JP2005080570A - Method for introducing biological material, and transformation method using the method for introducing the biological material - Google Patents

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昭雄 小林
Kiichi Fukui
希一 福井
Takashi Harashima
俊 原島
Eiichiro Fukuzaki
英一郎 福崎
Shinichiro Kajiyama
慎一郎 梶山
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    • C12N15/09Recombinant DNA-technology
    • C12N15/87Introduction of foreign genetic material using processes not otherwise provided for, e.g. co-transformation

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for efficiently introducing a biological material into a cell; and to provide a transformation method by using the method for introducing the biological material. <P>SOLUTION: The method for introducing the biological material comprises directly introducing the biological material into the cell by using a virulent protein as a carrier. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、生物学的物質の導入法、及び当該生物学的物質の導入法を用いた形質転換法であって、特に、ビルレントタンパク質を利用した生物学的物質導入法、及び当該生物学的物質導入法を用いた形質転換法に関する。   The present invention relates to a method for introducing a biological substance, and a transformation method using the method for introducing a biological substance, and more particularly, a method for introducing a biological substance using a virulent protein, and the biology The present invention relates to a transformation method using a method for introducing a chemical substance.

遺伝子等の生物学的物質を導入する方法として、現在、主としてアグロバクテリウム法などの間接導入法と、パーティクルガン法などを代表とする直接導入法が知られている。前者のアグロバクテリウム法は、生きたアグロバクテリウムの植物への感染力を利用するものである。例えば、アグロバクテリウム法としては、双子葉植物の染色体への外来性DNAの組込方法が知られている(特開昭60−70080)。このようなアグロバクテリウム法は、導入されたDNAの核移行効率が高いという利点を有する。   As a method for introducing a biological substance such as a gene, an indirect introduction method such as an Agrobacterium method and a direct introduction method represented by a particle gun method are known. The former Agrobacterium method uses the infectivity of living Agrobacterium to plants. For example, as an Agrobacterium method, a method for incorporating foreign DNA into the chromosome of a dicotyledonous plant is known (Japanese Patent Laid-Open No. 60-70080). Such an Agrobacterium method has the advantage of high nuclear transfer efficiency of the introduced DNA.

また、後者のパーティクルガン法は、これは金等の金属粒子に有用遺伝子をまぶしてそれを細胞の中に圧縮した空気を使って打ちこむ方法である。例えば、パーティクルガン法としては、生きている細胞へ生物学的物質を導入するための改良された方法である(特表平5‐508316)。このようなパーティクルガン法は、特定の植物種、動物種に限定されずに広範囲にわたる植物種に適用されるという利点を有する。   Also, the latter particle gun method is a method in which a useful gene is applied to metal particles such as gold and the like is struck using air compressed in cells. For example, the particle gun method is an improved method for introducing biological substances into living cells (Japanese Patent Publication No. 5-508316). Such a particle gun method has the advantage of being applied to a wide range of plant species without being limited to specific plant species and animal species.

特開昭60−70080号公報Japanese Patent Laid-Open No. 60-70080

特表平5‐508316号公報JP-T-5-508316

しかしながら、上述のアグロバクテリウム法(間接導入法)は、感染する宿主の種が制限されるため汎用性が乏しく、商業価値が低いという欠点を有する。   However, the above-mentioned Agrobacterium method (indirect introduction method) has the disadvantages that it is poor in versatility and low in commercial value because the host species to be infected are limited.

さらに、上述のパーティクルガン法は、導入されたDNAの核移行効率が低いという問題点を有する。このように、従来の形質転換法にはそれぞれが相補しない問題点が存在し、これらの問題が、細胞における形質転換効率を低下させる要因となっている。したがって、効率よく生物学的物資、たとえば、RNA、DNA等を細胞へ導入する方法が望まれていた。同時に、種を問わず導入が可能な生物学的物質導入法、及びこのような生物学的物質導入法を用いることにより、高効率な形質転換法の開発が望まれていた。   Furthermore, the particle gun method described above has a problem that the efficiency of nuclear transfer of the introduced DNA is low. As described above, there are problems that the conventional transformation methods do not complement each other, and these problems are factors that reduce the transformation efficiency in cells. Therefore, a method for efficiently introducing biological materials such as RNA and DNA into cells has been desired. At the same time, it has been desired to develop a biological material introduction method that can be introduced regardless of species and a highly efficient transformation method by using such a biological material introduction method.

そこで、本発明の目的は、効率的に生物学的物質を細胞内へ導入することができる生物学的物質導入法、及び当該生物学的物質導入法を用いた形質転換法を提供することにある。   Therefore, an object of the present invention is to provide a biological substance introduction method capable of efficiently introducing a biological substance into cells, and a transformation method using the biological substance introduction method. is there.

上記目的を達成するために、発明者らは、植物病原菌(アグロバクテリウム)が本来有する外来DNAの核移行に関する分子生物学的メカニズムに着目し、新規且つ高効率な生物学的物質導入法及び形質転換法を見出すに至った。   In order to achieve the above object, the inventors focused on molecular biological mechanisms related to nuclear translocation of foreign DNA originally possessed by plant pathogenic bacteria (Agrobacterium), and introduced a novel and highly efficient method for introducing a biological substance and It came to find the transformation method.

本発明の生物学的物質導入法は、生物学的物質を細胞内へ導入するための担体としてビルレントタンパク質を使用し、前記生物学的物質を細胞内へ直接的に導入することを特徴とする。   The biological substance introduction method of the present invention is characterized in that a virulent protein is used as a carrier for introducing a biological substance into a cell, and the biological substance is directly introduced into the cell. To do.

本発明の生物学的物質導入法の好ましい実施態様において、ビルレントタンパク質が、土壌細菌由来のタンパク質であることを特徴とする。   In a preferred embodiment of the biological substance introduction method of the present invention, the virulent protein is a protein derived from soil bacteria.

本発明の生物学的物質導入法の好ましい実施態様において、ビルレントタンパク質が、VirD2、又はVirE2であることを特徴とする。   In a preferred embodiment of the biological substance introduction method of the present invention, the virulent protein is VirD2 or VirE2.

本発明の生物学的物質導入法の好ましい実施態様において、土壌細菌が、Agrobacterium tumefaciensに属する細菌であることを特徴とする。   In a preferred embodiment of the biological substance introduction method of the present invention, the soil bacterium is a bacterium belonging to Agrobacterium tumefaciens.

本発明の生物学的物質導入法の好ましい実施態様において、生物学的物質が、DNA、RNA、並びにビルレントタンパク質が認識するボーダー配列を化学的に結合させたタンパク質又はペプチドであることを特徴とする。   In a preferred embodiment of the method for introducing a biological substance of the present invention, the biological substance is a protein or peptide in which a border sequence recognized by DNA, RNA, and a virulent protein is chemically bound. To do.

本発明の生物学的物質導入法の好ましい実施態様において、生物学的物質がDNAであり、当該DNAにボーダー配列を付加することを特徴とする。   In a preferred embodiment of the biological substance introduction method of the present invention, the biological substance is DNA, and a border sequence is added to the DNA.

本発明の生物学的物質導入法の好ましい実施態様において、ボーダー配列が、配列表の配列番号1に示す塩基配列からなることを特徴とする。   In a preferred embodiment of the biological substance introduction method of the present invention, the border sequence consists of the base sequence shown in SEQ ID NO: 1 in the sequence listing.

本発明の生物学的物質導入法の好ましい実施態様において、マイクロインジェクション法、PEG法、レーザ法、パーティクルガン法、からなる群から選択される少なくとも1種を用いて、生物学的物質を直接的に導入することを特徴とする。   In a preferred embodiment of the biological substance introduction method of the present invention, the biological substance is directly added using at least one selected from the group consisting of a microinjection method, a PEG method, a laser method, and a particle gun method. It is introduced in.

本発明の形質転換法は、上述の生物学的物質導入法を用いて、外来遺伝子を導入することによって得られることを特徴とする。   The transformation method of the present invention is characterized by being obtained by introducing a foreign gene using the above-described biological substance introduction method.

本発明によれば、生物学的物質を効率よく、細胞内に導入することが可能であるという有利な効果を奏する。また、本発明によれば、あらゆる植物種、動物種に適用可能な高効率の形質転換法を提供し得るという有利な効果を奏する。   According to the present invention, there is an advantageous effect that a biological substance can be efficiently introduced into a cell. Moreover, according to the present invention, there is an advantageous effect that a highly efficient transformation method applicable to all plant species and animal species can be provided.

また、本発明によれば、導入DNAの核移行効率を飛躍的に高めることが可能であるという有利な効果を奏する。   Moreover, according to the present invention, there is an advantageous effect that the efficiency of nuclear transfer of introduced DNA can be dramatically increased.

また、本発明によれば、用いる導入遺伝子が、1本鎖のみならず2本鎖でもよいことから、導入用の遺伝子の調製工程を著しく簡素化し得るという有利な効果を奏する。   In addition, according to the present invention, since the transgene to be used may be not only single-stranded but also double-stranded, there is an advantageous effect that the preparation process of the gene for introduction can be remarkably simplified.

また、核移行効率が高いことから、従来のアグロバクテリウム法、パーティクルガン法では、作出困難であった有用形質転換植物の分子育種分野や、本発明の応用開発(キット化)に関連した産業分野などに貢献し得るという有利な効果を奏する。   In addition, because of its high nuclear transfer efficiency, it has been difficult to produce by the conventional Agrobacterium method and particle gun method, the field of molecular breeding of useful transformed plants, and industries related to the application development (kiting) of the present invention There is an advantageous effect that it can contribute to the field.

本発明の生物学的物質の導入法は、ビルレントタンパク質を担体として使用し、直接的に生物学的物質を細胞内へ導入する。このように、ビルレントタンパク質を生物学的物質を運ぶ担体として使用すると、アグロバクテリウム法などの間接導入法で実証されているように、高効率で、生物学的物質を所望の細胞内へ導入することができる。直接的としたのは、純粋なアグロバクテリウム法などと区別するためのものであり、土壌細菌異種細胞への感染能力を使用せず、直接的に問いう意味である。   In the method for introducing a biological substance of the present invention, a biological substance is directly introduced into a cell using a virulent protein as a carrier. As described above, when the virulent protein is used as a carrier for carrying a biological substance, the biological substance can be efficiently transferred into a desired cell as demonstrated by an indirect introduction method such as the Agrobacterium method. Can be introduced. The term “directly” is intended to distinguish it from the pure Agrobacterium method, etc., and does not use the ability to infect soil bacteria heterogeneous cells, and means directly.

ここで、生物学的物質とは、DNA、RNA、並びにビルレントタンパク質が認識するボーダー配列を化学的に結合させたタンパク質又はペプチド等を挙げることができる。   Here, examples of the biological substance include DNA, RNA, and proteins or peptides obtained by chemically binding border sequences recognized by virulent proteins.

本発明の生物学的物質導入法の好ましい実施態様において、生物学的物質がDNAであり、当該DNAにボーダー配列を付加する。
ここで、ボーダー配列とはAgrobacterium のTiプラスミド(tumor-inducing plasmid 腫瘍形成プラスミド)あるいはRiプラスミド(root-inducing plasmid根毛形成プラスミド)上に存在する1対の不完全なダイレクトリピート(同じ向きにほぼ同じ配列が25残基程度繰り返される)ものであり,5‘側の配列をRB(right border),3’側の配列をLB(left border)と呼ばれるものである。通常Agrobacterium では,RBとLBの間の配列(T-reagion:T領域)が感染植物細胞に移行される。すなわち,ボーダー配列とは感染の際,宿主(この場合植物細胞)に移行される領域を決定し,T配列にVirD2を結合して移行する遺伝子に荷札をつける働きをする。したがって,ボーダー配列は,核移行能力を有するVirD2に認識され結合される特異的な配列を意味する。このような機能を有するボーダー配列であれば、特に限定されることなしに、本発明の導入法に適用することができる。
このようなボーダー配列を核へ移行したい生物学的物質に付加することによって、外来遺伝子などの生物学的物質を、高効率で細胞内へ導入することが可能である。
ボーダー配列の一例を挙げれば、配列表の配列番号1に示す塩基配列、及び/又は当該塩基配列に相補的な塩基配列からなる。配列表の配列番号1に示す塩基配列は、VirD2が直接共有結合する方のストランド(DNA鎖)の配列である。当該塩基配列に相補的な塩基配列でも可能としたのは、配列表の配列番号1に示す塩基配列に相補的な塩基配列、すなわち、いわゆる相補鎖(アンチセンス鎖)であっても、PCR等で増幅したときに結果的に2本鎖状態になれば、VirD2は結合することができるからである。
In a preferred embodiment of the biological material introduction method of the present invention, the biological material is DNA, and a border sequence is added to the DNA.
Here, the border sequence is a pair of incomplete direct repeats (almost the same in the same direction) present on Agrobacterium Ti plasmid (tumor-inducing plasmid tumorigenic plasmid) or Ri plasmid (root-inducing plasmid root hair-forming plasmid). The sequence is repeated about 25 residues), the sequence on the 5 'side is called RB (right border), and the sequence on the 3' side is called LB (left border). In Agrobacterium, the sequence between RB and LB (T-reagion: T region) is usually transferred to infected plant cells. In other words, the border sequence determines the region to be transferred to the host (in this case, the plant cell) during infection, and binds VirD2 to the T sequence to serve as a tag for the transferred gene. Therefore, the border sequence means a specific sequence that is recognized and bound by VirD2 having nuclear translocation ability. Any border arrangement having such a function can be applied to the introduction method of the present invention without particular limitation.
By adding such a border sequence to a biological substance to be transferred to the nucleus, it is possible to introduce a biological substance such as a foreign gene into a cell with high efficiency.
If an example of a border sequence is mentioned, it will consist of the base sequence shown in SEQ ID NO: 1 in the sequence listing and / or a base sequence complementary to the base sequence. The base sequence shown in SEQ ID NO: 1 in the sequence listing is the sequence of the strand (DNA strand) to which VirD2 is directly covalently bonded. Even a base sequence complementary to the base sequence is possible even if it is a base sequence complementary to the base sequence shown in SEQ ID NO: 1 in the sequence listing, that is, a so-called complementary strand (antisense strand), PCR, etc. This is because VirD2 can be bound if it becomes a double-stranded state as a result of amplification with.

ビルレントタンパク質と、標的細胞へ導入すべき所望の生物学的物質との結合は、例えば、ボーダー配列を付加した所望の生物学的物質を用いれば、適当な親和性を利用することによって行なうことができる。
また、親和性とは、共有結合、イオン結合、水素結合、疎水性を利用したもの、ファンデルワールス力によるもの等を含むことができる。例えば、生物学的物質が、遺伝子である場合には、導入遺伝子のボーダー配列と、ビルレントタンパク質とが結合するが、両者の反応は、適当なバッファー中で混合することにより簡単に行なうことができる。
The binding between the virulent protein and the desired biological substance to be introduced into the target cell is performed by utilizing an appropriate affinity, for example, when the desired biological substance to which a border sequence is added is used. Can do.
The affinity may include a covalent bond, an ionic bond, a hydrogen bond, a thing using hydrophobicity, a thing by van der Waals force, and the like. For example, when the biological substance is a gene, the border sequence of the transgene and the virulent protein bind to each other, but the reaction of both can be easily performed by mixing in an appropriate buffer. it can.

また、好ましい実施態様において、ビルレントタンパク質が、土壌細菌由来のタンパク質である。土壌細菌由来のタンパク質としては、導入する生物学的物質に結合するとともに宿主核への移行能を有し,宿主細胞への組み込みに関する機能を有するという観点から、VirD2、又はVirE2を挙げることができる。   In a preferred embodiment, the virulent protein is a protein derived from soil bacteria. As a protein derived from soil bacteria, VirD2 or VirE2 can be mentioned from the viewpoint that it binds to the biological substance to be introduced and has the ability to transfer to the host nucleus and has the function of incorporation into the host cell. .

また、土壌細菌としては、Agrobacterium tumefaciensに属する細菌が好ましい。これは、アグロバクテリウム法の高い導入率に着目し、その原理、すなわち、Tiプラスミドの情報を使いビルレントタンパク質その他の感染に必要なタンパク質群が作られ、これらの作用によってT領域が切り出され感染した植物にT領域が移行し、植物染色体に組み込まれることを利用したものだからである。   As the soil bacteria, bacteria belonging to Agrobacterium tumefaciens are preferable. The focus is on the high introduction rate of the Agrobacterium method, and its principle, ie, the information on the Ti plasmid is used to create virulent proteins and other proteins necessary for infection, and the T region is cut out by these actions. This is because the T region is transferred to an infected plant and incorporated into the plant chromosome.

すなわち、本発明では、VirD2、VirE2などのビルレントタンパク質を別途人工的に調整し、さらに、導入する生物学的物質との反応も試験管内で行なうことにより、効率よく生物学的物質を細胞内へ導入するというものである。   That is, in the present invention, virulent proteins such as VirD2 and VirE2 are separately artificially prepared, and further, the reaction with the biological substance to be introduced is also performed in a test tube, so that the biological substance can be efficiently introduced into the cell. It is to introduce to.

特に、Virタンパク質を用いれば、生物種に無関係に、生物学的物質を導入することが可能となるという利点を有する。   In particular, the use of the Vir protein has the advantage that a biological substance can be introduced regardless of the species.

好ましい実施態様において、マイクロインジェクション法、PEG法、レーザ法、パーティクルガン法からなる群から選択される少なくとも1種を用いて、生物学的物質を直接的に導入する。これらマイクロインジェクション法、PEG法、レーザー法、パーティクルガン法などのいわゆる直接導入法を用いて、生物学的物質を所望の標的細胞へ導入することができる。   In a preferred embodiment, the biological substance is directly introduced using at least one selected from the group consisting of a microinjection method, a PEG method, a laser method, and a particle gun method. A biological substance can be introduced into a desired target cell using a so-called direct introduction method such as the microinjection method, the PEG method, the laser method, or the particle gun method.

マイクロインジャクション法では、核に微量のDNA溶液を直接注入する場合と、細胞質にDNAを注入しその一部の核への移行を行なう場合とがあるが、両者を含む。   In the microinjection method, there are a case where a small amount of DNA solution is directly injected into the nucleus and a case where DNA is injected into the cytoplasm and a part of the nucleus is transferred to the nucleus, both of which are included.

PEG法(ポリエチレングリコール法)は、細胞壁を酵素処理などにより除いたいわゆるプロトプラストをPEGの存在下、高カルシウム濃度かつ、高pHで処理し、細胞外液の一部が細胞に取り込まれる現象を利用して生物学的物質を細胞内へ導入する方法である。当該PEG法には、リポソームなどに導入物質を封入して、PEG法を適用すると膜の融合が起こり、リポソーム内の物質を細胞内へ導入することができるが、このようなリポソーム等を利用した方法も、広く含まれる。   The PEG method (polyethylene glycol method) utilizes a phenomenon in which so-called protoplasts with cell walls removed by enzymatic treatment are treated with high calcium concentration and high pH in the presence of PEG, and part of the extracellular fluid is taken up by cells. Thus, a biological substance is introduced into cells. In the PEG method, when an introduction substance is encapsulated in a liposome and the PEG method is applied, membrane fusion occurs, and the substance in the liposome can be introduced into the cell. Methods are also widely included.

また、レーザー法は、レーザーにより細胞壁又は細胞膜の一部又は全部を除いた細胞へ、細胞壁又は細胞質を除いた場所から外来の生物学的物質を導入する方法である。   The laser method is a method of introducing an exogenous biological substance from a place where the cell wall or cytoplasm is removed into a cell from which part or all of the cell wall or cell membrane has been removed by a laser.

パーティクルガン法は、細胞に対してDNAを吸着した微粒子を高速で打ち込む方法である。   The particle gun method is a method in which fine particles having adsorbed DNA on cells are driven at a high speed.

これら直接導入法によれば、通常裸の遺伝子を直接的に導入するため、導入された遺伝子の核移行効率が低いことが指摘されているが、本発明によれば、上述のように、ビルレントタンパク質を生物学的物質の担体として用いて、当該ピルレントタンパク質とともに導入する生物学的物質を導入したので、高効率な導入を可能としたものである。   According to these direct introduction methods, it has been pointed out that the efficiency of nuclear transfer of the introduced gene is usually low because a naked gene is directly introduced. Since the rent protein is used as a carrier for the biological substance and the biological substance to be introduced together with the pilent protein is introduced, high-efficiency introduction is possible.

上述のマイクロインジェクション法、PEG法、レーザー法、パーティクルガン法は、裸の遺伝子を用いる代りに、担体が結合した生物学的物質を用いる以外、常法により行なうことができる。   The above-described microinjection method, PEG method, laser method, and particle gun method can be performed by a conventional method except that a biological substance bound to a carrier is used instead of using a naked gene.

次に、本発明の形質転換法について説明する。本発明の形質転換法は、上述した本発明の生物学的物質導入方法を用いて、外来遺伝子を導入することによって得られる。本発明の生物学的導入方法について、上述に説明しており、前記説明に記載された要領で、生物学的物質を細胞へ導入して、形質転換体を得ることが可能である。   Next, the transformation method of the present invention will be described. The transformation method of the present invention can be obtained by introducing a foreign gene using the biological substance introduction method of the present invention described above. The biological introduction method of the present invention has been described above, and it is possible to obtain a transformant by introducing a biological substance into a cell in the manner described in the above description.

本発明の生物学的物質の導入方法は、形質転換体を得るに際して導入する生物学的物質が細胞内に入った後、核に到達し、組み込まれることを効率化することが可能である。   The method for introducing a biological substance of the present invention makes it possible to increase the efficiency with which the biological substance to be introduced in obtaining a transformant reaches the nucleus and is incorporated after entering the cell.

以下、本発明を実施例により更に具体的に説明するが、本発明は、下記実施例に限定して解釈される意図ではない。   EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples. However, the present invention is not intended to be interpreted as being limited to the following examples.

まず、ビルレントタンパク質としてVirD2及びVirE2を用いて、これらの共存下での一本鎖DNAの核移行効率について調べた。   First, using VirD2 and VirE2 as virulent proteins, the nuclear translocation efficiency of single-stranded DNA in the presence of these was investigated.

大腸菌で大量発現させて精製及びリフォールディングしたVirD2とローダミン標識オリゴDNAの複合体を、タマネギ表皮細胞へインジェクションすることによってVirD2の核移行能を調べた結果、VirD2によってオリゴDNAが経時的に核へ移行していることを確認した。また、シロイヌナズナプロトプラストを用いたデュアルリシフェラーゼアッセイの結果より、VirD2の共存下でレポーター遺伝子の相対活性値が顕著に上昇していることを確認した。また、単独で用いた場合、VirD2の共存下でレポーター遺伝子の相対活性値の上昇が確認された。
図1は、ディアルルシフェラーゼ活性試験の結果を示す。この試験は、2つの異なるルシフェラーゼ遺伝子を用いて行なうもので、一つは、ホタル由来のルシフェラーゼ遺伝子を、もう一つはウミシイタケ由来のルシフェラーゼ遺伝子である。これら2つの遺伝子を用いるのは、核移行以外のファクター(例えば、細胞内への遺伝子の導入効率など)を相殺するためである。
ルシフェラーゼが発現すると基質としてそれぞれに特異的なルシフェリンと反応し、それぞれ違う波長で発光する。
本実施例では、ホタル由来の遺伝子にボーダー配列を付加し、ウミシイタケ由来の遺伝子にはボーダー配列を付加しない状態とした。もし、ホタル及びウミシイタケ由来の遺伝子が双方同じ効率で核に移行し発現したならば、どちら(の波長の光)も同じだけ光を発する。(この場合、相対活性は1を示す。)。一方、もしボーダーを付加したホタルの遺伝子の方が他方より高い効率で核へ移行し発現したならば、ホタルの方が強い光を発することになる。
図1において、縦軸の相対活性は、ホタルルシフェラーゼ活性/ウミシイタケルシフェラーゼ活性である。
コントロールは、VirDタンパク質と複合体を形成させることなしに遺伝子のみを細胞内へ導入したものである。また、BSAは、VirD2タンパク質の代わりに全く無関係のタンパク質(牛の血清由来アルブミン)を添加したものである。熱変性VirD2タンパク質は、VirD2を熱処理し、添加したもので、結果として熱処理してもVirD2の活性にそれほど影響が見られなかった。
図1左から、ボーダ−配列を付加したホタルルシフェラーゼ遺伝子の方が3〜4倍強く発現しているのが分かる。
図1右から、VirD2タンパク質を付加した場合に、コントロールと比較してやはり、核移行効率が高いことが分かる。
As a result of investigating the nuclear translocation ability of VirD2 by injecting a complex of purified and refolded VirD2 and rhodamine-labeled oligo DNA into large amounts of E. coli into onion epidermal cells, VirD2 caused the oligo DNA to enter the nucleus over time. Confirmed that it was migrated. Moreover, from the result of the dual luciferase assay using Arabidopsis protoplasts, it was confirmed that the relative activity value of the reporter gene was significantly increased in the presence of VirD2. When used alone, an increase in the relative activity value of the reporter gene was confirmed in the presence of VirD2.
FIG. 1 shows the results of the dialucylase activity test. This test is performed using two different luciferase genes, one is a firefly-derived luciferase gene and the other is a Renilla luciferase gene. These two genes are used in order to offset factors other than nuclear translocation (for example, efficiency of gene introduction into cells).
When luciferase is expressed, it reacts with each specific luciferin as a substrate and emits light at different wavelengths.
In this example, a border sequence was added to the firefly-derived gene, and no border sequence was added to the Renilla-derived gene. If both firefly and Renilla genes are transferred to the nucleus and expressed with the same efficiency, both (light of either wavelength) will emit the same amount of light. (In this case, the relative activity is 1). On the other hand, if a firefly gene with a border is transferred and expressed in the nucleus with higher efficiency than the other, the firefly emits a stronger light.
In FIG. 1, the relative activity on the vertical axis is firefly luciferase activity / Renilla luciferase activity.
In the control, only the gene was introduced into the cell without forming a complex with the VirD protein. BSA is obtained by adding a completely irrelevant protein (bovine serum-derived albumin) in place of the VirD2 protein. The heat-denatured VirD2 protein was obtained by heat-treating and adding VirD2, and as a result, the heat-treated VirD2 protein did not significantly affect the activity of VirD2.
From the left of FIG. 1, it can be seen that the firefly luciferase gene to which the border sequence is added is expressed 3 to 4 times stronger.
From the right in FIG. 1, it can be seen that when the VirD2 protein is added, the nuclear translocation efficiency is higher than the control.

次に、VirD2共存下での二本鎖DNAの核移行効率について調べた。VirD2の核移行モデルでは、VirD2は一本鎖DNAの5‘末端ボーダー配列に付着するとされている。そこで、両末端にボーダー配列を有する二本鎖DNAではさらに核移行効率が上昇すると考えた。実験の結果、予想通りVirD2は二本鎖DNAを認識し、一本鎖DNAの場合よりも核移行効率が上昇した。また、VirD2の核移行にはボーダー配列の存在が有効であること、及び二本鎖DNAを用いる場合には、VirE2の存在は、必ずしも必要ではないことも判明した。
図2は、DNA核移行率に及ぼすVirD2とVirE2との相乗効果を示す図である。すなわち、この図から、VirD2単独で用いる場合よりもVirE2と併用した方が高い効率で核移行が可能であることが分かる。
Next, the nuclear translocation efficiency of double-stranded DNA in the presence of VirD2 was examined. In the nuclear translocation model of VirD2, VirD2 is assumed to be attached to the 5 ′ end border sequence of single-stranded DNA. Therefore, it was considered that the efficiency of nuclear translocation is further increased with double-stranded DNA having border sequences at both ends. As a result of the experiment, VirD2 recognized double-stranded DNA as expected, and the nuclear translocation efficiency was higher than that of single-stranded DNA. It has also been found that the presence of a border sequence is effective for nuclear translocation of VirD2, and that the presence of VirE2 is not always necessary when double-stranded DNA is used.
FIG. 2 is a diagram showing the synergistic effect of VirD2 and VirE2 on the DNA nuclear translocation rate. In other words, it can be seen from this figure that nuclear transfer is possible with higher efficiency when used in combination with VirE2 than when VirD2 is used alone.

パーティクルガン法を用いてVirD2共存下での二本鎖DNAの核移行効率向上確認
実際の植物形質転換法として頻用されているパーティクルガン法を用いて、二本鎖DNAをタマネギ表皮細胞に導入した場合のVirD2の効果を調べた結果、二本鎖DNAの核移行効率はVirD2の共存量に比例して上昇することを明らかにした。
図3は、DNA核移行に及ぼすVir2Dの分量依存性効果を示す。図3から明らかなように、VirD2タンパク質の濃度の上昇に伴い、核移行効率が上昇しているのが分かる。
Confirmation of improved nuclear transfer efficiency of double-stranded DNA in the presence of VirD2 using particle gun method Double-stranded DNA was introduced into onion epidermis cells using the particle gun method, which is frequently used as an actual plant transformation method As a result of investigating the effect of VirD2 in the case, it was found that the nuclear translocation efficiency of double-stranded DNA increases in proportion to the amount of VirD2 coexisting.
FIG. 3 shows the dose-dependent effect of Vir2D on DNA nuclear translocation. As can be seen from FIG. 3, the nuclear translocation efficiency increases as the concentration of the VirD2 protein increases.

アグロバクテリウム法、パーティクルガン法などの従来法では、作出困難であった有用形質転換植物の分子育種分野や、医薬品、アグリビジネス、食品、生物を原料とする工業や試薬工業などの分野に適用することができる。   Applied to the field of molecular breeding of useful transformed plants that were difficult to produce by conventional methods such as the Agrobacterium method and particle gun method, and the industries such as pharmaceuticals, agribusiness, foods, and organisms, and the reagent industry can do.

図1は、ディアルルシフェラーゼ活性試験の結果を示す。FIG. 1 shows the results of the dialucylase activity test. 図2は、DNA核移行率に及ぼすVirD2とVirE2との相乗効果を示す。FIG. 2 shows the synergistic effect of VirD2 and VirE2 on the rate of DNA nuclear translocation. 図3は、DNA核移行に及ぼすVir2Dの分量依存性効果を示す。FIG. 3 shows the dose-dependent effect of Vir2D on DNA nuclear translocation.

Claims (9)

生物学的物質を細胞内へ導入するための担体としてビルレントタンパク質を使用し、前記生物学的物質を細胞内へ直接的に導入することを特徴とする生物学的物質の導入方法。   A method for introducing a biological substance, wherein a virulent protein is used as a carrier for introducing the biological substance into a cell, and the biological substance is directly introduced into the cell. ビルレントタンパク質が、土壌細菌由来のタンパク質である請求項1記載の方法。   2. The method according to claim 1, wherein the virulent protein is a protein derived from soil bacteria. ビルレントタンパク質が、VirD2、又はVirE2である請求項2記載の方法。   3. The method according to claim 2, wherein the virulent protein is VirD2 or VirE2. 土壌細菌が、Agrobacterium tumefaciensに属する細菌である請求項2記載の方法。   3. The method according to claim 2, wherein the soil bacteria are bacteria belonging to Agrobacterium tumefaciens. 生物学的物質が、DNA、RNA、並びにビルレントタンパク質が認識するボーダー配列を化学的に結合させたタンパク質又はペプチドであることを特徴とする請求項1〜4項のいずれか1項に記載の方法。   The biological substance is a protein or peptide in which a border sequence recognized by DNA, RNA, and a virulent protein is chemically bound, or any one of claims 1 to 4, Method. 生物学的物質がDNAであり、当該DNAにボーダー配列を付加する請求項1〜5項に記載の方法。   The method according to claim 1, wherein the biological substance is DNA, and a border sequence is added to the DNA. ボーダー配列が、配列表の配列番号1に示す塩基配列、及び/又は当該塩基配列に相補的な塩基配列からなることを特徴とする請求項6記載の方法。   7. The method according to claim 6, wherein the border sequence comprises the base sequence shown in SEQ ID NO: 1 in the sequence listing and / or a base sequence complementary to the base sequence. マイクロインジェクション法、PEG法、レーザー法、パーティクルガン法からなる群から選択される少なくとも1種を用いて、生物学的物質を直接的に導入する請求項1〜7項のいずれか1項に記載の方法。   The biological substance is directly introduced using at least one selected from the group consisting of a microinjection method, a PEG method, a laser method, and a particle gun method. the method of. 請求項1〜8項のいずれか1項記載の生物学的物質導入法を用いて、外来遺伝子を導入した形質転換法。   The transformation method which introduce | transduced the foreign gene using the biological substance introduction | transduction method of any one of Claims 1-8.
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