JP2006158402A - Method for reducing pollen fertility by using gene of tapetal layer specific zinc finger transcription factor - Google Patents

Method for reducing pollen fertility by using gene of tapetal layer specific zinc finger transcription factor Download PDF

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JP2006158402A
JP2006158402A JP2006013162A JP2006013162A JP2006158402A JP 2006158402 A JP2006158402 A JP 2006158402A JP 2006013162 A JP2006013162 A JP 2006013162A JP 2006013162 A JP2006013162 A JP 2006013162A JP 2006158402 A JP2006158402 A JP 2006158402A
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Sanjae Kapur
サンジャエ カプール
Akira Kobayashi
晃 小林
Hiroshi Takatsuji
博志 高辻
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National Institute of Agrobiological Sciences
National Agriculture and Food Research Organization
Original Assignee
National Institute of Agrobiological Sciences
National Agriculture and Food Research Organization
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a gene engineering method useful for transforming a plant represented by male sterile by utilizing a specific gene in the tissue of an anther. <P>SOLUTION: This method for producing the transformed plant is provided ty utilizing a plant expression cassette containing a promoter containing any one of the (a) a DNA having a specific base sequence (e.g. base sequence encoding ZPT3-2 derived from petunia) or (b) a DNA having a part of the sequence of (a) and exhibiting the the specific promoter activity of the tapetal layer of an anther, and a xenogenic gene bound to the promoter operably. According to the method, the plant including the promoter, and the promoter and the xenogenic gene imparts male sterility to the plant. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、雄しべの葯に特異的に発現する遺伝子およびその利用に関する。本
発明は、特に、葯のタペート層に特異的に発現する、ペチュニア由来のジンクフ
ィンガー型転写因子(ZPT3−2)の遺伝子およびその利用に関する。
The present invention relates to a gene specifically expressed in stamen cocoons and use thereof. In particular, the present invention relates to a petunia-derived zinc finger transcription factor (ZPT3-2) gene that is specifically expressed in the tapetum layer of cocoon and use thereof.

花粉の稔性は、農業・園芸における様々な局面で問題になる。たとえば、交雑
育種における交配の際、自家受粉を避けるために、多くの労力がかかる除雄(雄
しべの除去)の作業が行われる。種苗産業においては、交雑育種によって得られ
た優れた品種を商業的に保護したいという立場から、花粉稔性の無い形質が求め
られている。このような要請から、花粉の稔性を制御する技術(pollina
tion control)が強く求められてきた。従来、特定の作物では、細
胞質雄性不稔性の系統が交雑育種に用いられ、一定の成功を収めてきた。しかし
、細胞質不稔形質は多くの場合、耐病性の低下などの好ましくない副次効果を伴
い、さらに形質が不安定であること、種子の大量生産が困難なことなどの問題が
ある。化学薬品処理によって稔性を低下させる方法も研究されているが、安全性
評価および作用機作解明が遅れており、実用化には至っていない。そこで、遺伝
子工学を用いた優れた雄性不稔化技術が求められている。
Pollen fertility becomes a problem in various aspects of agriculture and horticulture. For example, when crossing in crossbreeding, in order to avoid self-pollination, the work of male removal (removal of stamens), which requires much labor, is performed. In the seed and seedling industry, a trait without pollen fertility is required from the standpoint of commercially protecting excellent varieties obtained by cross breeding. From such a request, pollina control technology (pollina)
(ion control) has been strongly demanded. Traditionally, in certain crops, cytoplasmic male sterility lines have been used for crossbreeding with some success. However, cytoplasmic sterile traits often have undesirable side effects such as reduced disease resistance, and further have problems such as unstable traits and difficulty in mass production of seeds. A method of reducing fertility by chemical treatment has also been studied, but safety evaluation and action mechanism elucidation have been delayed, and it has not been put into practical use. Therefore, an excellent male sterilization technique using genetic engineering is required.

タペート層は、葯壁の最も内側に位置し、胞子形成細胞(花粉細胞)を取り囲
んでいる組織である。タペート層の役割は、花粉の発達に欠かせない重要なもの
であり、単に花粉細胞の支持体としてだけでなく、花粉の発達に必要な栄養の供
給、四分子(tetrad)を包むカロース層の分解、花粉細胞表面のエキシン
層などを構成する化合物の供給など、多岐にわたっている。葯の発達は、胞子形
成細胞の減数分裂直後にあたる四分子期、四分子からの微小胞子の放出期、花粉
細胞の拡大および空胞形成に特徴付けられる一核期、有糸分裂により栄養細胞お
よび生殖細胞への分化が生じる有糸細胞分裂期、その後の二核期という、各段階
に区分される。これらの段階を経て、最終的に葯が開裂し、成熟した花粉粒が放
出される。以上の発達過程において、タペート層の機能の一部でも損なわれると
、多くの場合、正常な花粉の発達が阻害され、花粉稔性が失われることが知られ
ている。
The tapetum layer is a tissue that is located on the innermost side of the fold wall and surrounds spore-forming cells (pollen cells). The role of the tapet layer is important for pollen development, not only as a support for pollen cells, but also for the supply of nutrients necessary for pollen development and for the callose layer that wraps the tetrad. There are a wide variety of factors such as degradation and supply of compounds that constitute the exine layer on the surface of pollen cells. The development of wrinkles is a quasi-phase, characterized by the quaternary phase immediately after meiosis of the spore-forming cells, the release of microspores from the quaternary molecules, the expansion of pollen cells and the formation of vacuoles, It is divided into each stage of the mitotic cell division stage where differentiation into germ cells occurs and the subsequent binuclear stage. Through these steps, the wrinkles are finally cleaved and mature pollen grains are released. In the above development process, if even part of the function of the tapetum layer is impaired, in many cases, it is known that normal pollen development is inhibited and pollen fertility is lost.

上記のように、遺伝子工学による雄性不稔化技術には大きな期待が寄せられて
いる。特に、タペート層のような、外部に露出していない小さな領域で特異的に
発現する遺伝子を利用できれば、植物に好ましくない形質を付与することなく、
雄性不稔化を達成し得る可能性が高いと考えられる。タペート層に特異的なプロ
モーター、および、それを含む雄生不稔化のための遺伝子構築物の例は、いくつ
か報告されている(ShivannaおよびSawhney編, Pollen
biotechnology for crop production a
nd improvement (Cambridge University
Press)pp.237−257,1997)。しかし、発現の組織特異性
および時期特異性が高い、花粉稔性の制御のために有用な新たな遺伝子に対する
要望が依然として存在する。
As described above, great expectations are placed on the male sterilization technology by genetic engineering. In particular, if a gene that is specifically expressed in a small region that is not exposed to the outside, such as a tapete layer, can be used, without imparting undesirable traits to the plant,
It is likely that male sterility can be achieved. Several examples of promoters specific for the tapetum layer and gene constructs for male sterility containing the same have been reported (Shivanna and Sawney, edited by Pollen).
biotechnology for crop production a
nd improvement (Cambridge University
Press) pp. 237-257, 1997). However, there is still a need for new genes that are highly tissue-specific and time-specific in expression and useful for the control of pollen fertility.

本発明者らは、最近、ペチュニア由来の新規な転写因子として、PEThyZ
PT3−2(以下、ZPT3−2と略す)を含む7つのジンクフィンガー(ZF
)型転写因子のcDNA配列を特定した。そして、ノーザンブロット分析から、
それぞれの転写因子が葯特異的に、葯の発達の異なる段階において一過性の発現
を示すことを報告した(Kobayashiら,Plant J.,13:57
1,1998)。しかし、これらの転写因子の植物における生理的な機能および
作用、ならびに転写因子をコードする遺伝子の正確な発現部位およびその発現調
節機構は不明であった。
The present inventors have recently proposed PEThyZ as a novel transcription factor derived from petunia.
7 zinc fingers (ZF) including PT3-2 (hereinafter abbreviated as ZPT3-2)
) The cDNA sequence of type transcription factor was identified. And from Northern blot analysis,
It has been reported that each transcription factor is transiently expressed at different stages of epilepsy development (Kobayashi et al., Plant J., 13:57).
1, 1998). However, the physiological functions and actions of these transcription factors in plants, and the precise expression site of the gene encoding the transcription factor and its expression regulatory mechanism were unknown.

本発明の目的は、雄性不稔に代表される植物形質の改変に有用な、葯の組織に
特異的な遺伝子を利用する遺伝子工学的手法を提供することにある。
An object of the present invention is to provide a genetic engineering technique using a gene specific to a cocoon tissue, which is useful for modifying plant traits represented by male sterility.

本発明者らは、以前にペチュニアから単離した、葯特異的な転写因子の一つ(
ZPT3−2)をコードする遺伝子をペチュニアに再導入した。その結果、導入
遺伝子が内因性遺伝子の発現を抑制することによって、花粉の正常な発達が阻害
され、花粉の稔性が著しく低下することを見出した。さらに本発明者らは、ZP
T3−2のゲノム遺伝子から上流領域を単離し、そのプロモーター活性の組織特
異性を調べた。その結果、4分子期から一核期にかけてのタペート層において、
プロモーター活性が組織および時期特異的に発現されることを見出した。本発明
は、これらの知見に基づいて完成された。
We have identified one of the sputum-specific transcription factors previously isolated from petunia (
The gene encoding ZPT3-2) was reintroduced into petunia. As a result, it was found that when the transgene suppresses the expression of the endogenous gene, the normal development of the pollen is inhibited and the fertility of the pollen is significantly reduced. Furthermore, the inventors have
The upstream region was isolated from the T3-2 genomic gene, and the tissue specificity of the promoter activity was examined. As a result, in the tapet layer from the 4th molecular phase to the 1st nuclear phase,
It was found that promoter activity is expressed in a tissue and time specific manner. The present invention has been completed based on these findings.

本発明は、その第1の局面において、雄性不稔性の植物を作出する方法であっ
て、以下の工程を包含する方法に関する:(i)配列番号1によって示される塩
基配列の第1位から第1886位までの配列を有するDNA、(ii)(i)の
塩基配列を有するDNAとストリンジェントな条件下でハイブリダイズし、花粉
の発達を制御する転写因子をコードするDNA、または(iii)(i)もしく
は(ii)の断片であるDNAのいずれかである核酸と、上記核酸に作動可能に
連結されたプロモーターとを含む、植物発現カセットを提供する工程;花粉の発
達を制御する内因性の転写因子を有する植物の細胞を提供する工程であって、こ
こで、内因性の転写因子をコードする遺伝子は、上記核酸とストリンジェントな
条件下でハイブリダイズする、工程;発現カセットを植物細胞に導入する工程;
発現カセットが導入された植物細胞を、植物体に再生する工程;および、再生さ
れた植物体であって、上記核酸が発現されることによって、内因性の転写因子の
発現が抑制された植物体を選択する工程。本発明の上記方法は、植物に雄性不稔
性を付与する方法として、利用され得る。
The present invention, in its first aspect, relates to a method for producing a male sterile plant comprising the following steps: (i) from position 1 of the base sequence represented by SEQ ID NO: 1 DNA having a sequence up to position 1886, (ii) DNA encoding a transcription factor that hybridizes with DNA having the base sequence of (i) under stringent conditions and controls the development of pollen, or (iii) Providing a plant expression cassette comprising a nucleic acid that is either DNA that is a fragment of (i) or (ii) and a promoter operably linked to the nucleic acid; endogenous controlling pollen development In which a gene encoding an endogenous transcription factor is hybridized with the nucleic acid under stringent conditions. Step of the expression cassette into a plant cell to step;
A step of regenerating a plant cell into which an expression cassette has been introduced into a plant body; and a regenerated plant body, wherein the expression of an endogenous transcription factor is suppressed by the expression of the nucleic acid. The process of selecting. The above method of the present invention can be used as a method for imparting male sterility to a plant.

1つの実施態様において、上記核酸は上記プロモーターに対して順方向で連結
され、上記植物体の細胞内でセンス方向に転写され得る。
In one embodiment, the nucleic acid is linked to the promoter in the forward direction and can be transcribed in the sense direction in the plant cell.

1つの実施態様において、上記核酸は上記プロモーターに対して逆方向で連結
され、上記植物体の細胞内でアンチセンス方向に転写され得る。
In one embodiment, the nucleic acid can be ligated in the reverse direction to the promoter and transcribed in the antisense direction within the plant cell.

1つの実施態様において、上記植物は双子葉植物である。双子葉植物は、好ま
しくはナス科植物であり、より好ましくはペチュニア属植物である。
In one embodiment, the plant is a dicotyledonous plant. The dicotyledonous plant is preferably a solanaceous plant, more preferably a petunia plant.

1つの実施態様において、上記発現カセットは植物発現ベクターに組み込まれ
ている。
In one embodiment, the expression cassette is incorporated into a plant expression vector.

本発明の第1の局面によればまた、上記いずれかに記載の方法により作出され
た、雄性不稔性の植物が提供される。
According to the first aspect of the present invention, there is also provided a male sterile plant produced by any one of the methods described above.

本発明は、その第2の局面において、雄性不稔性の植物を作出する方法であっ
て、以下の工程を包含する方法に関する:(a)配列番号3によって示される塩
基配列の第1位から第1991位までの配列を有するDNA、または(b)(a
)の一部の配列を有し、葯のタペート層に特異的なプロモーター活性を示すDN
Aのいずれかを含むプロモーターと、上記プロモーターに作動可能に連結された
異種遺伝子とを含む、植物発現カセットを提供する工程;発現カセットを植物細
胞に導入する工程;および、発現カセットが導入された植物細胞を、植物体に再
生する工程。本発明の上記方法は、植物に雄性不稔性を付与する方法として、利
用され得る。
In its second aspect, the present invention relates to a method for producing a male-sterile plant comprising the following steps: (a) from the first position of the base sequence represented by SEQ ID NO: 3 DNA having a sequence up to position 1991, or (b) (a
DN having a partial sequence of) and exhibiting promoter activity specific to the tapet layer of cocoon
Providing a plant expression cassette comprising a promoter comprising any of A and a heterologous gene operably linked to the promoter; introducing the expression cassette into a plant cell; and introducing the expression cassette A step of regenerating plant cells into plants. The above method of the present invention can be used as a method for imparting male sterility to a plant.

1つの実施態様において、上記植物は双子葉植物である。双子葉植物は、好ま
しくはナス科植物であり、より好ましくはペチュニア属植物である。
In one embodiment, the plant is a dicotyledonous plant. The dicotyledonous plant is preferably a solanaceous plant, more preferably a petunia plant.

1つの実施態様において、上記発現カセットは植物発現ベクターに組み込まれ
ている。
In one embodiment, the expression cassette is incorporated into a plant expression vector.

本発明の第2の局面によればまた、上記いずれかに記載の方法により作出され
た、雄性不稔性の植物が提供される。
According to the second aspect of the present invention, there is also provided a male sterile plant produced by any one of the methods described above.

本発明は、その第3の局面において、以下の(I)または(II)のDNAを
含むプロモーターに関する:(I)配列番号3によって示される塩基配列の第1
位から第1991位までの配列を有するDNA;または、(II)(I)の一部
の配列を有し、葯のタペート層に特異的なプロモーター活性を示す、DNA。
The present invention, in its third aspect, relates to a promoter comprising the following DNA (I) or (II): (I) the first of the nucleotide sequence represented by SEQ ID NO: 3
DNA having a sequence from position 1 to position 1991; or DNA having a partial sequence of (II) (I) and exhibiting a promoter activity specific to the cocoon tapetum layer.

本発明は、その第4の局面において、上記プロモーターと、上記プロモーター
に作動可能に連結された異種遺伝子とを含む、植物に雄性不稔性を付与するため
に有用な植物発現カセットに関する。
In its fourth aspect, the present invention relates to a plant expression cassette useful for imparting male sterility to a plant, comprising the promoter and a heterologous gene operably linked to the promoter.

ZPT3−2遺伝子由来の転写因子をコードするDNA、およびZPT3−2
遺伝子由来のプロモーターを利用する本件発明の方法は、遺伝子工学的に植物の
形質を選択的に改変する技術、特に、雄性不稔形質を付与する技術として有用で
ある。
DNA encoding a transcription factor derived from the ZPT3-2 gene, and ZPT3-2
The method of the present invention using a gene-derived promoter is useful as a technique for selectively modifying plant traits by genetic engineering, particularly as a technique for imparting male sterile traits.

本発明について、以下に、より詳細に説明する。
(ZPT3−2遺伝子由来の転写因子)
本発明の第1の局面である、雄性不稔性の植物を作出する方法において有用な
核酸は、(i)配列番号1によって示される塩基配列の第1位から第1886位
までの配列を有するDNA、(ii)(i)の塩基配列を有するDNAとストリ
ンジェントな条件下でハイブリダイズし、花粉の発達を制御する転写因子をコー
ドするDNA、または(iii)(i)もしくは(ii)の断片であるDNAの
いずれかである。本発明における上記核酸は、好ましくは(i)のDNA、すな
わち、ZPT3−2をコードするDNA、またはその断片であり、より好ましく
は(i)のDNAである。
The present invention will be described in more detail below.
(Transcription factor derived from ZPT3-2 gene)
A nucleic acid useful in the method for producing a male sterile plant, which is the first aspect of the present invention, has (i) a sequence from position 1 to position 1886 of the base sequence represented by SEQ ID NO: 1. DNA, (ii) DNA encoding a transcription factor that hybridizes with a DNA having the base sequence of (i) under stringent conditions and controls the development of pollen, or (iii) (i) or (ii) It is any of DNA that is a fragment. The nucleic acid in the present invention is preferably the DNA of (i), that is, the DNA encoding ZPT3-2, or a fragment thereof, more preferably the DNA of (i).

本明細書において「転写因子」とは、遺伝子の調節領域のDNAに結合してm
RNAの合成を制御するタンパク質をいう。ある種の転写因子は、そのDNA結
合ドメインにジンクフィンガーモチーフと呼ばれる保存性の高いアミノ酸配列を
有することが知られている。ZPT3−2は、Cys2/His2型(EPFフ
ァミリー)のジンクフィンガータンパク質であって、444アミノ酸からなる全
長のアミノ酸配列内に3つのジンクフィンガーモチーフを含み、さらにDLNL
配列と称される疎水性領域を含む転写因子である(Kobayashiら、前出
)。ZPT3−2をコードするcDNA配列(配列番号1)を、対応する推定ア
ミノ酸配列(配列番号2)と共に図1A〜1Dに示す。
In the present specification, the “transcription factor” refers to m that binds to DNA in the regulatory region of a gene.
A protein that regulates RNA synthesis. Certain transcription factors are known to have highly conserved amino acid sequences called zinc finger motifs in their DNA binding domains. ZPT3-2 is a zinc finger protein of Cys2 / His2 type (EPF family), which contains three zinc finger motifs in the full-length amino acid sequence consisting of 444 amino acids, and further DLNL
It is a transcription factor containing a hydrophobic region called a sequence (Kobayashi et al., Supra). A cDNA sequence (SEQ ID NO: 1) encoding ZPT3-2 is shown in FIGS. 1A-1D along with the corresponding deduced amino acid sequence (SEQ ID NO: 2).

本明細書において、核酸またはDNAの「断片」とは、植物体に導入され、適
切な様式で発現されたときに、当該植物の内因性の転写因子の発現を抑制し得る
断片をいう。この断片は、上記(i)または(ii)のDNAの、ジンクフィン
ガーモチーフをコードする領域以外から選択され、少なくとも約40塩基対以上
、好ましくは約50塩基対以上、より好ましくは約70塩基対以上、さらに好ま
しくは約100塩基対以上の長さを有する。
As used herein, a “fragment” of nucleic acid or DNA refers to a fragment that can suppress the expression of an endogenous transcription factor of the plant when introduced into a plant body and expressed in an appropriate manner. This fragment is selected from the DNA of (i) or (ii) other than the region encoding the zinc finger motif, and is at least about 40 base pairs or more, preferably about 50 base pairs or more, more preferably about 70 base pairs. More preferably, the length is about 100 base pairs or more.

本明細書において、ハイブリダイゼーションのための「ストリンジェントな条
件」とは、特定の塩基配列(例えば、ペチュニア由来のZPT3−2をコードす
るDNA)と、これと相同性の高い他の塩基配列(例えば、ペチュニア以外の植
物に存在する、ZPT3−2のホモログをコードするDNA)とのオリゴヌクレ
オチド二本鎖を形成させるのに十分な条件を意図する。本発明に適用されるスト
リンジェントな条件の代表的な例として、次の条件が挙げられる:1M NaC
l、1%SDS、10%デキストラン硫酸、32P標識プローブDNA(1x10
7cpm)および50μg/mlサケ精子DNAを含む溶液中で、60℃で16
時間ハイブリダイズさせた後、2xSSC/1%SDSで60℃、30分間の洗
浄を2回繰り返す。
In the present specification, “stringent conditions” for hybridization are a specific base sequence (for example, DNA encoding ZPT3-2 derived from petunia) and another base sequence having high homology with this (base sequence). For example, conditions sufficient to form an oligonucleotide duplex with a DNA encoding a homologue of ZPT3-2 present in plants other than petunia are contemplated. Typical examples of stringent conditions applied to the present invention include the following conditions: 1M NaC
l, 1% SDS, 10% dextran sulfate, 32 P-labeled probe DNA (1 × 10
7 cpm) and 50 μg / ml salmon sperm DNA in solution at 60 ° C.
After hybridization for 2 hours, washing at 60 ° C. for 30 minutes with 2 × SSC / 1% SDS is repeated twice.

本発明における、ZPT3−2をコードするDNA、およびこれとストリンジ
ェントな条件下でハイブリダイズし、花粉の発達を制御する転写因子をコードす
るDNAを単離するためには、公知の転写因子の遺伝子によりコードされるアミ
ノ酸配列の保存領域に対応するデジェネレートプライマー対を用い得る。このプ
ライマー対を用いて、植物のcDNAまたはゲノミックDNAを鋳型としてPC
Rを行い、その後、得られた増幅DNA断片をプローブとして用いて、同じ植物
のcDNAライブラリーまたはゲノミックライブラリーをスクリーニングするこ
とができる。そのようなプライマー対の例として、5’−CARGCNYTNG
GNGGNCAY−3’(配列番号4)と、3’−RTGNCCNCCNARN
GCYTG−5’(配列番号5)との組合せが挙げられる(ここで、Nはイノシ
ンであり、RはGまたはAであり、そしてYはCまたはTである)。上記プライ
マー配列は、それぞれ、ZPT3−2のジンクフィンガーモチーフに含まれるア
ミノ酸配列QALGGHに対応する。
In order to isolate DNA encoding ZPT3-2 and a DNA encoding a transcription factor that hybridizes under stringent conditions and controls the development of pollen in the present invention, a known transcription factor can be isolated. A degenerate primer pair corresponding to the conserved region of the amino acid sequence encoded by the gene can be used. Using this primer pair, a plant cDNA or genomic DNA as a template for PC
R is performed, and then the obtained amplified DNA fragment can be used as a probe to screen a cDNA library or a genomic library of the same plant. As an example of such a primer pair, 5'- CARGCNYTNG
GNGGNCAY-3 ′ (SEQ ID NO: 4) and 3′-RTGNCCNCCNARN
A combination with GCYTG-5 ′ (SEQ ID NO: 5), where N is inosine, R is G or A, and Y is C or T. Each of the above primer sequences corresponds to the amino acid sequence QALGGGH contained in the zinc finger motif of ZPT3-2.

従って、本発明に適用されるストリンジェントなハイブリダイゼーション条件
はまた、PCRの条件としても規定され得、代表的な例においては、上記デジェ
ネレートプライマー(配列番号4および5)が用いられ得る。この際のPCR反
応条件は、94℃で5分間の変性の後、94℃で30秒間、50℃で30秒間、
そして72℃で1分間を30サイクル繰り返し、最後に、72℃で7分間インキ
ュベーションを行う条件であり得る。
Therefore, stringent hybridization conditions applied to the present invention can also be defined as PCR conditions, and in a typical example, the above degenerate primers (SEQ ID NOs: 4 and 5) can be used. The PCR reaction conditions were as follows: denaturation at 94 ° C. for 5 minutes, 94 ° C. for 30 seconds, 50 ° C. for 30 seconds,
Then, the conditions may be such that 30 minutes are repeated at 72 ° C. for 1 minute, and finally, incubation is performed at 72 ° C. for 7 minutes.

PCRは、市販のキットおよび装置の製造者の指針に基づいて行うか、当業者
に周知の手法で行い得る。遺伝子ライブラリーの作製法、および遺伝子のクロー
ニング法なども当業者に周知である。例えば、Sambrookら,Molec
ular Cloning:A Laboratory Manual、第2版
(Cold Spring Harbor Laboratory,1989)
を参照のこと。得られた遺伝子の塩基配列は、当該分野で公知のヌクレオチド配
列解析法または市販されている自動シーケンサーを利用して決定し得る。
PCR can be performed based on the guidelines of the manufacturers of commercially available kits and devices, or can be performed by techniques well known to those skilled in the art. Methods for preparing gene libraries and gene cloning methods are also well known to those skilled in the art. For example, Sambrook et al., Molec
ultra Cloning: A Laboratory Manual, 2nd edition (Cold Spring Harbor Laboratory, 1989)
checking ... The base sequence of the obtained gene can be determined using a nucleotide sequence analysis method known in the art or a commercially available automatic sequencer.

本明細書において、転写因子が「花粉の発達を制御する」とは、代表的には、
この転写因子の発現が阻害されるとき、花粉の形態または機能において有意な変
化が観察されることをいう。本発明における転写因子は、代表的には、それをコ
ードする遺伝子の発現が阻害されることにより、好ましくは約60%以上、より
好ましくは約75%以上、さらに好ましくは約90%以上の花粉細胞を、成熟す
る前に死滅せしめる。ここで、転写因子の発現が阻害されるとは、ノーザンブロ
ット法により測定したとき、mRNAの量が、野生型のコントロール植物と比較
して約10分の1以下になることをいう。
In the present specification, the transcription factor "controls the development of pollen" typically means
When expression of this transcription factor is inhibited, it means that a significant change is observed in pollen morphology or function. Typically, the transcription factor in the present invention is preferably about 60% or more, more preferably about 75% or more, and further preferably about 90% or more pollen by inhibiting the expression of the gene encoding it. Cells are killed before maturation. Here, the expression of the transcription factor being inhibited means that the amount of mRNA is about 1/10 or less as compared with the wild type control plant as measured by Northern blotting.

上記のようなスクリーニングによって単離、同定された遺伝子によってコード
される転写因子(すなわち、ZPT3−2およびZPT3−2ホモログ)が花粉
の発達を制御することは、本明細書の開示に従って形質転換植物を作出し、その
花粉の特性を観察することによって、確認し得る。
Transcription factors encoded by genes isolated and identified by screening as described above (ie, ZPT3-2 and ZPT3-2 homologs) regulate pollen development according to the disclosure herein. Can be confirmed by observing the characteristics of the pollen.

本発明においては、花粉の発達を制御する転写因子をコードするDNAまたは
その断片を利用して、植物細胞において、当該DNAと同一のまたは相同な塩基
配列を含む内因性遺伝子の発現を抑制し得る。標的となる内因性遺伝子もまた、
花粉の発達を制御する転写因子である。本発明の方法によれば、好ましくは、花
粉の発達を制御する内因性転写因子以外の発現を実質的に抑制することなく、内
因性転写因子の発現のみを選択的に抑制することによって、植物に雄性不稔性が
付与される。
In the present invention, DNA encoding a transcription factor that controls the development of pollen or a fragment thereof can be used to suppress the expression of an endogenous gene containing a base sequence identical or homologous to the DNA in plant cells. . The target endogenous gene is also
It is a transcription factor that controls the development of pollen. According to the method of the present invention, preferably, by selectively suppressing only the expression of the endogenous transcription factor without substantially suppressing the expression other than the endogenous transcription factor that controls the development of pollen, Is given male sterility.

すなわち、本発明における発現抑制技術が適用される植物細胞は、花粉の発達
を制御する内因性の転写因子を有する植物の細胞であって、この内因性の転写因
子をコードする遺伝子は、上記ZPT3−2またはZPT3−2ホモログのDN
Aとストリンジェントな条件下でハイブリダイズするものとして規定される。こ
こで「ストリンジェントな条件」の定義は、ZPT3−2ホモログの特定に関連
して上述した条件と同じである。本発明の範囲を限定する意図ではないが、上記
方法によって雄性不稔性を付与し得る植物は、ZPT3−2遺伝子が単離された
ペチュニア、またはZPT3−2ホモログをコードする遺伝子が単離された植物
と、進化系統学上近縁の植物であることが望ましい。ここで、進化系統学上近縁
とは、代表的には同じ目に分類され、好ましくは同じ科に分類され、より好まし
くは同じ属に分類され、さらに好ましくは同じ種に分類される植物である。もっ
とも、葯の最内層にタペート層が存在し花粉の発達に不可欠な機能を果たしてい
ることは、ほとんどの種子植物に共通する事実であるので、この点を考慮すれば
、ZPT3−2と同一または類似の機能を果たす転写因子が他の植物にも広く存
在し得ることは容易に理解される。
That is, the plant cell to which the expression suppression technology in the present invention is applied is a plant cell having an endogenous transcription factor that controls the development of pollen, and the gene encoding this endogenous transcription factor is the above-mentioned ZPT3. -2 or ZPT3-2 homolog DN
It is defined as hybridizing with A under stringent conditions. Here, the definition of “stringent conditions” is the same as the conditions described above in connection with the identification of the ZPT3-2 homolog. Although not intended to limit the scope of the present invention, a plant capable of conferring male sterility by the above method is obtained by isolating a petunia from which a ZPT3-2 gene has been isolated or a gene encoding a ZPT3-2 homolog. It is desirable to be a plant closely related to evolutionary phylogeny. Here, evolutionary phylogenetic related is typically a plant classified in the same eye, preferably classified in the same family, more preferably classified in the same genus, and more preferably classified in the same species. is there. However, since it is a fact common to most seed plants that the tapet layer exists in the innermost layer of the cocoon and plays an essential function for the development of pollen, considering this point, it is the same as ZPT3-2 or It is readily understood that transcription factors that perform similar functions can be widely present in other plants.

内因性遺伝子の発現を抑制するための手法として、代表的にはコサプレッショ
ンおよびアンチセンス技術を利用し得る。コサプレッションは、植物細胞に組み
換え遺伝子を導入したとき、その遺伝子自体、およびその遺伝子の一部と相同な
配列を含む内因性遺伝子の両者の発現が抑制されることをいう。コサプレッショ
ンが利用される場合、本発明における発現カセットは、転写因子をコードするD
NAまたはその断片を、プロモーターに対して順方向で連結された形態で含む。
転写因子をコードするDNAまたはその断片は、発現カセットとして植物細胞に
導入された後、プロモーターの制御下でセンス方向に転写され得る。この導入D
NAの作用により、所望とする遺伝子発現の抑制が可能となる。コサプレッショ
ンは、形質転換植物の一部の個体で認められ、他の個体では十分に起こらない場
合が多い。そのため、通常、遺伝子発現が意図されたように抑制された個体が、
慣用的な手順に従って選択される。
As a technique for suppressing the expression of an endogenous gene, typically, co-suppression and antisense techniques can be used. Cosuppression means that when a recombinant gene is introduced into a plant cell, expression of the gene itself and an endogenous gene containing a sequence homologous to a part of the gene are suppressed. When cosuppression is utilized, the expression cassette in the present invention is a D encoding a transcription factor.
NA or a fragment thereof is included in a form linked in the forward direction to the promoter.
A DNA encoding a transcription factor or a fragment thereof can be transcribed in the sense direction under the control of a promoter after being introduced into a plant cell as an expression cassette. This introduction D
The desired gene expression can be suppressed by the action of NA. Cosuppression is observed in some individuals of transformed plants and often does not occur well in other individuals. Therefore, normally, individuals whose gene expression is suppressed as intended are
Selected according to conventional procedures.

アンチセンスは、植物細胞に組み換え遺伝子を導入したとき、導入遺伝子の転
写産物(mRNA)が、内因性遺伝子の転写産物(mRNA)の相補的な配列と
ハイブリッドを形成して、内因性遺伝子がコードするタンパク質の翻訳が阻害さ
れることをいう。アンチセンスが利用される場合、本発明における発現カセット
は、転写因子をコードするDNAまたはその断片を、プロモーターに対して逆方
向で連結された形態で含む。転写因子をコードするDNAまたはその断片は、発
現カセットとして植物細胞に導入された後、プロモーターの制御下でアンチセン
ス方向に転写され得る。このアンチセンス転写物の作用により、所望とする遺伝
子発現の抑制が可能となる。
(ZPT3−2遺伝子由来のプロモーター)
本発明の第2の局面である、形質が改変された植物を作出する方法において有
用なプロモーターは、(a)配列番号3によって示される塩基配列の第1位から
第1991位までの配列を有するDNA、または(b)(a)の一部の配列を有
し、葯のタペート層に特異的なプロモーター活性を示すDNAのいずれかを含む
プロモーターである。本発明における上記プロモーターは、好ましくは(a)の
プロモーター、すなわち、ZPT3−2遺伝子のプロモーターである。
In antisense, when a recombinant gene is introduced into a plant cell, the transgene transcript (mRNA) forms a hybrid with a complementary sequence of the endogenous gene transcript (mRNA), and the endogenous gene encodes. It means that the translation of the protein is inhibited. When antisense is used, the expression cassette in the present invention contains DNA encoding a transcription factor or a fragment thereof in a form linked in the reverse direction to the promoter. A DNA encoding a transcription factor or a fragment thereof can be introduced into a plant cell as an expression cassette and then transcribed in the antisense direction under the control of a promoter. By the action of this antisense transcript, it becomes possible to suppress the desired gene expression.
(Promoter derived from ZPT3-2 gene)
A promoter useful in the method for producing a plant having a modified trait, which is the second aspect of the present invention, has (a) a sequence from the first position to the 1991 position of the base sequence represented by SEQ ID NO: 3. It is a promoter comprising either DNA or DNA having a partial sequence of (b) and (a) and exhibiting promoter activity specific to the cocoon tapetum layer. The promoter in the present invention is preferably the promoter (a), that is, the promoter of the ZPT3-2 gene.

ZPT3−2遺伝子のプロモーター領域の、組識特異的な発現活性に必須でな
い配列を除去して得られる、タペート層に特異的なプロモーター活性を有する配
列は、本発明の範囲内にある。このような配列は、常法に従ってプロモーターの
デリーション実験を行うことによって、得ることができる。簡潔には、ZPT3
−2遺伝子のプロモーター領域の様々な欠失変異体(例えば、ZPT3−2遺伝
子のプロモーター領域を、5’上流側から種々の長さに欠失させた変異体)と、
適切なレポーター遺伝子(例えば、GUS遺伝子)とを融合したプラスミドを用
いて、欠失変異体の組識特異的プロモーター活性を測定することによって、その
活性に必須な領域を特定し得る。
A sequence having promoter activity specific to the tapetum layer obtained by removing a sequence not essential for tissue-specific expression activity in the promoter region of the ZPT3-2 gene is within the scope of the present invention. Such a sequence can be obtained by conducting a promoter deletion experiment according to a conventional method. Briefly, ZPT3
-Deletion mutants of the promoter region of the -2 gene (for example, mutants obtained by deleting the promoter region of the ZPT3-2 gene to various lengths from the 5 'upstream side),
By measuring the tissue-specific promoter activity of the deletion mutant using a plasmid fused with an appropriate reporter gene (for example, GUS gene), a region essential for the activity can be identified.

いったんプロモーター活性に必須の領域が特定されると、さらにその領域内の
配列または隣接配列を改変して、プロモーターの発現活性の程度を高めることも
可能である。このようにして得られる改変体もまた、タペート層に特異的なプロ
モーター活性を示す限り、本発明の範囲内にある。
Once a region essential for promoter activity is identified, it is possible to further modify the sequence in the region or adjacent sequences to increase the level of expression activity of the promoter. The variants thus obtained are also within the scope of the present invention as long as they exhibit promoter activity specific to the tapetum layer.

本発明において、「タペート層に特異的なプロモーター活性を示す」とは、プ
ロモーターが、天然の植物中で、または任意の構造遺伝子に連結させた発現カセ
ットとして植物に導入されたときに、DNAの転写を開始させることにより遺伝
子の発現を指示する能力を、タペート層において特異的に示すことを意味する。
ここで「特異的」とは、同じ植物体の花の、他のすべての組織(花粉、花糸、花
柱、花頭、花弁、萼(がく)などを含む)よりも、プロモーターの発現活性が高
いことをいう。上記特異的なプロモーターは、好ましくは、同じ植物体の花の他
のすべての組織および花以外の部分(根、葉、茎など)よりも、プロモーターの
発現活性が高く、より好ましくは、同じ植物体の花の他のすべての組織および花
以外の部分において実質的に活性を示さない。発現活性の程度は、常法に従って
、タペート層におけるプロモーターの発現レベルと、花の他の組識における同じ
プロモータの発現レベルとを比較することによって、評価され得る。プロモータ
ーの発現レベルは、通常、そのプロモーターの制御下で発現される遺伝子産物の
産生量によって決定される。
In the present invention, “showing the promoter activity specific to the tapetum layer” means that the promoter is introduced into a plant in a natural plant or as an expression cassette linked to an arbitrary structural gene. It means that the ability to direct the expression of a gene by initiating transcription is specifically shown in the tapetum layer.
Here, “specific” means that the promoter has more expression activity than all other tissues (including pollen, flower thread, style, flower head, petal, bud, etc.) of the flower of the same plant. It's expensive. The specific promoter preferably has higher promoter expression activity than all other tissues and non-flower parts (roots, leaves, stems, etc.) of flowers of the same plant, more preferably the same plant. It exhibits virtually no activity in all other tissues and non-flower parts of the body. The degree of expression activity can be assessed by comparing the expression level of the promoter in the tapetum layer with the expression level of the same promoter in the other tissues of the flower according to conventional methods. The expression level of a promoter is usually determined by the amount of gene product expressed under the control of that promoter.

上記の特異的プロモーターを利用する植物への雄性不稔性の付与は、本発明に
おけるプロモーターに作動可能に連結された任意の異種遺伝子が、この遺伝子を
導入された形質転換植物において、プロモーターの制御下でタペート層に特異的
に発現される結果として生じ得る。多くの組織特異的プロモーターにおいて、そ
の組織特異性が種間を越えて保存されていることは周知であるので、本発明のプ
ロモーターもまた幅広い植物種に適用し得ることが容易に理解される。
The provision of male sterility to a plant using the above specific promoter is achieved by controlling the promoter in a transformed plant into which any heterologous gene operably linked to the promoter in the present invention has been introduced. This can occur as a result of being specifically expressed in the tapetum layer below. In many tissue specific promoters, it is well known that the tissue specificity is conserved across species, so it is readily understood that the promoters of the present invention can also be applied to a wide range of plant species.

本発明のプロモーターは、例えば、公知のcDNAをプローブとして用いて、
植物のゲノミックライブラリーをスクリーニングし、そして対応のゲノミックク
ローンからコード領域の上流配列を単離することにより得ることができる。cD
NAの例として、上述したペチュニア由来の転写因子であるZPT3−2のcD
NAが挙げられる。
The promoter of the present invention, for example, using a known cDNA as a probe,
It can be obtained by screening a genomic library of plants and isolating the upstream sequence of the coding region from the corresponding genomic clone. cD
As an example of NA, cPT of ZPT3-2 which is a transcription factor derived from petunia described above
NA.

本発明におけるプロモーターは、天然から単離されたものに限定されず、合成
ポリヌクレオチドも含み得る。合成ポリヌクレオチドは、例えば、上記のように
して配列決定されたプロモーターの配列またはその活性領域を、当業者に周知の
手法によって合成または改変することにより入手し得る。
(発現カセットおよび発現ベクターの構築)
本発明における転写因子をコードするDNAは、当業者に周知の方法を用いて
、適切なプロモーターに作動可能に連結された発現カセットとして、公知の遺伝
子組換え技術を用いて、植物細胞に導入され得る。同様に、本発明におけるタペ
ート層特異的プロモーターは、所望の異種遺伝子に作動可能に連結された発現カ
セットとして、植物細胞に導入され得る。
The promoter in the present invention is not limited to those isolated from nature, and may include synthetic polynucleotides. Synthetic polynucleotides can be obtained, for example, by synthesizing or modifying the promoter sequence sequenced as described above or the active region thereof by techniques well known to those skilled in the art.
(Construction of expression cassette and expression vector)
The DNA encoding the transcription factor of the present invention is introduced into a plant cell using a known gene recombination technique as an expression cassette operably linked to an appropriate promoter using a method well known to those skilled in the art. obtain. Similarly, the tapetum layer-specific promoter in the present invention can be introduced into plant cells as an expression cassette operably linked to a desired heterologous gene.

上記転写因子に連結され得る「プロモーター」は、植物で発現する任意のプロ
モーターを意味し、構成的プロモーター、組織特異的プロモーター、および誘導
性プロモーターのいずれをも含み得る。
The “promoter” that can be linked to the transcription factor means any promoter expressed in a plant, and can include any of a constitutive promoter, a tissue-specific promoter, and an inducible promoter.

「構成的プロモーター」は、植物細胞内外の刺激と関係なく一定のレベルで構
造遺伝子を発現せしめるプロモーターをいう。異種遺伝子が植物の他の組織また
は器官で発現しても、植物に望ましくない形質を与えない場合には、構成的プロ
モーターの使用が簡便であり、好ましい。構成的プロモーターの例としては、カ
リフラワーモザイクウイルス(CaMV)の35Sプロモーター(P35S)、
およびノパリン合成酵素のプロモーター(Tnos)が挙げられるが、これらに
限定されない。
“Constitutive promoter” refers to a promoter that allows a structural gene to be expressed at a certain level regardless of stimulation inside or outside a plant cell. If a heterologous gene is expressed in other tissues or organs of the plant but does not give the plant an undesirable trait, the use of a constitutive promoter is convenient and preferred. Examples of constitutive promoters include the cauliflower mosaic virus (CaMV) 35S promoter (P35S),
And nopaline synthase promoter (Tnos), but is not limited thereto.

「組織特異的プロモーター」は、本発明においては、少なくともタペート層を
含む葯の組織において特異的に構造遺伝子を発現せしめるプロモーターをいう。
このような組織特異的プロモーターには、本発明におけるZPT3−2遺伝子由
来のプロモーターに加えて、葯特異的に発現活性を示す他の公知のプロモーター
が含まれる。したがって、タペート層特異的プロモーターと転写因子をコードす
る配列とを含む、天然のZPT3−2遺伝子の発現カセット自体を、必要に応じ
て他の調節エレメントと組み合わせて、使用することも本発明の範囲に含まれる
In the present invention, the “tissue-specific promoter” refers to a promoter that specifically expresses a structural gene in anther tissue containing at least the tapetum layer.
Such tissue-specific promoters include, in addition to the promoter derived from the ZPT3-2 gene in the present invention, other known promoters that exhibit expression activity specifically. Therefore, it is also within the scope of the present invention to use the natural ZPT3-2 gene expression cassette itself, including a tapete layer specific promoter and a sequence encoding a transcription factor, optionally in combination with other regulatory elements. include.

「誘導性プロモーター」は、化学薬剤、物理的ストレスなどの特定の刺激を与
えたときに構造遺伝子を発現せしめ、刺激の非存在下では発現活性を示さないプ
ロモーターをいう。誘導性プロモーターの例としては、オーキシンで誘導可能な
、グルタチオン S−トランスフェラーゼ(GST)プロモーター(van d
er Kop,D.A.ら、Plant Mol. Biol.,39:979
,1999)が挙げられるが、これに限定されない。
The “inducible promoter” refers to a promoter that causes a structural gene to be expressed when a specific stimulus such as a chemical agent or physical stress is applied and does not exhibit an expression activity in the absence of the stimulus. Examples of inducible promoters include the auxin-inducible glutathione S-transferase (GST) promoter (van d
er Kop, D.M. A. Et al., Plant Mol. Biol. 39: 979
, 1999), but is not limited thereto.

本明細書において、用語「発現カセット」または「植物発現カセット」とは、
本発明における転写因子をコードするDNAと、これに作動可能に(すなわち、
当該DNAの発現を制御し得るように)連結された植物発現プロモーターとを含
む核酸配列、ならびに、本発明におけるタペート層特異的プロモーターと、これ
に作動可能に(すなわち、インフレームに)連結された異種遺伝子とを含む核酸
配列をいう。
As used herein, the term “expression cassette” or “plant expression cassette”
DNA encoding the transcription factor in the present invention and operably thereto (ie,
Nucleic acid sequence comprising a plant expression promoter linked so that expression of the DNA can be controlled, as well as a tapete layer specific promoter in the present invention, operably linked to it (ie in frame) A nucleic acid sequence containing a heterologous gene.

上記のタペート層特異的プロモーターに連結され得る「異種遺伝子」とは、Z
PT3−2遺伝子以外のペチュニアにおける内因性遺伝子、もしくはペチュニア
以外の植物における内因性遺伝子、または植物に対して外来の遺伝子(例えば、
動物、昆虫、細菌、および真菌に由来する遺伝子)であって、その遺伝子産物の
発現がタペート層において所望される任意の遺伝子をいう。本発明における異種
遺伝子の好ましい例は、コードする遺伝子産物が細胞毒性を示し、その発現によ
って花粉の発達を阻害する遺伝子である。このような遺伝子の具体例として、b
arnase遺伝子(Beals,T.P.およびGoldberg,R.B.
,Plant Cell,9:1527,1997)が挙げられるが、これに限
定されない。
A “heterologous gene” that can be linked to the above-mentioned tapetum layer-specific promoter is Z
Endogenous genes in Petunia other than the PT3-2 gene, or endogenous genes in plants other than Petunia, or genes that are foreign to the plant (for example,
A gene derived from animals, insects, bacteria, and fungi), wherein expression of the gene product is desired in the tapetum layer. A preferred example of the heterologous gene in the present invention is a gene whose encoding gene product exhibits cytotoxicity and inhibits pollen development by its expression. As a specific example of such a gene, b
arnase gene (Beals, TP and Goldberg, RB
, Plant Cell, 9: 1527, 1997), but is not limited thereto.

「植物発現ベクター」は、発現カセットに加えて、さらに種々の調節エレメン
トが、宿主植物の細胞中で作動し得る状態で連結されている核酸配列をいう。好
適には、ターミネーター、薬剤耐性遺伝子、およびエンハンサーを含み得る。植
物発現ベクターのタイプおよび使用される調節エレメントの種類が、宿主細胞に
応じて変わり得ることは、当業者に周知の事項である。本発明に用いる植物発現
ベクターは、さらにT−DNA領域を有し得る。T−DNA領域は、特にアグロ
バクテリウムを用いて植物を形質転換する場合に遺伝子の導入の効率を高める。
“Plant expression vector” refers to a nucleic acid sequence to which various regulatory elements are operably linked in a host plant cell in addition to an expression cassette. Suitably, a terminator, a drug resistance gene, and an enhancer may be included. It is well known to those skilled in the art that the type of plant expression vector and the type of regulatory element used can vary depending on the host cell. The plant expression vector used in the present invention may further have a T-DNA region. The T-DNA region increases the efficiency of gene introduction, particularly when a plant is transformed with Agrobacterium.

「ターミネーター」は、遺伝子のタンパク質をコードする領域の下流に位置し
、DNAがmRNAに転写される際の転写の終結、およびポリA配列の付加に関
与する配列である。ターミネーターは、mRNAの安定性に寄与し、そして遺伝
子の発現量に影響を及ぼすことが知られている。ターミネーターの例としては、
ノパリン合成酵素遺伝子のターミネーター(Tnos)、およびカリフラワーモ
ザイクウイルス(CaMV)35Sターミネーターが挙げられるが、これらに限
定されない。
A “terminator” is a sequence that is located downstream of a region encoding a protein of a gene and is involved in termination of transcription when DNA is transcribed into mRNA, and addition of a poly A sequence. Terminators are known to contribute to mRNA stability and affect gene expression levels. Examples of terminators include
Examples include, but are not limited to, nopaline synthase gene terminator (Tnos) and cauliflower mosaic virus (CaMV) 35S terminator.

「薬剤耐性遺伝子」は、形質転換植物の選抜を容易にするものであることが望
ましい。カナマイシン耐性を付与するためのネオマイシンホスホトランスフェラ
ーゼII(NPTII)遺伝子、およびハイグロマイシン耐性を付与するための
ハイグロマイシンホスホトランスフェラーゼ遺伝子などが好適に用いられ得るが
、これらに限定されない。
The “drug resistance gene” is preferably one that facilitates selection of transformed plants. A neomycin phosphotransferase II (NPTII) gene for conferring kanamycin resistance, a hygromycin phosphotransferase gene for conferring hygromycin resistance, and the like can be preferably used, but are not limited thereto.

本発明における植物発現ベクターは、当業者に周知の遺伝子組換え技術を用い
て作製され得る。植物発現ベクターの構築には、例えば、pBI系のベクターま
たはpUC系のベクターが好適に用いられるが、これらに限定されない。
(形質転換植物の作出)
上述のように構築された発現カセット、またはこれを含む発現ベクターは、公
知の遺伝子組換え技術を用いて、所望の植物細胞に導入され得る。導入された発
現カセットは、植物細胞中のDNAに組み込まれて存在する。なお、植物細胞中
のDNAとは、染色体のみならず、植物細胞中に含まれる各種オルガネラ(例え
ば、ミトコンドリア、葉緑体)に含まれるDNAをも含む。
The plant expression vector in the present invention can be prepared using gene recombination techniques well known to those skilled in the art. For the construction of a plant expression vector, for example, a pBI-type vector or a pUC-type vector is preferably used, but is not limited thereto.
(Creation of transformed plants)
The expression cassette constructed as described above or an expression vector containing the expression cassette can be introduced into a desired plant cell using a known gene recombination technique. The introduced expression cassette is incorporated into DNA in the plant cell. The DNA in plant cells includes not only chromosomes but also DNAs contained in various organelles (for example, mitochondria and chloroplasts) contained in plant cells.

本明細書において、用語「植物」は、単子葉植物および双子葉植物のいずれも
含む。好ましい植物は、双子葉植物である。双子葉植物は、離弁花亜綱および合
弁花亜綱のいずれも含む。好ましい亜綱は、合弁花亜綱である。合弁花亜綱は、
リンドウ目、ナス目、シソ目、アワゴケ目、オオバコ目、キキョウ目、ゴマノハ
グサ目、アカネ目、マツムシソウ目、およびキク目のいずれも含む。好ましい目
は、ナス目である。ナス目は、ナス科、ハゼリソウ科、ハナシノブ科、ネナシカ
ズラ科、およびヒルガオ科のいずれも含む。好ましい科は、ナス科である。ナス
科は、ペチュニア属、チョウセンアサガオ属、タバコ属、ナス属、トマト属、ト
ウガラシ属、ホオズキ属、およびクコ属などを含む。好ましい属は、ペチュニア
属、チョウセンアサガオ属、およびタバコ属であり、より好ましくは、ペチュニ
ア属である。ペチュニア属は、P.hybrida種、P.axillaris
種、P.inflata種、およびP.violacea種などを含む。好まし
い種は、P.hybrida種である。「植物」は、特に他で示さない限り、花
を有する植物体および植物体から得られる種子を意味する。
As used herein, the term “plant” includes both monocotyledonous and dicotyledonous plants. A preferred plant is a dicotyledonous plant. Dicotyledonous plants include both petal flower subclasses and joint flower subclasses. A preferred subclass is the joint flower subclass. The joint venture flower rope is
Includes Gentian eyes, Eggplant eyes, Perilla eyes, Abagoceae, Psyllium eyes, Oxaloptera eyes, Ganoderma eyes, Acne eyes, Tricholoma eyes, and Chrysanthemum eyes. Preferred eyes are eggplant eyes. The solanidae includes any of the solanaceae, sericidaceae, red-breasted, lanterns, and convolvulaceae. A preferred family is the solanaceous family. The solanaceae includes Petunia, Datura, Tobacco, Eggplant, Tomato, Pepper, Physalis, and Culicidae. Preferred genera are Petunia, Datura, and Tobacco, more preferably Petunia. Petunia is P. hybrida sp. axillaris
Species, P. inflata species, and including violacea species. Preferred species are P. pylori. It is a hybrida species. “Plant” means a plant having a flower and a seed obtained from the plant unless otherwise indicated.

「植物細胞」の例としては、花、葉、および根などの植物器官における各組織
の細胞、カルスならびに懸濁培養細胞が挙げられる。
Examples of “plant cells” include cells of each tissue, callus, and suspension culture cells in plant organs such as flowers, leaves, and roots.

植物細胞への植物発現ベクターの導入には、当業者に周知の方法、例えば、ア
グロバクテリウムを介する方法、および直接細胞に導入する方法が用いられ得る
。アグロバクテリウムを介する方法としては、例えば、Nagelらの方法(F
EMS Microbiol.Lett.,67:325(1990))が用い
られ得る。この方法は、まず、植物発現ベクターで(例えば、エレクトロポレー
ションによって)アグロバクテリウムを形質転換し、次いで、形質転換されたア
グロバクテリウムをリーフディスク法などの周知の方法により植物細胞に導入す
る方法である。植物発現ベクターを直接細胞に導入する方法としては、エレクト
ロポレーション法、パーティクルガン、リン酸カルシウム法、およびポリエチレ
ングリコール法などがある。これらの方法は、当該分野において周知であり、形
質転換する植物に適した方法が、当業者により適宜選択され得る。
For introduction of a plant expression vector into a plant cell, methods well known to those skilled in the art, for example, an Agrobacterium-mediated method and a method of direct introduction into a cell can be used. As a method involving Agrobacterium, for example, the method of Nagel et al. (F
EMS Microbiol. Lett. 67: 325 (1990)). In this method, Agrobacterium is first transformed with a plant expression vector (for example, by electroporation), and then transformed Agrobacterium is introduced into plant cells by a well-known method such as the leaf disk method. Is the method. Examples of methods for directly introducing a plant expression vector into cells include an electroporation method, a particle gun, a calcium phosphate method, and a polyethylene glycol method. These methods are well known in the art, and a method suitable for the plant to be transformed can be appropriately selected by those skilled in the art.

植物発現ベクターを導入された細胞は、例えば、カナマイシン耐性などの薬剤
耐性を基準として選択される。選択された細胞は、常法により植物体に再生され
得る。
A cell into which a plant expression vector has been introduced is selected based on drug resistance such as kanamycin resistance. The selected cells can be regenerated into a plant body by a conventional method.

再生した植物体において、導入した植物発現ベクターが機能的であることは、
当業者に周知の手法を用いて確認し得る。例えば、内因性遺伝子の発現の抑制を
目的とする場合、この確認は、ノーザンブロット解析を用いた転写レベルの測定
によって行い得る。このようにして、内因性の転写因子の発現が抑制された所望
とする形質転換植物体を選択することができる。組織特異的プロモーターを用い
た異種遺伝子の発現を目的とする場合も、異種遺伝子の発現の確認は、通常、対
象組織から抽出されたRNAを試料とするノーザンブロット解析を用いて行い得
る。この解析法の手順は当業者に周知である。
In the regenerated plant body, the introduced plant expression vector is functional.
This can be confirmed using techniques well known to those skilled in the art. For example, when the purpose is to suppress the expression of an endogenous gene, this confirmation can be performed by measuring a transcription level using Northern blot analysis. In this manner, a desired transformed plant body in which the expression of an endogenous transcription factor is suppressed can be selected. Even when the purpose is to express a heterologous gene using a tissue-specific promoter, the expression of the heterologous gene can usually be confirmed using Northern blot analysis using RNA extracted from the target tissue as a sample. The procedure of this analysis method is well known to those skilled in the art.

本発明の方法に従って内因性の転写因子の発現が抑制され、花粉の稔性が低下
したことは、例えば、転写因子をコードするDNAを含む発現ベクターで形質転
換して得られた植物の花粉の形態を、必要に応じて組識化学的染色を行ったうえ
、顕微鏡観察することで確認できる。
The expression of the endogenous transcription factor is suppressed according to the method of the present invention, and the fertility of the pollen is reduced. For example, the pollen of the plant obtained by transforming with an expression vector containing DNA encoding the transcription factor is used. The morphology can be confirmed by microscopic observation after performing tissue chemical staining as necessary.

また、本発明の方法に従ってプロモーターがタペート層に特異的に発現された
ことは、例えば、プロモータとGUS遺伝子とが作動可能に連結された発現ベク
ターで形質転換して得られた植物における、葯を含む花の組織でのGUS活性の
分布を、常法により組識化学的染色を行うことで確認できる。
In addition, the specific expression of the promoter in the tapetum layer according to the method of the present invention means that, for example, in the plant obtained by transformation with an expression vector in which a promoter and a GUS gene are operably linked, The distribution of GUS activity in the included flower tissue can be confirmed by tissue chemical staining according to a conventional method.

以下に、実施例に基づいて本発明を説明する。本発明の範囲は、実施例のみに
限定されるものではない。実施例で使用される制限酵素、プラスミドなどは、商
業的な供給源から入手可能である。
(実施例1:ZPT3−2をコードするポリヌクレオチドを含む植物発現ベクタ
ーの構築)
以前に報告した葯特異的ZF遺伝子(Kobayashiら、前出)のうち、
PEThyZPT3−2(ZPT3−2)のcDNAを、カリフラワーモザイク
ウイルスの35Sプロモーターの下流につないで、植物発現ベクターを作成した
Hereinafter, the present invention will be described based on examples. The scope of the present invention is not limited to only the examples. Restriction enzymes, plasmids, etc. used in the examples are available from commercial sources.
(Example 1: Construction of a plant expression vector containing a polynucleotide encoding ZPT3-2)
Among previously reported sputum-specific ZF genes (Kobayashi et al., Supra),
PEThyZPT3-2 (ZPT3-2) cDNA was connected downstream of the 35S promoter of cauliflower mosaic virus to prepare a plant expression vector.

具体的には、プラスミドpBI221(CLONTECH Laborato
ries Inc.から購入)中のカリフラワーモザイクウイルス35Sプロモ
ーターを含むDNA断片(HindIII−XbaI断片)およびNOSターミ
ネーターを含むDNA断片(SacI−EcoRI断片)を順次プラスミドpU
CAP(van Engelen,F.A.ら、Transgenic Res
.,4:288,1995)のマルチクローニングサイトに挿入し、pUCAP
35Sを作製した。一方、ZPT3−2のcDNAを含むpBluescrip
t ベクターをKpnIサイトおよびSacIサイト(いずれもベクター中のサ
イト)で切断し、上記pUCAP35SのKpnIおよびSacIサイトの間に
挿入した。さらにこの組み換えプラスミドをEcoRIおよびHindIIIで
切断し、ZPT3−2をコードするDNA断片をバイナリーベクターpBINP
LUS(van Engelen,F.A.ら、前出)のEcoRIおよびHi
ndIIIサイトに導入した。構築されたZPT3−2遺伝子は、図2から明ら
かなように、カリフラワーモザイクウイルス(CaMV)の35Sプロモーター
領域(P35S;0.9kb)、本発明におけるZPT3−2をコードするポリ
ヌクレオチド(ZPT3−2;約1.9kb)、およびノパリン合成酵素のター
ミネーター領域(Tnos;0.3kb)から構成されている。図2中のPno
sは、ノパリン合成酵素のプロモーター領域、NPTIIは、ネオマイシンホス
ホトランスフェラーゼII遺伝子を示す。
(実施例2:ZPT3−2プロモーター領域の単離およびGUSレポーター遺伝
子との連結)
ZPT3−2のcDNAをプローブにして、ペチュニアのゲノムDNAライブ
ラリーから、対応するゲノミック・クローンを単離し、転写開始点上流のDNA
断片(プロモーター領域;約2.0kb)をサブクローニングした。このDNA
断片をGUSレポーター遺伝子の上流につないでバイナリー・ベクターにクロー
ニングした。
Specifically, the plasmid pBI221 (CLONTECH Laborato
ries Inc. The DNA fragment containing the cauliflower mosaic virus 35S promoter (HindIII-XbaI fragment) and the DNA fragment containing the NOS terminator (SacI-EcoRI fragment) in sequence from plasmid pU
CAP (van Engelen, FA, et al., Transgenic Res
. , 4: 288, 1995) and inserted into the pUCAP.
35S was produced. On the other hand, pBluescript containing ZPT3-2 cDNA
The t vector was cleaved at the KpnI site and the SacI site (both sites in the vector) and inserted between the KpnI and SacI sites of the above pUCAP35S. The recombinant plasmid was further digested with EcoRI and HindIII, and a DNA fragment encoding ZPT3-2 was converted into a binary vector pBINP
EcoRI and Hi of LUS (van Engelen, FA et al., Supra)
It introduced into the ndIII site. As is clear from FIG. 2, the constructed ZPT3-2 gene is a 35S promoter region (P35S; 0.9 kb) of cauliflower mosaic virus (CaMV), a polynucleotide encoding ZPT3-2 in the present invention (ZPT3-2). About 1.9 kb), and the terminator region of nopaline synthase (Tnos; 0.3 kb). Pno in Figure 2
s represents the promoter region of nopaline synthase, and NPTII represents the neomycin phosphotransferase II gene.
(Example 2: Isolation of ZPT3-2 promoter region and ligation with GUS reporter gene)
Using the ZPT3-2 cDNA as a probe, the corresponding genomic clone was isolated from the Petunia genomic DNA library, and the DNA upstream of the transcription start site
The fragment (promoter region; about 2.0 kb) was subcloned. This DNA
The fragment was linked upstream of the GUS reporter gene and cloned into a binary vector.

具体的には、ZPT3−2のcDNAを、通常のランダムプライム法(Sam
brookら、前出)を用いて[α32P]dCTPで標識して放射性標識プロ
ーブを作製し、これを用いてEMBL3ベクター(Stratagene製)中
に作製したペチュニア(Petunia hybrida var. Mitc
hell)のゲノミックライブラリーをスクリーニングした。得られたクローン
から遺伝子上流領域を含む約2.0kbのゲノムDNA断片をpBluescr
iptSKベクターのEcoRIサイトにサブクローニングし(pBS−ZPT
3−2−E)、塩基配列を決定した(図3)。次に、ZPT3−2遺伝子上流配
列中のBglIIサイト(塩基番号2006)にSalI認識配列を含むリンカ
ーDNAを挿入し、SalIサイトを導入した(塩基番号2016)。そして、
EcoRIおよびSalIで切断して得られたDNA断片をpUCAPGUSN
TのGUSコード領域の上流に挿入した(pUCAP−ZPT3−2−GUSN
T)。これによってZPT3−2遺伝子コード領域のN末端近傍の領域でin
frameでGUSコード領域と接続された。さらにpUCAP−ZPT3−2
−GUSNTをEcoRIおよびHindIIIで切断して得られるDNA断片
(ZPT3−2プロモーター、GUSコード領域およびNOSターミネーターを
含む)をpBINPLUSベクターに挿入し、pBIN−ZPT3−2−GUS
を得た(図4)。
(実施例3:各融合遺伝子のペチュニア細胞への導入)
上記の各発現ベクターを、以下の手順で、アグロバクテリウムを介して、ペチ
ュニア(Petunia hybrida var. Mitchell)に導
入した。
Specifically, the cDNA of ZPT3-2 was synthesized by the usual random prime method (Sam
Brook et al., supra) was used to produce a radiolabeled probe by labeling with [α32P] dCTP, which was used to make a petunia (Petunia hybrida var. Mitc) produced in the EMBL3 vector (Stratagene).
hell) genomic library was screened. About 2.0 kb genomic DNA fragment containing the upstream region of the gene was obtained from the obtained clone.
Subcloning into the EcoRI site of the iptSK vector (pBS-ZPT
3-2-E), the base sequence was determined (FIG. 3). Next, a linker DNA containing a SalI recognition sequence was inserted into the BglII site (base number 2006) in the upstream sequence of the ZPT3-2 gene to introduce the SalI site (base number 2016). And
The DNA fragment obtained by digestion with EcoRI and SalI was pUCCAPGUSN.
Inserted upstream of the GUS coding region of T (pUCAP-ZPT3-2-GUSN
T). As a result, in the region near the N-terminus of the ZPT3-2 gene coding region,
The frame is connected to the GUS code area. Furthermore, pUCAP-ZPT3-2
-A DNA fragment (including ZPT3-2 promoter, GUS coding region and NOS terminator) obtained by cutting GUSNT with EcoRI and HindIII was inserted into the pBINPLUS vector, and pBIN-ZPT3-2-GUS
Was obtained (FIG. 4).
(Example 3: Introduction of each fusion gene into petunia cells)
Each of the above expression vectors was introduced into Petunia (Petunia hybrida var. Mitchell) via Agrobacterium according to the following procedure.

(1)アグロバクテリウム・チュメファシエンスLBA4404株(CLON
TECH Laboratories Inc.から購入)を250mg/ml
のストレプトマイシンと50mg/mlのリファンピシンを含むL培地中、28
℃で培養した。Nagelら(前出)の方法に従って、細胞懸濁液を調製し、実
施例1および2で構築したプラスミドベクターをエレクトロポレーションにより
、上記菌株に導入した。
(1) Agrobacterium tumefaciens LBA4404 strain (CLON
TECH Laboratories Inc. Purchased from 250mg / ml)
In L medium containing 1 mg streptomycin and 50 mg / ml rifampicin,
Incubated at 0 ° C. A cell suspension was prepared according to the method of Nagel et al. (Supra), and the plasmid vector constructed in Examples 1 and 2 was introduced into the strain by electroporation.

(2)各融合遺伝子をコードするポリヌクレオチドを、以下の方法によって、
ペチュニア細胞へ導入した:上記(1)で得られたアグロバクテリウム・チュメ
ファシエンスLBA4404株をYEB培地(DNA Cloning 第2巻
、78頁、Glover D.M.編、IRL Press、1985)で振と
う培養(28℃、200rpm)した。得られた培養液を、滅菌水で20倍に希
釈し、ペチュニア(Petunia hybrida var. Mitche
ll)の葉片と共存培養した。2〜3日後、抗生物質を含む培地で上記細菌を除
去し、2週間ごとに選択培地で継代し、上記2種類の融合遺伝子と共に導入され
た、pBINPLUS由来のNPTII遺伝子の発現によるカナマイシン抵抗性
の有無に基づいて、形質転換されたペチュニア細胞を選抜した。選抜した細胞を
、常法によりカルスを誘導した後、植物体に再分化した(Jorgensen
R.A.ら,Plant Mol. Biol.,31:957,1996)。
(実施例4:ZPT3−2遺伝子を導入した形質転換ペチュニアの表現型)
実施例1のベクターを導入して得られた形質転換体を用い、ZPT3−2の発
現量の測定と花粉の形態の観察とを行うことによって、ZPT3−2のcDNA
導入による植物への作用と効果とを検討した。
(2) A polynucleotide encoding each fusion gene is obtained by the following method.
Introduced into petunia cells: Agrobacterium tumefaciens LBA4404 strain obtained in (1) above was transferred to YEB medium (DNA Cloning Vol. 2, p. 78, Glover DM, IRL Press, 1985). Shake culture (28 ° C., 200 rpm) was performed. The obtained culture broth was diluted 20-fold with sterilized water, and petunia (Petania hybrida var. Mitche).
ll) co-cultured with leaf pieces. Two to three days later, the bacteria were removed with a medium containing antibiotics, subcultured with a selective medium every two weeks, and introduced with the two types of fusion genes, and kanamycin resistance by expression of the NPTII gene derived from pBINPLUS Transformed petunia cells were selected based on the presence or absence of. The selected cells were induced to callus by a conventional method and then re-differentiated into a plant body (Jorgensen).
R. A. Et al., Plant Mol. Biol. , 31: 957, 1996).
(Example 4: Phenotype of transformed petunia introduced with ZPT3-2 gene)
By using the transformant obtained by introducing the vector of Example 1 and measuring the expression level of ZPT3-2 and observing the form of pollen, the cDNA of ZPT3-2 was obtained.
The effects and effects on the plant by introduction were examined.

具体的には、ZPT3−2のcDNAを35Sプロモーターの制御下に導入し
た形質転換体(15個体)から、ノーザンブロット解析によって、コサプレッシ
ョンによる遺伝子発現の抑制が起こった個体(4個体)を選抜した。ノーザンブ
ロット解析の条件は、次の通り:7%SDS、50%ホルムアミド、5xSSC
、2%ブロッキング試薬(Boehringer Mannheim製)、50
mMリン酸ナトリウム・バッファー(pH7.0)、0.1%ラウリルサルコシ
ン・ナトリウム、50μg/ml酵母tRNA、および32P標識プローブDNA
(1x107cpm)を含む溶液中で、68℃で16時間ハイブリダイズさせた
後、2xSSC/0.1%SDSで68℃、30分間の洗浄。
Specifically, individuals (4 individuals) in which suppression of gene expression due to co-suppression occurred were selected from transformants (15 individuals) into which ZPT3-2 cDNA was introduced under the control of the 35S promoter by Northern blot analysis. did. The conditions for Northern blot analysis are as follows: 7% SDS, 50% formamide, 5 × SSC
2% blocking reagent (Boehringer Mannheim), 50
mM sodium phosphate buffer (pH 7.0), 0.1% sodium lauryl sarcosine, 50 μg / ml yeast tRNA, and 32 P-labeled probe DNA
Hybridization in a solution containing (1 × 10 7 cpm) at 68 ° C. for 16 hours, followed by washing with 2 × SSC / 0.1% SDS at 68 ° C. for 30 minutes.

上記のコサプレッション形質転換体4個体において、約90%の花粉細胞が、
成熟する前に死滅することが観察された。常法によるフラボノール染色の結果、
これらの形質転換体において破裂した細胞には、花粉細胞表面のエキシン層に含
まれるはずのフラボノールがほとんど検出されなった(図5;形質転換植物の花
粉を示す写真において、青白く見える不規則な形状の粒子が、破裂した細胞であ
る)。
In four cosuppression transformants, about 90% of pollen cells
It was observed to die before maturation. As a result of flavonol staining by a conventional method,
In the ruptured cells of these transformants, almost no flavonols that should have been contained in the exin layer on the pollen cell surface were detected (FIG. 5; irregular shape that appears pale in the photograph showing the pollen of the transformed plant). Particles are ruptured cells).

上記観察結果から、遺伝子発現の抑制が起こった形質転換体の花粉細胞では、
エキシン層の蓄積の異常による細胞壁の発達不全のため、浸透圧に耐えられない
細胞が破裂したものと推測される。四分子期までの花粉細胞の発達には正常植物
との間に違いが認められない。花粉に異常が表れる時期は、エキシン層が蓄積す
る時期およびZPT3−2遺伝子が本来発現する時期とよく符合しており、上記
の作用機作を支持している。遺伝子発現の抑制が起こった形質転換体において、
花粉以外の形質には変化が認められなかった。なお、ZPT3−2遺伝子を過剰
に発現する個体では、花粉および他の形質のいずれについても変化は認められな
かった。
From the above observation results, in the pollen cells of the transformant in which the suppression of gene expression occurred,
It is presumed that cells that cannot tolerate osmotic pressure have ruptured due to the failure of cell wall development due to abnormal accumulation of the exin layer. There is no difference in the development of pollen cells up to the quadruple phase from normal plants. The time when the anomaly appears in the pollen coincides well with the time when the exin layer accumulates and the time when the ZPT3-2 gene is originally expressed, and supports the above mechanism of action. In a transformant in which gene expression was suppressed,
No changes were observed in traits other than pollen. In the individuals overexpressing the ZPT3-2 gene, no change was observed in either pollen or other traits.

以上のように、ZPT3−2をコードする遺伝子の導入によって、高い効率で
花粉の発達を阻害し、稔性を喪失させることができる。この効率は、遺伝子導入
の際に用いるプロモーターを最適化することで、さらに高めることが可能である
。例えば、実施例1のベクターに用いた単一のCaMV35Sプロモーターに代
えて、CaMV35Sプロモーターを2個直列につないで活性を高めたもの(い
わゆる、E2プロモーター)などが利用可能である。また、ZPT3−2遺伝子
の導入は、その効果が花粉に特異的であり、植物の他の形質には影響を与えない
点で、選択的な形質改変技術として有用であり得る。
(実施例5:ZPT3−2プロモーター活性の組織特異性)
実施例2のベクターを導入して得られた形質転換体を用い、GUS活性による
組織化学的染色を行うことによって、上記DNA断片が有する組織特異的プロモ
ーター活性を検出した。
As described above, by introducing a gene encoding ZPT3-2, the development of pollen can be inhibited with high efficiency, and fertility can be lost. This efficiency can be further increased by optimizing the promoter used for gene transfer. For example, instead of the single CaMV35S promoter used in the vector of Example 1, two CaMV35S promoters connected in series to enhance the activity (so-called E2 promoter) can be used. The introduction of the ZPT3-2 gene can be useful as a selective trait modification technique in that the effect is specific to pollen and does not affect other traits of the plant.
(Example 5: Tissue specificity of ZPT3-2 promoter activity)
Using the transformant obtained by introducing the vector of Example 2, tissue-specific promoter activity of the DNA fragment was detected by performing histochemical staining with GUS activity.

具体的には、ZPT3−2遺伝子の上流領域とGUSとの融合遺伝子を導入し
て得られた形質転換体の花を用い、X−GUSを基質にしてGUS活性の分布を
調べた(Gallagher,S.R.編、GUS protocols:us
ing the GUS gene as a reporter of ge
ne expressin、Academic Press,Inc.,pp.
103−114,1992)。その結果、GUS活性は葯のタペート層に特異的
に検出された(図6)。発現の時期は一過的で、活性のピークは、花粉細胞にお
ける減数分裂直後の四分子期にほぼ相当した。従って、ZPT3−2遺伝子のプ
ロモーターは、葯のタペート層に特異的な活性を示すことがわかった。
Specifically, the distribution of GUS activity was examined using X-GUS as a substrate using a flower of a transformant obtained by introducing a fusion gene between the upstream region of the ZPT3-2 gene and GUS (Gallagher, S.R., GUS protocols: us
ing the GUS gene as a reporter of ge
ne expressin, Academic Press, Inc. , Pp.
103-114, 1992). As a result, GUS activity was detected specifically in the tapet layer of cocoon (FIG. 6). The time of expression was transient, and the peak of activity almost corresponded to the tetramolecular phase immediately after meiosis in pollen cells. Therefore, it was found that the promoter of the ZPT3-2 gene exhibits a specific activity in the cocoon tapetum layer.

以上のように、ZPT3−2遺伝子のプロモーターは、四分子期前後のタペー
ト層に特異的な活性を示す。タペート層は、上述のように、花粉の発達に必須の
役割を果たす組織である。従って、このプロモーターは、花粉の発達に関連する
詳細な研究のためのツールとして有用である。さらに、このプロモーターまたは
その活性断片を用いて、細胞毒性のある遺伝子などを特異的に発現させ、タペー
ト層の組織を破壊しまたは機能を失わせることによって、花粉の発達を阻害し得
る。
As described above, the promoter of the ZPT3-2 gene exhibits an activity specific to the tapetum layer around the tetramolecular phase. As described above, the tapetum layer is a tissue that plays an essential role in the development of pollen. This promoter is therefore useful as a tool for detailed studies related to pollen development. Furthermore, using this promoter or an active fragment thereof, pollen development can be inhibited by specifically expressing a cytotoxic gene or the like and destroying the tissue of the tapetum layer or losing its function.

ZPT3−2をコードする遺伝子(本明細書中、単に「ZPT3−2遺伝子」ともいう)のcDNA配列、および対応するアミノ酸配列を示す図である。3つのジンクフィンガーモチーフ、およびDLNL配列(アミノ酸411位〜425位)を下線で示す。It is a figure which shows the cDNA sequence of the gene which codes ZPT3-2 (it is only called "ZPT3-2 gene" in this specification), and a corresponding amino acid sequence. Three zinc finger motifs and the DLNL sequence (amino acids 411-425) are underlined. 図1Aの続きである。It is a continuation of FIG. 1A. 図1Bの続きである。It is a continuation of FIG. 1B. 図1Cの続きである。It is a continuation of FIG. 1C. ZPT3−2 cDNA配列を発現するための植物発現ベクター(pBIN−35S−ZPT3−2)の構成を示す概略図である。It is the schematic which shows the structure of the plant expression vector (pBIN-35S-ZPT3-2) for expressing a ZPT3-2 cDNA sequence. ZPT3−2遺伝子のコード領域の上流配列を示す図である。転写開始点(1721位)を太矢印で、翻訳開始コドン(ATG)を下線太字で示す。It is a figure which shows the upstream sequence of the coding region of ZPT3-2 gene. The transcription start point (position 1721) is indicated by a bold arrow, and the translation start codon (ATG) is indicated by underlined bold. ZPT3−2遺伝子のプロモーターを解析するための植物発現ベクター(pBIN−ZPT3−2−GUS)の構成を示す概略図である。It is the schematic which shows the structure of the plant expression vector (pBIN-ZPT3-2-GUS) for analyzing the promoter of ZPT3-2 gene. 野生型のペチュニアの花粉と、pBIN−35S−ZPT3−2を導入したペチュニアの花粉とを撮影した、生物の形態を示す写真である(倍率は240倍)。花粉はいずれもフラボノール染色した。図5(a)〜(d)は、野生型ペチュニアのつぼみの異なる成長段階における花粉を、図5(e)〜(h)は、形質転換ペチュニアのつぼみの異なる成長段階における花粉を、それぞれを示す。図5(a)および(e)は、つぼみのサイズ5mmでの花粉、図5(b)および(f)は、つぼみのサイズ35mmでの花粉、図5(c)および(g)は、つぼみのサイズ50mmでの花粉、そして図5(d)および(h)は、成熟期の花粉である。It is the photograph which shows the form of the living body which image | photographed the pollen of wild-type petunia and the pollen of petunia which introduce | transduced pBIN-35S-ZPT3-2 (magnification is 240 times). All pollen was flavonol stained. FIGS. 5 (a) to (d) show pollen at different growth stages of wild type petunia buds, and FIGS. 5 (e) to (h) show pollen at different growth stages of transformed petunia buds. Show. 5 (a) and (e) are pollen with a bud size of 5 mm, FIGS. 5 (b) and (f) are pollen with a bud size of 35 mm, and FIGS. 5 (c) and (g) are buds. Pollen at a size of 50 mm and FIGS. 5 (d) and (h) are pollen at the mature stage. pBIN−ZPT3−2−GUSを導入したペチュニアのGUS染色した花の器官を撮影した、生物の形態を示す写真である。葯が四分子期にある花(つぼみ)を、撮影対象とした。図6(a)は、倍率2.5倍での、つぼみの外観を、図6(b)は、葯の低倍率(60倍)での断面図を、図6(c)は、葯のタペート層周辺の高倍率(280倍)での断面図を、それぞれ示す。It is the photograph which shows the form of the living body which image | photographed the organ of the flower which GUS dye | stained the petunia which introduce | transduced pBIN-ZPT3-2-GUS. A flower (bud) in which the bud is in the tetramolecular period was taken as a subject of photography. FIG. 6A shows the appearance of the bud at a magnification of 2.5 times, FIG. 6B shows a cross-sectional view of the heel at a low magnification (60 times), and FIG. Sectional views at a high magnification (280 times) around the tapet layer are shown.

Claims (1)

雄性不稔性の植物を作出する方法であって:
(i)配列番号1によって示される塩基配列の第1位から第1886位までの
配列からなるDNA、(ii)(i)の塩基配列からなるDNAとストリンジェ
ントな条件下でハイブリダイズし、花粉の発達を制御する転写因子をコードする
DNA、または(iii)(i)もしくは(ii)の断片であるDNAのいずれ
かである核酸と、該核酸に作動可能に連結されたプロモーターとを含む、植物発
現カセットを提供する工程、
花粉の発達を制御する内因性の転写因子を有する植物の細胞を提供する工程で
あって、ここで、該内因性の転写因子をコードする遺伝子は、該核酸とストリン
ジェントな条件下でハイブリダイズする、工程、
該発現カセットを該植物細胞に導入する工程、
該発現カセットが導入された植物細胞を植物体に再生する工程、および
該再生された植物体であって、該核酸が発現されることによって、該内因性の
転写因子の発現が抑制された植物体を選択する工程、
を包含する、方法。
A method of creating a male sterile plant:
(I) DNA consisting of the sequence from position 1 to position 1886 of the base sequence represented by SEQ ID NO: 1, (ii) hybridizing with DNA consisting of the base sequence of (i) under stringent conditions, and pollen A nucleic acid that is either a DNA encoding a transcription factor that controls the development of DNA, or a DNA that is a fragment of (iii) (i) or (ii), and a promoter operably linked to the nucleic acid, Providing a plant expression cassette;
Providing a plant cell having an endogenous transcription factor that controls pollen development, wherein the gene encoding the endogenous transcription factor hybridizes under stringent conditions with the nucleic acid. The process,
Introducing the expression cassette into the plant cell;
A step of regenerating a plant cell into which the expression cassette has been introduced into a plant, and the regenerated plant, wherein the expression of the endogenous transcription factor is suppressed by the expression of the nucleic acid. Selecting a body,
Including the method.
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