく、従来のように電気泳動によるゲノムDNAとcDNAの増幅断片の長さの違いを判別する操作は不要となる。そのため本発明のプライマーセットを用いることにより、Phvc−ers1又はそのアンチセンス核酸が導入された形質転換植物の検出を簡便かつ明確に行うことができる。
【0120】
(4)ゲノムDNA及びスプライス部位の決定
境界領域の塩基配列を含むオリゴヌクレオチド(プライマー又はプローブ)を設計するため、まず、Phvc−ers1のゲノムDNA配列及びスプライス部位(イントロン/エキソン境界領域)を決定する。
【0121】
Phvc−ers1のゲノムDNAは、ペチュニア由来の全ゲノムDNAを鋳型として、Phvc−ers1の塩基配列に基づいて設計したプライマーを用いて増幅することにより調製することができる。続いて、このように増幅したPhvc−ers1ゲノムDNAの塩基配列を決定する。このゲノムDNAの塩基配列と、Phvc−ers1のcDNA配列(例えば配列番号1)とを比較することによって、イントロン配列及びスプライス部位(イントロン/エキソン境界領域)を特定することができる。上記塩基配列の比較は、当技術分野で公知の配列比較プログラムなどを用いて行うことができ、そのようなプログラムとしては、例えばGENETIX−MAC10.1(ソフトウエア開発株式会社)などが挙げられる。
【0122】
イントロン配列は、Phvc−ers1のセンス鎖及びアンチセンス鎖の両方の配列を解読して決定することが好ましい。ゲノムDNAが長すぎるためにイントロン配列の全長を決定することができない場合には、プライマーウォーキング法を利用して全長配列を決定してもよい。プライマーウォーキング法は、当技術分野で公知の塩基配列決定法であり、決定しようとする全塩基配列の端から1回目の配列決定を行って約500〜650bpの領域(ただし、使用する塩基配列決定用の試薬、機器などの能力に応じて変化する)を解析し、続いて1回目の解析情報を利用してプライマーを設計し、そのプライマーを用いて2回目の配列決定を同様に行うというものである。この部分的な配列決定操作を繰り返すことによって全長の配列を決定することができる。
【0123】
上述した方法に従って決定したPhvc−ers1のゲノムDNAを配列番号3に示す。ORF領域は3782塩基であり、そのうちcDNA配列は1911塩基である(配列番号1)。また、Phvc−ers1(図1A)と、公開されている2185塩基のシロイヌナズナERS1遺伝子(図1B;GenBankアクセッション・ナンバーU21952)とのスプライス部位の比較を図1に示す。図1に示すように、Phvc−ers1のスプライス部位(境界領域)は、Phvc−ers1のcDNA配列(配列番号1)の908番(チミン)と909番(チミン)の間、1273番(グアニン)と1274番(アデニン)との間、1545番(チミン)と1546番(アデニン)との間、及び1669番(シトシン)と1670番(グアニン)との間の4箇所である。これら境界領域は、それぞれ図2及び3に示す境界領域1、境界領域2、境界領域3及び境界領域4に対応している。
【0124】
(5)オリゴヌクレオチドの設計
上記(4)に従って決定された境界領域(境界領域1〜4)の塩基配列を含むオリゴヌクレオチドを設計する。設計するオリゴヌクレオチドとしては、図2に示すように、8種類のオリゴヌクレオチド、すなわち境界領域1(D及びH)、境界領域2(E及びI)、境界領域3(F及びJ)、並びに境界領域4(G及びK)の塩基配列を含むオリゴヌクレオチドが挙げられる。
【0125】
オリゴヌクレオチドを設計する際の条件は、当業者であれば容易に決定することができる。例えば、プローブを設計する場合には、これに限定するものではないが、ロシュ・ダイアグノスティックス製のDIG Oligonucleotide 3´End Labeling Kitのようなキットに添付の説明書に従ってプローブとして使用可能なオリゴヌクレオチドを設計することができる。なお、プライマーとして使用可能なオリゴヌクレオチドの設計手法に関しては、以下(7)において詳細に説明する。
【0126】
プローブとして設計するオリゴヌクレオチドの長さは、合計約12〜40塩基であり、好ましくは15〜30塩基である。プローブとして用いるオリゴヌクレオチドは、相補性に基づいてPhvc−ers1のcDNAとハイブリダイズ可能であれば、DNAプローブであってもRNAプローブであってもよい。
【0127】
またオリゴヌクレオチドの合成法は当技術分野で周知である。例えば、ホスホロアミダイト法などの一般的なオリゴヌクレオチド合成法を用いることができる。
【0128】
本発明のオリゴヌクレオチドとしては、例えば以下のものが挙げられる:
(a)配列番号1に示す塩基配列のうち少なくとも908〜909番の塩基を含み、かつ連続した15塩基以上の塩基配列又はその相補配列からなるオリゴヌクレオチド(境界領域1に対応する)
(b)配列番号1に示す塩基配列のうち少なくとも1273〜1274番の塩基を含み、かつ連続した15塩基以上の塩基配列又はその相補配列からなるオリゴヌクレオチド(境界領域2に対応する)
(c)配列番号1に示す塩基配列のうち少なくとも1545〜1546番の塩基を含み、かつ連続した15塩基以上の塩基配列又はその相補配列からなるオリゴヌクレオチド(境界領域3に対応する)
(d)配列番号1に示す塩基配列のうち少なくとも1669〜1670番の塩基を含み、かつ連続した15塩基以上の塩基配列又はその相補配列からなるオリゴヌクレオチド(境界領域4に対応する)
【0129】
さらに具体的には、例えば以下の(a)〜(g)のオリゴヌクレオチドが挙げられる。
(a)配列番号4に示す塩基配列のうち少なくとも19〜20番の塩基を含み、かつ連続した15塩基以上の塩基配列からなるオリゴヌクレオチド(境界領域1に対応する)
(b)配列番号5に示す塩基配列のうち少なくとも16〜17番の塩基を含み、かつ連続した15塩基以上の塩基配列からなるオリゴヌクレオチド(境界領域2に対応する)
(c)配列番号6に示す塩基配列のうち少なくとも19〜20番の塩基を含み、かつ連続した15塩基以上の塩基配列からなるオリゴヌクレオチド(境界領域2に対応する)
(d)配列番号7に示す塩基配列のうち少なくとも14〜15番の塩基を含み、かつ連続した15塩基以上の塩基配列からなるオリゴヌクレオチド(境界領域3に対応する)
(e)配列番号8に示す塩基配列のうち少なくとも19〜20番の塩基を含み、かつ連続した15塩基以上の塩基配列からなるオリゴヌクレオチド(境界領域1に対応する)
(f)配列番号9に示す塩基配列のうち少なくとも16〜17番の塩基を含み、かつ連続した15塩基以上の塩基配列からなるオリゴヌクレオチド(境界領域2に対応する)
(g)配列番号10に示す塩基配列のうち少なくとも18〜19番の塩基を含み、かつ連続した15塩基以上の塩基配列からなるオリゴヌクレオチド(境界領域3に対応する)
【0130】
続いて、上述のようにして設計したオリゴヌクレオチドが、Phvc−ers1のゲノムDNAとハイブリダイズすることなく、Phvc−ers1のcDNAと特異的にハイブリダイズ可能であるかどうかを試験する。本発明においては、上記設計したオリゴヌクレオチドが、(A)cDNAとハイブリダイズすること、及び(B)ゲノムDNAとハイブリダイズしないこと、の2つを確認する。このような試験は、当技術分野で周知であり、例えばApplied Biosystems製のTaqMan(R)プローブのようなキットを利用することにより簡便に行い、オリゴヌクレオチドの機能を確認することができる。
【0131】
(6)ハイブリダイゼーション
本発明のハイブリダイゼーション方法は、エチレン受容体遺伝子様核酸配列(Phvc−ers1)若しくはそのアンチセンス核酸、又はその部分配列が導入された形質転換体を検出するため、被検植物のDNAを鋳型として、上記(5)で設計したオリゴヌクレオチドを用いてハイブリダイゼーションを行い、ハイブリダイゼーションが検出された場合に、被検植物がPhvc−ers1又はそのアンチセンス核酸が導入された形質転換植物であると判定するものである。
【0132】
本方法においては、Phvc−ers1又はそのアンチセンス核酸(cDNA)が存在する場合にのみハイブリダイゼーションが起こる。従って、本方法により形質転換植物を検出しようとする場合には、ハイブリダイゼーションの有無を検出すればよい。本方法で用いられる被検植物としては、Phvc−ers1又はそのアンチセンス核酸が導入されているか否かを検出しようとする植物であればいずれのものでもよく、特にペチュニア属植物が好ましい。上記被検植物から、当技術分野で周知の方法を使用してDNAを抽出することができる。
【0133】
本発明において利用可能なハイブリダイゼーション反応の手法としては、上述したように、オリゴヌクレオチドプローブが検出対象のDNAのみとハイブリダイズして、検出可能であればどのような手法でもよい。例えば、タックマン法は、DNAポリメラーゼ(例えばAMPLITAQ DNAポリメラーゼ)の5´−3´エキソヌクレアーゼ活性を利用するものであり、5´レポーター色素(例えば蛍光色素)と3´クエンチャー色素を有するオリゴヌクレオチドプローブをPCR反応に導入し、そのPCR過程において、プローブが標的配列とハイブリダイズした場合には、AMPLITAQ DNAポリメラーゼの5´−3´ポリヌクレオチド分解活性によって、プローブがレポーター色素とクエンチャー色素との間で切断され、その結果、レポーター色素がクエンチャー色素と分離することによって蛍光が増大するため、そのシグナルを蛍光検出器を用いて検出するものである。
【0134】
例えば、上記ハイブリダイゼーション反応は、市販のキットを用いて簡便に行うことができる。そのようなキットとしては、Taq Man(R)プローブ(Applied Biosystems)などが挙げられる。
【0135】
上記ハイブリダイゼーションの検出には、ハイブリダイゼーションを特異的に認識することができる公知の手段を用いることができる。例えば、オリゴヌクレオチドプローブを標識して用いることにより、ハイブリダイゼーションを検出することができる。
【0136】
以上のようにしてハイブリダイゼーションが検出された場合には、被検植物が、Phvc−ers1遺伝子若しくはそのアンチセンス核酸、又はその部分配列が導入された形質転換植物であると判定する。
【0137】
(7)プライマーの設計
上記(4)に従って決定された境界領域(境界領域1〜4)の塩基配列を含むプライマーを設計する。設計するプライマーとしては、図3に示すように、3種類のフォーワードプライマー、すなわち境界領域1(L)、境界領域2(M)及び境界領域3(N)の塩基配列を含むプライマーと、3種類のリバースプライマー、すなわち境界領域2(O)、境界領域3(P)及び境界領域4(Q)の塩基配列を含むプライマーが挙げられる。
【0138】
プライマーを設計する際の条件は、(A)スプライス部位から3´末端までの鎖長(3´側配列の長さ)、及び(B)プライマーの融解温度(Tm)である。
【0139】
(A)スプライス部位から3´末端までの鎖長
プライマーの配列が、スプライス部位から3´末端までの鎖長が長い場合には、ゲノムDNAに対してもプライマーの3´側配列がアニーリングする可能性が高まると考えられる。そのためスプライス部位から3´末端までの鎖長が2〜8塩基となるように設計することが好ましい。
【0140】
(B)Tm(融解温度)
また設計の際には、プライマーのTmを確認することが好ましい。Tmとは、任意のオリゴヌクレオチドの50%がその相補鎖とハイブリッドを形成する温度を意味し、鋳型DNAとプライマーとが二本鎖を形成してプライミング反応を効果的に起こすためには、アニーリングの温度を最適化する必要がある。一方、アニーリング温度を下げすぎると非特異的増幅が起こるため、アニーリング温度は可能な限り高いことが望ましい。従って、プライマーのTmは、増幅反応を行う上で重要な因子である。Tmは、例えば以下に示す式に従って求めることができる:
Tm(℃)=81.5+16.6×log10[S] + 0.41×(%GC)−(500/n)
〔式中、[S]は塩のモル濃度(M)を表し、(%GC)はプライマー配列中のGC含量(%)を表し、nはプライマーの長さ(bp)を表す。〕
また本発明においては、プライマー配列中のGとCの総数に4を掛け、AとTの総数に2を掛けて、その和の値をTmとする簡便法も利用可能である。
【0141】
Tmの確認には、公知のプライマー設計用ソフトウエアを利用することができ、本発明で利用可能なプライマー設計用ソフトウエアとしては、例えばOligo 5.0(National Biosciences社)、HYBsimulator version4(Advanced Gene Computing Technologies, Inc.)などが挙げられる。本発明では、平均Tmが約50〜60℃であることが好ましい。
【0142】
設計するプライマーの長さは、5´側配列と3´側配列とを合わせて合計約12〜40塩基であり、好ましくは15〜30塩基である。またプライマーの合成法は当技術分野で周知である。例えば、ホスホロアミダイト法などの一般的なオリゴヌクレオチド合成法を用いることができる。
【0143】
本発明のプライマーとしては、例えば以下のものが挙げられる:
(a)配列番号4に示す塩基配列のうち少なくとも19〜20番の塩基を含み、かつ連続した15塩基以上の塩基配列からなるフォワードプライマー(境界領域1に対応する)
(b)配列番号5に示す塩基配列のうち少なくとも16〜17番の塩基を含み、かつ連続した15塩基以上の塩基配列からなるフォワードプライマー(境界領域2に対応する)
(c)配列番号6に示す塩基配列のうち少なくとも19〜20番の塩基を含み、かつ連続した15塩基以上の塩基配列からなるフォワードプライマー(境界領域2に対応する)
(d)配列番号7に示す塩基配列のうち少なくとも14〜15番の塩基を含み、かつ連続した15塩基以上の塩基配列からなるフォワードプライマー(境界領域3に対応する)
(e)配列番号8に示す塩基配列のうち少なくとも19〜20番の塩基を含み、かつ連続した15塩基以上の塩基配列からなるリバースプライマー(境界領域1に対応する)
(f)配列番号9に示す塩基配列のうち少なくとも16〜17番の塩基を含み、かつ連続した15塩基以上の塩基配列からなるリバースプライマー(境界領域2に対応する)
(g)配列番号10に示す塩基配列のうち少なくとも18〜19番の塩基を含み、かつ連続した15塩基以上の塩基配列からなるリバースプライマー(境界領域3に対応する)。
【0144】
上記プライマーのうち、本発明において特に好ましい組み合わせのプライマーセットは以下の通りである:
・プライマー(a)とプライマー(e) 境界領域1〜2間が増幅される
・プライマー(a)とプライマー(f) 境界領域1〜3間が増幅される
・プライマー(b)とプライマー(f) 境界領域2〜3間が増幅される
・プライマー(c)とプライマー(g) 境界領域2〜4間が増幅される
・プライマー(d)とプライマー(g) 境界領域3〜4間が増幅される
【0145】
(8)設計したプライマーの確認
続いて、上記(7)で設計したプライマーの確認試験を行う。本発明のプライマーは、形質転換体に導入されたPhvc−ers1又はそのアンチセンス核酸(すなわちcDNA)のみを特異的に増幅するものでなければならない。従って、上記(7)で設計したプライマーを用いて、Phvc−ers1のゲノムDNAを増幅することなく、Phvc−ers1のcDNAを特異的に増幅可能であるかどうかを試験する。
【0146】
本発明においては、上記設計したプライマーが、(A)cDNAを鋳型として増幅すること、及び(B)ゲノムDNAを鋳型として増幅しないこと、の2つを確認する。
【0147】
(A)cDNAを鋳型とした増幅試験
本発明者は、Phvc−ers1のmRNAを鋳型としてRT−PCR増幅反応を行って特異的な増幅産物が得られる場合には、該プライマーがPhvc−ers1 cDNAを特異的に増幅できると判断した。
【0148】
従って、確認試験(A)においては、ペチュニア属植物由来のmRNAを鋳型として上記(7)で設計したプライマーを用いてRT−PCRを行う。mRNAの調製方法は、上記「1.Phvc−ers1の単離・同定」の項に記載の通りである。RT−PCRは、市販のキットを用いて簡便に行うことができる。そのようなキットとしては、QIAGEN製 One step RT−PCR kit、SIGMA製 Enhanced Avian HS RT−PCR Kitなどが挙げられる。
【0149】
またRT−PCRの条件は、50℃で30分、94℃で15分の後、94℃で1分、50.0〜70.5℃で1分及び72℃で1分30秒の増幅工程を35サイクル行い、72℃で15分の伸長工程後、4℃ホールドである。ここで、50.0℃〜70.5℃として示す温度は、例えば5℃毎に数段階に設定し、反応の最適条件を検討することにより、最適温度を決定することができる。
RT−PCR反応の結果、Phvc−ers1のcDNAのサイズのバンドが1本だけ検出された場合に、特異的増幅反応が起こったと判定する。
【0150】
(B)ゲノムDNAを鋳型とした増幅試験
上記(7)で設計したプライマーを用いて、Phvc−ers1ゲノムDNAを鋳型としてPCR増幅反応を行った場合に増幅産物が検出されないことを確認する。
【0151】
従って、確認試験(B)においては、ペチュニア属植物由来のゲノムDNAを鋳型として上記(7)で設計したプライマーを用いてPCRを行う。DNAの調製方法は、当技術分野で公知であり、フェノール抽出及びエタノール沈殿を行う方法、ガラスビーズを用いる方法などが挙げられる。PCRは、市販のキットを用いて簡便に行うことができる。そのようなキットとしては、Applied Biosystems製 AmpliTaq Gold(登録商標) PCR Master Mix、サワディーテクノロジー製 Let’s Go PCR Kitなどが挙げられる。
【0152】
またPCRの条件は、94℃で15分の後、94℃で1分、50.0〜70.5℃で1分及び72℃で1分30秒の増幅工程を30サイクル行い、72℃で15分の伸長工程後、4℃ホールドである。ここで、50.0℃〜70.5℃として示す温度は、例えば5℃毎に数段階に設定し、反応の最適条件を検討することにより、最適温度を決定することができる。
【0153】
PCR反応の結果、増幅産物が検出されなかった場合に、ゲノムDNAを鋳型とした増幅反応は行われなかったと判定する。
以上の確認試験(A)及び(B)の両者を満たしたプライマーセットを本発明のプライマーセットとして用いることができる。
また本発明のプライマーセットは、ポリメラーゼ、緩衝液などと共にキットとしても使用可能である。
【0154】
(9)増幅反応
本発明の検出方法は、エチレン受容体遺伝子様核酸配列(Phvc−ers1)若しくはそのアンチセンス核酸、又はその部分配列が導入された形質転換体を検出するため、被検植物のDNAを鋳型として、上記(7)で設計したプライマーセットを用いて増幅反応を行い、増幅産物が検出された場合に、被検植物がPhvc−ers1又はそのアンチセンス核酸が導入された形質転換植物であると判定するものである。
【0155】
本方法においては、Phvc−ers1又はそのアンチセンス核酸(cDNA)に特異的な断片のみを増幅する。従って、本方法により形質転換植物を検出しようとする場合には、増幅産物の有無のみを検出すればよい。プライマーとしては、上記(7)及び(8)で設計し、その機能を確認したプライマーセットを用いる。
【0156】
本方法で用いられる被検植物としては、Phvc−ers1又はそのアンチセンス核酸が導入されているか否かを検出しようとする植物であればいずれのものでもよく、特にペチュニア属植物が好ましい。上記被検植物から、当技術分野で周知の方法を使用してDNAを抽出することができる。
【0157】
増幅手法としては、特に限定されないが、ポリメラーゼ連鎖反応(PCR)法の原理を利用した公知の方法を挙げることができる。例えば、PCR法、LAMP(Loop−mediated isothermal AMPlification)法、ICAN(Isothermal andChimeric primer−initiated Amplification of Nucleic acids)法、RCA(Rolling Circle Amplification)法、LCR(Ligase Chain Reaction)法、SDA(Strand Displacement Amplification)法等を挙げることができる。増幅は、増幅産物が検出可能なレベルになるまで行う。
【0158】
PCR法は、被検植物に含まれるDNAを鋳型として、DNAポリメラーゼにより、プライマーセットに含まれる一対のプライマー間の塩基配列を合成するものである。PCR法によれば、変性、アニーリング及び合成からなるサイクルを繰り返すことによって、増幅断片を指数関数的に増幅させることができる。PCRの最適条件は、当業者であれば容易に決定することができる。例えば、上記(7)において設計したプライマー(a)〜(g)を用いてPCRを行う場合には以下の通りである。
90〜97℃、好ましくは93〜95℃の変性工程を30秒〜3分、好ましくは30秒〜1分;37〜70℃、好ましくは50〜70℃のアニーリング工程を20秒〜1分、好ましくは30秒〜1分;及び50〜80℃、好ましくは70〜75℃の伸長工程を1〜5分、好ましくは1〜2分、からなるサイクルを4〜40サイクル。
【0159】
但し、鋳型DNA及びプライマーを十分変性させるために、上記増幅サイクルの前に94℃で1〜3分の変性工程を加えてもよく、また、増幅されたDNAを完全に伸長するために、増幅サイクルの後に72℃で2〜20分の伸長工程を加えてもよい。さらに、増幅産物の検出を直ちに行わない場合は、非特異的な増幅が起こらないようにするために、増幅産物を4℃で保存する工程を加えることが好ましい。
【0160】
(10)増幅産物の検出
上記増幅反応後の増幅産物の検出には、このような産物を特異的に認識することができる公知の手段を用いることができる。例えば、増幅反応の過程で取り込まれるdNTPに、放射性同位体、蛍光物質、発光物質などの標識体を作用させ、この標識体を検出することができる。放射性同位体としては、32P、125I、35Sなどを用いることができる。また蛍光物質としては、例えば、フルオレセン(FITC)、スルホローダミン(TR)、テトラメチルローダミン(TRITC)などを用いることができる。また発光物質としてはルシフェリンなどを用いることができる。
【0161】
これら標識体の種類や標識体の導入方法等に関しては、特に制限されることはなく、従来公知の各種手段を用いることができる。例えば標識体の導入方法としては、放射性同位体を用いるランダムプライム法が挙げられる。
【0162】
本発明において、標識したdNTPを取り込んだ増幅産物を観察する方法としては、上述した標識体を検出するための当技術分野で公知の方法であればいずれの方法でもよい。例えば、標識体として放射性同位体を用いた場合には、放射活性を、例えば液体シンチレーションカウンター、γ−カウンターなどにより計測することができる。また標識体として蛍光を用いた場合には、その蛍光を蛍光顕微鏡、蛍光プレートリーダーなどを用いて検出することができる。
【0163】
以上のようにして増幅産物が検出された場合には、被検植物が、Phvc−ers1若しくはそのアンチセンス核酸、又はその部分配列が導入された形質転換植物であると判定する。
【0164】
【実施例】
以下の実施例によって本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【0165】
〔実施例1〕ペチュニアのエチレン受容体遺伝子様核酸(Phvc−ers1)のクローニング
ペチュニアのエチレン受容体遺伝子様核酸をクローニングするため、以下の実験を行った。
【0166】
(1)植物試料
市販のペチュニア種子(cv. velvet carpet、福花園種苗)を人工気象器(コイトトロン;小糸製作所)中で25℃、日照16時間、湿度50%で栽培した植物体を試料とした。
【0167】
(2)ペチュニアRNAの調製
ペチュニア植物体(葉、蕾、花など)を100mg程度採取し、液体窒素凍結下で粉砕した。QIAGEN製RNA調製キット(RNeasy Plant Mini Kit)を用いてキット添付の標準プロトコールに従ってRNAを調製した。
【0168】
(3)クローニング用PCRプライマー
GenBankデータベース(GenBankホームページ、http://www.ncbi.nlm.nih.gov/GenBank/index.html)に登録されている既知のERS1遺伝子について、遺伝子解析ソフトのGenetyx−Mac10.1(ソフトウエア開発株式会社)を使用して分子系統解析を行った。作成した分子系統樹のナス科クラスターより分類学的近縁と判断されるタバコ、トマト及びジャガイモの同遺伝子の配列を参考にしてORFの両末端部分の配列を持つ下記のプライマーを設計し合成した。
フォーワードプライマー
ERS−F:atggaatcctgtgattgcattgag (配列番号11)
リバースプライマー
ERS−R:ttacaractyctttgatagcgttga (配列番号12)
上記プライマーは、ミックスプライマーとして作成され、rはA又はG、yはC又はTを表す。
【0169】
(4)RT−PCR増幅
上記プライマーを用いてQIAGEN製 One−Step RT−PCR Kitを使用してRT−PCR増幅を行った。反応液組成はキット添付の標準プロトコールに従い、Takara製サーマルサイクラー(MP)を用いて実施した。PCR条件は以下のとおりである。
50℃ 30分
94℃ 15分
(94℃ 1分/55℃ 1分/72℃ 1分30秒)×40サイクル
72℃ 15分
4℃
【0170】
(5)再PCR増幅による制限酵素サイトの導入
クローニング用ベクターpBluescript II SK(+)(TOYOBO)及び植物用バイナリーベクターであるpBI121へのクローニングを目的として、RT−PCR増幅断片に制限酵素サイト配列を導入するため、制限酵素サイト配列(XbaI、SacI、SmaI)を付加した以下のプライマーを合成した。
フォーワードプライマー
Xba−ERS−F:gctctagaatggaatcctgtgattgcattgag(配列番号13)
Sac−ERS−F:cgagctcatggaatcctgtgattgcattgag(配列番号14)
リバースプライマー
Sac−ERS−R:cgagctcttacaractyctttgatagcgttga(配列番号15)
Sma−ERS−R:tcccccgggttacaractyctttgatagcgttga(配列番号16)
Xba−ERS−R:gctctagattacaractyctttgatagcgttga(配列番号17)
上記プライマーは、ミックスプライマーとして作成され、rはA又はG、yはC又はTを表す。
【0171】
これらを用いて、RT−PCR増幅断片の再PCR増幅を行った。PCR増幅時の増幅エラー(間違った塩基が取り込まれて増幅される)を防止するため、3´→5´エキソヌクレアーゼ活性を有する Pfu DNA polymerase(Pfu Turbo、TOYOBO)を使用した。反応液組成はキット添付の標準プロトコールに従い、Takara製サーマルサイクラー(MP)を用いて実施した。PCR条件は以下のとおりである。
94℃ 2分
(94℃ 1分/55℃ 1分/72℃ 1分30秒)×30サイクル
72℃ 15分
4℃
【0172】
(6)増幅断片の精製と制限酵素処理
得られたPCR増幅産物断片について、対応する制限酵素の組み合わせ(XbaI−SacI、XbaI−SmaI)を用いて、PROMEGA製MULTICOREバッファー中で37℃で同時制限酵素消化を行った。また、クローニング・ベクターpBluescript II SK(+)(TOYOBO)についても同様の処理を行った。0.8%アガロース・ゲルを用いてTAEバッファーで電気泳動後、エチジウムブロマイド(EtBr)染色を行い、目的断片を確認した。目的断片部分をゲルごとメスで切出し、QIAGEN製 QIAquick Gel Extraction Kitを用いてゲルより溶出・精製した。
【0173】
(7)クローニングベクターへの増幅断片の導入と増幅
Takara製 DNA Ligation kit ver.2を用いて、上記のPCR増幅断片と制限酵素消化したベクターのライゲーションを行った。TOYOBO製コンピテントセル(大腸菌DH5α)を付属プロトコールに従って上記DNAを用いて形質転換し、IPTG、X−gal、アンピシリン(50μg/ml)添加したLB培地で培養し、形質転換体を選抜した。出現したコロニーを釣菌してアンピシリン(50μg/ml)添加したLB培地で液体培養した。得られた菌体からQIAGEN製 Plasmid Mini Kitを用いてプラスミドを調製した。制限酵素処理後の断片の長さ比較及びPCR増幅により、インサートの確認を行い、目的断片がサブクローニングされたプラスミドを得た。
【0174】
(8)DNAシークエンサーによる塩基配列の確認
選られたプラスミドについてABI製 DNAシークエンサー(310 Genetic Analyzer)による塩基配列の確認を行った。シークエンス反応には BigDye Terminator Cycle Sequencing,FSキット(Applied Biosystems)を用いた。詳細な実験手順はABI製のマニュアル(操作ガイド、2000年8月版Rev.4.0)にしたがって実施した。
【0175】
(9)塩基配列の解析
得られた塩基配列は、Genetyx−Mac/ ATSQ 3.0(ソフトウエア開発株式会社)を用いて解析・編集した。クローニングした全長配列を決定後、インターネット上のデータベースに照会し(GenBank;http://www.ncbi.nlm.nih.gov/GenBank/index.html)、類似度の高い登録配列を探索した。これら(既知のERS1遺伝子)の配列を用いて分子系統解析(遺伝子解析ソフト;Genetyx−Mac10.1を使用)を行った。
【0176】
(10)ペチュニアの各組識におけるPhvc−ers1の配列の確認
4つの組織(葉・未熟な蕾・成熟した蕾・開花した花)より上記の方法でRNAを抽出した。このRNAより同様にRT−PCR増幅した断片を電気泳動後にゲルより切出し精製した。この断片をテンプレートとしてシークエンス反応を行い、ダイレクト・シークエンシングを行った。この方法で各組識由来のcDNAの全長配列をそれぞれ決定した(ただし「未熟な蕾」のみ部分配列を確認)。
【0177】
4つの組織(葉・未熟な蕾・成熟した蕾・開花した花)よりRNAを抽出・精製し、RT−PCR増幅によって得た断片のcDNAの全長配列をそれぞれ決定した(ただし「未熟な蕾」のみ部分配列を確認)。
【0178】
実験データの解析の結果、この核酸配列は1911塩基対(637アミノ酸をコードする)のORFを有すると推定された。得られた配列をデーターベースに照会した結果、エチレン受容体ERS1様遺伝子と相同性が高い遺伝子断片であることが判明した。特に、系統分類学的に近縁なタバコ及びトマトの同遺伝子と相同性が高いという結果が得られた。データーベース上で相同性がみられた植物由来の同遺伝子配列についてNJ法(近隣結合法)で分子系統樹を作成した。その結果、本実施例で得たエチレン受容体ERS1様遺伝子の核酸配列(Phvc−ers1)は、双子葉植物・ナス科植物クラスターに属し、分類学的位置関係とも一致した。このクラスターに属する植物種の遺伝子とのホモロジー(配列相同性)は、核酸レベルでタバコ、トマト及びジャガイモに対して、それぞれ93.6%、91.2%及び91.1%であった。またアミノ酸レベル(核酸配列からの推定アミノ酸配列)で比較した場合にはそれぞれ95.3%、92.6%及び92.1%であった。一方、メロン果実の日持ち性改良を目指した遺伝子導入に一般的に使用されたメロンERS1に対しては、核酸レベルで70.7%、アミノ酸レベルで71.0%であることが判明した。この結果から、植物体に導入したときの効果において、ペチュニア由来とその他の植物由来とで差が生じる可能性がある(Plant Physiology (1999) vol.119, 321−329)。
【0179】
(11)Phvc−ers1のクローニング
上記(10)に記載の方法で得た核酸断片をクローニングベクター(pBluescript II SK(+))にクローニングし、DNAシークエンサーにより挿入位置及び挿入断片の核酸配列を確認した。この結果、pBluescript II SK(+)のマルチクローニングサイト(MCS)中のSmaI−XbaI間に3´→5´方向に挿入されたクローン(pPhvc−ers1)を得た。この時点で、得られたペチュニアERS1様核酸配列をPhvc−ers1と命名した。
【0180】
〔実施例2〕Phvc−ers1のORF両末端領域の決定
(1)植物試料及びペチュニアRNAの調製
植物試料及びペチュニアRNAの調製(葉組織由来)は、実施例1の(1)及び(2)に記載のように行った。
【0181】
(2)RACE法
RACE法(Rapid amplification of cDNA ends)は、市販のキット(ロシュ・ダイアグノスティク製5´/3´ RACE Kit)を用いて行い、目的の断片を得た。
【0182】
(3)PCR増幅
PCR条件は、後述するように複数のアニーリング条件で同時検討し、良好な増幅産物が得られたものについて次の段階に使用した。3´RACEでは、nested−PCRを実施した。
【0183】
最初に、実施例1で得られたPhvc−ers1の推定配列に基づいて、そのORF部分の両末端領域近傍を標的としたPCRプライマーを設計した。nested−PCRのために両末端用にそれぞれ複数個のプライマーを作製したが、目的領域の増幅に成功した際に使用したもののみを下記表1に記載した。
【0184】
【表1】
Figure 2004147511
【0185】
表1に示すプライマーを用いて、上記(1)で調製したペチュニア葉由来RNAから合成されたcDNAを鋳型として、Takara製 Ex Taq DNA polymeraseを使用してPCR増幅を行った。反応液組成はキット添付の標準プロトコールに従い、Eppendorf製サーマルサイクラー(マスターサイクラーグラディエント)を用いて実施した。この装置はヒートブロック上に任意の(最大12段階の)温度勾配を設定して反応を行う事ができるので、増幅効率と特異性に重要なアニーリング温度を50.0℃から70.5℃(約5℃毎に5段階;すなわち、50.0℃、55.5℃、60.8℃、66.0℃、及び70.5℃)に設定し、その最適条件を検討した。PCR条件を以下に示す。
94℃ 15分
(94℃ 1分/50.0〜70.5℃ 1分/72℃ 1分30秒)×30サイクル
72℃ 15分
4℃
【0186】
(4)増幅断片の精製
得られたPCR増幅産物断片について、2%アガロース・ゲル(0.8%は不適切)を用いてTAEバッファーで電気泳動後、エチジウムブロマイド(EtBr)染色を行い、目的断片を確認した。目的断片部分をゲルごとメスで切出し、QIAGEN製QIAquick Gel extraction kitを用いてゲルより溶出・精製した。
【0187】
(5)クローニングベクターへの増幅断片の導入と増幅
Takara製 DNA Ligation kit ver.2を用いて、上記(4)で精製したPCR増幅断片とTAクローニング用(PCR産物のクローニング用)ベクター(Novagen製 pT7Blue−2)のライゲーション(16℃、一晩反応)を行った。TOYOBO製コンピテントセル(大腸菌DH5α)を付属プロトコールに従って形質転換し、IPTG、X−Gal及びアンピシリン(50μg/ml)添加したLB培地で培養し、形質転換体を選抜した。出現したコロニーを釣菌してアンピシリン(50μg/ml)添加したLB培地で液体培養して得た菌体から、QIAGEN製 Plasmid Mini Kitを用いてプラスミドを調製した。ゲル電気泳動によるインサートの確認を行い、目的断片がサブクローニングされたと予想されるプラスミドを得た。
【0188】
(6)DNAシークエンサーによる塩基配列の確認
使用したシークエンサー及び実験手順は実施例1の(8)に記載と同様にした。またシークエンシング用プライマーは、pT7Blue−2ベクターのクローニングサイトの両端に存在するT7配列及びM13配列を標的としたプライマー(Takara製 BcaBEST Sequencing Primer T7;TAATACGACTCACTATAGGG(配列番号23)及びM13 Primer M4;GTTTTCCCAGTCACGAC(配列番号24))を使用した。
【0189】
(7)塩基配列の解析
得られた塩基配列は、Genetyx−Mac/ ATSQ 3.0を用いて解析・編集した。実施例1においてクローニングしたcDNA配列(1911塩基対)と比較してORFの両末端領域配列を再決定した。
【0190】
配列解析の結果得られたペチュニア由来Phvc−ers1のcDNA(ORF領域)の塩基配列を配列番号1に、Phvc−ers1タンパク質のアミノ酸配列を配列番号2に示す。
【0191】
〔実施例3〕スプライス部位及びイントロン配列の決定
(1)植物試料及びペチュニアDNAの調製
植物試料は、実施例1の(1)に記載のように行った。
またペチュニアDNA(葉組織由来)は、ペチュニア植物体(葉)を100mg程度採取し、液体窒素凍結下で粉砕した後、QIAGEN製DNA調製キット(DNeasy plant mini kit)を用いてキット添付の標準プロトコールに従って調製した。
【0192】
(2)PCR増幅
実施例1の(3)で設計したプライマーを用いて、上記(1)で調製したペチュニア葉由来DNAを鋳型として、Takara製 Ex Taq DNA polymeraseを使用してPCR増幅を行った。反応液組成はキット添付の標準プロトコールに従い、Eppendorf製サーマルサイクラー(マスターサイクラーグラディエント)を用いて実施した。アニーリング温度及びPCR条件は実施例2の(3)と同様にした。
【0193】
(3)増幅断片の精製
PCR増幅産物断片の精製は、0.8%アガロース・ゲルを用いた以外は実施例2の(4)と同様に行った。
【0194】
(4)DNAシークエンサーによる塩基配列の確認と解析
得られたPCR増幅産物断片について、実施例1の(8)と同様に塩基配列を確認した。
得られた塩基配列は、Genetyx−Mac/ ATSQ 3.0を用いて解析・編集した。これまでにクローニングしたcDNA配列(1911塩基対)と比較してイントロン配列及びスプライス部位を特定した。
【0195】
(5)プライマーウォーキングによる未知配列の解析
イントロン部分の配列は、隣接するエキソン領域に設計したプライマーによって両方の鎖(センス鎖/アンチセンス鎖)の配列を解読する事により決定した。イントロン部分の全域の解読ができない場合は、解析結果に基づきスプライシング領域近傍に新たにシークエンシング用プライマーを設計して解読を進めるプライマーウォーキング法により全長配列の決定を行った。この実験に使用したシークエンシング用プライマーを表2にまとめた。
【0196】
【表2】
Figure 2004147511
【0197】
配列解析の結果得られた塩基配列の情報に基づいて作成したPhvc−ers1遺伝子のゲノムDNAの塩基配列を配列番号3に示した。染色体上にコードされる該遺伝子のORF領域の長さは3782塩基(cDNA配列は1911塩基)と判明した。これはシロイヌナズナERS1(GenBankアクセッション・ナンバーU21952)の2185塩基(cDNA配列は1842塩基)と比較すると著しく長い。また、ERS1タイプの遺伝子の中で唯一イントロン配列の情報がデータベース上に公開されているシロイヌナズナERS1とのイントロン領域の比較を図1に示す。
【0198】
〔実施例4〕内在/外来Phvc−ers1を識別して検出可能なPCRプライマーの設計
(1)植物試料及びペチュニアRNAの調製
植物試料及びペチュニアRNAの調製(葉組織由来)は、実施例1の(1)及び(2)に記載のように行った。
【0199】
(2)プライマーの設計
実施例3から、ペチュニアのゲノムDNAにコードされるPhvc−ers1の配列を決定しており、該遺伝子には4箇所のイントロンが存在することが明らかになった(図1)。
【0200】
また、ゲノムDNAから転写後にスプライシングを受けたmRNAには、切り出されたイントロンを挟んだ2つのエキソン間の境界領域(スプライス部位)が4箇所存在する(以下、それぞれ境界領域1、境界領域2、境界領域3、及び境界領域4と呼ぶ)。この4箇所の境界領域を標的としてプライマーを設計した。プライマーは、境界領域1においては、フォーワードプライマーのみ、境界領域2及び境界領域3においては、フォーワードプライマーとリバースプライマーの両方、境界領域4においては、リバースプライマーのみを設計した(図3)。また、プライマーの設計時には、スプライス部位から3´末端までの鎖長(3´側配列の長さ)と、プライマーのTmについて考慮し、合計31種類のプライマーを設計及び合成し、そのうち表3に示す11種類のプライマーを選択した。表3中、方向の欄に示す「F」はフォーワードプライマーを表し、「R」はリバースプライマーを表す。また、標的部位の欄に示す数字は、配列番号1に示すPhvc−ers1遺伝子の塩基配列の番号を表し、鎖長の欄に示す数字は、スプライス部位からプライマーの3´末端まで(3´側配列)の鎖長を表す。
【0201】
【表3】
Figure 2004147511
【0202】
(3)RT−PCR増幅
上記(2)で設計したプライマーを用いて、上記(1)で調製したペチュニア葉由来RNAを鋳型として、QIAGEN製 One Step RT−PCR Kitを使用してRT−PCR増幅を行った。反応液組成はキット添付の標準プロトコールに従い調製した。
Figure 2004147511
【0203】
Eppendorf製 マスターサイクラー・グラディエントを用いて、50.0℃〜70.5℃の範囲で約5℃毎に5段階のアニーリング温度を設定し、RT−PCRを実施した。RT−PCR増幅条件を以下に示す。
▲1▼50℃ 30分
▲2▼94℃ 15分
▲3▼(94℃ 1分/50.0〜70.5℃ 1分/72℃ 1分30秒)×35サイクル
▲4▼72℃ 15分
▲5▼4℃
【0204】
抽出したペチュニアのRNAを鋳型にして、表3に示すプライマーを用いてRT−PCR増幅を行った。4箇所の境界領域を標的として設計したプライマーを用いて増幅されるPhvc−ers1遺伝子のcDNA断片は、境界領域1〜2間、境界領域1〜3間、境界領域1〜4間、境界領域2〜3間、境界領域2〜4間、及び境界領域3〜4間の6種類である(図3)。
【0205】
それぞれの境界領域間のRT−PCR増幅後のゲル電気泳動の結果、目的のサイズのバンドを1本のみ検出可能であったプライマーの組み合わせを表4に示す。表4中、Fの欄に示すアルファベットはフォーワードプライマーの名称を表し、Rの欄に示すアルファベットはリバースプライマーの名称を表す。また鎖長の欄に示す数字は、スプライス部位から3´末端まで(3´側配列)の鎖長を表す。
【0206】
【表4】
Figure 2004147511
【0207】
Tmが60℃程度となるように設計したプライマー(表3及び4参照)を用いてRT−PCR増幅を行った結果、境界領域1〜3間(図5A)、境界領域2〜4間(図5B)、及び境界領域3〜4間(図5C)において目的のサイズの増幅産物のみが増幅され、特異的検出が可能となった。図5A〜Cにおいて、各レーンは、レーン1:アニーリング温度50.0℃、レーン2:アニーリング温度55.5℃、レーン3:アニーリング温度60.8℃、、レーン4:アニーリング温度66.0℃、及びレーン5:アニーリング温度70.5℃で得られた結果を示す。
【0208】
さらにTmを60℃として設計したプライマーを用いてRT−PCR増幅を行った場合には、アニーリング温度50.0〜70.5℃の全範囲において非特異的な増副産物が見られる傾向にあった。そこで、プライマーのアニーリングが低い温度で起こるようにするため、Tmの設定温度を60℃以下に設定する方法を考察した。境界領域1〜2間、境界領域2〜3間において、Tmの設定温度が60℃以下になるように設計したプライマー(表3及び4参照)を用いて、上述したのと同様にRT−PCR増幅を行った。その結果、アニーリング温度70.5℃では非特異的な増副産物が見られなくなり、境界領域1〜2間(図6A)、及び境界領域2〜3間(図6B)においても、目的のサイズの増幅産物のみが検出され、特異的検出が可能となった。図6A及びBにおいて、各レーンは、レーン1:アニーリング温度50.0℃、レーン2:アニーリング温度55.5℃、レーン3:アニーリング温度60.8℃、、レーン4:アニーリング温度66.0℃、及びレーン5:アニーリング温度70.5℃で得られた結果を示す。
【0209】
これらのことから、4箇所のそれぞれの境界領域を標的として設計したプライマーを用いたRT−PCR増幅により、外来遺伝子に相当するPhvc−ers1遺伝子cDNAの特異的検出が可能になった。
【0210】
〔実施例5〕ゲノムDNAの存在下におけるPCR増幅条件の検討
ペチュニア葉由来のDNAは、実施例3(1)に記載と同様にして調製した。
(1)PCR条件の検討
Phvc−ers1 cDNAのRT−PCR増幅による特異的検出が可能となった至適アニーリング温度において(表3及び4参照)、ゲノムDNAを鋳型としたPCR増幅を行う場合に、増幅産物が得られるか否かを検討した。そのために、実施例4で行ったRT−PCR増幅反応と反応溶液組成及びPCR反応条件などを同一条件にした比較実験を実施した。RT−PCR増幅で用いた酵素溶液(QIAGEN製)の中には、2種類の逆転写酵素 (Omniscript Reverse Transcriptase及びSensiscript Reverse Transcriptase)と Hot Star Taq DNA Polymerase が含まれている。そこで、PCR増幅にはone step RT−PCR増幅で用いられている酵素(QIAGEN製 Hot Star Taq DNA Polymerase)を同じ濃度で用いた。
【0211】
条件の検討には、実施例1の(3)で設計したプライマーを用いた。
フォーワードプライマー
ERS−F:atggaatcctgtgattgcattgag(配列番号11)
リバースプライマー
ERS−R:ttacaractyctttgatagcgttga(配列番号12)
プライマーの添加量は、上記実施例4のRT−PCR反応液と同じ2.0μMと、QIAGEN Hot Star Taq PCRで推奨している量0.5μMの2つの条件で比較した。
PCR反応液中のマグネシウム濃度については、実施例4のRT−PCR反応液と同じ2.5mM(添加量1.0μl)と1.5mM(添加量0μl)の2つの条件で比較した。
以上をふまえ、以下の表5に示す4条件でPCR増幅を行った。
【0212】
【表5】
Figure 2004147511
【0213】
Eppendorf製マスターサイクラー・グラディエントを用いて、50.0℃〜70.5℃の範囲で約5℃毎に5段階のアニーリング温度を設定し、増幅反応を実施した。PCR条件を以下に記載する。
▲1▼94℃ 15分
▲2▼(94℃ 1分/50.0〜70.5℃ 1分/72℃ 1分30秒)×30サイクル
▲3▼72℃ 15分
▲4▼ 4℃
【0214】
実施例4においてプライマーERS−F及びERS−R(それぞれ配列番号11及び12)を用いたRT−PCR増幅の至適アニーリング温度は約55〜60℃であった。表5に示す4条件のPCR反応液を用いてアニーリング温度55.5℃及び60.8℃でPCR増幅行った結果、どの条件でもアニーリング温度60.8℃での特異的検出が可能であった。これにより、今回設定したプライマーの添加量及びマグネシウム濃度では、特異的増幅に影響はないことが判明し、RT−PCR増幅時とほぼ同じ条件を設定できたと考えられる。以上の結果に基づき、PCR増幅の反応液組成については、実施例4のRT−PCR増幅と同じ、条件3を採用した。
【0215】
(2)Phvc−ers1 ゲノムDNAのPCR増幅試験
ゲノムDNAの存在下で、選択した7組のプライマーセット(表4参照)を用いて、それぞれの至適アニーリング温度(表4参照)で条件3を用いてPCR増幅を行った結果、増副産物は検出されなかった(図7参照)。このことから、これらのプライマーでは内在遺伝子は増幅されないことが確認できた。
【0216】
各レーンは、以下を表す:
レーン1:分子量マーカー(1kbp)
レーン2:分子量マーカー(100bp)
レーン3:プライマー1F−S1及び2R−S4を用いて境界領域1〜2間のcDNAを増幅した
レーン4:プライマー1F−S1及び2R−S4を用いて境界領域1〜2間のゲノムDNAを増幅した
レーン5:プライマー1F−S1及び2R−S5を用いて境界領域1〜2間のcDNAを増幅した
レーン6:プライマー1F−S1及び2R−S5を用いて境界領域1〜2間のゲノムDNAを増幅した
レーン7:プライマー1F−S1及び2R−S6を用いて境界領域1〜2間のcDNAを増幅した
レーン8:プライマー1F−S1及び2R−S6を用いて境界領域1〜2間のゲノムDNAを増幅した
レーン9:分子量マーカー(1kbp)
レーン10:分子量マーカー(100bp)
レーン11:プライマー1F0及び3R0を用いて境界領域1〜3間のcDNAを増幅した
レーン12:プライマー1F0及び3R0を用いて境界領域1〜3間のゲノムDNAを増幅した
レーン13:分子量マーカー(1kbp)
レーン14:分子量マーカー(100bp)
レーン15:プライマー2F−S1及び3R−S1を用いて境界領域2〜3間のcDNAを増幅した
レーン16:プライマー2F−S1及び3R−S1を用いて境界領域2〜3間のゲノムDNAを増幅した
レーン17:分子量マーカー(1kbp)
レーン18:分子量マーカー(100bp)
レーン19:プライマー2F2及び4R0を用いて境界領域2〜4間のcDNAを増幅した
レーン20:プライマー2F2及び4R0を用いて境界領域2〜4間のゲノムDNAを増幅した
レーン21:分子量マーカー(1kbp)
レーン22:分子量マーカー(100bp)
レーン23:プライマー3F0及び4R0を用いて境界領域3〜4間のcDNAを増幅した
レーン24:プライマー3F0及び4R0を用いて境界領域3〜4間のゲノムDNAを増幅した
【0217】
以上より、ペチュニアのPhvc−ers1 cDNAの境界領域の塩基配列を含むプライマーを用いたRT−PCR増幅により、外来遺伝子に相当するPhvc−ers1 cDNAの特異的検出が可能になった。また、このプライマーを用いてPCR増幅を行った場合、内在遺伝子として染色体にコードされるPhvc−ers1(ゲノムDNA)の特異的検出はされないという結果となった。これらのことから、ペチュニアの内在/外来Phvc−ers1を識別して特異的に検出可能なPCRプライマーを設計することができた。
【0218】
【発明の効果】
本発明により、ペチュニア属に属する植物の花持ち性を調節することが可能となり、商業的に有用な植物が得られる。また本発明により、そのような形質転換植物を迅速かつ簡便に検出することが可能となる。
【0219】
【配列表】
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【0220】
【配列表フリーテキスト】
配列番号4〜63:合成オリゴヌクレオチド
【図面の簡単な説明】
【図1】ペチュニア(Petunia×hybrida)Phvc−ers1(A)とシロイヌナズナ(Arabidopsis thaliana)ERS1(B)のゲノムDNAの構造を表す図である。
【図2】ペチュニアのエチレン受容体遺伝子様核酸(Phvc−ers1)のcDNAにおける境界領域と、それに対応する本発明のオリゴヌクレオチドプローブの設計を示す図である。
【図3】ペチュニアのエチレン受容体遺伝子様核酸(Phvc−ers1)のcDNAにおける境界領域と、それに対応する本発明のプライマーの設計を示す図である。
【図4】本発明のプライマーセットを用いたPhvc−ers1のcDNA(A)及びPhvc−ers1ゲノムDNAの増幅を示す図である。
【図5】RT−PCR増幅反応によるPhvc−ers1 cDNAの特異的検出を示す電気泳動写真を示す。プライマーは、Tmを60℃に設定したものを使用した。
【図6】RT−PCR増幅反応によるPhvc−ers1 cDNAの特異的検出を示す電気泳動写真を示す。プライマーは、Tmを50〜56℃に設定したものを使用した。
【図7】境界領域の塩基配列を含むプライマーを用いたPhvc−ers1 cDNA及びPhvc−ers1ゲノムDNAの検出結果を示す電気泳動写真である。写真は、cDNAが特異的に検出され、ゲノムDNAが検出されないことを示している。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a novel and novel ethylene receptor gene-like nucleic acid useful for improving the flower durability of a Petunia plant. The present invention also relates to a DNA encoding the nucleic acid or an expression vector containing the antisense nucleic acid of the nucleic acid, a transformant containing the nucleic acid or the antisense nucleic acid, and a seed obtained from the transformant. Furthermore, the present invention relates to a method for regulating the flower durability of a plant, and a method for producing a plant with enhanced flower durability.
[0002]
The present invention also relates to a method for detecting a transformed plant into which an ethylene receptor gene-like nucleic acid or an antisense nucleic acid thereof has been introduced, and a probe and primer set for detection.
[0003]
[Prior art]
In previous studies, several ethylene receptor genes and downstream genes of the signaling system have been identified. In Arabidopsis, which has been studied in the most detailed manner, five types of ethylene receptor genes ETR1, ERS1, ETR2, ERS2 and EIN4 have been isolated, and the primary structure characteristics and nucleotide sequence homology of proteins predicted from the genes have been identified. Are classified into two subfamilies. ETR1 and ERS1 are classified into the ETR1 subfamily and are characterized by having three hydrophobic domains at the N-terminus of the protein. On the other hand, ETR2, ERS2 and EIN4 are classified into the ETR2 subfamily, and these proteins have four hydrophobic domains on the N-terminal side. In addition, the homology of the nucleotide sequences within the subfamily is high, and the homology of the nucleotide sequences between the subfamilies is low.
[0004]
In the study of the ethylene receptor gene, for example, a transformant was prepared by introducing antisense DNA of the ethylene receptor gene or a mutated ethylene receptor gene into Arabidopsis thaliana or tomato, and it was found that the ethylene sensitivity of the transformant was reduced. It has been reported (referred to as Report 1).
[0005]
On the other hand, a model of an ethylene signaling system has been proposed in Arabidopsis. Plant ethylene receptors that respond to ethylene are thought to basically have a common function with Arabidopsis thaliana. According to this model, in a state before ethylene is bound, expression of a downstream ethylene-responsive gene does not occur, and ripening does not proceed. However, when ethylene binds to the receptor, downstream genes are activated and various reactions occur due to the binding of ethylene. According to this model, methods for reducing ethylene sensitivity include a method of expressing a receptor lacking ethylene binding ability in a plant by gene transfer and a method of overexpressing a normal receptor in a plant (Emen Hiro, Biotechnology, Vol. 78, No. 8, pp. 317-321).
[0006]
When the antisense method (or cosuppression method) used in the above report 1 is examined by applying the above-described method for reducing ethylene sensitivity to the Arabidopsis thaliana model, the result is that ethylene sensitivity is increased. is expected. Therefore, it is considered that the result of Report 1 has a mechanism different from that of the model of the signal transduction system of ethylene. As described above, the plurality of ethylene receptor genes that have been isolated to date have many unclear points such as the interaction of the proteins encoded by each, the mode of existence, and the expression control mechanism.
[0007]
Furthermore, in solanaceous plants to which tobacco, tomato, potato, etc. belong, ethylene and ethylene receptors have been studied to delay fruit ripening, and the ethylene receptor genes of the above plants have been isolated. However, although studies have been made on the ethylene receptor gene and flower senescence in solanaceous plants (Wilkinson, JQ, et al, Nature Biotechnology, vol. 15, 444-447, 1997), the flowering durability The ethylene receptor gene aimed at improvement has not been isolated from Solanaceae plants.
[0008]
On the other hand, when a transgenic plant into which a foreign gene has been introduced is put into practical use and put on the market, it is necessary to confirm the safety as well as the gene in accordance with the “Food Sanitation Law” by the Ministry of Health, Labor and Welfare and the “Revised JAS Law” by the Ministry of Agriculture, Forestry and Fisheries. It is necessary to clearly indicate that it is a recombinant. At present (end of 2001), since this law is applied only to foods, it is considered that this law does not apply to genetic modification of petunia, a flower variety. However, since petunia belongs to solanaceous plants including major vegetables such as eggplant, potato, capsicum, pepper, and tomato, the possibility that a transgene from transgenic petunia is transmitted to vegetables cannot be denied. Therefore, it is desirable to establish a technique for detecting a transgenic product and a recombined gene as a tool for ensuring safety in practical use of the transgenic petunia. Ministry of Health, Labor and Welfare's "Testing Methods for Recombinant DNA Technology-Applied Foods" (partially revised in April and September 2002) and JAS Analysis Test Handbook "Genetically Modified Food Testing and Analysis Manual" prepared by the Agriculture, Forestry and Fisheries Consumer Technology Center According to (April 2002), detection of a gene is described as "by qualitative analysis by PCR". Taking the "test method for foods applied with recombinant DNA technology" as an example, it is necessary to simultaneously prepare a blank reaction solution without a primer and a DNA solution without a DNA sample solution at the same time as a PCR reaction. In addition, to confirm that DNA has been extracted from the sample, it is necessary to similarly perform PCR amplification using a positive control primer pair instead of the recombinant gene detection primer for each DNA sample solution. Furthermore, when a PCR amplification band is detected by the positive control primer pair and the target recombinant gene detection primer pair, a PCR reaction solution is newly prepared using the same DNA sample solution, and the confirmation primer pair (recombination) is prepared. PCR amplification must be performed using a different primer pair than for gene detection). When performing such a test, it is essential that the presence or absence of the PCR amplified fragment can be clearly determined. In addition, when it becomes necessary to test for the presence or absence of a recombinant gene, it is necessary to quickly and reliably determine a large amount of samples.
[0009]
However, since the ethylene receptor gene is also present in a natural plant, in the case of a recombinant plant in which the gene has been re-introduced from the outside, a PCR primer designed to amplify the gene generally does not have a natural non-combination. Amplification products derived from endogenous genes are also detected in transgenic plants. This problem can be circumvented by distinguishing the foreign gene (cDNA) and the endogenous gene (genomic DNA) based on the difference in the length of the amplification products, since the gene introduced from the outside is usually introduced in the form of cDNA. it is conceivable that. However, in this case, since the operation of comparing and determining the length of the amplified fragment by electrophoresis or the like is essential, it is difficult to simply and objectively determine only the operation of determining “the presence or absence of an amplification product”. This also means that mass automated analysis is difficult. Therefore, a method for simply and clearly determining a transformant into which a gene having an endogenous gene has been introduced has been desired.
[0010]
[Patent Document 1] Japanese Patent No. 3183407
[Patent Document 2] Japanese Patent No. 3030015
[0011]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention provides a method and means for regulating the flower durability of a Petunia plant, and a method for detecting a transformed plant into which an ethylene receptor gene-like nucleic acid or its antisense nucleic acid, or a partial sequence thereof has been introduced. The purpose is to do.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
The present inventors have conducted intensive studies to achieve the above object, and as a result, succeeded in isolating an ethylene receptor gene-like nucleic acid involved in flower persistence from petunia, and prepared a vector containing the nucleic acid or its antisense nucleic acid. It has been found that it is possible to obtain a transformed plant in which flower durability is regulated by transforming the plant using the plant. The present inventors also revealed the exon-exon boundary region of the gene, designed primers and probes containing the nucleotide sequence of this region, and by using the primer or probe, the nucleic acid or the antisense nucleic acid was introduced. It has been found that the transformed plant can be easily and clearly detected.
[0013]
That is, the present invention relates to the following protein (a) or (b).
(A) a protein consisting of the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2
(B) a protein in which one or several amino acids are deleted, substituted or added in the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2, and which has an ability to bind to ethylene
[0014]
The present invention is also a nucleic acid encoding the following protein (a) or (b).
(A) a protein consisting of the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2
(B) a protein in which one or several amino acids are deleted, substituted or added in the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2, and which has an ability to bind to ethylene
[0015]
The present invention also relates to the following nucleic acid (a) or (b).
(A) a nucleic acid comprising the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1
(B) a nucleic acid consisting of a base sequence having a homology of 96% or more with the DNA consisting of the base sequence shown in SEQ ID NO: 1 and having a function related to ethylene sensitivity
[0016]
The present invention also relates to a nucleic acid containing all or a part of the DNA having the nucleotide sequence shown in SEQ ID NO: 3.
Further, the present invention is an expression vector containing all or a part of the above nucleic acid.
[0017]
The present invention is also an antisense nucleic acid comprising a nucleotide sequence complementary to a DNA comprising the whole or a part of the above nucleic acid. Further, the present invention is an expression vector containing all or a part of the antisense nucleic acid.
[0018]
Further, the present invention is a transformant containing the above nucleic acid or the above antisense nucleic acid. Here, the transformant is not particularly limited, but includes a plant, preferably a flower plant, particularly preferably a plant belonging to the genus Petunia. In addition, the transformant has an enhanced flower durability compared to the wild type.
The present invention is also a seed obtained from the above transformant.
[0019]
Furthermore, the present invention is a method for regulating flower durability of a plant, comprising introducing the nucleic acid or the antisense nucleic acid into a plant.
[0020]
Furthermore, the present invention is a method for producing a transformed plant, which comprises culturing or cultivating the transformant or the seed and regenerating a plant. Here, the plant includes a flower plant, preferably a plant belonging to the genus Petunia.
[0021]
The present invention is also an oligonucleotide comprising a partial nucleotide sequence of the above nucleic acid or antisense nucleic acid.
[0022]
The present invention also provides a boundary region 1 between exon 1 and exon 2, a boundary region 2 between exon 2 and exon 3, and an exon 3 which constitute a cDNA encoding an ethylene receptor gene-like nucleic acid sequence derived from a plant belonging to the genus Petunia. An oligonucleotide comprising a base sequence forming a boundary region selected from the group consisting of boundary region 3 between exon 4 and exon 4 and boundary region 4 between exon 4 and exon 5, or a complementary sequence thereof.
[0023]
In the above oligonucleotide, for example, the bases forming boundary region 1 are thymine 908 and 909 in base sequence shown in SEQ ID NO: 1, and the bases forming boundary region 2 are guanine 1273 and 1274 The bases forming boundary region 3 are thymine 1545 and adenine 1546, and the bases forming boundary region 4 are cytosine 1669 and guanine 1670.
[0024]
Examples of the above-mentioned oligonucleotide include those selected from the group consisting of the following (a) to (d).
(A) an oligonucleotide comprising at least 908 to 909 of the base sequence shown in SEQ ID NO: 1 and comprising a continuous base sequence of 15 or more bases or a complementary sequence thereof
(B) an oligonucleotide comprising at least nucleotides 1273 to 1274 of the nucleotide sequence shown in SEQ ID NO: 1 and comprising a continuous nucleotide sequence of 15 or more nucleotides or a complementary sequence thereof
(C) an oligonucleotide comprising at least 1545 to 1546 bases in the base sequence shown in SEQ ID NO: 1 and comprising a continuous base sequence of 15 or more bases or a complementary sequence thereof
(D) an oligonucleotide comprising at least nucleotides 1669 to 1670 of the nucleotide sequence shown in SEQ ID NO: 1 and comprising a continuous nucleotide sequence of 15 or more nucleotides or a complementary sequence thereof
[0025]
Examples of the oligonucleotide include those selected from the group consisting of the following (a) to (g).
(A) an oligonucleotide comprising at least the 19th to 20th bases of the base sequence shown in SEQ ID NO: 4 and consisting of a continuous base sequence of 15 or more bases
(B) an oligonucleotide comprising at least the 16th to 17th nucleotides of the nucleotide sequence shown in SEQ ID NO: 5 and comprising a continuous nucleotide sequence of 15 or more nucleotides
(C) an oligonucleotide comprising at least the 19th to 20th nucleotides of the nucleotide sequence shown in SEQ ID NO: 6 and comprising a continuous nucleotide sequence of 15 or more nucleotides
(D) an oligonucleotide comprising at least the 14th to 15th bases in the base sequence shown in SEQ ID NO: 7 and consisting of a continuous base sequence of 15 or more bases
(E) an oligonucleotide comprising at least the 19th to 20th bases in the base sequence shown in SEQ ID NO: 8 and consisting of a continuous base sequence of 15 or more bases
(F) an oligonucleotide comprising at least the 16th to 17th bases in the base sequence shown in SEQ ID NO: 9 and comprising a continuous base sequence of 15 bases or more
(G) an oligonucleotide comprising at least the 18th to 19th bases of the base sequence shown in SEQ ID NO: 10 and comprising a continuous base sequence of 15 or more bases
[0026]
Furthermore, the present invention is a probe for detecting a plant into which the above-mentioned nucleic acid or the above-mentioned antisense nucleic acid containing the above-mentioned oligonucleotide is introduced.
[0027]
The present invention further provides a method for detecting a plant into which the nucleic acid or the antisense nucleic acid has been introduced, wherein the oligonucleotide probe is reacted with DNA of a test plant to detect a reaction product thereof.
[0028]
Further, the present invention provides a boundary region 1 between exon 1 and exon 2, a boundary region 2 between exon 2 and exon 3, and an exon 3 which constitute a cDNA encoding an ethylene receptor gene-like nucleic acid sequence derived from a plant belonging to the genus Petunia. A primer 1 comprising a base forming one boundary region selected from the group consisting of boundary region 3 between exon 4 and exon 4 and boundary region 4 between exon 4 and exon 5, or another boundary region This is a primer set comprising a combination with a primer 2 containing a base or a complementary sequence thereof, wherein one of primers 1 and 2 is used as a forward primer and the other is used as a reverse primer.
[0029]
In the above primer set, for example, the bases forming boundary region 1 are thymine 908 and 909 in the base sequence shown in SEQ ID NO: 1, and the bases forming boundary region 2 are guanine 1273 and 1274 The bases forming boundary region 3 are thymine 1545 and adenine 1546, and the bases forming boundary region 4 are cytosine 1669 and guanine 1670.
[0030]
As the primer, for example, at least one primer selected from the group consisting of the following (a) to (d) and at least one primer selected from the group consisting of the following (e) to (g): And the like.
(A) a forward primer comprising at least the 19th to 20th bases of the base sequence shown in SEQ ID NO: 4 and consisting of a continuous base sequence of 15 bases or more
(B) a forward primer comprising at least the 16th to 17th nucleotides of the nucleotide sequence shown in SEQ ID NO: 5 and consisting of a continuous nucleotide sequence of 15 or more nucleotides
(C) a forward primer comprising at least the 19th to 20th bases of the base sequence shown in SEQ ID NO: 6 and consisting of a continuous base sequence of 15 bases or more
(D) a forward primer comprising at least the 14th to 15th nucleotides of the nucleotide sequence shown in SEQ ID NO: 7 and comprising a continuous nucleotide sequence of 15 or more nucleotides
(E) a reverse primer comprising at least the 19th to 20th nucleotides of the nucleotide sequence shown in SEQ ID NO: 8 and consisting of a continuous nucleotide sequence of 15 or more nucleotides
(F) a reverse primer comprising at least the 16th to 17th nucleotides of the nucleotide sequence shown in SEQ ID NO: 9 and comprising a continuous nucleotide sequence of 15 or more nucleotides
(G) a reverse primer comprising at least the 18th to 19th bases of the base sequence shown in SEQ ID NO: 10 and comprising a continuous base sequence of 15 or more bases
[0031]
Furthermore, the present invention is a method for detecting a plant into which the above-described nucleic acid or its antisense nucleic acid has been introduced, comprising amplifying the DNA of a test plant using a primer set and detecting the resulting amplification product.
[0032]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described in detail.
[0033]
The present inventors have focused on ethylene, which is one of the factors involved in flower life, in order to regulate the flower life of plants (for example, plants belonging to the genus Petunia). Ethylene is involved as a plant hormone in promoting flower aging and fruit ripening. Therefore, when the activity of ethylene increases in the plant body, the aging of the flower progresses.
[0034]
The present invention promotes or inhibits the expression of an ethylene receptor gene-like nucleic acid (referred to as Phvc-ers1) in a plant belonging to the genus Petunia, thereby promoting or inhibiting the action of ethylene in the plant, and It is intended to control flower durability.
[0035]
As described above, Phvc-ers1 has a function related to ethylene sensitivity and is involved in senescence of petunia plants. Therefore, a plant transformed so that the expression of endogenous Phvc-ers1 is suppressed has an enhanced flowering life as a result of the inhibition of the action of ethylene.
[0036]
As a technique for suppressing gene expression, a technique of introducing a gene antisense nucleic acid (antisense method), a technique using RNA interference (RNAi), and the like are known. In the antisense method, the expression of the target gene is suppressed by specifically binding the antisense sequence to the sequence of the target gene. The antisense sequence inhibits the expression of the target gene by binding to cellular mRNA or genomic DNA and blocking translation or transcription. As another method, there is a method using cosuppression. Cosuppression refers to the expression of both an introduced gene and an endogenous gene in a plant, for example, when a gene is linked in the sense direction to a downstream of a promoter that causes constitutive and strong expression and introduced into the plant. It is a phenomenon that is suppressed (Montgomery, MK and Fire, A (1998), Trends Genet., 14, 255-8). Accordingly, in the present invention, the endogenous Phvc-ers1 is introduced into a plant by introducing a sense DNA of Phvc-ers1 controlled by a strong promoter, an antisense DNA of its nucleic acid sequence, or a partial sequence thereof into a plant. It suppresses the expression of ers1 and inhibits the action of ethylene to produce plants with enhanced flower durability. In these antisense and cosuppression methods, the higher the homology of the base sequence of the DNA or antisense DNA used to the base sequence of the endogenous ethylene receptor gene, the lower the probability that the expression of that gene is suppressed. Will be higher. Therefore, in order to efficiently enhance the flower durability of a plant, it is desirable to prepare DNA or antisense DNA to be used based on the nucleotide sequence of the endogenous ethylene receptor gene.
[0037]
In addition, RNA interference means that when double-stranded RNA (hereinafter, also referred to as double-stranded RNA) is present in a cell, endogenous mRNA homologous to the base sequence of the RNA is degraded. As a result, this is a phenomenon in which gene expression in the cell is specifically suppressed, and is also referred to as RNA interference or RNAi. This RNA interference was first reported in C. elegans, and subsequently confirmed in Drosophila, plants, mammalian cells, and the like (for example, Hannon, GJ., Nature, 2002, Vol. 418, pp. 244-251). (Review); Elbashir, SM et al., Nature, 2001, vol. 411, p. 494-498; and McCaffrey, AP. Et al., Nature, 2002, vol. 418, p. 38-39. reference). For example, in Drosophila, a method is known in which a hairpin-type double-stranded RNA is produced, and this is recognized as a double-stranded RNA in cells, and endogenous mRNA is degraded and destroyed. Therefore, in the present invention, by introducing a double-stranded RNA (antisense nucleic acid) homologous to Phvc-ers1 into a plant, the expression of endogenous Phvc-ers1 can be specifically regulated using RNA interference. It can also be suppressed.
[0038]
On the other hand, normally, when Phvc-ers1 is introduced into a plant in the sense direction, the expression of Phvc-ers1 is expected to be enhanced. In such a case, the aging of the flower is promoted, and the flower durability is reduced. Plants having reduced flower durability are useful when it is desired to obtain seeds early or when it is desired to accelerate the plant life cycle.
[0039]
Hereinafter, isolation of Phvc-ers1, production of Phvc-ers1 protein, production of an expression vector, and production of a transformant will be described.
[0040]
1. Isolation and identification of Phvc-ers1
(1) Preparation of RNA and cDNA libraries
Phvc-ers1 can be obtained by a known method, for example, RACE (rapid amplification of cDNA ends) -PCR, RT-PCR, screening from a cDNA library, or the like, using total RNA or purified mRNA extracted from plant tissues. be able to. Since Phvc-ers1 is mainly expressed in plant leaves, buds, flowers, and the like, such a tissue can be used as a source of RNA. Although the expression level is low, other tissues can also be used. For example, plant tissues or tissue culture cells aseptically cultured in an MS medium or the like can be used. Since the main object of the present invention is to control the flower life of a petunia plant, which is a flora plant, the plant serving as a source for isolating nucleic acids is particularly a plant that is closely related to petunia. Preferably, but not limited to, plants belonging to the genus Petunia.
[0041]
Examples of plants belonging to the genus Petunia include, for example, P. hybrida species, P. axillaris sp. inflata, P. inflata. violacea species; integrifolia.
[0042]
In the present invention, the term "floral plant" refers to cut flowers, cut leaves or cuttings, pots, flowerbed seedlings, bulbs, flowers and trees, lawns, and the like cultivated for ornamental use.
[0043]
The preparation of RNA can be performed, for example, by using the above-mentioned plant tissue as a material by a commonly used technique. For example, after a plant tissue frozen with liquid nitrogen is ground in a mortar or the like, a crude RNA fraction is extracted and prepared from the obtained ground material by a guanidine thiocyanate method, a cesium chloride method, a cetyltrimethylacetylbromide (CTAB) method, or the like. Then, if necessary, the crude RNA fraction is subjected to poly (A) by an affinity column method using oligo dT-cellulose as a carrier or a method using oligo dT-immobilized latex particles. + RNA (mRNA) can be obtained. Commercially available kits for preparing total RNA from plant tissues include, for example, RNeasy Plant Mini Kit (manufactured by QIAGEN).
[0044]
Using the thus obtained total RNA or mRNA as a template, oligo-dT primers or primers designed for cloning, and reverse transcriptase, a single-strand cDNA was synthesized by RT-PCR. A double-stranded cDNA is synthesized from the strand cDNA. Next, the resulting double-stranded cDNA is incorporated into an appropriate cloning vector to prepare an expression vector. Then, Escherichia coli or the like is transformed using this expression vector, and a transformant is selected using tetracycline resistance, ampicillin resistance, etc. as an index, whereby a cDNA library can be obtained. When a plasmid is used as a vector, it is necessary to contain a drug resistance gene such as tetracycline or ampicillin. In addition, a cloning vector other than a plasmid, for example, λ phage (λgt11 or the like) can also be used.
[0045]
Alternatively, using the mRNA prepared as described above as a template, a single-stranded cDNA is synthesized using oligo dT20 and reverse transcriptase using a commercially available kit (for example, cDNA Synthesis Kit manufactured by STRATAGENE), and then the single-stranded cDNA is synthesized. A double-stranded cDNA is synthesized from the cDNA. Then, by adding an appropriate adapter or cassette (for example, EcoRI cassette (manufactured by TAKARA)) to the obtained double-stranded cDNA, for example, a cDNA library serving as a template for RACE-PCR can be prepared. As a kit for performing the RACE-PCR method, for example, 5 '/ 3' RACE Kit (manufactured by Roche Diagnostics), 3'-Full RACE Core Set (manufactured by Takara), 5'-Full RACE Core Set (Manufactured by Takara) or the like can be used.
[0046]
(2) Cloning of Phvc-ers1
As a method of cloning Phvc-ers1, a fragment of the nucleic acid is used to clarify an unknown DNA region by RACE-PCR, RT-PCR, PCR, or the like, and finally, full-length cDNA is amplified by PCR, A method of cloning an amplification product containing -ers1 into an appropriate vector is exemplified.
[0047]
A fragment of Phvc-ers1 can be obtained by performing RT-PCR or PCR using a primer (for example, a degenerate primer) designed from the nucleotide sequence of the ethylene receptor gene of another Solanaceae plant. Examples of the ethylene receptor gene of solanaceous plants include tobacco (Nicotiana tabacum; Accession No. AF039921), tomato (Lycopersicon esculentum; Accession No. Z54099), potato (Solonum lycopersicum; Accession No. U38666), and the like. Have been. Here, examples of the template RNA that can be used in RT-PCR or RACE-PCR include the plant-derived total RNA or mRNA prepared in (1) above. Examples of the template DNA that can be used in PCR include the cDNA library prepared in the above (1) and genomic DNA (which can be prepared using DNeasy Plant Mini Kit manufactured by QIAGEN).
[0048]
Examples of the primer include atgggaatcctgtgattgcattgag (SEQ ID NO: 11) as a sense primer for performing RT-PCR, and ttacaractyctttttatagcgttga (SEQ ID NO: 12) as a reverse primer. The above primer is a mixed primer, and r represents A or G, and y represents C or T. However, the present invention is not limited to these primers, and those skilled in the art can design appropriate primers based on the nucleotide sequence of the ethylene receptor gene of the Solanaceae plant.
[0049]
The nucleic acid can be cloned by linking the thus-obtained amplified fragment of Phvc-ers1 to a plasmid vector such as plasmid pBluescript and transforming Escherichia coli.
[0050]
Specifically, vectors that can be used include plasmids pBluescript, pUC18, pUC119, pBR322, and the like. Since the amplified fragment usually has a tendency to add adenine (A) to the end, the vector is easily cloned by cutting with a restriction enzyme that generates blunt ends such as EcoRV and adding a thymine (T) end. Yes (TA cloning method). Alternatively, the amplified fragment of Phvc-ers1 may be re-amplified so that an appropriate restriction enzyme site is introduced, and then the amplified fragment may be inserted into a vector using the restriction enzyme site and cloned.
[0051]
Transformation of Escherichia coli can be performed using a known method. When pBluescript is used as a vector, the resulting transformant becomes ampicillin-resistant, and at the same time, a β-galactosidase activity is deleted by inserting a foreign gene into a β-galactosidase-encoding region. Therefore, a white colony that is ampicillin-resistant and cannot degrade X-gal can be selected as a transformant (blue-white selection). In this manner, a transformant having a plasmid in which Phvc-ers1 is integrated into the vector plasmid pBluescript can be obtained.
[0052]
Further, by culturing the transformant and using a well-known means such as an alkali-SDS method, it is possible to prepare a large amount of a plasmid incorporating Phvc-ers1.
[0053]
(3) Analysis of Phvc-ers1
The nucleotide sequence of Phvc-ers1 is determined using the plasmid vector obtained in the above (2). The nucleotide sequence can be determined by a well-known method such as a die terminator method. Usually, the sequence is determined using an automatic nucleotide sequencer (for example, 310 Genetic Analyzer manufactured by ABI). As a kit for performing a base sequence determination reaction, for example, BigDye TM Terminator Cycle Sequencing FS Ready Reaction Kit (manufactured by Applied Biosystems) and the like are commercially available.
[0054]
SEQ ID NO: 1 shows the base sequence of Phvc-ers1 of the present invention, and SEQ ID NO: 2 shows the amino acid sequence of a protein encoding Phvc-ers1 (hereinafter, referred to as “Phvc-ers1 protein”). However, there may be some differences in amino acid sequence between plants depending on the cultivar and the like. Further, even in the same plant variety, amino acids may change due to mutation or the like. Therefore, in the present invention, the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2 has an amino acid sequence in which a plurality (1 to several tens, for example, 1 to 30) of amino acids have been substituted, deleted or added, and Also included in the present invention are proteins having the binding ability.
[0055]
For example, 1 to 10, preferably 1 to 5 amino acids of the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2 may be deleted, and 1 to 10, preferably 1 to 10 amino acids in the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2 Five amino acids may be added, or the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2 in which 1 to 10, preferably 1 to 5 amino acids have been substituted with other amino acids may also be used as the Phvc- ers1 protein.
[0056]
In the present invention, the “binding ability with ethylene” refers to the binding ability between ethylene receptor protein and ethylene. This function allows the expression of the ethylene receptor gene in host cells, 14 It can be confirmed by measuring the bond with C-ethylene.
[0057]
Furthermore, it hybridizes under stringent conditions to a sequence complementary to the DNA consisting of all or part of the base sequence of the above-mentioned Phvc-ers1 DNA, or has a homology with the DNA of 96% or more. And a nucleic acid sequence having a function related to ethylene sensitivity is also included in Phvc-ers1 of the present invention. Stringent conditions refer to conditions under which a specific hybrid is formed and a non-specific hybrid is not formed. In the present invention, the stringent condition relating to Phvc-ers1 refers to a condition under which only DNA having high homology (homology is 90% or more, preferably 95% or more) strongly hybridizes. In the present invention, “homology” refers to homology calculated using a sequence comparison program known in the art. For example, such a sequence comparison program includes a program (http://www.accelrys.com/products/gcg_wisconsin_package/) included in a sequence analysis package of the Genetics Computer Group (GCG). In addition, in the present invention, "a function involved in ethylene sensitivity" refers to an interaction between a nucleic acid (DNA or mRNA) of an endogenous ethylene receptor gene and a nucleic acid. Therefore, the nucleic acid of the present invention causes an interaction between the nucleic acid of the endogenous ethylene receptor gene of interest and the nucleic acid by the antisense method, cosuppression method, RNA interference method and the like, and as a result, the function of the gene product (Ie, ethylene binding ability). More specifically, as the nucleic acid of the present invention, for example, when an antisense DNA is introduced, an antisense RNA capable of specifically binding to mRNA transcribed from an endogenous ethylene receptor gene is produced. Nucleic acid sequences that can be included.
[0058]
The “partial sequence” is a nucleotide sequence of a DNA containing a part of the nucleotide sequence of Phvc-ers1, wherein the DNA encodes a protein capable of binding to ethylene or is involved in ethylene sensitivity. Refers to those having functions.
[0059]
Further, Phvc-ers1 of the present invention is a protein having the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2, or one or several amino acids are deleted, substituted or added in the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2, and Is a nucleic acid encoding a protein having the binding ability of
[0060]
Once the nucleotide sequence of the Phvc-ers1 of the present invention is determined, it is subsequently hybridized by chemical synthesis, by PCR using the cDNA or genomic DNA of Phvc-ers1 as a template, or by using a DNA fragment having the nucleotide sequence as a probe. By soybean, Phvc-ers1 of the present invention can be obtained.
[0061]
Phvc-ers1 thus isolated encodes an ethylene receptor gene in a Petunia plant. Therefore, when it is intended to enhance plant flowering using the antisense method or cosuppression method as described above, the DNA or antisense DNA to be introduced is prepared based on the base sequence of Phvc-ers1. Since the sequence homology between the introduced DNA or the antisense DNA and the endogenous ethylene receptor gene is increased, the flower life can be more efficiently and reliably improved as compared with the case where other genetic information is used. Can be enhanced.
[0062]
2. Vector construction, transformation and production of Phvc-ers1 protein
The Phvc-ers1 protein of the present invention can be produced from cells or tissues of the above-mentioned plants (for example, plants of the genus Petunia) by protein purification methods known in the art. Further, it can also be produced by a chemical peptide synthesis method known in the art, for example, a solid phase synthesis method. Alternatively, it can be produced by culturing a transformant transformed with a DNA encoding the Phvc-ers1 protein, and collecting the protein from the resulting culture. A method for producing a protein using such a genetic engineering technique is well known in the art, and will be specifically described below.
[0063]
(1) Preparation of vector
An expression vector for transformation can be obtained by ligating Phvc-ers1 or a part thereof to an appropriate vector. Moreover, a transformant that produces a Phvc-ers1 protein can be obtained by introducing this expression vector into a host so that Phvc-ers1 can be expressed. "Part" refers to a portion of Phvc-ers1 that can be introduced into a host to express Phvc-ers1.
[0064]
A phage or plasmid capable of autonomous propagation in a host is used as the vector. Examples of the plasmid DNA include Escherichia coli-derived plasmids (eg, pBR322, pUC18, pUC19, etc.), Bacillus subtilis-derived plasmids (eg, pUB110, pTP5, etc.), and yeast-derived plasmids (eg, YEp13, YEp24, YCp50, etc.). Examples of the phage DNA include λ phage (λgt10, λgt11, λZAP, etc.). Furthermore, animal viruses such as retrovirus or vaccinia virus, and insect virus vectors such as baculovirus can also be used.
[0065]
In order to insert Phvc-ers1 into a vector, first, a method in which purified DNA is cut with an appropriate restriction enzyme, inserted into an appropriate vector DNA restriction enzyme site or a multiple cloning site, and ligated to a vector is employed. Is done.
[0066]
Phvc-ers1 needs to be incorporated into a vector so that the function of the nucleic acid sequence is exerted. Thus, in addition to the promoter and Phvc-ers1, cis elements such as enhancers, splicing signals, polyA addition signals, selection markers, ribosome binding sequences (SD sequences), and the like can be ligated to the expression vector, if desired. In addition, examples of the selection marker include a dihydrofolate reductase gene, an ampicillin resistance gene, a neomycin resistance gene, and the like. Furthermore, in addition to vectors capable of autonomous propagation in two or more host microorganisms such as Escherichia coli and yeast, various shuttle vectors can be used. Such a vector can also be cut with the restriction enzyme to obtain a fragment thereof.
[0067]
A known DNA ligase is used to link the DNA fragment and the vector fragment. Then, the DNA fragment and the vector fragment are annealed and then ligated to prepare an expression vector.
[0068]
(2) Transformation
The host used for the transformation is not particularly limited as long as it can express Phvc-ers1. Examples include bacteria (such as Escherichia coli and Bacillus subtilis), yeast, plant cells, animal cells (such as COS cells and CHO cells), and insect cells.
[0069]
When a bacterium is used as a host, it is preferable that the expression vector be capable of autonomous replication in the bacterium and be composed of a promoter, a ribosome binding sequence, Phvc-ers1, and a transcription termination sequence. Further, a gene controlling a promoter may be included. Escherichia coli includes, for example, Escherichia coli DH5α, and Bacillus subtilis includes, for example, Bacillus subtilis. Any promoter can be used as long as it can be expressed in a host such as Escherichia coli. The method for introducing the expression vector into bacteria is not particularly limited as long as it is a method for introducing DNA into bacteria. For example, a method using calcium ions, an electroporation method and the like can be mentioned.
[0070]
When yeast is used as a host, for example, Saccharomyces cerevisiae, Schizosaccharomyces pombe, or the like is used. In this case, the promoter is not particularly limited as long as it can be expressed in yeast. The method for introducing the expression vector into yeast is not particularly limited as long as it is a method for introducing DNA into yeast, and examples thereof include an electroporation method, a spheroplast method, and a lithium acetate method.
[0071]
When an animal cell is used as a host, monkey cells COS-7, Vero, Chinese hamster ovary cells (CHO cells), mouse L cells, rat GH3, human FL cells, and the like are used. As the promoter, SRα promoter, SV40 promoter, CMV promoter and the like are used, and an early gene promoter of human cytomegalovirus may be used. Examples of a method for introducing an expression vector into animal cells include an electroporation method, a calcium phosphate method, and a lipofection method.
[0072]
When an insect cell is used as a host, an Sf9 cell or the like is used. Examples of a method for introducing an expression vector into insect cells include a calcium phosphate method, a lipofection method, and an electroporation method.
[0073]
The case where a plant cell is used as a host will be described in the section “3. Production of transformed plant and regulation of flower life” below.
[0074]
(3) Production of Phvc-ers1 protein
In the present invention, the Phvc-ers1 protein can be obtained by culturing the transformant having Phvc-ers1 and collecting from the culture. The term “culture” means any of a culture supernatant, a cultured cell, a cultured cell, and a crushed cell or cell. The method for culturing the transformant of the present invention in a medium is performed according to a usual method used for culturing a host.
[0075]
The culture medium for culturing the transformant obtained by using a microorganism such as Escherichia coli or yeast as a host contains a carbon source, a nitrogen source, and inorganic salts that can be used by the microorganism to efficiently culture the transformant. As long as the medium can be used, either a natural medium or a synthetic medium may be used.
[0076]
As the carbon source, carbohydrates, organic acids, and alcohols are used. As the nitrogen source, ammonium salts of inorganic or organic acids, peptone, meat extract, corn steep liquor, or other nitrogen-containing compounds are used. As the inorganic substance, potassium (I) phosphate, potassium (II) phosphate, magnesium phosphate, magnesium sulfate, sodium chloride, ferrous sulfate, manganese sulfate, copper sulfate, calcium carbonate, and the like are used.
[0077]
The cultivation is usually performed at 37 ° C. for 6 to 50 hours under aerobic conditions such as shaking culture or aeration and stirring culture. During the culture period, the pH is kept at around 5-7. Adjustment of the pH is performed using an inorganic or organic acid, an alkaline solution or the like. During the culture, an antibiotic such as ampicillin or tetracycline may be added to the medium as needed.
[0078]
When culturing a microorganism transformed with an expression vector using an inducible promoter as a promoter, an inducer may be added to the medium as necessary. For example, when culturing a microorganism transformed with an expression vector using the Lac promoter, isopropyl-β-D-thiogalactoside (IPTG) or the like is used. When culturing a microorganism transformed with an expression vector using the trp promoter, indoleacetic acid is used. (IAA) and the like may be added to the medium.
[0079]
As a medium for culturing a transformant obtained by using an animal cell as a host, a commonly used RPMI1640 medium, a DMEM medium, or a medium obtained by adding fetal calf serum or the like to such a medium is used. Culture is usually performed with 5% CO 2 Perform in the presence at 37 ° C. for 1-30 days. During the culture, antibiotics such as kanamycin and penicillin may be added to the medium as needed.
[0080]
When the Phvc-ers1 protein is produced in the cells or cells after the culture, the proteins are extracted by disrupting the cells or cells. When the Phvc-ers1 protein is produced outside the cells or outside the cells, the culture solution is used as it is, or the cells or cells are removed by centrifugation or the like. Thereafter, by using a general biochemical method used for isolation and purification of proteins, for example, ammonium sulfate precipitation, gel chromatography, ion exchange chromatography, affinity chromatography, or the like, alone or in appropriate combination, the above-mentioned culture is performed. Can be isolated and purified from Phvc-ers1 protein.
Whether or not the Phvc-ers1 protein has been obtained can be confirmed by SDS-polyacrylamide gel electrophoresis or the like.
[0081]
3. Creation of transgenic plants and regulation of flower life
The whole or part of Phvc-ers1 or its antisense nucleic acid obtained as described in the above section “1. Isolation and identification of Phvc-ers1” is introduced into a plant host to obtain a transformed plant. In the present invention, the “plant or transformant into which Phvc-ers1 or its antisense has been introduced” includes those into which Phvc-ers1 or its antisense nucleic acid, or a partial sequence thereof has been introduced. The partial sequence is a partial sequence of Phvc-ers1 or its antisense nucleic acid, and refers to a sequence that can be introduced into a plant to enhance or suppress the expression of endogenous Phvc-ers1. By enhancing or suppressing the expression of endogenous Phvc-ers1, flower durability can be regulated. Here, “adjustment” refers to increasing or decreasing flower durability. For example, by suppressing the expression of Phvc-ers1 in a plant host, it is possible to produce a transgenic plant with improved flower durability. On the other hand, by enhancing the expression of Phvc-ers1, it is possible to produce a transgenic plant with reduced flower durability.
[0082]
In the present invention, “flower persistence” means the flowering period, that is, the life of the flower. In addition, the expression “increased” or “decreased” in flowering life means that the flowering period is “extended” or “shortened”, respectively, as compared with the flowering life of a natural (wild type) plant.
[0083]
(1) Plant host for transformation
In the present invention, a plant host refers to a plant cultured cell, the whole plant of a cultivated plant, a plant organ (eg, leaf, petal, stem, root, rhizome, seed, etc.), or a plant tissue (eg, epidermis, phloem, soft tissue, Xylem, vascular bundle, etc.). The plant that can be used as a plant host is not particularly limited, but the present invention is based on the present invention that regulates flower durability using an ethylene receptor gene-like nucleic acid derived from a Petunia plant or an antisense nucleic acid thereof. In consideration of the purpose, a plant belonging to the genus Petunia is preferable. Examples of the petunia plants include those described in the section of “Isolation and Identification of Phvc-ers1”.
[0084]
(2) Expression vector
An expression vector containing all or a part of Phvc-ers1 or its antisense nucleic acid can be obtained by ligating (inserting) all or a part of this nucleic acid or its antisense nucleic acid to an appropriate vector. The vector for inserting Phvc-ers1 or its antisense nucleic acid is not particularly limited as long as it can be replicated in a plant host, and examples thereof include plasmid DNA, phage DNA, RNA / DNA virus, and binary vector system. No.
[0085]
Examples of the plasmid DNA include Escherichia coli-derived plasmids (eg, pBR322, pUC18, pUC19, etc.) and Bacillus subtilis-derived plasmids (eg, pBU110, pTP5, etc.). Phage DNA includes λ phage (λgt10, λgt11, λZAP, etc.). Is mentioned. When the transformation is performed using the Agrobacterium method (see below), a binary vector system (pBI121, pGA482, pSMAK251, etc.) can be used.
Phvc-ers1 can be obtained as described in the above section “1. Isolation and identification of Phvc-ers1”.
[0086]
Examples of the antisense nucleic acid of Phvc-ers1 include a nucleic acid having a base sequence complementary to the DNA having the base sequence shown in SEQ ID NO: 1. However, as long as the antisense nucleic acid used in the present invention can be introduced into a plant host to suppress the expression of endogenous Phvc-ers1, a sequence completely complementary to the DNA consisting of the nucleotide sequence shown in SEQ ID NO: 1 Need not be. Therefore, a nucleic acid which hybridizes with a nucleic acid having a complementary nucleotide sequence to a DNA comprising the entire or partial nucleotide sequence of the nucleotide sequence shown in SEQ ID NO: 1 and suppresses the expression of Phvc-ers1 in the present invention. It can be used as a nucleic acid. Furthermore, as long as the antisense nucleic acid can be introduced into a plant host and suppress or inhibit the expression (translation or transcription) of endogenous Phvc-ers1, a base complementary to the DNA consisting of the base sequence shown in SEQ ID NO: 1 It may be a part of the sequence (partial sequence). In the present invention, when an antisense nucleic acid is formed to form a double strand with mRNA in a living body to suppress the expression in a base sequence-specific manner, the hybridization condition is set to a high homology (a homology of 60 to the sense sequence). %, Preferably 80% or more). In the present invention, a double-stranded RNA that causes RNA interference may be used as the antisense nucleic acid. Methods for making such double-stranded RNA are known in the art along with RNA interference.
The method for synthesizing DNA or RNA is as described in the section “1. Isolation and identification of Phvc-ers1”.
[0087]
In order to insert Phvc-ers1 or its antisense nucleic acid (all or part) into an expression vector, first, purified DNA is cut with an appropriate restriction enzyme, and then an appropriate linker is ligated as necessary. And a method of inserting the vector into a restriction enzyme site or a multiple cloning site of an appropriate vector DNA and ligating the vector to the vector.
[0088]
Phvc-ers1 or its antisense nucleic acid needs to be incorporated into a vector so that its function is exhibited. Therefore, the vector contains, as expression cassettes, (i) a promoter sequence capable of being transcribed in plant cells, (ii) Phvc-ers1 or its antisense nucleic acid downstream of the promoter sequence, and (iii) Phvc-ers1 or its antisense. A terminator sequence containing sequences necessary for termination of transcription and polyadenylation, linked downstream of the nucleic acid, is ligated. To the expression cassette, besides a promoter, a DNA sequence for further promoting transcription, for example, a cis element such as an enhancer sequence, a splicing signal, a polyA addition signal, a selection marker, a ribosome binding sequence (SD sequence) and the like are linked. Can be.
[0089]
The promoter used is not particularly limited as long as it functions in a plant. For example, a promoter for constitutive expression such as the 35S promoter or an inducible promoter can be used.
[0090]
Further, if necessary, a terminator for instructing the termination of transcription can be linked to the downstream of Phvc-ers1 or its antisense nucleic acid. Examples of the terminator include a cauliflower mosaic virus-derived terminator and a nopaline synthase gene terminator. However, the terminator is not limited to this as long as it is known to function in plants.
[0091]
Furthermore, it is desirable to link an effective selectable marker gene to an expression vector in order to efficiently select a target transformed plant. The selection markers used at this time include a kanamycin resistance gene (NTPII), a hygromycin phosphinothricin acetyltransferase (http) gene that confers resistance to the antibiotic hygromycin to plants, and resistance to bialaphos (bialaphos). And the phosphinothricin acetyltransferase (bar) gene to be conferred.
[0092]
(3) Production of transgenic plants
The transformed plant of the present invention can be obtained by introducing the expression vector described in the above (2) into a plant host so that Phvc-ers1 or its antisense nucleic acid linked to the vector can function. .
[0093]
The above-described expression vector can be introduced into a plant host using various known methods. For example, an indirect introduction method using Agrobacterium or a direct introduction method such as an electroporation method, a polyethylene glycol method, or a particle gun method can be used. Among them, the method using Agrobacterium is extremely effective for dicotyledonous plants belonging to the genus Petunia because it can surely perform stable transformation. In this method, a T-DNA region which is a part of the Ti plasmid carried by Agrobacterium is transferred and integrated into a plant genome. For transfer and integration of T-DNA, imperfect repeats of 25 base pairs at both ends of T-DNA are essential. Therefore, the target DNA can be incorporated into the plant genome by inserting the foreign DNA between the boundary sequences. In addition, transfer of the T-DNA region requires a gene product of the Vir region on the Ti plasmid (plant gene manipulation manual, edited by Hirofumi Uchimiya et al., Kodansha Scientific, 1984).
[0094]
For example, when the Agrobacterium method is used, the constructed expression vector (for example, a binary vector such as pBI121 having a T-DNA region) is transferred to a suitable Agrobacterium, for example, Agrobacterium tumefaciens. C58, LBA4404, EHA101, C58C1Rif R , EHA105, etc., into Agrobacterium rhizogenes LBA9402, etc., using a freeze-thaw method, an electroporation method, or the like. Subsequently, the Agrobacterium strain is infected to a sterile culture of a plant host according to a floral dip method, a leaf disk method, or the like to obtain a transformed plant. The Agrobacterium infection method includes an intermediate vector method, a binary vector method, and the like. In the present invention, gene transfer can be performed using any of the infection methods.
[0095]
When the particle gun method is used, plants, plant organs or plant tissues, or sections thereof, or various samples such as callus and protoplasts can be used. The sample thus prepared is treated with a gene introduction device (for example, PDS-1000 (BIO-RAD)) to introduce DNA into a plant host. The treatment conditions vary depending on the plant or the sample, but are usually performed at a pressure of about 450 to 2000 psi and a distance of about 4 to 12 cm.
[0096]
When a plant culture cell is used as a host, the transformation is performed by introducing an expression vector into the culture cell by a particle gun method, an electroporation method, or the like.
[0097]
From the viewpoint of recombination efficiency and ease of handling, as a preferred example of the present invention, production of a transformed plant by the Agrobacterium infection method using a binary vector system will be specifically described below.
[0098]
When DNA is introduced by the Agrobacterium infection method, a step of infecting a plant host with Agrobacterium having a plasmid containing Phvc-ers1 is required.
[0099]
When this step is performed by an in planta transformation method such as a floral dipping method, a plant host to be transformed is grown, and a solution in which Agrobacterium containing a plasmid having Phvc-ers1 or a plasmid having the antisense nucleic acid is suspended. The flower buds of the plant host are directly immersed and then the plants are grown to harvest the seeds. Then, in order to select an individual having the introduced DNA, the obtained seed is sown on an MS agar medium supplemented with an appropriate antibiotic. Transplanted plants into which Phvc-ers1 of the present invention or its antisense nucleic acid has been introduced can be obtained by transplanting the plants grown in this medium into pots and growing them (Plant Genomics Research Protocol, Takuji Sasaki et al. Supervision, Shujunsha, 2001).
[0100]
On the other hand, when the step of infecting a plant host with Agrobacterium is performed by the leaf disk method, a leaf disk collected from aseptic leaves of a plant host aseptically cultivated is used to carry a plasmid containing Phvc-ers1 or its antisense nucleic acid. After immersion in a culture solution of Agrobacterium to be grown, the cells are cultured in a foliage differentiation medium to form callus and proliferate. As a foliage differentiation medium, for example, a medium obtained by adding a plant hormone to a known medium such as an MS medium can be used. Thereafter, callus is selected using a foliage differentiation medium for selection. As a medium for selection, a medium obtained by further adding a bactericide such as kanamycin for selection of a transformant and a bactericide such as cefotaxime for killing Agrobacterium may be used in addition to the foliage differentiation medium described above. .
[0101]
Calli, shoots, hairy roots, and the like obtained as a result of the transformation can be directly used for cell culture, tissue culture, or organ culture. In addition, a plant can be regenerated by administering a plant hormone (auxin, cytokinin, gibberellin, abscisic acid, ethylene, brassinolide, etc.) at an appropriate concentration using a conventionally known plant tissue culture method.
[0102]
Whether or not Phvc-ers1 or its antisense nucleic acid has been introduced into a plant can be confirmed by a PCR method, a Southern hybridization method, a Northern hybridization method, or the like. For example, DNA is prepared from a transformed plant, a DNA-specific primer is designed, and PCR is performed. Thereafter, the amplification product was subjected to agarose gel electrophoresis, polyacrylamide gel electrophoresis, or capillary electrophoresis, stained with ethidium bromide, SYBR Green solution, etc., and transformed by detecting the amplification product. Can be confirmed. Alternatively, amplification products can be detected by performing PCR using primers that have been labeled with a fluorescent dye or the like in advance. Furthermore, a method of binding the amplification product to a solid phase such as a microplate and confirming the amplification product by fluorescence or an enzyme reaction can also be adopted.
[0103]
The transformed plant in which the expression of Phvc-ers1 has been enhanced can be used when it is desired to obtain seeds quickly or to accelerate the life cycle of the plant. In addition, a transformed plant in which the expression of Phvc-ers1 has been suppressed has high flower durability, and is therefore of high commercial value as an ornamental floral plant. In addition, Phvc-ers1 or its antisense nucleic acid to be introduced into the transformed plant of the present invention is prepared from information on an ethylene receptor gene-like nucleic acid endogenously present in a Petunia plant. When using Phvc-ers1 or its antisense nucleic acid, it is possible to more efficiently and surely increase flower life than when conventional ethylene receptor gene information is used. .
[0104]
4. Plants with controlled flower durability
The transformed plant in which the expression of Phvc-ers1 is suppressed, which has been produced according to the section “3. Production of transformed plant and regulation of flower durability”, has enhanced flower persistence, and expression of the nucleic acid. The transgenic plant in which has been enhanced has reduced flower durability.
[0105]
The evaluation of the flower durability of the transformed plant was performed by cultivating a transformed plant into which Phvc-ers1 or its antisense nucleic acid was introduced and a non-transformed plant (wild-type plant) under the same conditions, and from flowering to flowering. This can be done by comparing the periods up to. For example, the petunia flower durability test can be performed by the following method. That is, a flower is used for a test up to two days after flowering, a stem is cut off at about 3 cm below the flower neck, and the flower part is placed in a flask containing water (for example, a 100 ml Erlenmeyer flask). Is placed in a 25 ° C. artificial air chamber (16-hour light period, 8-hour dark period), and changes in petals are observed thereafter. In addition, detailed description of the method of evaluating flower durability can be found in, for example, a manual for maintaining freshness of cut flowers (supervised by the Japan Flower Spread Center, Distribution System Research Center, 1997), maintaining freshness of cut flowers (city) See Kazuo Mura, Tsukuba Shobo, 2000).
[0106]
In addition, using the procedures for differentiation / induction of plants from Agrobacterium-infected cells described above, tissues (eg, roots, stems, leaves) or organs (eg, growth points, pollen) of the transformed plants. Can be used to obtain a further transformed plant without going through the reproductive process (seed). Such techniques and procedures are known to those skilled in the art, and general methods for tissue culture are described in various laboratory manuals.
[0107]
Seeds obtained from the thus-produced transformed plant of the present invention also have normal germination and growth, and their flowering properties are regulated. This indicates that the introduced Phvc-ers1 or its antisense nucleic acid is conserved in the next generation, thus indicating that this regulated flower persistence is stably passed on to progeny. Therefore, according to the present invention, a practical and useful plant having improved (or reduced) flower durability can be obtained.
[0108]
5. Oligonucleotide
(1) Overview
The ethylene receptor gene-like nucleic acid (Phvc-ers1) is a nucleic acid endogenously present in a non-transformant (wild-type plant). The present inventor designed an oligonucleotide containing a base sequence corresponding to the following boundary region in SEQ ID NO: 1 to detect a transformed plant into which Phvc-ers1 or its antisense nucleic acid was introduced, and used it as a primer. Alternatively, it was used as a probe.
[0109]
Embedded image
Figure 2004147511
In the present invention, the term “boundary region” (also referred to as a boundary site) refers to the case where two exons are separated from each other across an intron on the genome and the two exons are joined after the intron is spliced. Point of attachment (boundary point), that is, a splice site (FIG. 2).
[0110]
In the cDNA of Phvc-ers1 shown in FIG. 2, the boundary between exon 1 and exon 2 is boundary region 1, the boundary between exon 2 and exon 3 is boundary region 2, the boundary between exon 3 and exon 4 is boundary region 3, The boundary between exon 4 and exon 5 is called boundary region 4. Therefore, boundary region 1 is formed by the 3'-most base of exon 1 and the 5'-base of exon 2. Specifically, the 3'-most base of exon 1 is the 908th thymine of the base sequence shown in SEQ ID NO: 1, and the 5'-most base of exon 2 is the base sequence shown in SEQ ID NO: 1. Is the 909th thymine. In addition, the boundary region 2 is formed by the most 3 ′ base of exon 2 and the most 5 ′ base of exon 3, and specifically, the most 3 ′ base of exon 2 is represented by SEQ ID NO: 1. The 1273rd guanine of the nucleotide sequence shown in SEQ ID NO: 1 is the 1273th guanine of the nucleotide sequence shown, and the 5'-most base of exon 3 is the 1274th adenine of the nucleotide sequence shown in SEQ ID NO: 1. The boundary region 3 is formed by the 3'-most nucleotide of exon 3 and the 5'-most nucleotide of exon 4. Specifically, the 3'-most nucleotide of exon 3 is represented by SEQ ID NO: 1. It is the 1545th thymine in the base sequence, and the 5'-most base of exon 4 is the 1546th adenine in the base sequence shown in SEQ ID NO: 1. Further, the boundary region 4 is formed by the most 3 ′ base of exon 4 and the most 5 ′ base of exon 5, and specifically, the most 3 ′ base of exon 4 is represented by SEQ ID NO: 1. It is the 1669th cytosine in the base sequence, and the 5'-most base of exon 5 is the 1670th guanine in the base sequence shown in SEQ ID NO: 1.
[0111]
(2) Oligonucleotide
The oligonucleotide of the present invention contains the sequence of the region on both sides (for example, exon 1 and exon 2) sandwiching one boundary region as described above, or its complementary sequence. Therefore, as shown in FIG. 2, the oligonucleotides DG and HK hybridize to the boundary region based on their complementarity. In the present invention, "hybridization" or "hybridization" used for an oligonucleotide refers to specific binding to a detection target Phvc-ers1 cDNA based on its complementarity. Oligonucleotides D to G have a sequence complementary to the Phvc-ers1 cDNA to be detected, and hybridize with the introduced Phvc-ers1 or a partial sequence thereof. On the other hand, the oligonucleotides HK have a sequence homologous to the Phvc-ers1 cDNA to be detected, and hybridize with the introduced Phvc-ers1 antisense nucleic acid or a partial sequence thereof.
[0112]
The sequence on both sides of the boundary region (boundary region), that is, the sequence forming the boundary region (particularly, the sequence on both sides of the boundary portion) or its complementary sequence is hereinafter referred to as “base sequence of the boundary region”.
[0113]
The oligonucleotide of the present invention contains the base sequence of the boundary region as described above, and can hybridize only with exogenously introduced Phvc-ers1 cDNA or its antisense nucleic acid (cDNA).
[0114]
Therefore, when hybridization is performed using an oligonucleotide probe containing the nucleotide sequence of such a boundary region, hybridization of an endogenous gene derived from genomic DNA of a wild-type plant (non-transformant) does not occur. Hybridization occurs only in the case of a transformed plant into which Phvc-ers1 cDNA or its antisense nucleic acid has been introduced, and is detected. Therefore, when detecting a transformed plant into which Phvc-ers1 or its antisense nucleic acid has been introduced using the oligonucleotide of the present invention, only the operation of detecting whether hybridization occurs may be performed. Therefore, by using the oligonucleotide of the present invention, it is possible to simply and clearly detect a transformed plant into which Phvc-ers1 or its antisense nucleic acid has been introduced.
[0115]
(3) Primer set
When the oligonucleotide of the present invention is used as a primer, the primer set of the present invention comprises a region on both sides (for example, exon 1 and exon 2) sandwiching one boundary region described in the above section “(1) Outline”. And a primer containing the nucleotide sequence of the region on both sides (for example, exon 3 and exon 4) sandwiching the other boundary region. Therefore, as shown in FIG. 3, a combination of any of the forward primers L, M or N and any of the reverse primers O, P or Q constitutes one primer set. When the forward primer L and the reverse primer O are combined, an amplification product LO is obtained, and when the forward primer L and the reverse primer P are combined, the amplification product LP is obtained. When the primer M and the reverse primer P are combined, an amplification product MP is obtained. When the forward primer M and the reverse primer Q are combined, an amplification product MQ is obtained. When N and reverse primer Q are combined, amplification product NQ is obtained, and when forward primer L and reverse primer Q are combined, amplification product LQ is obtained (FIG. 3).
[0116]
As shown in FIG. 4A, when a primer containing the base sequence of the boundary region of the present invention is prepared using DNA in the 3 ′ to 5 ′ direction as a template, this primer sequence is located 5 ′ from the splice site. (Hereinafter referred to as 5 'side arrangement) and 3' side (hereinafter referred to as 3 'side arrangement). In designing primers, the 3 'sequence is first determined. The 3'-side sequence is designed to be a sequence of about 2 to 8 bases from the boundary region of Phvc-ers1 cDNA to be amplified. The primer may be homologous or complementary to the template DNA. In general, a forward primer has a sequence homologous to the template DNA, and a reverse primer has a sequence complementary to the template DNA. On the other hand, the 5'-side sequence is designed after determining the length of the 5'-side sequence, with priority given to adjusting the length of the primer based on the Tm of the oligonucleotide. Therefore, the 5'-side sequence is designed to have a sequence of about 10 to 40 bases corresponding to the boundary region of the Phvc-ers1 cDNA to be amplified. The thus designed primer containing the nucleotide sequence of the boundary region can anneal to Phvc-ers1 cDNA and amplify it (FIG. 4A).
[0117]
Subsequently, a case where the Phvc-ers1 genomic DNA is used as a template will be described (FIG. 4B). Since genomic DNA contains exons and introns, border regions are separated by introns. Therefore, the 5′-side sequence of the primer of the present invention can anneal to a part of the divided boundary region of genomic DNA. However, since the 3 'side sequence does not contain a sequence corresponding to the intron sequence, it cannot be annealed to the intron of the genomic DNA (FIG. 4B (1)). Annealing of the 3 'side sequence is important for amplification by a DNA polymerase, and therefore, if the 3' side sequence cannot be annealed, genomic DNA will not be amplified. Further, since the 3 'side sequence of the primer of the present invention is a very short sequence of about 2 to 8 bases, it is not possible to anneal to genomic DNA only with the 3' side sequence (FIG. 4B (2)). Therefore, the primer containing the nucleotide sequence of the boundary region of the present invention cannot amplify Phvc-ers1 genomic DNA.
[0118]
As described above, the primer containing the base sequence of the boundary region of the present invention can specifically amplify only the exogenously introduced Phvc-ers1 cDNA or its antisense nucleic acid (cDNA).
[0119]
Therefore, when an amplification reaction is performed using a primer set containing the base sequence of such a boundary region, amplification of an endogenous gene derived from genomic DNA of a wild-type plant (non-transformant) does not occur, and the Phvc- Amplification occurs only in the case of a transformed plant into which ers1 cDNA or its antisense nucleic acid has been introduced, and the amplification product is detected. Therefore, when detecting a transformed plant into which Phvc-ers1 or its antisense nucleic acid has been introduced using the primer set of the present invention, it is sufficient to perform only the operation of detecting whether an amplification product is produced. As described above, the operation of discriminating the difference between the lengths of the amplified fragments of genomic DNA and cDNA by electrophoresis becomes unnecessary. Therefore, by using the primer set of the present invention, it is possible to easily and clearly detect a transformed plant into which Phvc-ers1 or its antisense nucleic acid has been introduced.
[0120]
(4) Determination of genomic DNA and splice sites
In order to design an oligonucleotide (primer or probe) containing the base sequence of the boundary region, first, the genomic DNA sequence of Phvc-ers1 and a splice site (intron / exon boundary region) are determined.
[0121]
The genomic DNA of Phvc-ers1 can be prepared by amplifying the whole genomic DNA derived from petunia as a template using primers designed based on the nucleotide sequence of Phvc-ers1. Subsequently, the base sequence of the thus amplified Phvc-ers1 genomic DNA is determined. By comparing the nucleotide sequence of this genomic DNA with the cDNA sequence of Phvc-ers1 (for example, SEQ ID NO: 1), an intron sequence and a splice site (intron / exon boundary region) can be specified. The base sequence comparison can be performed using a sequence comparison program known in the art, and such a program includes, for example, GENETIX-MAC 10.1 (Software Development Co., Ltd.).
[0122]
The intron sequence is preferably determined by decoding the sequence of both the sense strand and the antisense strand of Phvc-ers1. If the full length of the intron sequence cannot be determined because the genomic DNA is too long, the full length sequence may be determined using the primer walking method. The primer walking method is a nucleotide sequencing method known in the art, and the first sequencing is performed from the end of the entire nucleotide sequence to be determined to a region of about 500 to 650 bp (however, the nucleotide sequencing to be used). (Depending on the capacity of reagents, equipment, etc.) and then design primers using the first analysis information, and perform the second sequencing in the same manner using the primers It is. By repeating this partial sequencing operation, the full-length sequence can be determined.
[0123]
The genomic DNA of Phvc-ers1 determined according to the method described above is shown in SEQ ID NO: 3. The ORF region has 3782 bases, of which the cDNA sequence has 1911 bases (SEQ ID NO: 1). FIG. 1 shows a comparison of the splice site between Phvc-ers1 (FIG. 1A) and the published 2185 base Arabidopsis ERS1 gene (FIG. 1B; GenBank Accession Number U21952). As shown in FIG. 1, the splice site (boundary region) of Phvc-ers1 is located between 908 (thymine) and 909 (thymine) and 1273 (guanine) of the cDNA sequence of Phvc-ers1 (SEQ ID NO: 1). And No. 1274 (adenine), No. 1545 (thymine) and No. 1546 (adenine), and No. 1669 (cytosine) and No. 1670 (guanine). These boundary areas correspond to boundary area 1, boundary area 2, boundary area 3 and boundary area 4 shown in FIGS. 2 and 3, respectively.
[0124]
(5) Design of oligonucleotide
An oligonucleotide including the base sequence of the boundary region (boundary regions 1 to 4) determined according to the above (4) is designed. As shown in FIG. 2, eight kinds of oligonucleotides to be designed, namely, boundary region 1 (D and H), boundary region 2 (E and I), boundary region 3 (F and J), and boundary Oligonucleotides containing the nucleotide sequence of region 4 (G and K) are exemplified.
[0125]
Conditions for designing oligonucleotides can be easily determined by those skilled in the art. For example, when designing a probe, an oligo that can be used as a probe according to the instruction attached to a kit such as, but not limited to, DIG Oligonucleotide 3 'End Labeling Kit manufactured by Roche Diagnostics, Inc. Nucleotides can be designed. The method of designing an oligonucleotide that can be used as a primer will be described in detail in (7) below.
[0126]
The length of the oligonucleotide designed as a probe is about 12 to 40 bases in total, and preferably 15 to 30 bases. The oligonucleotide used as a probe may be a DNA probe or an RNA probe as long as it can hybridize with the cDNA of Phvc-ers1 based on complementarity.
[0127]
Oligonucleotide synthesis methods are also well known in the art. For example, a general oligonucleotide synthesis method such as a phosphoramidite method can be used.
[0128]
Oligonucleotides of the invention include, for example:
(A) an oligonucleotide comprising at least bases 908 to 909 of the base sequence shown in SEQ ID NO: 1 and consisting of a continuous base sequence of 15 or more bases or a complementary sequence thereof (corresponding to boundary region 1)
(B) an oligonucleotide comprising at least nucleotides 1273 to 1274 of the nucleotide sequence shown in SEQ ID NO: 1 and comprising a continuous nucleotide sequence of 15 or more nucleotides or a complementary sequence thereof (corresponding to boundary region 2)
(C) an oligonucleotide comprising at least 1545 to 1546 bases in the base sequence shown in SEQ ID NO: 1 and consisting of a continuous base sequence of 15 or more bases or a complementary sequence thereof (corresponding to boundary region 3)
(D) an oligonucleotide comprising at least bases 1669 to 1670 of the base sequence shown in SEQ ID NO: 1 and consisting of a continuous base sequence of 15 or more bases or a complementary sequence thereof (corresponding to boundary region 4)
[0129]
More specifically, the following oligonucleotides (a) to (g) are exemplified.
(A) an oligonucleotide containing at least the 19th to 20th bases in the base sequence shown in SEQ ID NO: 4 and consisting of a continuous base sequence of 15 bases or more (corresponding to boundary region 1)
(B) an oligonucleotide comprising at least the 16th to 17th bases of the base sequence shown in SEQ ID NO: 5 and consisting of a continuous base sequence of 15 or more bases (corresponding to boundary region 2)
(C) an oligonucleotide comprising at least the 19th to 20th bases of the base sequence shown in SEQ ID NO: 6 and consisting of a continuous base sequence of 15 bases or more (corresponding to boundary region 2)
(D) an oligonucleotide comprising at least the 14th to 15th bases of the base sequence shown in SEQ ID NO: 7 and consisting of a continuous base sequence of 15 bases or more (corresponding to boundary region 3)
(E) an oligonucleotide comprising at least the 19th to 20th bases of the base sequence shown in SEQ ID NO: 8 and consisting of a continuous base sequence of 15 or more bases (corresponding to boundary region 1)
(F) an oligonucleotide containing at least the 16th to 17th bases in the base sequence shown in SEQ ID NO: 9 and comprising a continuous base sequence of 15 or more bases (corresponding to boundary region 2)
(G) an oligonucleotide comprising at least the 18th to 19th bases of the base sequence shown in SEQ ID NO: 10 and comprising a continuous base sequence of 15 or more bases (corresponding to boundary region 3)
[0130]
Subsequently, it is tested whether or not the oligonucleotide designed as described above can specifically hybridize to the cDNA of Phvc-ers1 without hybridizing to the genomic DNA of Phvc-ers1. In the present invention, it is confirmed that (A) the designed oligonucleotide hybridizes with cDNA and (B) does not hybridize with genomic DNA. Such tests are well known in the art and can be conveniently performed, for example, by utilizing a kit such as a TaqMan® probe from Applied Biosystems to confirm the function of the oligonucleotide.
[0131]
(6) Hybridization
The hybridization method of the present invention uses the DNA of a test plant as a template to detect a transformant into which an ethylene receptor gene-like nucleic acid sequence (Phvc-ers1) or its antisense nucleic acid or a partial sequence thereof has been introduced. Hybridization is performed using the oligonucleotide designed in (5) above, and when hybridization is detected, it is determined that the test plant is a transformed plant into which Phvc-ers1 or its antisense nucleic acid has been introduced. Is what you do.
[0132]
In the present method, hybridization occurs only when Phvc-ers1 or its antisense nucleic acid (cDNA) is present. Therefore, when trying to detect a transformed plant by this method, the presence or absence of hybridization may be detected. As the test plant used in the present method, any plant may be used as long as it is a plant which is to detect whether Phvc-ers1 or its antisense nucleic acid has been introduced, and a plant of the genus Petunia is particularly preferable. DNA can be extracted from the test plants using methods well known in the art.
[0133]
As described above, any method of the hybridization reaction that can be used in the present invention may be any method as long as the oligonucleotide probe hybridizes with only the DNA to be detected and can be detected. For example, the TaqMan method utilizes the 5'-3 'exonuclease activity of a DNA polymerase (e.g., AMPLITAQ DNA polymerase), and comprises an oligonucleotide probe having a 5' reporter dye (e.g., a fluorescent dye) and a 3 'quencher dye. Is introduced into a PCR reaction, and in the PCR process, when the probe hybridizes to the target sequence, the probe is caused to move between the reporter dye and the quencher dye by the 5′-3 ′ polynucleotide degrading activity of AMPLITAQ DNA polymerase. And as a result, the fluorescence increases due to the separation of the reporter dye from the quencher dye, and the signal is detected using a fluorescence detector.
[0134]
For example, the above hybridization reaction can be easily performed using a commercially available kit. Such kits include Taq Man® probes (Applied Biosystems) and the like.
[0135]
A known means capable of specifically recognizing hybridization can be used for the detection of hybridization. For example, hybridization can be detected by labeling and using an oligonucleotide probe.
[0136]
When hybridization is detected as described above, the test plant is determined to be a transformed plant into which the Phvc-ers1 gene or its antisense nucleic acid, or a partial sequence thereof has been introduced.
[0137]
(7) Primer design
A primer containing the base sequence of the boundary region (boundary regions 1 to 4) determined according to the above (4) is designed. As the primers to be designed, as shown in FIG. 3, three types of forward primers, namely, a primer containing the base sequence of boundary region 1 (L), boundary region 2 (M) and boundary region 3 (N), There are various types of reverse primers, that is, primers containing the base sequences of boundary region 2 (O), boundary region 3 (P) and boundary region 4 (Q).
[0138]
The conditions for designing primers are (A) the chain length from the splice site to the 3 'end (length of the 3' side sequence), and (B) the melting temperature (Tm) of the primer.
[0139]
(A) Chain length from splice site to 3 'end
When the primer sequence has a long chain length from the splice site to the 3 'end, it is considered that the possibility that the 3' side sequence of the primer will anneal to genomic DNA is also increased. Therefore, it is preferable to design the chain length from the splice site to the 3 'end to be 2 to 8 bases.
[0140]
(B) Tm (melting temperature)
In designing, it is preferable to confirm the Tm of the primer. Tm means a temperature at which 50% of an arbitrary oligonucleotide forms a hybrid with its complementary strand. In order for a template DNA and a primer to form a double strand and to effectively cause a priming reaction, annealing is required. Temperature needs to be optimized. On the other hand, if the annealing temperature is too low, non-specific amplification occurs, so it is desirable that the annealing temperature be as high as possible. Therefore, the Tm of a primer is an important factor in performing an amplification reaction. Tm can be determined, for example, according to the following equation:
Tm (° C.) = 81.5 + 16.6 × log 10 [S] + 0.41 x (% GC)-(500 / n)
[Wherein [S] represents the molar concentration (M) of the salt, (% GC) represents the GC content (%) in the primer sequence, and n represents the length (bp) of the primer. ]
In the present invention, a simple method of multiplying the total number of G and C in the primer sequence by 4 and multiplying the total number of A and T by 2 and setting the sum to Tm can also be used.
[0141]
For confirmation of Tm, known primer design software can be used. Examples of primer design software that can be used in the present invention include Oligo 5.0 (National Biosciences) and HYBsimulator version 4 (Advanced Gene). Computing Technologies, Inc.). In the present invention, the average Tm is preferably about 50 to 60 ° C.
[0142]
The length of the primer to be designed is a total of about 12 to 40 bases, preferably 15 to 30 bases, including the 5'-side sequence and the 3'-side sequence. Also, methods for synthesizing primers are well known in the art. For example, a general oligonucleotide synthesis method such as a phosphoramidite method can be used.
[0143]
The primers of the present invention include, for example, the following:
(A) A forward primer (corresponding to boundary region 1) comprising at least the 19th to 20th bases in the base sequence shown in SEQ ID NO: 4 and consisting of a continuous base sequence of 15 bases or more
(B) a forward primer (corresponding to boundary region 2) comprising at least the 16th to 17th bases of the base sequence shown in SEQ ID NO: 5 and consisting of a continuous base sequence of 15 bases or more
(C) a forward primer (corresponding to boundary region 2) comprising at least the 19th to 20th bases of the base sequence shown in SEQ ID NO: 6 and consisting of a continuous base sequence of 15 bases or more
(D) a forward primer (corresponding to boundary region 3) comprising at least the 14th to 15th bases in the base sequence shown in SEQ ID NO: 7 and consisting of a continuous base sequence of 15 bases or more
(E) a reverse primer comprising at least the 19th to 20th nucleotides of the nucleotide sequence shown in SEQ ID NO: 8 and consisting of a continuous nucleotide sequence of 15 nucleotides or more (corresponding to boundary region 1)
(F) A reverse primer comprising at least the 16th to 17th bases of the base sequence shown in SEQ ID NO: 9 and consisting of a continuous base sequence of 15 bases or more (corresponding to boundary region 2)
(G) a reverse primer (corresponding to boundary region 3) comprising at least the 18th to 19th bases of the base sequence shown in SEQ ID NO: 10 and consisting of a continuous base sequence of 15 bases or more.
[0144]
Among the above primers, particularly preferred combinations of primer sets in the present invention are as follows:
・ Amplifier between primer (a) and primer (e) boundary region 1-2
・ Amplification between primer (a) and primer (f) boundary regions 1 to 3
-Primer (b) and primer (f) are amplified between the boundary regions 2 and 3.
・ Primer (c) and primer (g) Amplify between boundary areas 2 and 4
・ Primer (d) and primer (g) Amplify between boundary areas 3 and 4
[0145]
(8) Confirmation of designed primer
Subsequently, a confirmation test of the primer designed in the above (7) is performed. The primer of the present invention must specifically amplify only Phvc-ers1 or its antisense nucleic acid (ie, cDNA) introduced into the transformant. Therefore, using the primers designed in (7) above, it is tested whether the cDNA of Phvc-ers1 can be specifically amplified without amplifying the genomic DNA of Phvc-ers1.
[0146]
In the present invention, it is confirmed that the designed primers (A) amplify using cDNA as a template and (B) do not amplify using genomic DNA as a template.
[0147]
(A) Amplification test using cDNA as template
The present inventors have determined that when a specific amplification product is obtained by performing an RT-PCR amplification reaction using the mRNA of Phvc-ers1 as a template, the primer can specifically amplify the Phvc-ers1 cDNA.
[0148]
Therefore, in the confirmation test (A), RT-PCR is performed using mRNA derived from a plant belonging to the genus Petunia as a template and the primers designed in (7) above. The method for preparing the mRNA is as described in the above section “1. Isolation and identification of Phvc-ers1”. RT-PCR can be easily performed using a commercially available kit. Examples of such a kit include One Step RT-PCR Kit manufactured by QIAGEN and Enhanced Avian HS RT-PCR Kit manufactured by SIGMA.
[0149]
The RT-PCR conditions were as follows: 50 ° C. for 30 minutes, 94 ° C. for 15 minutes, 94 ° C. for 1 minute, 50.0 to 70.5 ° C. for 1 minute, and 72 ° C. for 1 minute 30 seconds. Are performed for 35 cycles, and the elongation step is performed at 72 ° C. for 15 minutes, followed by 4 ° C. hold. Here, the temperature indicated as 50.0 ° C. to 70.5 ° C. is set in several steps, for example, every 5 ° C., and the optimum temperature can be determined by examining the optimum conditions for the reaction.
As a result of the RT-PCR reaction, when only one band of the size of the cDNA of Phvc-ers1 is detected, it is determined that the specific amplification reaction has occurred.
[0150]
(B) Amplification test using genomic DNA as template
Using the primers designed in (7) above, confirm that no amplification product is detected when a PCR amplification reaction is performed using Phvc-ers1 genomic DNA as a template.
[0151]
Accordingly, in the confirmation test (B), PCR is performed using the genomic DNA derived from a plant belonging to the genus Petunia as a template and the primers designed in (7) above. Methods for preparing DNA are known in the art, and include methods for performing phenol extraction and ethanol precipitation, methods using glass beads, and the like. PCR can be easily performed using a commercially available kit. Examples of such a kit include AmpliTaq Gold (registered trademark) PCR Master Mix manufactured by Applied Biosystems and Let's Go PCR Kit manufactured by Sawasdee Technology.
[0152]
The PCR conditions were as follows: after 30 minutes at 94 ° C., 30 cycles of an amplification step of 94 ° C. for 1 minute, 50.0 to 70.5 ° C. for 1 minute, and 72 ° C. for 1 minute and 30 seconds. After a 15-minute extension step, hold at 4 ° C. Here, the temperature indicated as 50.0 ° C. to 70.5 ° C. is set in several steps, for example, every 5 ° C., and the optimum temperature can be determined by examining the optimum conditions for the reaction.
[0153]
When no amplification product is detected as a result of the PCR reaction, it is determined that the amplification reaction using the genomic DNA as a template has not been performed.
A primer set satisfying both of the above confirmation tests (A) and (B) can be used as the primer set of the present invention.
The primer set of the present invention can be used as a kit together with a polymerase, a buffer and the like.
[0154]
(9) Amplification reaction
The detection method of the present invention detects a transformant into which an ethylene receptor gene-like nucleic acid sequence (Phvc-ers1) or its antisense nucleic acid, or a partial sequence thereof has been introduced, An amplification reaction is performed using the primer set designed in (7) above, and when an amplification product is detected, it is determined that the test plant is a transformed plant into which Phvc-ers1 or its antisense nucleic acid has been introduced. Things.
[0155]
In this method, only a fragment specific to Phvc-ers1 or its antisense nucleic acid (cDNA) is amplified. Therefore, when trying to detect a transformed plant by this method, only the presence or absence of the amplification product need be detected. As the primer, a primer set designed in (7) and (8) above and whose function has been confirmed is used.
[0156]
As the test plant used in the present method, any plant may be used as long as it is a plant which is to detect whether Phvc-ers1 or its antisense nucleic acid has been introduced, and a plant of the genus Petunia is particularly preferable. DNA can be extracted from the test plants using methods well known in the art.
[0157]
The amplification method is not particularly limited, but may be a known method utilizing the principle of the polymerase chain reaction (PCR). For example, PCR method, LAMP (Loop-mediated isothermal AMPlification) method, ICAN (Isothermal andChimeric primer-initiated Amplification of Nucleic acids) method, RCA (Rolling Circle Amplification) method, LCR (Ligase Chain Reaction) method, SDA (Strand Displacement Amplification ) Method. Amplification is performed until the amplification product reaches a detectable level.
[0158]
The PCR method uses a DNA contained in a test plant as a template to synthesize a base sequence between a pair of primers contained in a primer set by a DNA polymerase. According to the PCR method, an amplified fragment can be amplified exponentially by repeating a cycle consisting of denaturation, annealing and synthesis. Optimal conditions for PCR can be easily determined by those skilled in the art. For example, when PCR is performed using the primers (a) to (g) designed in the above (7), the following is performed.
A denaturation step at 90-97 ° C, preferably 93-95 ° C for 30 seconds to 3 minutes, preferably 30 seconds to 1 minute; an annealing step at 37-70 ° C, preferably 50-70 ° C for 20 seconds to 1 minute; Preferably, the elongation step at 50 to 80 ° C., preferably 70 to 75 ° C. is performed for 1 to 5 minutes, preferably 1 to 2 minutes, for 4 to 40 cycles.
[0159]
However, in order to sufficiently denature the template DNA and the primer, a denaturation step at 94 ° C. for 1 to 3 minutes may be added before the amplification cycle, and the amplification is performed to completely extend the amplified DNA. An extension step at 72 ° C. for 2-20 minutes may be added after the cycle. Further, when the amplification product is not detected immediately, it is preferable to add a step of storing the amplification product at 4 ° C. in order to prevent non-specific amplification from occurring.
[0160]
(10) Detection of amplification products
For the detection of the amplification product after the amplification reaction, known means capable of specifically recognizing such a product can be used. For example, a label such as a radioisotope, a fluorescent substance, a luminescent substance, or the like is allowed to act on dNTP incorporated in the course of the amplification reaction, and the label can be detected. As radioisotopes, 32 P, 125 I, 35 S or the like can be used. As the fluorescent substance, for example, fluorescein (FITC), sulforhodamine (TR), tetramethylrhodamine (TRITC), or the like can be used. Luciferin or the like can be used as a light-emitting substance.
[0161]
There is no particular limitation on the type of the label or the method for introducing the label, and various conventionally known means can be used. For example, as a method for introducing a label, a random prime method using a radioisotope can be mentioned.
[0162]
In the present invention, as a method for observing the amplification product incorporating the labeled dNTP, any method known in the art for detecting the above-mentioned labeled substance may be used. For example, when a radioisotope is used as the label, the radioactivity can be measured by, for example, a liquid scintillation counter or a γ-counter. When fluorescence is used as the label, the fluorescence can be detected using a fluorescence microscope, a fluorescence plate reader, or the like.
[0163]
When an amplification product is detected as described above, it is determined that the test plant is a transformed plant into which Phvc-ers1 or its antisense nucleic acid, or a partial sequence thereof has been introduced.
[0164]
【Example】
The present invention will be described in more detail with reference to the following examples, but the present invention is not limited to these examples.
[0165]
[Example 1] Cloning of petunia ethylene receptor gene-like nucleic acid (Phvc-ers1)
The following experiments were performed to clone a petunia ethylene receptor gene-like nucleic acid.
[0166]
(1) Plant sample
A commercially available petunia seed (cv. Velvet carpet, seedling of Fukuhanaen) was cultivated in an artificial weather device (Coittron; Koito Seisakusho) at 25 ° C., 16 hours of sunshine, and 50% humidity as a sample.
[0167]
(2) Preparation of petunia RNA
About 100 mg of a petunia plant (leaves, buds, flowers, etc.) was collected and pulverized under liquid nitrogen freezing. RNA was prepared using QIAGEN RNA preparation kit (RNeasy Plant Mini Kit) according to the standard protocol attached to the kit.
[0168]
(3) Cloning PCR primer
For the known ERS1 gene registered in the GenBank database (GenBank homepage, http://www.ncbi.nlm.nih.gov/GenBank/index.html), Genetyx-Mac 10.1 of gene analysis software (software development) Was used for molecular phylogenetic analysis. Based on the sequence of the same gene of tobacco, tomato and potato, which is judged to be taxonomically related from the Solanaceae cluster of the created molecular phylogenetic tree, the following primers having the sequence of both ends of the ORF were designed and synthesized with reference to the sequence of the same gene of tobacco, tomato and potato .
Forward primer
ERS-F: atgggaatcctgtgattgcattgag (SEQ ID NO: 11)
Reverse primer
ERS-R: ttacaractyctttgatagcgttga (SEQ ID NO: 12)
The above primer is prepared as a mixed primer, and r represents A or G, and y represents C or T.
[0169]
(4) RT-PCR amplification
RT-PCR amplification was performed using the above primers and QIAGEN One-Step RT-PCR Kit. The composition of the reaction solution was carried out using a thermal cycler (MP) manufactured by Takara according to the standard protocol attached to the kit. The PCR conditions are as follows.
50 ° C for 30 minutes
94 ° C for 15 minutes
(94 ° C 1 minute / 55 ° C 1 minute / 72 ° C 1 minute 30 seconds) x 40 cycles
72 ° C for 15 minutes
4 ℃
[0170]
(5) Introduction of restriction enzyme sites by re-PCR amplification
In order to introduce a restriction enzyme site sequence into an RT-PCR amplified fragment for the purpose of cloning into a cloning vector pBluescript II SK (+) (TOYOBO) and a plant binary vector pBI121, restriction enzyme site sequences (XbaI, SacI , SmaI) were synthesized.
Forward primer
Xba-ERS-F: gctctagaatgggaatcctgtgattgcattgag (SEQ ID NO: 13)
Sac-ERS-F: cgagctcatggaatcctgtgattgcattgag (SEQ ID NO: 14)
Reverse primer
Sac-ERS-R: cgagctcttcaractacttttgatagcgttga (SEQ ID NO: 15)
Sma-ERS-R: tcccccggggttacaractectttgatagcgttga (SEQ ID NO: 16)
Xba-ERS-R: gctctagattacataracttttgatagcgttga (SEQ ID NO: 17)
The above primer is prepared as a mixed primer, and r represents A or G, and y represents C or T.
[0171]
Using these, re-PCR amplification of the RT-PCR amplified fragment was performed. In order to prevent an amplification error during PCR amplification (incorrectly incorporated base is amplified), Pfu DNA polymerase (Pfu Turbo, TOYOBO) having 3 ′ → 5 ′ exonuclease activity was used. The composition of the reaction solution was carried out using a thermal cycler (MP) manufactured by Takara according to the standard protocol attached to the kit. The PCR conditions are as follows.
94 ° C for 2 minutes
(94 ° C 1 minute / 55 ° C 1 minute / 72 ° C 1 minute 30 seconds) x 30 cycles
72 ° C for 15 minutes
4 ℃
[0172]
(6) Purification of amplified fragments and treatment with restriction enzymes
The obtained PCR amplification product fragment was subjected to simultaneous restriction enzyme digestion at 37 ° C. in a PROMEGA MULTICORE buffer using the corresponding restriction enzyme combinations (XbaI-SacI, XbaI-SmaI). In addition, the same treatment was performed for the cloning vector pBluescript II SK (+) (TOYOBO). After electrophoresis in a TAE buffer using 0.8% agarose gel, ethidium bromide (EtBr) staining was performed to confirm the target fragment. The target fragment was excised together with the gel with a scalpel, and eluted and purified from the gel using QIAQUICK Gel Extraction Kit manufactured by QIAGEN.
[0173]
(7) Introduction and amplification of amplified fragment into cloning vector
Takara's DNA Ligation kit ver. Ligation of the PCR-amplified fragment and the vector digested with the restriction enzyme was carried out using No. 2. A competent cell manufactured by TOYOBO (Escherichia coli DH5α) was transformed with the above DNA according to the attached protocol, and cultured in an LB medium supplemented with IPTG, X-gal and ampicillin (50 μg / ml) to select transformants. The emerged colonies were picked and subjected to liquid culture in an LB medium supplemented with ampicillin (50 μg / ml). A plasmid was prepared from the obtained cells using Plasmid Mini Kit manufactured by QIAGEN. The insert was confirmed by length comparison of the fragments after restriction enzyme treatment and PCR amplification to obtain a plasmid into which the target fragment was subcloned.
[0174]
(8) Confirmation of base sequence by DNA sequencer
The nucleotide sequence of the selected plasmid was confirmed using an ABI DNA sequencer (310 Genetic Analyzer). The BigDye Terminator Cycle Sequencing, FS kit (Applied Biosystems) was used for the sequencing reaction. Detailed experimental procedures were performed according to the manual (operation guide, August 2000, Rev. 4.0) manufactured by ABI.
[0175]
(9) Analysis of base sequence
The obtained base sequence was analyzed and edited using Genetyx-Mac / ATSQ 3.0 (Software Development Co., Ltd.). After determining the cloned full-length sequence, a query on a database on the Internet (GenBank; http://www.ncbi.nlm.nih.gov/GenBank/index.html) was performed to search for a registered sequence having a high degree of similarity. Molecular phylogenetic analysis (using gene analysis software; Genetyx-Mac 10.1) was performed using the sequences of these (known ERS1 genes).
[0176]
(10) Confirmation of Phvc-ers1 sequence in each tissue of Petunia
RNA was extracted from the four tissues (leaves, immature buds, mature buds, flowering flowers) by the above method. A fragment which was similarly amplified by RT-PCR from this RNA was cut out from the gel after electrophoresis and purified. Using this fragment as a template, a sequencing reaction was performed to perform direct sequencing. By this method, the full-length sequence of cDNA derived from each tissue was determined (however, only the partial sequence of "immature buds" was confirmed).
[0177]
RNA was extracted and purified from the four tissues (leaves, immature buds, mature buds, flowering flowers), and the full-length sequence of the cDNA of the fragment obtained by RT-PCR amplification was determined (provided that “immature buds”). Check only the partial sequence).
[0178]
As a result of analyzing the experimental data, this nucleic acid sequence was estimated to have an ORF of 1911 base pairs (encoding 637 amino acids). When the obtained sequence was referred to a database, it was found to be a gene fragment having high homology to the ethylene receptor ERS1-like gene. In particular, the results showed high homology with the same gene of tobacco and tomato which are phylogenetically related. A molecular phylogenetic tree was created by the NJ method (neighborhood joining method) for the same gene sequence derived from a plant having homology in the database. As a result, the nucleic acid sequence (Phvc-ers1) of the ethylene receptor ERS1-like gene obtained in this example belongs to the dicotyledonous plant / Solanaceous plant cluster, and the taxonomic positional relationship was also consistent. The homology (sequence homology) with the gene of the plant species belonging to this cluster was 93.6%, 91.2% and 91.1% for tobacco, tomato and potato at the nucleic acid level, respectively. When compared at the amino acid level (the deduced amino acid sequence from the nucleic acid sequence), they were 95.3%, 92.6% and 92.1%, respectively. On the other hand, it was revealed that the melon ERS1 was 70.7% at the nucleic acid level and 71.0% at the amino acid level with respect to melon ERS1, which is generally used for gene transfer aimed at improving the shelf life of melon fruit. From these results, there is a possibility that a difference occurs between the petunia-derived and other plant-derived effects in the effect when introduced into a plant (Plant Physiology (1999) vol. 119, 321-329).
[0179]
(11) Cloning of Phvc-ers1
The nucleic acid fragment obtained by the method described in the above (10) was cloned into a cloning vector (pBluescript II SK (+)), and the insertion position and the nucleic acid sequence of the inserted fragment were confirmed using a DNA sequencer. As a result, a clone (pPhvc-ers1) inserted in the 3 ′ → 5 ′ direction between SmaI and XbaI in the multicloning site (MCS) of pBluescript II SK (+) was obtained. At this point, the resulting petunia ERS1-like nucleic acid sequence was named Phvc-ers1.
[0180]
[Example 2] Determination of both end regions of ORF of Phvc-ers1
(1) Preparation of plant sample and petunia RNA
Preparation of plant samples and petunia RNA (derived from leaf tissue) was performed as described in Example 1, (1) and (2).
[0181]
(2) RACE method
The RACE method (Rapid amplification of cDNA ends) was performed using a commercially available kit (5 '/ 3' RACE Kit manufactured by Roche Diagnostics) to obtain a target fragment.
[0182]
(3) PCR amplification
The PCR conditions were examined simultaneously under a plurality of annealing conditions as described later, and those obtained as good amplification products were used in the next step. In 3'RACE, nested-PCR was performed.
[0183]
First, based on the deduced sequence of Phvc-ers1 obtained in Example 1, PCR primers targeting near both ends of the ORF were designed. A plurality of primers were prepared for both ends for nested-PCR. Only those used when the target region was successfully amplified are described in Table 1 below.
[0184]
[Table 1]
Figure 2004147511
[0185]
PCR amplification was carried out using the primers shown in Table 1 and the cDNA synthesized from the RNA derived from petunia leaves prepared in the above (1) as a template and using Ex Taq DNA polymerase from Takara. The composition of the reaction solution was performed using a thermal cycler (master cycler gradient) manufactured by Eppendorf according to the standard protocol attached to the kit. Since this device can perform the reaction by setting an arbitrary (up to 12 steps) temperature gradient on the heat block, the annealing temperature, which is important for amplification efficiency and specificity, is increased from 50.0 ° C to 70.5 ° C ( The temperature was set at about 5 ° C. in five steps; namely, 50.0 ° C., 55.5 ° C., 60.8 ° C., 66.0 ° C., and 70.5 ° C.), and the optimum conditions were examined. The PCR conditions are shown below.
94 ° C for 15 minutes
(94 ° C 1 minute / 50.0-70.5 ° C 1 minute / 72 ° C 1 minute 30 seconds) x 30 cycles
72 ° C for 15 minutes
4 ℃
[0186]
(4) Purification of amplified fragment
The obtained PCR amplification product fragment was subjected to electrophoresis using a 2% agarose gel (0.8% is inappropriate) with a TAE buffer, and then stained with ethidium bromide (EtBr) to confirm the target fragment. The target fragment was cut out together with the gel with a scalpel, and eluted and purified from the gel using QIAGEN's QIAquick Gel extraction kit.
[0187]
(5) Introduction of amplified fragment into cloning vector and amplification
Takara's DNA Ligation kit ver. Ligation of the PCR-amplified fragment purified in (4) above and a vector for TA cloning (for cloning of PCR product) (pT7Blue-2 manufactured by Novagen) using (2) was performed at 16 ° C. overnight. TOYOBO competent cells (Escherichia coli DH5α) were transformed according to the attached protocol, and cultured in an LB medium supplemented with IPTG, X-Gal and ampicillin (50 μg / ml) to select transformants. Plasmids were prepared from the cells obtained by collecting the colonies, and performing liquid culture in an LB medium supplemented with ampicillin (50 μg / ml), using Plasmid Mini Kit manufactured by QIAGEN. The insert was confirmed by gel electrophoresis, and a plasmid was obtained from which the target fragment was expected to be subcloned.
[0188]
(6) Confirmation of base sequence by DNA sequencer
The sequencer and experimental procedure used were the same as described in Example 1, (8). The sequencing primers were primers targeting the T7 sequence and the M13 sequence present at both ends of the cloning site of the pT7Blue-2 vector (Takara BcaBEST Sequencing Primer T7; TAATACGACTCACTATAGGGG (SEQ ID NO: 23) and M13 Primer M4; GTCTCGATCGATCCATCTCGATCTCGATCACTCTCGATCTCGATCACTCTCGATCTCGATCACTCTCGATCGATCACTCTCTCGATCGATCACTCTCGTGA SEQ ID NO: 24)) was used.
[0189]
(7) Base sequence analysis
The obtained base sequence was analyzed and edited using Genetyx-Mac / ATSQ 3.0. Compared to the cDNA sequence (1911 base pairs) cloned in Example 1, the sequence of both terminal regions of the ORF was re-determined.
[0190]
The nucleotide sequence of the cDNA (ORF region) of Petunia-derived Phvc-ers1 obtained as a result of sequence analysis is shown in SEQ ID NO: 1, and the amino acid sequence of the Phvc-ers1 protein is shown in SEQ ID NO: 2.
[0191]
[Example 3] Determination of splice site and intron sequence
(1) Preparation of plant sample and petunia DNA
Plant samples were performed as described in Example 1, (1).
For petunia DNA (derived from leaf tissue), about 100 mg of a petunia plant (leaf) was collected and pulverized under liquid nitrogen freezing, and then using a DNA preparation kit (DNeasy plant mini kit) manufactured by QIAGEN, a standard protocol attached to the kit was used. Prepared according to
[0192]
(2) PCR amplification
Using the primers designed in (3) of Example 1, PCR amplification was carried out using the petunia leaf-derived DNA prepared in (1) above as a template and Ex Taq DNA polymerase from Takara. The composition of the reaction solution was performed using a thermal cycler (master cycler gradient) manufactured by Eppendorf according to the standard protocol attached to the kit. Annealing temperature and PCR conditions were the same as in Example 2, (3).
[0193]
(3) Purification of amplified fragment
Purification of the PCR amplification product fragment was performed in the same manner as in Example 2, (4) except that 0.8% agarose gel was used.
[0194]
(4) Confirmation and analysis of base sequence by DNA sequencer
The nucleotide sequence of the obtained PCR amplification product fragment was confirmed in the same manner as in Example 1, (8).
The obtained base sequence was analyzed and edited using Genetyx-Mac / ATSQ 3.0. The intron sequence and splice site were identified by comparison with the cDNA sequence (1911 base pairs) cloned so far.
[0195]
(5) Analysis of unknown sequence by primer walking
The sequence of the intron portion was determined by decoding the sequences of both strands (sense strand / antisense strand) using primers designed in adjacent exon regions. When the entire region of the intron portion could not be decoded, a full-length sequence was determined by a primer walking method in which a new sequencing primer was designed near the splicing region based on the analysis result and the decoding was advanced. Table 2 summarizes the sequencing primers used in this experiment.
[0196]
[Table 2]
Figure 2004147511
[0197]
The nucleotide sequence of the genomic DNA of the Phvc-ers1 gene prepared based on the information on the nucleotide sequence obtained as a result of the sequence analysis is shown in SEQ ID NO: 3. The length of the ORF region of the gene encoded on the chromosome was found to be 3782 bases (cDNA sequence was 1911 bases). This is significantly longer than 2185 bases (cDNA sequence is 1842 bases) of Arabidopsis thaliana ERS1 (GenBank accession number U21952). FIG. 1 shows a comparison of the intron region with Arabidopsis thaliana ERS1, in which only the information of the intron sequence among the ERS1 type genes is disclosed on the database.
[0198]
[Example 4] Design of PCR primer capable of distinguishing and detecting endogenous / exogenous Phvc-ers1
(1) Preparation of plant sample and petunia RNA
Preparation of plant samples and petunia RNA (derived from leaf tissue) was performed as described in Example 1, (1) and (2).
[0199]
(2) Design of primer
From Example 3, the sequence of Phvc-ers1 encoded in petunia genomic DNA was determined, and it was revealed that the gene had four introns (FIG. 1).
[0200]
Also, mRNA that has been spliced after being transcribed from genomic DNA has four boundary regions (splice sites) between two exons sandwiching the cut out intron (hereinafter, boundary region 1, boundary region 2, respectively). Boundary region 3 and boundary region 4). Primers were designed using these four boundary regions as targets. As the primer, only the forward primer was designed in the boundary region 1, both the forward primer and the reverse primer were designed in the boundary region 2 and the boundary region 3, and only the reverse primer was designed in the boundary region 4 (FIG. 3). When designing primers, a total of 31 types of primers were designed and synthesized in consideration of the chain length from the splice site to the 3 'end (the length of the 3' side sequence) and the Tm of the primer. The 11 types of primers shown were selected. In Table 3, "F" shown in the direction column indicates a forward primer, and "R" indicates a reverse primer. The numbers shown in the column of the target site represent the nucleotide sequence numbers of the Phvc-ers1 gene shown in SEQ ID NO: 1, and the numbers shown in the column of the chain length are from the splice site to the 3 'end of the primer (3' side). Sequence).
[0201]
[Table 3]
Figure 2004147511
[0202]
(3) RT-PCR amplification
RT-PCR amplification was performed using the primers designed in (2) above and the One-Step RT-PCR Kit from QIAGEN using the petunia leaf-derived RNA prepared in (1) as a template. The composition of the reaction solution was prepared according to the standard protocol attached to the kit.
Figure 2004147511
[0203]
Using a master cycler gradient manufactured by Eppendorf, RT-PCR was performed by setting the annealing temperature in 5 steps every 5 ° C. in the range of 50.0 ° C. to 70.5 ° C. RT-PCR amplification conditions are shown below.
(1) 50 ° C for 30 minutes
(2) 94 ° C for 15 minutes
(3) (94 ° C. 1 minute / 50.0-70.5 ° C. 1 minute / 72 ° C. 1 minute 30 seconds) × 35 cycles
▲ 4 ▼ 72 ℃ 15 minutes
▲ 5 ▼ 4 ℃
[0204]
RT-PCR amplification was performed using the extracted petunia RNA as a template and the primers shown in Table 3. The cDNA fragments of the Phvc-ers1 gene amplified using the primers designed to target the four boundary regions are: boundary region 1-2, boundary region 1-3, boundary region 1-4, boundary region 2 6, between boundary areas 2 and 4, and between boundary areas 3 and 4 (FIG. 3).
[0205]
As a result of gel electrophoresis after RT-PCR amplification between the respective boundary regions, combinations of primers that could detect only one band of the target size are shown in Table 4. In Table 4, the alphabet shown in the column of F represents the name of the forward primer, and the alphabet shown in the column of R represents the name of the reverse primer. The numbers shown in the column of the chain length represent the chain length from the splice site to the 3 ′ end (3 ′ side sequence).
[0206]
[Table 4]
Figure 2004147511
[0207]
As a result of performing RT-PCR amplification using primers (see Tables 3 and 4) designed to have a Tm of about 60 ° C., a result was obtained between boundary regions 1 to 3 (FIG. 5A) and between boundary regions 2 to 4 (FIG. 5A). 5B) and between boundary regions 3 and 4 (FIG. 5C), only the amplification product of the target size was amplified, and specific detection became possible. In FIGS. 5A to 5C, each lane is as follows: lane 1: annealing temperature of 50.0 ° C., lane 2: annealing temperature of 55.5 ° C., lane 3: annealing temperature of 60.8 ° C., lane 4: annealing temperature of 66.0 ° C. , And lane 5 show the results obtained at an annealing temperature of 70.5 ° C.
[0208]
Furthermore, when RT-PCR amplification was performed using primers designed with Tm of 60 ° C., non-specific increasing by-products tended to be observed in the entire range of annealing temperature from 50.0 to 70.5 ° C. . Therefore, in order to make the annealing of the primer occur at a low temperature, a method of setting the set temperature of Tm to 60 ° C. or less was considered. RT-PCR was performed in the same manner as described above using primers (see Tables 3 and 4) designed so that the set temperature of Tm was 60 ° C. or lower between boundary regions 1 and 2 and between boundary regions 2 and 3. Amplification was performed. As a result, at the annealing temperature of 70.5 ° C., no non-specific increase in by-products was observed, and the target size of the desired size was also found between the boundary regions 1 and 2 (FIG. 6A) and between the boundary regions 2 and 3 (FIG. 6B). Only the amplification product was detected, allowing specific detection. In FIGS. 6A and 6B, each lane is as follows: lane 1: annealing temperature of 50.0 ° C., lane 2: annealing temperature of 55.5 ° C., lane 3: annealing temperature of 60.8 ° C., lane 4: annealing temperature of 66.0 ° C. , And Lane 5 show the results obtained at an annealing temperature of 70.5 ° C.
[0209]
From these facts, specific detection of the Phvc-ers1 gene cDNA corresponding to a foreign gene became possible by RT-PCR amplification using primers designed to target each of the four boundary regions.
[0210]
[Example 5] Examination of PCR amplification conditions in the presence of genomic DNA
Petunia leaf-derived DNA was prepared in the same manner as described in Example 3 (1).
(1) Examination of PCR conditions
At the optimal annealing temperature at which specific detection of Phvc-ers1 cDNA by RT-PCR amplification is possible (see Tables 3 and 4), is it possible to obtain an amplification product when performing PCR amplification using genomic DNA as a template? We examined whether or not. For this purpose, a comparative experiment was performed in which the RT-PCR amplification reaction performed in Example 4 was the same as the reaction solution composition, PCR reaction conditions, and the like. The enzyme solution (manufactured by QIAGEN) used for the RT-PCR amplification contains two types of reverse transcriptases (Omniscript Reverse Transcriptase and Sensiscript Reverse Transcriptase) and Hot Star Taq DNA Polymerase. Therefore, the enzyme (Hot Star Taq DNA Polymerase manufactured by QIAGEN) used in one-step RT-PCR amplification was used at the same concentration for the PCR amplification.
[0211]
For the examination of the conditions, the primers designed in (3) of Example 1 were used.
Forward primer
ERS-F: atgggaatcctgtgattgcattgag (SEQ ID NO: 11)
Reverse primer
ERS-R: ttacaractyctttgatagcgttga (SEQ ID NO: 12)
The amount of the primer added was compared under the two conditions of 2.0 μM, which is the same as the RT-PCR reaction solution in Example 4, and 0.5 μM, which is the amount recommended for QIAGEN Hot Star Taq PCR.
The magnesium concentration in the PCR reaction solution was compared under the same two conditions of the RT-PCR reaction solution of Example 4, 2.5 mM (addition amount: 1.0 μl) and 1.5 mM (addition amount: 0 μl).
Based on the above, PCR amplification was performed under the four conditions shown in Table 5 below.
[0212]
[Table 5]
Figure 2004147511
[0213]
Using a master cycler gradient manufactured by Eppendorf, an annealing reaction was performed at five annealing temperatures set at about 5 ° C. in the range of 50.0 ° C. to 70.5 ° C., and the amplification reaction was performed. The PCR conditions are described below.
(1) 94 ° C for 15 minutes
(2) (94 ° C 1 minute / 50.0-70.5 ° C 1 minute / 72 ° C 1 minute 30 seconds) x 30 cycles
(3) 72 ° C for 15 minutes
▲ 4 ▼ 4 ℃
[0214]
In Example 4, the optimal annealing temperature for RT-PCR amplification using primers ERS-F and ERS-R (SEQ ID NOS: 11 and 12, respectively) was about 55-60 ° C. As a result of performing PCR amplification at the annealing temperatures of 55.5 ° C. and 60.8 ° C. using the PCR reaction solutions under the four conditions shown in Table 5, specific detection was possible at the annealing temperature of 60.8 ° C. under any conditions. . As a result, it was found that the addition amount of the primer and the magnesium concentration set this time did not affect the specific amplification, and it is considered that almost the same conditions as in the RT-PCR amplification could be set. Based on the above results, the same condition 3 as in the RT-PCR amplification of Example 4 was adopted for the reaction solution composition of the PCR amplification.
[0215]
(2) PCR amplification test of Phvc-ers1 genomic DNA
As a result of performing PCR amplification in the presence of genomic DNA using the selected seven primer sets (see Table 4) at each optimum annealing temperature (see Table 4) under condition 3, the increased by-product was Not detected (see FIG. 7). This confirmed that these primers did not amplify the endogenous gene.
[0216]
Each lane represents:
Lane 1: molecular weight marker (1 kbp)
Lane 2: molecular weight marker (100 bp)
Lane 3: cDNA between border regions 1 and 2 was amplified using primers 1F-S1 and 2R-S4
Lane 4: genomic DNA between border regions 1 and 2 was amplified using primers 1F-S1 and 2R-S4
Lane 5: cDNA between border regions 1 and 2 was amplified using primers 1F-S1 and 2R-S5
Lane 6: genomic DNA between boundary regions 1 and 2 was amplified using primers 1F-S1 and 2R-S5
Lane 7: cDNA between boundary regions 1 and 2 was amplified using primers 1F-S1 and 2R-S6
Lane 8: genomic DNA between boundary regions 1 and 2 was amplified using primers 1F-S1 and 2R-S6
Lane 9: molecular weight marker (1 kbp)
Lane 10: molecular weight marker (100 bp)
Lane 11: cDNA between border regions 1 to 3 was amplified using primers 1F0 and 3R0
Lane 12: genomic DNA between border regions 1 to 3 was amplified using primers 1F0 and 3R0
Lane 13: molecular weight marker (1 kbp)
Lane 14: molecular weight marker (100 bp)
Lane 15: cDNA between border regions 2 and 3 was amplified using primers 2F-S1 and 3R-S1
Lane 16: genomic DNA between border regions 2 and 3 was amplified using primers 2F-S1 and 3R-S1
Lane 17: molecular weight marker (1 kbp)
Lane 18: molecular weight marker (100 bp)
Lane 19: cDNA between border regions 2 to 4 was amplified using primers 2F2 and 4R0
Lane 20: genomic DNA between border regions 2 to 4 was amplified using primers 2F2 and 4R0
Lane 21: molecular weight marker (1 kbp)
Lane 22: molecular weight marker (100 bp)
Lane 23: cDNA between boundary regions 3 and 4 was amplified using primers 3F0 and 4R0
Lane 24: genomic DNA between boundary regions 3 and 4 was amplified using primers 3F0 and 4R0
[0217]
As described above, the specific detection of the Phvc-ers1 cDNA corresponding to the foreign gene became possible by RT-PCR amplification using the primer containing the base sequence of the border region of the Petunia Phvc-ers1 cDNA. Moreover, when PCR amplification was performed using these primers, the result was that Phvc-ers1 (genomic DNA) encoded on the chromosome as an endogenous gene was not specifically detected. From these facts, it was possible to design a PCR primer capable of discriminating endogenous / external Phvc-ers1 of Petunia and specifically detecting it.
[0218]
【The invention's effect】
ADVANTAGE OF THE INVENTION By this invention, it becomes possible to adjust the flower durability of the plant which belongs to the genus Petunia, and a commercially useful plant is obtained. The present invention also makes it possible to detect such a transformed plant quickly and easily.
[0219]
[Sequence list]
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[0220]
[Sequence List Free Text]
SEQ ID NOs: 4 to 63: synthetic oligonucleotides
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing the structures of genomic DNA of Petunia (Petunia × hybrida) Phvc-ers1 (A) and Arabidopsis thaliana (Arabidopsis thaliana) ERS1 (B).
FIG. 2 is a diagram showing a boundary region in the cDNA of a petunia ethylene receptor gene-like nucleic acid (Phvc-ers1) and the corresponding design of the oligonucleotide probe of the present invention.
FIG. 3 is a diagram showing a boundary region in a cDNA of a petunia ethylene receptor gene-like nucleic acid (Phvc-ers1) and the design of a primer corresponding to the boundary region in the cDNA.
FIG. 4 is a diagram showing amplification of Phvc-ers1 cDNA (A) and Phvc-ers1 genomic DNA using the primer set of the present invention.
FIG. 5 shows an electrophoretic photograph showing specific detection of Phvc-ers1 cDNA by RT-PCR amplification reaction. The primer used had a Tm set at 60 ° C.
FIG. 6 shows an electrophoresis photograph showing specific detection of Phvc-ers1 cDNA by RT-PCR amplification reaction. The primer used had a Tm set at 50 to 56 ° C.
FIG. 7 is an electrophoretic photograph showing the results of detection of Phvc-ers1 cDNA and Phvc-ers1 genomic DNA using primers containing the base sequence of the boundary region. The photograph shows that the cDNA was specifically detected and no genomic DNA was detected.

Claims (29)

配列番号2に示すアミノ酸配列を含むタンパク質。A protein comprising the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2. 配列番号2に示すアミノ酸配列を含むタンパク質をコードする核酸。A nucleic acid encoding a protein comprising the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2. 以下の(a)又は(b)の核酸。
(a)配列番号1に示す塩基配列からなるDNAの全部又は一部を含む核酸
(b)配列番号1に示す塩基配列からなるDNAと相同性が96%以上の塩基配列からなり、かつエチレン感受性に関与する機能を有する核酸
The following nucleic acid (a) or (b):
(A) a nucleic acid containing all or part of the DNA consisting of the base sequence shown in SEQ ID NO: 1; (b) a nucleic acid consisting of a base sequence having a homology of 96% or more with the DNA consisting of the base sequence shown in SEQ ID NO: 1, and ethylene-sensitive Nucleic acid having a function related to
配列番号3に示す塩基配列からなるDNAの全部又は一部を含む核酸。A nucleic acid comprising all or part of a DNA consisting of the nucleotide sequence shown in SEQ ID NO: 3. 請求項2〜4のいずれか1項に記載の核酸の全部又は一部の塩基配列からなるDNAに対し相補的な塩基配列からなるアンチセンス核酸。An antisense nucleic acid comprising a nucleotide sequence complementary to a DNA comprising a whole or a part of the nucleotide sequence of the nucleic acid according to any one of claims 2 to 4. 請求項2〜4のいずれか1項に記載の核酸の全部又は一部を含む発現ベクター。An expression vector comprising all or a part of the nucleic acid according to any one of claims 2 to 4. 請求項5記載のアンチセンス核酸の全部又は一部を含む発現ベクター。An expression vector comprising all or a part of the antisense nucleic acid according to claim 5. 請求項2〜4のいずれか1項に記載の核酸又は請求項5記載のアンチセンス核酸を含む形質転換体。A transformant comprising the nucleic acid according to any one of claims 2 to 4 or the antisense nucleic acid according to claim 5. 植物である請求項8記載の形質転換体。The transformant according to claim 8, which is a plant. 花卉植物である請求項9記載の形質転換体。The transformant according to claim 9, which is a flower plant. 花卉植物がペチュニア属に属するものである請求項10記載の形質転換体。The transformant according to claim 10, wherein the flower plant belongs to the genus Petunia. 野生型植物と比較して花持ち性が高められていることを特徴とする請求項9〜11のいずれか1項に記載の形質転換体。The transformant according to any one of claims 9 to 11, wherein flowering ability is enhanced as compared with a wild-type plant. 請求項9〜12のいずれか1項に記載の形質転換体から得られる種子。A seed obtained from the transformant according to any one of claims 9 to 12. 請求項2〜4のいずれか1項に記載の核酸又は請求項5記載のアンチセンス核酸を植物に導入することを特徴とする、植物の花持ち性を調節する方法。A method for regulating flower durability of a plant, comprising introducing the nucleic acid according to any one of claims 2 to 4 or the antisense nucleic acid according to claim 5 into a plant. 請求項9〜12のいずれか1項に記載の形質転換体又は請求項13記載の種子を培養又は栽培し、植物体を再生することを特徴とする、形質転換植物の作出方法。A method for producing a transformed plant, comprising culturing or cultivating the transformant according to any one of claims 9 to 12 or the seed according to claim 13, and regenerating a plant. 植物が花卉植物である請求項15記載の方法。The method according to claim 15, wherein the plant is a flower plant. 植物がペチュニア属に属するものである請求項15又は16記載の方法。The method according to claim 15 or 16, wherein the plant belongs to the genus Petunia. 請求項8記載の形質転換体を培養し、得られる培養物からエチレン受容体を採取することを特徴とする、エチレン受容体の製造方法。A method for producing an ethylene receptor, comprising culturing the transformant according to claim 8, and collecting an ethylene receptor from the resulting culture. 請求項2〜4のいずれか1項に記載の核酸、又は請求項5記載のアンチセンス核酸の一部の塩基配列からなるオリゴヌクレオチド。An oligonucleotide comprising a partial nucleotide sequence of the nucleic acid according to any one of claims 2 to 4 or the antisense nucleic acid according to claim 5. ペチュニア属に属する植物由来のエチレン受容体遺伝子様核酸配列をコードするcDNAを構成するエキソン1とエキソン2との境界領域1、エキソン2とエキソン3との境界領域2、エキソン3とエキソン4との境界領域3及びエキソン4とエキソン5との境界領域4からなる群から選択される境界領域を形成する塩基配列又はその相補配列を含むオリゴヌクレオチド。The boundary region 1 between exon 1 and exon 2, the boundary region 2 between exon 2 and exon 3, and the boundary region between exon 3 and exon 4 which constitute the cDNA encoding the ethylene receptor gene-like nucleic acid sequence derived from a plant belonging to the genus Petunia An oligonucleotide comprising a base sequence forming a boundary region selected from the group consisting of a boundary region 3 and a boundary region 4 between exon 4 and exon 5, or a complementary sequence thereof. 境界領域1を形成する塩基が配列番号1に示す塩基配列の908番のチミンと909番のチミンであり、境界領域2を形成する塩基が1273番のグアニンと1274番のアデニンであり、境界領域3を形成する塩基が1545番のチミンと1546番のアデニンであり、境界領域4を形成する塩基が1669番のシトシンと1670番のグアニンである、請求項20記載のオリゴヌクレオチド。The bases forming the boundary region 1 are thymine 908 and 909 of the base sequence shown in SEQ ID NO: 1, the bases forming the boundary region 2 are guanine 1273 and adenine 1274, and 21. The oligonucleotide according to claim 20, wherein bases forming No. 3 are thymine No. 1545 and adenine No. 1546, and bases forming a boundary region 4 are cytosine No. 1669 and guanine No. 1670. 以下の(a)〜(d)からなる群より選択されるオリゴヌクレオチド。
(a)配列番号1に示す塩基配列のうち少なくとも908〜909番の塩基を含み、かつ連続した15塩基以上の塩基配列又はその相補配列からなるオリゴヌクレオチド
(b)配列番号1に示す塩基配列のうち少なくとも1273〜1274番の塩基を含み、かつ連続した15塩基以上の塩基配列又はその相補配列からなるオリゴヌクレオチド
(c)配列番号1に示す塩基配列のうち少なくとも1545〜1546番の塩基を含み、かつ連続した15塩基以上の塩基配列又はその相補配列からなるオリゴヌクレオチド
(d)配列番号1に示す塩基配列のうち少なくとも1669〜1670番の塩基を含み、かつ連続した15塩基以上の塩基配列又はその相補配列からなるオリゴヌクレオチド
An oligonucleotide selected from the group consisting of the following (a) to (d).
(A) an oligonucleotide comprising at least bases 908 to 909 of the base sequence shown in SEQ ID NO: 1 and consisting of a continuous base sequence of 15 or more bases or a complementary sequence thereof; (b) an oligonucleotide having a base sequence shown in SEQ ID NO: 1 Among them, the oligonucleotide comprising at least 1273 to 1274 bases, and a continuous base sequence of 15 or more bases or a complementary sequence thereof (c) contains at least 1545 to 1546 bases in the base sequence shown in SEQ ID NO: 1, And an oligonucleotide consisting of a continuous base sequence of 15 or more bases or a complementary sequence thereof (d) a base sequence of at least 1669 to 1670 of the base sequence shown in SEQ ID NO: 1 and a continuous base sequence of 15 or more bases or Oligonucleotide consisting of complementary sequence
以下の(a)〜(g)からなる群より選択されるオリゴヌクレオチド。
(a)配列番号4に示す塩基配列のうち少なくとも19〜20番の塩基を含み、かつ連続した15塩基以上の塩基配列からなるオリゴヌクレオチド
(b)配列番号5に示す塩基配列のうち少なくとも16〜17番の塩基を含み、かつ連続した15塩基以上の塩基配列からなるオリゴヌクレオチド
(c)配列番号6に示す塩基配列のうち少なくとも19〜20番の塩基を含み、かつ連続した15塩基以上の塩基配列からなるオリゴヌクレオチド
(d)配列番号7に示す塩基配列のうち少なくとも14〜15番の塩基を含み、かつ連続した15塩基以上の塩基配列からなるオリゴヌクレオチド
(e)配列番号8に示す塩基配列のうち少なくとも19〜20番の塩基を含み、かつ連続した15塩基以上の塩基配列からなるオリゴヌクレオチド
(f)配列番号9に示す塩基配列のうち少なくとも16〜17番の塩基を含み、かつ連続した15塩基以上の塩基配列からなるオリゴヌクレオチド
(g)配列番号10に示す塩基配列のうち少なくとも18〜19番の塩基を含み、かつ連続した15塩基以上の塩基配列からなるオリゴヌクレオチド
An oligonucleotide selected from the group consisting of the following (a) to (g).
(A) an oligonucleotide comprising at least the 19th to 20th bases in the base sequence shown in SEQ ID NO: 4 and consisting of a continuous base sequence of 15 or more bases (b) at least 16 to 16 bases in the base sequence shown in SEQ ID NO: 5 Oligonucleotide comprising base No. 17 and comprising a continuous base sequence of 15 or more bases (c) Consecutive bases of 15 or more bases including at least bases 19 to 20 in the base sequence shown in SEQ ID NO: 6 Oligonucleotide consisting of sequence (d) Oligonucleotide containing at least 14 to 15 bases in the base sequence shown in SEQ ID NO: 7 and consisting of a continuous base sequence of 15 or more bases (e) Nucleotide sequence shown in SEQ ID NO: 8 Oligonucleotide (f) comprising at least the 19th to 20th bases and consisting of a continuous base sequence of 15 or more bases An oligonucleotide comprising at least the 16th to 17th bases in the base sequence shown in SEQ ID NO: 9 and comprising a continuous base sequence of 15 or more bases (g) at least 18th to 19th bases in the base sequence shown in SEQ ID NO: 10 Oligonucleotides containing bases and consisting of consecutive 15 or more base sequences
請求項19〜23のいずれか1項に記載のオリゴヌクレオチドを含む、請求項2若しくは3記載の核酸又は請求項5記載のアンチセンス核酸が導入された植物の検出用プローブ。A probe for detecting a plant into which the nucleic acid according to claim 2 or 3 or the antisense nucleic acid according to claim 5, comprising the oligonucleotide according to any one of claims 19 to 23. 請求項24記載のプローブと被検植物のDNAとを反応させ、その反応産物を検出することを特徴とする、請求項2若しくは3記載の核酸又は請求項5記載のアンチセンス核酸が導入された植物の検出方法。The nucleic acid according to claim 2 or 3, or the antisense nucleic acid according to claim 5, wherein the probe according to claim 24 is reacted with the DNA of a test plant, and the reaction product is detected. How to detect plants. ペチュニア属に属する植物由来のエチレン受容体遺伝子様核酸配列をコードするcDNAを構成するエキソン1とエキソン2との境界領域1、エキソン2とエキソン3との境界領域2、エキソン3とエキソン4との境界領域3及びエキソン4とエキソン5との境界領域4からなる群から選択される一の境界領域を形成する塩基又はその相補配列を含むプライマー1と、他の境界領域を形成する塩基又はその相補配列を含むプライマー2との組合せからなるプライマーセットであって、プライマー1及び2のうち一方をフォワードプライマーとして、他方をリバースプライマーとしてそれぞれ作製されるプライマーセット。The boundary region 1 between exon 1 and exon 2, the boundary region 2 between exon 2 and exon 3, and the boundary region between exon 3 and exon 4 which constitute the cDNA encoding the ethylene receptor gene-like nucleic acid sequence derived from a plant belonging to the genus Petunia A primer 1 containing a base forming one boundary region selected from the group consisting of a boundary region 3 and a boundary region 4 between exon 4 and exon 5 or a complementary sequence thereof, and a base forming another boundary region or a complement thereof A primer set comprising a combination with a primer 2 containing a sequence, wherein one of primers 1 and 2 is prepared as a forward primer and the other is prepared as a reverse primer. 境界領域1を形成する塩基が配列番号1に示す塩基配列の908番のチミンと909番のチミンであり、境界領域2を形成する塩基が1273番のグアニンと1274番のアデニンであり、境界領域3を形成する塩基が1545番のチミンと1546番のアデニンであり、境界領域4を形成する塩基が1669番のシトシンと1670番のグアニンである、請求項26記載のプライマーセット。The bases forming the boundary region 1 are thymine 908 and 909 of the base sequence shown in SEQ ID NO: 1, the bases forming the boundary region 2 are guanine 1273 and adenine 1274, and 27. The primer set according to claim 26, wherein the bases forming No. 3 are thymine No. 1545 and adenine No. 1546, and the bases forming boundary region 4 are cytosine No. 1669 and guanine No. 1670. 以下の(a)〜(d)からなる群より選択される少なくとも1つのプライマーと、以下の(e)〜(g)からなる群より選択される少なくとも1つのプライマーとを含むプライマーセット。
(a)配列番号4に示す塩基配列のうち少なくとも19〜20番の塩基を含み、かつ連続した15塩基以上の塩基配列からなるフォワードプライマー
(b)配列番号5に示す塩基配列のうち少なくとも16〜17番の塩基を含み、かつ連続した15塩基以上の塩基配列からなるフォワードプライマー
(c)配列番号6に示す塩基配列のうち少なくとも19〜20番の塩基を含み、かつ連続した15塩基以上の塩基配列からなるフォワードプライマー
(d)配列番号7に示す塩基配列のうち少なくとも14〜15番の塩基を含み、かつ連続した15塩基以上の塩基配列からなるフォワードプライマー
(e)配列番号8に示す塩基配列のうち少なくとも19〜20番の塩基を含み、かつ連続した15塩基以上の塩基配列からなるリバースプライマー
(f)配列番号9に示す塩基配列のうち少なくとも16〜17番の塩基を含み、かつ連続した15塩基以上の塩基配列からなるリバースプライマー
(g)配列番号10に示す塩基配列のうち少なくとも18〜19番の塩基を含み、かつ連続した15塩基以上の塩基配列からなるリバースプライマー
A primer set comprising at least one primer selected from the group consisting of the following (a) to (d) and at least one primer selected from the group consisting of the following (e) to (g).
(A) a forward primer comprising at least the 19th to 20th bases of the base sequence shown in SEQ ID NO: 4 and consisting of a continuous base sequence of 15 or more bases; (b) at least 16 to 16 bases out of the base sequence shown in SEQ ID NO: 5 A forward primer comprising base number 17 and comprising a continuous base sequence of 15 or more bases (c) a base comprising at least bases 19 to 20 of the base sequence shown in SEQ ID NO: 6 and comprising 15 or more continuous bases (D) a forward primer comprising at least the 14th to 15th bases of the base sequence shown in SEQ ID NO: 7 and comprising a continuous base sequence of 15 or more bases (e) a base sequence shown in SEQ ID NO: 8 A reverse primer comprising at least the 19th to 20th bases and comprising a continuous base sequence of 15 or more bases (F) a reverse primer comprising at least the 16th to 17th bases in the base sequence shown in SEQ ID NO: 9 and consisting of a continuous base sequence of 15 bases or more; (g) at least 18 to 18 bases in the base sequence shown in SEQ ID NO: 10 Reverse primer containing the 19th base and consisting of a continuous base sequence of 15 or more bases
請求項26〜28のいずれか1項に記載のプライマーセットを用いて被検植物のDNAを増幅し、得られる増幅産物を検出することを特徴とする、請求項2若しくは3記載の核酸又は請求項5記載のアンチセンス核酸が導入された植物の検出方法。The nucleic acid according to claim 2 or 3, wherein the primer set according to any one of claims 26 to 28 is used to amplify the DNA of a test plant, and the resulting amplification product is detected. Item 6. A method for detecting a plant into which the antisense nucleic acid according to Item 5 has been introduced.
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