JP2006204209A - Gene (ycf1) encoding yeast cadmium factor 1 or plant transformed by its modified gene, and method for sanitizing cadmium-contaminated soil by using the plant - Google Patents

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Kenichi Horiuchi
健一 堀内
Kazufumi Yazaki
一史 矢崎
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Nitta Corp
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a plant with high tolerance to cadmium than a wild type, and to provide a method for sanitizing cadmium-contaminated soil by using the plant. <P>SOLUTION: The invention relates to the plant with a high tolerance to cadmium transformed with a polynucleotide selected from (I) a polynucleotide having a base sequence described in Sequence No 1 and (II) a polynucleotide which hybridizes in a stringent condition with a polynucleotide having a specific base sequence originated from yeasts, and encoding a protein having an activity of yeast cadmium factor 1 (YCF1). The invention relates to the method for sanitizing soil by removing cadmium from the cadmium contaminated soil comprising a process (1) culturing the plant in the cadmium contaminated soil, and a process (2) recovering whole or a part of the plant cultured in the process (1). <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、主に、酵母カドミウムファクター1をコードするポリヌクレオチド(Ycf1)又はその改変遺伝子で形質転換された植物、及び、該植物を用いたカドミウム汚染土壌の浄化方法に関する。   The present invention mainly relates to a plant transformed with a polynucleotide (Ycf1) encoding yeast cadmium factor 1 or a modified gene thereof, and a method for purifying cadmium-contaminated soil using the plant.

重金属化合物をはじめとする有害物質による生物圏の汚染が深刻な問題となっている。そこで、土壌や水環境に蓄積した重金属化合物を効率的且つ経済的に除去する方法が求められている。   Contamination of the biosphere with hazardous substances such as heavy metal compounds is a serious problem. Therefore, a method for efficiently and economically removing heavy metal compounds accumulated in the soil and water environment is required.

この問題に対する解決方法として、微生物を利用して浄化する方法(バイオリメディエーション)が知られているが、微生物は個体が小さく回収が難しいという問題点がある。   As a solution to this problem, there is known a method (bioremediation) for purification using microorganisms. However, microorganisms are small and difficult to recover.

1995年、金属を蓄積する植物を利用して浄化する方法(ファイトリメディエーション(phytoremediation))がSaltらによって提案された。バイオリメディエーションの実用化が進んでいる米国では、ファイトリメディエーションの市場が既に存在し、1999年の推定市場規模は3000〜4900万ドルとなっている(非特許文献1)。   In 1995, Salt et al. Proposed a method of purification using phytoremediation using plants that accumulate metal. In the United States where bioremediation is in practical use, the market for phytomediation already exists, and the estimated market size in 1999 is $ 30 to $ 49 million (Non-Patent Document 1).

一方、ATP駆動型の輸送体タンパク質としてABCスーパーファミリーが知られており、ABCスーパーファミリーの代表的な分子種としてはYCF1、MDR1、MRP1、CFTR、cMOAT、SUR、ABCR、ABC1が挙げられる。近年、ヒト由来のMRP1が植物細胞内で機能することにより、該植物にカドミウム耐性活性を付与するとの報告がなされた(特許文献1)。しかしながら、形質転換に用いる外来遺伝子として、ヒト由来の遺伝子よりも、酵母、植物、藻類又は細菌類由来の遺伝子を使用する方がより実用的であると考えられる。そこで、酵母、植物、藻類又は細菌類由来の遺伝子を用いて形質転換された重金属耐性植物が求められている。
特願2002−15510 日経バイオビジネス2001年9月号
On the other hand, the ABC superfamily is known as an ATP-driven transporter protein, and typical molecular species of the ABC superfamily include YCF1, MDR1, MRP1, CFTR, cMOAT, SUR, ABCR, and ABC1. In recent years, it has been reported that human-derived MRP1 functions in plant cells to impart cadmium resistance activity to the plant (Patent Document 1). However, it is considered more practical to use a gene derived from yeast, plant, algae or bacteria as a foreign gene used for transformation than a gene derived from human. Thus, there is a need for heavy metal resistant plants transformed with genes derived from yeast, plants, algae or bacteria.
Japanese Patent Application 2002-15510 Nikkei Biobusiness September 2001 issue

本発明は、野生型よりも高いカドミウム耐性を有する植物を提供することを主な課題とする。本発明は、更に、該植物を用いて汚染土壌を浄化する方法を提供することを課題とする。   This invention makes it a main subject to provide the plant which has higher cadmium tolerance than a wild type. Another object of the present invention is to provide a method for purifying contaminated soil using the plant.

本発明者らは、鋭意研究の結果、酵母由来のカドミウムファクター1(YCF1)の全長cDNAを用いてタバコ(Nicotiana tabacum cv. Samsun NN)を形質転換したところ、該形質転換タバコがカドミウムに対する耐性を有することを見出し、本発明を完成するに至った。   As a result of intensive studies, the present inventors transformed tobacco (Nicotiana tabacum cv. Samsun NN) using the full-length cDNA of yeast-derived cadmium factor 1 (YCF1), and the transformed tobacco was resistant to cadmium. As a result, the present invention has been completed.

本発明は、主に、以下の事項に関する。
〔項1〕
(I) 配列番号1に記載の塩基配列を有するポリヌクレオチド、並びに、
(II) 配列番号1に記載の塩基配列を有するポリヌクレオチドとストリンジェントな条件下でハイブリダイズするポリヌクレオチドであって、酵母カドミウムファクター1(YCF1)活性を有するタンパク質をコードするポリヌクレオチド、
から選択される少なくとも1種のポリヌクレオチドで形質転換された、カドミウム耐性植物。
〔項2〕
(i) 配列番号2に記載のアミノ酸配列を有するポリペプチド、並びに、
(ii) 配列番号2に記載のアミノ酸配列において1又は2以上のアミノ酸が欠失、付加又は置換されているアミノ酸配列を有するポリペプチドであって、酵母カドミウムファクター1(YCF1)活性を有するポリペプチド、
から選択される少なくとも1種のポリペプチドを発現し得る、カドミウム耐性植物。
〔項3〕
植物がナス科、アブラナ科、アオイ科、アカザ科、マメ科、ヒユ科、キク科、イネ科、ヤナギ科、モクレン科、ツゲ科、ミカン科又はユキノシタ科に属する植物である、請求項1又は2に記載の植物。
〔項4〕
(1) 請求項1〜3のいずれかに記載の植物をカドミウム汚染土壌で栽培する工程、及び、
(2) 工程(1)で栽培した植物の全体又は一部を回収する工程、
を包含する、カドミウム汚染土壌からカドミウムを除去する土壌の浄化方法。
The present invention mainly relates to the following matters.
[Item 1]
(I) a polynucleotide having the base sequence set forth in SEQ ID NO: 1, and
(II) a polynucleotide that hybridizes with the polynucleotide having the base sequence of SEQ ID NO: 1 under stringent conditions, and that encodes a protein having yeast cadmium factor 1 (YCF1) activity;
A cadmium-tolerant plant transformed with at least one polynucleotide selected from
[Item 2]
(i) a polypeptide having the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 2, and
(ii) A polypeptide having an amino acid sequence in which one or more amino acids are deleted, added or substituted in the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2, and having a yeast cadmium factor 1 (YCF1) activity ,
A cadmium-tolerant plant capable of expressing at least one polypeptide selected from
[Item 3]
Or 2. The plant according to 2.
[Item 4]
(1) a step of cultivating the plant according to any one of claims 1 to 3 in cadmium-contaminated soil; and
(2) A step of collecting all or part of the plant cultivated in step (1),
A soil remediation method for removing cadmium from cadmium-contaminated soil.

以下、本発明をより詳細に説明する。   Hereinafter, the present invention will be described in more detail.

本発明のカドミウム耐性植物は、基本的に、酵母由来のカドミウムファクター1(YCF1)又はその改変タンパク質をコードするポリヌクレオチドで植物を形質転換することにより得られる。   The cadmium-tolerant plant of the present invention is basically obtained by transforming a plant with a polynucleotide encoding cadmium factor 1 (YCF1) derived from yeast or a modified protein thereof.

本発明で使用されるYCF1又はその改変タンパク質をコードするポリヌクレオチドとは、
(I) 配列番号1に記載の塩基配列を有するポリヌクレオチド、並びに、
(II) 配列番号1に記載の塩基配列を有するポリヌクレオチドとストリンジェントな条件下でハイブリダイズするポリヌクレオチドであって、酵母カドミウムファクター1(YCF1)活性を有するタンパク質をコードするポリヌクレオチド、
から選択される少なくとも1種のポリヌクレオチドである。
The polynucleotide encoding YCF1 or a modified protein thereof used in the present invention is:
(I) a polynucleotide having the base sequence set forth in SEQ ID NO: 1, and
(II) a polynucleotide that hybridizes with the polynucleotide having the base sequence of SEQ ID NO: 1 under stringent conditions, and that encodes a protein having yeast cadmium factor 1 (YCF1) activity;
At least one polynucleotide selected from.

ここで、本明細書において「ストリンジェントな条件下でハイブリダイズするポリヌクレオチド」とは、コロニー・ハイブリダイゼーション法、プラークハイブリダイゼーション法、あるいはサザンブロットハイブリダイゼーション法等を用いることにより得られるポリヌクレオチドを意味し、例えば、検出対象となるポリヌクレオチドを固定化した支持体に、プローブ(例えば、配列番号1の3171〜4017番目の塩基配列を有するポリヌクレオチド)を作用させ、0.7〜1.0MのNaCl存在下において42℃にて2時間プレハイブリダイゼーションを行った後、0.7〜1.0MのNaCl存在下において42℃にて12〜16時間ハイブリダイゼーションを行い、その後0.1〜2倍程度のSSC溶液(1倍濃度のSSC溶液の組成は、150mM塩化ナトリウム、15mMクエン酸ナトリウム)を用いて42℃でフィルターを洗浄することにより同定できるDNA等を挙げることができる。ハイブリダイゼーションは、Molecular Cloning: A laboratory Mannual, 2nd Ed.,(Cold Spring Harbor Laboratory, Cold Spring Harbor, NY.,1989)等に記載されている方法に準じて行うことができる。 As used herein, “polynucleotide hybridizing under stringent conditions” refers to a polynucleotide obtained by using a colony hybridization method, a plaque hybridization method, a Southern blot hybridization method, or the like. For example, a probe (for example, a polynucleotide having the 3171st to 4017th base sequences of SEQ ID NO: 1) is allowed to act on a support on which a polynucleotide to be detected is immobilized, and 0.7 to 1.0 M Pre-hybridization at 42 ° C. for 2 hours in the presence of NaCl, followed by hybridization at 42 ° C. for 12 to 16 hours in the presence of 0.7 to 1.0 M NaCl, followed by 0.1 to 2 About twice as much SSC solution (The composition of SSC solution of 1 times concentration is 150 mM salt. Sodium, it can be mentioned DNA or the like can be identified by washing the filter at 42 ° C. using a 15mM sodium citrate). Hybridization, Molecular Cloning:. A laboratory Mannual , 2 nd Ed, can be carried out according to the method described in such as (Cold Spring Harbor Laboratory, Cold Spring Harbor, NY, 1989.).

ストリンジェントな条件下でハイブリダイズするDNAとしては、例えば、プローブとして使用するDNAの塩基配列(例えば、配列番号1の3171〜4017番目の塩基配列)と一定以上の相同性を有するDNAが挙げられ、相同性は、例えば70%以上、好ましくは80%以上、より好ましくは90%以上、さらに好ましくは93%以上、特に好ましくは95%以上、最も好ましくは98%以上である。   Examples of DNA that hybridizes under stringent conditions include DNA having a certain degree of homology with the base sequence of DNA used as a probe (for example, the 3171 to 4017th base sequence of SEQ ID NO: 1). The homology is, for example, 70% or more, preferably 80% or more, more preferably 90% or more, further preferably 93% or more, particularly preferably 95% or more, and most preferably 98% or more.

YCF1又はその改変タンパク質をコードする上記(I)〜(II)のポリヌクレオチドは、常法により取得することができ、例えば、酵母から抽出したゲノムをテンプレートとして用い、当該ポリヌクレオチドを増幅し得るよう設計されたオリゴヌクレオチドをプライマーとして用い、PCR(Polymerase Chain Reaction)を行うことによって取得することができる。このとき、必要に応じて、常法により変異が導入されてもよい。   The above-mentioned polynucleotides (I) to (II) encoding YCF1 or a modified protein thereof can be obtained by a conventional method. For example, using the genome extracted from yeast as a template, the polynucleotide can be amplified. It can be obtained by performing PCR (Polymerase Chain Reaction) using the designed oligonucleotide as a primer. At this time, if necessary, mutation may be introduced by a conventional method.

取得された前記(I)〜(II)のポリヌクレオチドは、適当な遺伝子導入法により植物細胞へ導入される。このとき、前記(I)〜(II)のポリヌクレオチドは、通常、適当なベクターへ連結されて、植物細胞へ導入される。   The obtained polynucleotides (I) to (II) are introduced into plant cells by an appropriate gene introduction method. At this time, the polynucleotides (I) to (II) are usually linked to a suitable vector and introduced into plant cells.

本発明において使用されるベクターとしては、植物細胞において目的のタンパク質を発現し得るものであれば特に限定されないが、植物細胞において目的のオリゴヌクレオチドを含有する発現ベクターの自律複製が可能であるか又は目的のオリゴヌクレオチドを含有する発現カセットの染色体中への組み込みが可能であり、目的のポリヌクレオチドを転写できる位置にプロモーターを含有しているものが好適に使用される。本発明において使用されるベクターは、必要に応じて、選択マーカー(例えば、薬物耐性遺伝子、抗生物質耐性遺伝子、レポーター遺伝子)を含有する。   The vector used in the present invention is not particularly limited as long as it can express the target protein in plant cells, but is capable of autonomous replication of an expression vector containing the target oligonucleotide in plant cells or An expression cassette containing the target oligonucleotide can be incorporated into the chromosome, and a promoter containing a promoter at a position where the target polynucleotide can be transcribed is preferably used. The vector used in the present invention contains a selectable marker (for example, drug resistance gene, antibiotic resistance gene, reporter gene) as necessary.

本発明において使用されるベクターとしては、例えば、pBiEl2-GUS、pIG121-Hm、pBI121、pBiHyg-HSE、pB119、pBI101、pGV3850、pABH-Hm1等が挙げられるが、これらに限定されない。   Examples of the vector used in the present invention include, but are not limited to, pBiEl2-GUS, pIG121-Hm, pBI121, pBiHyg-HSE, pB119, pBI101, pGV3850, and pABH-Hm1.

本発明において使用されるプロモーターとしては、植物細胞において目的のポリヌクレオチドの転写を促すものであれば特に限定されないが、例えば、E12プロモーター、CaMV35Sプロモーター、Cabプロモーター、RuBisCoプロモーター、PR1プロモーター等を挙げることができる。   The promoter used in the present invention is not particularly limited as long as it promotes transcription of the target polynucleotide in plant cells, and examples thereof include E12 promoter, CaMV35S promoter, Cab promoter, RuBisCo promoter, PR1 promoter and the like. Can do.

前記(I)〜(II)のポリヌクレオチドを含有する発現カセットをベクターへ連結する方法としては、ライゲーション等の常法が用いられる。このとき前記(I)〜(II)のポリヌクレオチドを含有する発現カセットは、ベクターへ適当な配列(例えば、制限酵素認識部位等)を介して間接的に連結されてもよいし、直接的に連結されてもよい。また、転写終結配列は必ずしも必要ではないが、本発明のポリヌクレオチドを含む発現カセットの直下に配置されることが好ましい。   As a method for linking the expression cassette containing the polynucleotides (I) to (II) to a vector, a conventional method such as ligation is used. At this time, the expression cassette containing the polynucleotides (I) to (II) may be indirectly linked to the vector via an appropriate sequence (for example, a restriction enzyme recognition site) or directly. It may be connected. In addition, a transcription termination sequence is not necessarily required, but it is preferably arranged immediately below the expression cassette containing the polynucleotide of the present invention.

このようにして得られた前記(I)〜(II)のポリヌクレオチドを含有する発現ベクターを植物細胞へ遺伝子導入する方法としては、植物細胞にポリヌクレオチドを導入し得るあらゆる方法を用いることができ、例えば、アグロバクテリウム法、プロトプラスト法、パーティクルガン法、エレクトロポレーション法、酢酸リチウム法、カルシウムイオンを用いる方法等が挙げられ、好適にはアグロバクテリウム法、プロトプラスト法、パーティクルガン法である。   Any method capable of introducing a polynucleotide into a plant cell can be used as a method for introducing the expression vector containing the polynucleotide (I) to (II) thus obtained into a plant cell. For example, Agrobacterium method, protoplast method, particle gun method, electroporation method, lithium acetate method, method using calcium ion, etc. are preferable, preferably Agrobacterium method, protoplast method, particle gun method .

また、前述のように形質転換された植物細胞から所望の成長(又は生長)段階における植物体を得るにあたっては、使用する植物種に応じて通常用いられる方法を行えばよい。   Moreover, when obtaining the plant body in a desired growth (or growth) stage from the plant cell transformed as described above, a method usually used according to the plant species to be used may be performed.

例えば、プラントマスの大きいタバコを用いる場合、本発明の好ましい実施形態において、以下のような方法によりタバコ細胞を形質転換し、更に形質転換されたタバコ細胞から植物体を得ることができる:1/2Linsmaire-Skoog(1/2LS)培地で育てたタバコ(Nicotiana tabacum cv. Samsun NN)の芽生えを準備する。一方、本発明で用いるポリヌクレオチドを含むベクターを導入したアグロバクテリウム(例えば、Agrobacterium tumefaciens)を液体培地で培養し、この培養液にタバコの本葉を浸す。その後、タバコの葉をメスで切片にする。表面に濾紙を乗せたMurashige-Skoog(MS)培地に葉の裏を上にしてのせ、25℃、2日間明所で共存培養させる。その後、250μg/mlハイグロマイシン、300μg/mlクラフォランを含むMS培地に切片を移植する。切片の切り口からカルス化もしくはシュート化が始まってきたら、NAAフリーの同一組成培地に移植し、発根を促す。発根したら、ホルモンフリーのMS培地に移し、植物体はアグリポット中で育てる。ハイグロマイシンを加えた培地を用いて形質転換された植物体の選択を行う。   For example, when tobacco having a large plant mass is used, in a preferred embodiment of the present invention, tobacco cells can be transformed by the following method, and plants can be obtained from the transformed tobacco cells: 1 / 2. Prepare seedlings of tobacco (Nicotiana tabacum cv. Samsun NN) grown in Linsmaire-Skoog (1 / 2LS) medium. On the other hand, Agrobacterium (for example, Agrobacterium tumefaciens) introduced with a vector containing the polynucleotide used in the present invention is cultured in a liquid medium, and the tobacco leaves are immersed in this culture solution. Thereafter, the tobacco leaves are cut into pieces with a scalpel. Place the leaf back on a Murashige-Skoog (MS) medium with filter paper on the surface and co-cultivate in the light for 2 days at 25 ° C. Thereafter, the sections are transplanted into MS medium containing 250 μg / ml hygromycin and 300 μg / ml claforan. When callus or shoot formation begins from the cut end of the section, transplant to NAA-free medium with the same composition and promote rooting. Once rooted, transfer to hormone-free MS medium and grow plants in agripots. A transformed plant is selected using a medium supplemented with hygromycin.

前記(I)〜(II)のポリヌクレオチドで形質転換される植物としては、特に限定されないが、例えば、ナス科、アブラナ科、アオイ科、アカザ科、マメ科、ヒユ科、キク科、イネ科、ヤナギ科、モクレン科、ツゲ科、ミカン科又はユキノシタ科に属する植物が挙げられる。具体的には、タバコ(Nicotiana tabacum)、シロイヌナズナ(Arabidopsis thaliana)、ケナフ(Hibiscus cannabinus)、モミジアオイ(Hibiscus coccineus)、アメリカフヨウ(Hibiscus moscheutos)、ハマボウ(Hibiscus hamabo)、ブッソウゲ(Hibiscus rosa-sinensis)、カラシナ(Brassica juncea)、グンバイナズナ(Thlaspi rotundifolium)、オクラ(Abelmoschus esculentus)、トロロアオイ(Abelmoschus manihot)、ホウレンソウ(Spinacia oleracea)、フダンソウ(Beta vulgaris var. vulgaris)、サトウダイコン(Beta vulgaris var. rapa)、タヌキマメ(Crotalaria sessiliflora)、ガクタヌキマメ(Crotalaria calycina)、クロタラリア(Crotalaria juncea)、ヒマワリ(Helianthus annuus)、イネ(Oryza sativa)、オオムギ(Hordeum vulgare)、カラスムギ(Avena fatua)、ナタネ(Brassica napus)、ポプラ(Populus nigra)、ユリノキ(Liriodendron tulipifera)、ホンツゲ(Buxus microphylla)、ウンシュウミカン(Citrus unshiu)、レモン(Citrus lemon)、アジサイ(Hydrangea macrophylla)、ヤナギ(Salix myrsinites)が挙げられ、このうち好ましくは、タバコ、ケナフ、カラシナ、オクラ、タヌキマメ、ポプラ、ヤナギが挙げられ、特に好ましくは、タバコが挙げられる。   The plant transformed with the polynucleotides (I) to (II) is not particularly limited, and examples thereof include eggplants, cruciferous, mallow, redwood, leguminous, amaranthaceae, asteraceae, and gramineous. , Plants belonging to the willow family, magnoli family, boxwood family, citrus family, or cypress family. Specific examples include tobacco (Nicotiana tabacum), Arabidopsis thaliana, kenaf (Hibiscus cannabinus), maple oyster (Hibiscus coccineus), American squirrel (Hibiscus moscheutos), kingfish (Hibiscus hamabo), bissogus (sin) Mustard (Brassica juncea), thumpi rotundifolium, okra (Abelmoschus esculentus), tuna (Abelmoschus manihot), spinach (Spinacia oleracea), chard (Beta vulgaris var. Vulgaris) Raccoon bean (Crotalaria sessiliflora), Gakutanuki bean (Crotalaria calycina), Crotalaria juncea, sunflower (Helianthus annuus), rice (Oryza sativa), barley (Hordeum vulgare), oat ua (navenus) (Populus nigra), Liriodend ron tulipifera), Hondua (Buxus microphylla), Citrus unshiu, lemon (Citrus lemon), Hydrangea macrophylla, and willow (Salix myrsinites). Among them, tobacco, kenaf, mustard, okra , Raccoon bean, poplar and willow, particularly preferably tobacco.

このようにして、前記(I)〜(II)のポリヌクレオチドで形質転換された植物が得られる。   Thus, a plant transformed with the polynucleotides (I) to (II) is obtained.

本発明は、以下の植物にも関する:
(i) 配列番号2に記載のアミノ酸配列を有するポリペプチド、並びに、
(ii) 配列番号2に記載のアミノ酸配列において1又は2以上のアミノ酸が欠失、付加又は置換されているアミノ酸配列を有するポリペプチドであって、酵母カドミウムファクター1(YCF1)活性を有するポリペプチド、から選択される少なくとも1種のポリペプチドを発現し得る、カドミウム耐性植物。
The invention also relates to the following plants:
(i) a polypeptide having the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 2, and
(ii) A polypeptide having an amino acid sequence in which one or more amino acids are deleted, added or substituted in the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2, and having a yeast cadmium factor 1 (YCF1) activity A cadmium-tolerant plant capable of expressing at least one polypeptide selected from.

本明細書において、「1又は2以上のアミノ酸が欠失、付加又は置換されているアミノ酸配列」とは、酵母カドミウムファクター1(YCF1)活性を有する程度に改変されたアミノ酸配列であれば特に限定されないが、例えば、1〜100個、好ましくは1〜60個、より好ましくは1〜15個、さらに好ましくは1〜5個の任意の数のアミノ酸が欠失、付加または置換されているアミノ酸配列のことを言う。   In the present specification, the “amino acid sequence in which one or more amino acids are deleted, added or substituted” is particularly limited as long as it is an amino acid sequence modified to have yeast cadmium factor 1 (YCF1) activity. Although not, for example, an amino acid sequence in which any number of amino acids, such as 1 to 100, preferably 1 to 60, more preferably 1 to 15, and more preferably 1 to 5, are deleted, added or substituted Say that.

また、本発明の植物には、あらゆる成長過程の植物体が含まれ、例えば、種子、カルス、芽生え、稚苗、中苗、成苗、繁葉、開花、結実等が含まれる。また、本発明の植物には、本発明の植物体の一部も含まれ、例えば、細胞、組織の切片、根、シュート等も含まれる。   In addition, the plant of the present invention includes plants in every growth process, and includes, for example, seeds, callus, seedlings, young seedlings, middle seedlings, mature seedlings, propagation leaves, flowering, fruiting and the like. The plant of the present invention also includes a part of the plant of the present invention, and includes, for example, cells, tissue sections, roots, shoots and the like.

本発明は、更に、本発明の植物を利用したファイトリメディエーションにも関する。即ち、本発明は、(1) 本発明のカドミウム耐性植物をカドミウム汚染土壌で栽培する工程及び(2) 工程(1)で栽培した植物の全体又は一部を回収する工程を包含するカドミウム汚染土壌の浄化方法にも関する。   The present invention further relates to phytomediation using the plant of the present invention. That is, the present invention includes (1) a step of cultivating the cadmium-resistant plant of the present invention in cadmium-contaminated soil, and (2) a step of recovering all or part of the plant cultivated in step (1). It also relates to the purification method.

本発明のカドミウム耐性植物を栽培する方法としては、植物種に適した方法が用いられる。例えば、本発明の植物を汚染土壌に移植し、植物種、植物の成長段階、気候などに応じて、水、肥料(例えば、堆肥)、汚染されていない土等を所定量補給しながら栽培することができる。本発明の植物が初期の成長段階にある場合には、例えば、本発明の植物が種子又は芽生えである場合には、適当な条件下においてある程度(例えば、稚苗又は中苗になるまで)成長させた後、汚染土壌に移植することが好ましい。   As a method for cultivating the cadmium resistant plant of the present invention, a method suitable for the plant species is used. For example, the plant of the present invention is transplanted to contaminated soil and cultivated while supplying a predetermined amount of water, fertilizer (eg, compost), uncontaminated soil, etc. according to the plant species, plant growth stage, climate, etc. be able to. When the plant of the present invention is in an initial growth stage, for example, when the plant of the present invention is a seed or a seedling, it grows to some extent (for example, until it becomes a seedling or a medium seedling) under appropriate conditions. Then, it is preferably transplanted to contaminated soil.

本発明のカドミウム耐性植物を回収する方法としては、植物種に適した方法(例えば、収穫機を用いる方法)が用いられる。このとき、植物の一部のみを回収してもよいが、根部を含む植物全体を回収することが好ましい。   As a method for recovering the cadmium-tolerant plant of the present invention, a method suitable for the plant species (for example, a method using a harvester) is used. At this time, only a part of the plant may be recovered, but it is preferable to recover the entire plant including the root part.

本発明により、カドミウム耐性植物、並びに、該カドミウム耐性植物を用いた汚染土壌の浄化方法が提供される。本発明のカドミウム耐性植物は、高濃度(例えば、250μM)のカドミウム存在下において良好に生育可能である。   ADVANTAGE OF THE INVENTION By this invention, the cadmium tolerance plant and the purification | cleaning method of contaminated soil using this cadmium tolerance plant are provided. The cadmium-tolerant plant of the present invention can grow well in the presence of cadmium at a high concentration (for example, 250 μM).

本発明のカドミウム耐性植物は、カドミウムを含有する土壌のファイトリメディエーションに好適に利用することができる。   The cadmium-tolerant plant of the present invention can be suitably used for phytomediation of soil containing cadmium.

また、本発明のカドミウム耐性植物は、酵母由来のカドミウムファクター1遺伝子又はその改変遺伝子で形質転換されているため、ヒト由来の遺伝子で形質転換されたカドミウム耐性植物よりも実用性が高いと考えられる。   Moreover, since the cadmium resistant plant of the present invention is transformed with a yeast-derived cadmium factor 1 gene or a modified gene thereof, it is considered to be more practical than a cadmium resistant plant transformed with a human-derived gene. .

以下の実施例により本発明をさらに具体的に説明するが、本発明は実施例によって限定されることはない。   The present invention will be described more specifically with reference to the following examples, but the present invention is not limited to the examples.

1. バイナリーベクターの構築
バイナリーベクターpBiEl2-GUS (pHM6) においてサブクローニングに使用可能な制限酵素サイトは、5’-末端にXbaI、3’-末端にSacIの各1種ずつ存在する。そこで導入遺伝子の5’-末端にXbaIサイトを、3’-末端にSacIサイトを導入することとした。まずYCF1 cDNAの5’-末端を持つプラスミド (pBS-T-(SK+)-pKmYCF1-5’) のXbaIサイトを含むYCF1 cDNA 5’-末端を、オリゴYCF1プライマーを用いてPCRにより増幅し、AlwNIおよびBglII制限酵素処理を行い、AlwNI/BglII断片を得た。次にYCF1の5’-、3’-末端を欠損したcDNAを持つプラスミド(pIBI-YCF1) からBglIIおよびSalI制限酵素処理により約4300bのBglII/SalI断片を得た。さらにYCF1 cDNAの3’-末端とその下流にpQE70由来の6×Hisを持つプラスミド (pFastBacI-YCF1-6His) からSalIおよびNotI制限酵素処理によりYCF1の3’-末端を含むSalI/NotI断片を得た。それをpBS-KS+プラスミドにSalI/NotI制限酵素を用いてライゲーションを行い、YCF1の3’-末端に6×Hisを賦与した塩基配列を導入し、pBS-KS+-YCF1-6Hisプラスミドを得た。さらにこのプラスミドをAlwNIおよびSalI制限酵素処理し、AlwnI/SalI断片を得た。そこにpBS-T-(SK+)-pKmYCF1-5’由来のAlwNI/BglII断片とpIBI-YCF1由来のBglII/SalI断片をライゲーションにより導入し、pBS-pKm-YCF1-6Hisを得た。このプラスミドをXbaIおよびSacI制限酵素処理することにより、YCF1 cDNA全長とその3’-末端に6×Hisを含む断片を得た。これをpHM6にXbaIおよびSacI制限酵素処理サイトを用いたライゲーションにより導入し、CaMV35Sプロモータ、選抜マーカーにハイグロマイシン耐性遺伝子であるHPT遺伝子、YCF1 cDNA全長と6×Hisが連結されたバイナリーベクター (pHM6-pKmYCF1-6His) を作製した。
1. Construction of Binary Vector There are one restriction enzyme site that can be used for subcloning in the binary vector pBiEl2-GUS (pHM6), XbaI at the 5′-end and SacI at the 3′-end. Therefore, it was decided to introduce an XbaI site at the 5′-end and a SacI site at the 3′-end of the transgene. First plasmid with the 5'-end of YCF1 cDNA (pBS-T- (SK +) - pKmYCF1-5 ') a YCF1 cDNA 5'-end containing an XbaI site, was amplified by PCR using oligo YCF1 primers, AlwNI And BglII restriction enzyme treatment was performed to obtain an AlwNI / BglII fragment. Then 5 of YCF1 '-, was obtained from the plasmid (pIBI-YCF1) with cDNA lacking the 3'-end of the BglII / SalI fragment of about 4300b with BglII and SalI restriction enzyme treatment. Furthermore, a SalI / NotI fragment containing the 3'-end of YCF1 was obtained from a plasmid (pFastBacI-YCF1-6His) having 6'His derived from pQE70 downstream of the 3'-end of YCF1 cDNA by treating with SalI and NotI restriction enzymes. It was. This was ligated to the pBS-KS + plasmid using SalI / NotI restriction enzymes, and a base sequence with 6 × His added to the 3′-end of YCF1 was introduced to obtain a pBS-KS + -YCF1-6His plasmid. Further, this plasmid was treated with AlwNI and SalI restriction enzymes to obtain AlwnI / SalI fragments. The AlwNI / BglII fragment derived from pBS-T- (SK +)-pKmYCF1-5 ′ and the BglII / SalI fragment derived from pIBI-YCF1 were introduced by ligation to obtain pBS-pKm-YCF1-6His. By treating this plasmid with XbaI and SacI restriction enzymes, a full length YCF1 cDNA and a fragment containing 6 × His at its 3′-end were obtained. This was introduced into pHM6 by ligation using the XbaI and SacI restriction enzyme treatment sites, and the CaMV35S promoter, the HPG gene that is a hygromycin resistance gene, the YCF1 cDNA full length and 6 × His were linked to the selection marker (pHM6- pKmYCF1-6His) was prepared.

2. Agrobacterium tumefaciensの形質転換
上記で得られたバイナリーベクター (pHM6-pKmYCF1-6His) を植物に導入するために、植物感染用Agrobacterium tumefaciens (strain LBA4404) の形質転換を行った。形質転換はエレクトロポレーション法によって行い、プレーティング後、カナマイシン耐性のコロニーからプラスミドを抽出して制限酵素処理を行い、バイナリーベクターが導入されていることを、アガロースゲル電気泳動で確認した。
2. Transformation of Agrobacterium tumefaciens In order to introduce the binary vector (pHM6-pKmYCF1-6His) obtained above into plants, Agrobacterium tumefaciens (strain LBA4404) for plant infection was transformed. Transformation was performed by electroporation, and after plating, a plasmid was extracted from a kanamycin-resistant colony and treated with a restriction enzyme, and it was confirmed by agarose gel electrophoresis that a binary vector was introduced.

3. タバコの形質転換
アグリポット中で1/2Linsmaire-Skoog (1/2LS) 培地で育てたタバコ(Nicotiana tabacum cv. Samsun NN) の芽生えを準備した。バイナリーベクターで形質転換したAgrobacterium tumefaciens (LBA4404株)を液体培地で前培養し、このA. tumefaciensの培養液に、アグリポットのタバコの本葉をシャーレの中で浸した。このタバコの葉を、メスを用いて約5〜10mm角の切片にし、滅菌したキムタオルで軽く脱水後、表面に濾紙を乗せたMurashige-Skoog (MS) 培地に葉の裏を上にして乗せ、25℃、2日間明所で共存培養させた。切片は共存培養後、250μg/mlハイグロマイシン、300μg/mlクラフォランを含むMS培地に移植した。培地は2週間ごとに新しいものと交換した。切片の切り口からカルス化もしくはシュート化が始まってきたものについては、NAAフリーの同一組成培地に移植し、発根を促した。発根したら、ホルモンフリーのMS培地に移し、植物体はアグリポット中で育てた。植物体は実験に用いるまでハイグロマイシンを加えた培地を用いて常に選択圧をかけ、選抜を続けた。
3. Tobacco transformation The seedlings of tobacco ( Nicotiana tabacum cv. Samsun NN) grown in 1/2 Linsmaire-Skoog (1 / 2LS) medium in an agripot were prepared. Agrobacterium tumefaciens (LBA4404 strain) transformed with a binary vector was pre-cultured in a liquid medium, and the true leaf of the agripot tobacco was immersed in the petri dish in this A. tumefaciens culture solution. This tobacco leaf is cut into sections of about 5-10 mm square using a scalpel, lightly dehydrated with a sterilized Kim towel, and placed on a Murashige-Skoog (MS) medium with filter paper on the surface with the back of the leaf up, The cells were cocultured at 25 ° C. for 2 days in a bright place. Sections were transplanted to MS medium containing 250 μg / ml hygromycin and 300 μg / ml claforan after co-culture. The medium was replaced with a new one every two weeks. Those that started to callus or shoot from the cut end of the section were transplanted to NAA-free medium with the same composition to promote rooting. Once rooted, they were transferred to hormone-free MS medium and the plants were grown in agripots. Plants were always subjected to selection by applying selective pressure using a medium supplemented with hygromycin until use in experiments.

[結果と考察]
形質転換の結果、36クローンのタバコYCF1形質転換体が得られた。形質転換体は、その形態において野生株との差は見られなかった。
[Results and discussion]
As a result of the transformation, 36 clones of tobacco YCF1 transformants were obtained. The transformant was not different from the wild type in its form.

4. ノーザン解析
形質転換により得られたクローンについてmRNAレベルでの発現量を検定するため、以下の手順でノーザン解析を行った。
4. Northern analysis In order to examine the expression level at the mRNA level of the clones obtained by transformation, Northern analysis was performed according to the following procedure.

4-1. total RNAの抽出
アグリポット中で生育させたタバコYCF1形質転換体および野生株の葉(液体窒素中で急速冷凍させ、−80℃で保存していたもの)200mgからQIAGENのRNeasy Plant Mini Kitを用いて、10μg〜30μgのtotal RNAを抽出した。
4-1. Extraction of total RNA Tobacco YCF1 transformants grown in agripots and wild-type leaves (rapidly frozen in liquid nitrogen and stored at -80 ° C) from 200 mg to QIAGEN's RNeasy Plant Using the Mini Kit, 10 μg to 30 μg of total RNA was extracted.

4-2. RNAサンプルの電気泳動とトランスファー
RNAサンプルの電気泳動とトランスファーに使用した各試薬は、以下の通りである。
4-2. Electrophoresis and transfer of RNA samples
Reagents used for electrophoresis and transfer of RNA samples are as follows.

20×MOPS
(0.4M MOPS, 0.1M NaOAc, 0.02M EDTA)
KOHでpH7.0に調整後、1時間オートクレーブした。
RNA試料緩衝液
ホルムアルデヒド 1.6ml
ホルムアミド 5.0ml
20×MOPS 0.5ml
グリセリン色素液 1.6ml
total 8.7ml
ホルムアルデヒド

グリセリン色素液
グリセリン 5ml
1mg/ml ブロモフェノールブルー 1ml
1mg/ml キシレンシアノール 1ml
0.5M EDTA (pH8.0) 0.02ml
H 2 O 2.98ml
total 10ml
エチジウムブロマイド溶液 (10mg/ml in H2O)
20×SSC
(3M NaCl, 0.3M trisodium citrate dihydrate)
オートクレーブ水
電気泳動にはMupid-2 (コスモバイオ)を用いた。まず、ゲルを作製した。100ml三角フラスコにアガロース0.47gを入れ、さらにオートクレーブ水36ml、20×MOPS 2mlを加えて加熱し、アガロースを完全に溶かした。その後、手で触れられる程度まで冷めてきたら、ホルムアルデヒド2mlを加え攪拌し、ゲルカセットに流し込みコームをさしてゲルを固めた。泳動のバッファーには、20×MOPSをオートクレーブ水で薄め、1×MOPSとして使用した。
20 x MOPS
(0.4M MOPS, 0.1M NaOAc, 0.02M EDTA)
The mixture was adjusted to pH 7.0 with KOH and autoclaved for 1 hour.
RNA sample buffer formaldehyde 1.6ml
Formamide 5.0ml
20 x MOPS 0.5ml
Glycerine pigment solution 1.6ml
total 8.7ml
Formaldehyde

Glycerine pigment solution Glycerin 5ml
1mg / ml Bromophenol blue 1ml
1mg / ml xylene cyanol 1ml
0.5M EDTA (pH8.0) 0.02ml
H 2 O 2.98ml
total 10ml
Ethidium bromide solution (10 mg / ml in H 2 O)
20 x SSC
(3M NaCl, 0.3M trisodium citrate dihydrate)
Mupid-2 (Cosmo Bio) was used for autoclaving water electrophoresis. First, a gel was prepared. Agarose (0.47 g) was placed in a 100 ml Erlenmeyer flask, and further 36 ml of autoclave water and 2 ml of 20 × MOPS were added and heated to completely dissolve the agarose. Then, when it was cooled down to the extent that it could be touched by hand, 2 ml of formaldehyde was added and stirred, poured into a gel cassette and combed to harden the gel. As the electrophoresis buffer, 20 × MOPS was diluted with autoclaved water and used as 1 × MOPS.

10μg相当のtotal RNAを含むRNA溶液に16μlのRNA試料緩衝液を加えて、65℃で10分間放置した後に氷中で急冷し、それぞれ20μlずつアプライし、50Vで5分ほど泳動し、その後100Vにあげて電気泳動を行った。泳動後FAS (TOYOBO) により、泳動像を確認した。   Add 16 μl of RNA sample buffer to RNA solution containing 10 μg of total RNA, let stand at 65 ° C. for 10 minutes, then quench in ice, apply 20 μl each, run at 50 V for 5 minutes, then run 100 V Electrophoresis was performed. After electrophoresis, the electrophoresis image was confirmed by FAS (TOYOBO).

トランスファーにはキャピラリー・トランスファー法を用いた。トランスファーバッファーには20×SSCを使用した。20×SSCで十分に湿らせて2枚重ねたWhatman 3MM濾紙上に、ゲルの下面を上にして、空気が入らないようにゲルを置き、次にゲルの上にナイロンメンブレン(Amersham Hybond N+) をのせた。その上にメンブレンよりも一回り大きい、2×SSCに浸しておいたWhatman 3MM濾紙を置き、キムタオルと重しをのせて室温で15時間以上放置した。   A capillary transfer method was used for the transfer. 20 × SSC was used as the transfer buffer. Place the gel on the Whatman 3MM filter paper, which has been thoroughly moistened with 20 x SSC, and placed on the bottom of the gel so that air does not enter, and then a nylon membrane (Amersham Hybond N +) on the gel I put it on. On top of that, Whatman 3MM filter paper soaked in 2 × SSC, which is one size larger than the membrane, was placed, placed on Kim Towel and left at room temperature for 15 hours or more.

トランスファー終了後、メンブレンをゲルからはがす前に、耐水性色鉛筆でウェルの位置を記入した。その後、2×SSC中にメンブレンを移して5分程軽く振盪し、ラップフィルムに包んでUVクロスリンカー (フナコシ CL-1000) で1200カウントの紫外線を照射してRNAをメンブレンに固定した。   After the transfer, the position of the well was filled in with a water-resistant colored pencil before peeling off the membrane from the gel. Thereafter, the membrane was transferred into 2 × SSC, shaken lightly for about 5 minutes, wrapped in a wrap film, and irradiated with 1200 count ultraviolet rays with a UV crosslinker (Funakoshi CL-1000) to immobilize RNA on the membrane.

4-3. プローブの調製
YCF1 cDNA全長を含むpHM6-pKmYCF1-6HisプラスミドDNAをテンプレートとしてYCF1-fw primer (5’-TGAAGAGCTACAACCAGATTCG-3’(配列番号3)) およびYCF1-rv primer (5’-TTCCAGCTCTCCTTCTACAGG-3’(配列番号4)) を用いて、YCF1 cDNA内部配列3171bから4017bまでの約850bの断片をPCRにより増幅した。このPCR産物を精製してプローブとした。PCR反応液の組成は以下の通りである。
4-3. Preparation of probe
YCF1 -fw primer (5'-TGAAGAGCTACAACCAGATTCG-3 '(SEQ ID NO: 3)) and YCF1-rv primer (5'-TTCCAGCTCTCCTTCTACAGG-3' (SEQ ID NO: 4) )) Was used to amplify a fragment of about 850b from the YCF1 cDNA internal sequence 3171b to 4017b by PCR. This PCR product was purified and used as a probe. The composition of the PCR reaction solution is as follows.

PCR反応液の組成
Templatae DNA 100ng
10×Taq buffer 5μl
2mM dNTPs 5μl
50μM YCF1-fw primer 1μl
50μM YCF1-rv primer 1μl
Taq polymerase (SIGMA) 1μl
+H2O 50μl
PCR反応のサイクルは以下の通りである:
[1]95℃1分
[2]45℃30秒
[3]72℃1分
上記[1]→[2]→[3]を30サイクル行った。
Composition of PCR reaction solution
Templatae DNA 100ng
10 × Taq buffer 5μl
2 mM dNTPs 5 μl
50μM YCF1-fw primer 1μl
50μM YCF1-rv primer 1μl
Taq polymerase (SIGMA) 1μl
+ H 2 O 50μl
The PCR reaction cycle is as follows:
[1] 95 ° C for 1 minute
[2] 45 ° C for 30 seconds
[3] 72 ° C. for 1 minute The above [1] → [2] → [3] were performed 30 cycles.

4-4. プローブのラベリング
上記で調製したプローブ約50ngについて[α]-32P-CTPおよびRandom Primer DNA Labeling Kit (Roche) を用いてラベリングを行った。まず、プローブとなるDNA約50ngとH2Oで計9μlとし、100℃で5分間処理し、氷中で急冷した。次に下記のreaction mixtureの残りの試薬を加え、37℃で30分以上インキュベートした。
. 4-4 probe about 50ng prepared by labeling the above probe [alpha] - 32 were labeled with P-CTP and Random Primer DNA Labeling Kit (Roche) . First, a total of 9 μl of about 50 ng of DNA serving as a probe and H 2 O was used, treated at 100 ° C. for 5 minutes, and rapidly cooled in ice. Next, the remaining reagents in the following reaction mixture were added and incubated at 37 ° C. for 30 minutes or longer.

試薬
Reaction mixture
denatured DNA (50ng) + H2O 9μl
dNTP mix (A, T, G) 3μl
reaction buffer 2μl
32P-dCTP (3700kBq/μl) 5μl
Klenow enzyme (exo-) 1μl
+ H2O 20μl
Reaction mixtureをクイックスピンカラム (Roche) を用いて精製し、32P-dCTPの取り込み率をガイガーカウンターで測定した。プローブは95℃で5分間熱変性し氷冷してハイブリダイゼーションに用いた。
reagent
Reaction mixture
denatured DNA (50ng) + H 2 O 9μl
dNTP mix (A, T, G) 3μl
reaction buffer 2μl
32 P-dCTP (3700kBq / μl) 5μl
Klenow enzyme (exo-) 1μl
+ H 2 O 20μl
The reaction mixture was purified using a quick spin column (Roche), and the uptake rate of 32 P-dCTP was measured with a Geiger counter. The probe was heat denatured at 95 ° C. for 5 minutes, cooled on ice and used for hybridization.

4-5. ハイブリダイゼーション
メンブレンをハイブリボトルにRNAが付着した面を内側にして入れ、あらかじめ60℃に温めたハイブリダイゼーション溶液(1M NaCl, 10% Dextran Sulfate, 20mM Tris-HCl (pH7.5), 1% SDS, 5×Denhardt’s solution, 50% Formamide)5mlと95℃で5分間熱変性させたサケ精子DNAを100μg/mlになるように添加した。42℃で2時間プレハイブリダイゼーションを行った。そして先にラベリングしたプローブを全量加え、42℃で12〜16時間ハイブリダイゼーションを行った。
4-5. Hybridization Place the membrane on the inside of the hybrid bottle with the RNA attached inside, and pre-warm the hybridization solution (1M NaCl, 10% Dextran Sulfate, 20mM Tris-HCl (pH7.5), 1% SDS, 5 × Denhardt's solution, 50% Formamide) and salmon sperm DNA heat-denatured at 95 ° C. for 5 minutes were added to 100 μg / ml. Prehybridization was performed at 42 ° C. for 2 hours. Then, the whole amount of the previously labeled probe was added, and hybridization was performed at 42 ° C. for 12 to 16 hours.

4-6. Wash
ハイブリダイゼーション終了後、メンブレンをあらかじめ60℃に温めた2×SSC/0.2% SDS中で、60℃で5分間振盪させた。洗浄液を捨て、これを再度繰り返した後、洗浄液を捨て、さらに2×SSC/0.2% SDSを加え、60℃で20分間振盪させることを2度繰り返した。この洗浄の後、メンブレンのカウントを測定し、X線フィルム (Kodak) に感光させて、シグナルを検出した。感光時間は−80℃で16時間行い、フィルムの具合を見て、再度感光時間を変えて検出を行った。
4-6. Wash
After completion of hybridization, the membrane was shaken in 2 × SSC / 0.2% SDS preheated to 60 ° C. for 5 minutes at 60 ° C. After discarding the washing solution and repeating this, the washing solution was discarded, and 2 × SSC / 0.2% SDS was further added, and shaking at 60 ° C. for 20 minutes was repeated twice. After this washing, the membrane count was measured and exposed to X-ray film (Kodak) to detect the signal. The exposure time was 16 hours at −80 ° C., and the detection was carried out by changing the exposure time again after seeing the film condition.

[考察]
ノーザン解析の結果、タバコYCF1形質転換体の24クローンにおいてYCF1 mRNA全長に相当する約4.5kbのバンドが確認され、また、このバンドが野生株では確認されていないことから、タバコに導入したYCF1がmRNAレベルで発現していることが確認できた。
[Discussion]
As a result of Northern analysis, a band of about 4.5 kb corresponding to the full length of YCF1 mRNA was confirmed in 24 clones of tobacco YCF1 transformant, and since this band was not confirmed in the wild type, YCF1 introduced into tobacco was It was confirmed that it was expressed at the mRNA level.

5. カドミウム耐性試験 5. Cadmium resistance test

5-1. 植継
36検体のYcf1導入タバコをアグリポット内で育成し、約1ヵ月毎に植継を行った。
5-1. Transplantation 36 specimens of Ycf1-introduced tobacco were grown in agripots and transplanted approximately every month.

5-2. 1/2LS培地の調製
純水1LにSucrose15gを溶かし、表1のStockを所定濃度になるようにピペットで加え、よく撹拌した。1N-NaOHと0.1N-NaOHを用い、pHを5.8に調整後、全体を1Lにメスアップした。500ml容滅菌瓶2本に均等に分け、各々に寒天粉末4gを加えオートクレーブで滅菌した。アグリポットを滅菌乾燥したもの20個に、クリーンベンチ内で培地を無菌的、均等に流入し固化させた。
5-2. Preparation of 1 / 2LS medium Sucrose 15g was dissolved in 1 L of pure water, and stock of Table 1 was added with a pipette to a predetermined concentration, and stirred well. The pH was adjusted to 5.8 using 1N-NaOH and 0.1N-NaOH, and the whole was made up to 1 L. Divided equally into two 500 ml sterilized bottles, 4 g of agar powder was added to each bottle and sterilized by autoclave. The medium was aseptically and evenly flowed and solidified in 20 clean-dried agripots in a clean bench.

Figure 2006204209
Figure 2006204209

5-3. 継代培養
植え継いで来たタバコ一株を、2個のアグリポットに無菌的に植え継いだ。上から2,3葉を残してメスとピンセットで葉を切り取り、茎部分をメスで切り取って新しいアグリポットにピンセットで植え込んだ。
5-3. Passage culture One planted tobacco line was aseptically planted in two agripots. Leave a few leaves from above, cut the leaves with scalpels and tweezers, cut the stems with scalpels and plant them in a new agripot with tweezers.

5-4. 保存
アグリポットを23℃培養室の蛍光灯下に静置し、観察を続けた。
5-4. Storage The agripot was left under a fluorescent lamp in a 23 ° C. culture room and observation was continued.

5-5. Cd含有カルス誘導化培地の調製
上記と同様に調製したLS培地(Stock6のみ2倍添加)にサイトカイニン10-6Mとオーキシン10-5Mを加え、滅菌した。培地を2等分し、1mMのCd水溶液Stockを0μM、250μMになる様に加え、シャーレに流し、固めた。
5-5. Preparation of Cd-containing callus derivatization medium
Cytokinin 10 −6 M and auxin 10 −5 M were added to LS medium prepared in the same manner as described above (Stock6 was added twice) and sterilized. The medium was divided into two equal parts, 1 mM Cd aqueous solution Stock was added to 0 μM and 250 μM, and the mixture was poured into a petri dish and hardened.

5-6. 葉試料のアプライ
同様の培養ステージにあるタバコの、上から3葉目ぐらいの葉3枚を試料とし、葉脈を含む様に9mm角程の切片をメスで切り出し、各々10〜12切片をコントロール(0μM)及びカドミウム含有(250μM)培地を入れたシャーレに置いた。
5-6. Applying a leaf sample Three tobacco leaves from the top of the same culture stage are sampled, and a 9 mm square section is cut with a scalpel so as to include the veins. Sections were placed in a petri dish containing control (0 μM) and cadmium-containing (250 μM) medium.

5-7. 保存
シャーレを23℃培養室の蛍光灯下に静置し、観察を続けた。コントロールとして野生株も同様の操作を行った。約1ヵ月後、判定を行った。
5-7. Storage The petri dish was allowed to stand under a fluorescent lamp in a 23 ° C. culture room and observation was continued. As a control, the same operation was performed for the wild type strain. About 1 month later, the judgment was made.

5-8. 判定
コントロール(0μM)又はカドミウム含有(250μM)培地でのタバコカルス細胞の生育状態を野生株のそれと比較観察し、耐性の有無を判定した。シャーレのカルス細胞のフレッシュ重量を測定した。
5-8. Determination The growth state of tobacco callus cells in a control (0 μM) or cadmium-containing (250 μM) medium was compared with that of the wild strain to determine the presence or absence of resistance. Fresh weight of petri dish callus cells was measured.

[結果]
形質転換株のうち、Y39及びY43において、野生型よりも有意に高いカドミウム(Cd)含有化合物に対する耐性が認められた。カドミウム存在下における形質転換株Y39及びY43の生育判定結果を表2に示す。表2において、◎は良好、○は普通、×は不良であることを示す。表3には、形質転換株Y39及びY43のフレッシュ重量を示す。
[result]
Among transformants, Y39 and Y43 showed significantly higher resistance to cadmium (Cd) -containing compounds than the wild type. Table 2 shows the growth determination results of the transformants Y39 and Y43 in the presence of cadmium. In Table 2, ◎ indicates good, ○ indicates normal, and X indicates poor. Table 3 shows the fresh weight of the transformed strains Y39 and Y43.

Figure 2006204209
Figure 2006204209

Figure 2006204209
Figure 2006204209

配列番号1はYcf1の核酸配列である。
配列番号2はYCF1のアミノ酸配列である。
配列番号3はプライマーである。
配列番号4はプライマーである。
SEQ ID NO: 1 is the nucleic acid sequence of Ycf1.
SEQ ID NO: 2 is the amino acid sequence of YCF1.
SEQ ID NO: 3 is a primer.
SEQ ID NO: 4 is a primer.

Claims (4)

(I) 配列番号1に記載の塩基配列を有するポリヌクレオチド、並びに、
(II) 配列番号1に記載の塩基配列を有するポリヌクレオチドとストリンジェントな条件下でハイブリダイズするポリヌクレオチドであって、酵母カドミウムファクター1(YCF1)活性を有するタンパク質をコードするポリヌクレオチド、
から選択される少なくとも1種のポリヌクレオチドで形質転換された、カドミウム耐性植物。
(I) a polynucleotide having the base sequence set forth in SEQ ID NO: 1, and
(II) a polynucleotide that hybridizes with the polynucleotide having the base sequence of SEQ ID NO: 1 under stringent conditions, and that encodes a protein having yeast cadmium factor 1 (YCF1) activity;
A cadmium-tolerant plant transformed with at least one polynucleotide selected from
(i) 配列番号2に記載のアミノ酸配列を有するポリペプチド、並びに、
(ii) 配列番号2に記載のアミノ酸配列において1又は2以上のアミノ酸が欠失、付加又は置換されているアミノ酸配列を有するポリペプチドであって、酵母カドミウムファクター1(YCF1)活性を有するポリペプチド、
から選択される少なくとも1種のポリペプチドを発現し得る、カドミウム耐性植物。
(i) a polypeptide having the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 2, and
(ii) A polypeptide having an amino acid sequence in which one or more amino acids are deleted, added or substituted in the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2, and having a yeast cadmium factor 1 (YCF1) activity ,
A cadmium-tolerant plant capable of expressing at least one polypeptide selected from
植物がナス科、アブラナ科、アオイ科、アカザ科、マメ科、ヒユ科、キク科、イネ科、ヤナギ科、モクレン科、ツゲ科、ミカン科又はユキノシタ科に属する植物である、請求項1又は2に記載の植物。 The plant is a plant belonging to the family Solanumaceae, Brassicaceae, Aoiaceae, Rubiaceae, Leguminosae, Amaranthaceae, Asteraceae, Gramineae, Willowaceae, Magnoliaceae, Boxwood, Citrus or Yukinosita 2. The plant according to 2. (1) 請求項1〜3のいずれかに記載の植物をカドミウム汚染土壌で栽培する工程、及び、
(2) 工程(1)で栽培した植物の全体又は一部を回収する工程、
を包含する、カドミウム汚染土壌からカドミウムを除去する土壌の浄化方法。
(1) a step of cultivating the plant according to any one of claims 1 to 3 in cadmium-contaminated soil; and
(2) A step of collecting all or part of the plant cultivated in step (1),
A soil remediation method for removing cadmium from cadmium-contaminated soil.
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