JP2006325588A - Method for producing plant modified to induce dedifferentiation, plant obtained thereby and use thereof - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、脱分化が誘導されるように改変された植物体の生産方法及びこれを用いて得られる植物体、並びにその利用に関するものである。 The present invention relates to a method for producing a plant modified so as to induce dedifferentiation, a plant obtained using the plant, and use thereof.
植物は分化全能性を持ち、高度に分化した体細胞からカルスを形成(脱分化)させることができ、また、カルスを一定条件下で培養すれば、不定胚や不定芽および不定根の分化を経て、植物個体を再生させることができる。カルス培養は、1)無限増殖能を有し、2)カルスの細胞塊から様々な組織や個体へ分化させることができる、3)植物体では得にくい増殖細胞を均一かつ多量に得られる、4)細胞の質や量に季節変動がなく実験材料として適している、5)培地に加えた物質の植物に対する影響を直接に見ることができる、6)植物によってはカルス化を経ることにより遺伝子の変異が誘発されやすく育種などに利用できる等の点で優れている。そのため、カルス培養は、有用物質の生産、新品種の開発、植物体への遺伝子導入および形質転換体の再生、人工種子の生産等に広く利用されている。 Plants have totipotency, can form callus from highly differentiated somatic cells (dedifferentiation), and if callus is cultured under certain conditions, it undergoes somatic embryos, adventitious buds and adventitious root differentiation The plant can be regenerated. Callus culture is 1) has infinite growth ability, 2) can be differentiated from a cell mass of callus into various tissues and individuals, and 3) proliferate cells that are difficult to obtain in plants can be obtained uniformly and in large quantities. 4 It is suitable as an experimental material because there is no seasonal variation in cell quality or quantity. 5) The effects of substances added to the medium can be directly seen on the plant. It is excellent in that it is easy to induce mutation and can be used for breeding. Therefore, callus culture is widely used for production of useful substances, development of new varieties, gene transfer to plant bodies and regeneration of transformants, production of artificial seeds, and the like.
一般的に植物の分化・脱分化は、オーキシンやサイトカイニン等の植物ホルモンの組成と培地への添加量によって制御することができる。一般的に、培地に与えたオーキシンの比率が高いと不定根の形成(分化)、サイトカイニンの比率が高いと不定芽の形成(分化)、両者の適当な存在比ではカルス(脱分化)が維持されることが知られている。 Generally, plant differentiation / dedifferentiation can be controlled by the composition of plant hormones such as auxin and cytokinin and the amount added to the medium. In general, adventitious root formation (differentiation) when the ratio of auxin given to the medium is high, adventitious bud formation (differentiation) when the ratio of cytokinin is high, callus (dedifferentiation) is maintained at an appropriate ratio of both. It is known that
また、脱分化(カルス化)の誘導は、植物ホルモンによるほか、ウイルスや細菌の感染、傷害(UV、X線、物理的傷害などを含む)によっても低頻度であるが起こることが知られている。 In addition, it is known that induction of dedifferentiation (callusification) occurs at a low frequency not only by plant hormones but also by viral and bacterial infections and injury (including UV, X-rays, physical injury, etc.). Yes.
細菌感染によるものとしては、例えば、Agrobacterium tumefaciensの感染によるクラウンゴールの生成が知られている。これは、Tiプラスミド中のT−DNA領域に含まれるオーキシン合成遺伝子およびサイトカイニン合成遺伝子の発現によって感染した植物の細胞中で両植物ホルモンが生産され植物組織に腫瘍細胞(カルス)が生じるためである。生じたカルスは外部からの植物ホルモンの添加なし(植物ホルモンフリー)で培養可能である。 For example, the production of crown gall by infection with Agrobacterium tumefaciens is known as one caused by bacterial infection. This is because both plant hormones are produced in the plant cells infected by the expression of the auxin synthesis gene and the cytokinin synthesis gene contained in the T-DNA region in the Ti plasmid, and tumor cells (callus) are generated in the plant tissue. . The resulting callus can be cultured without external addition of plant hormones (plant hormone-free).
また、脱分化はウィルスによっても起こることが知られている。2本鎖RNAを有する腫瘍ウィルス(Aureogenus magnivena)をクローバー類(Trifolium)やヒメスイバ(Rumex acetosella)の傷を付けた部分に接種すると葉の奇形や根の腫瘍を生じる。このウイルス腫瘍は動物のRNA腫瘍ウィルスとは異なり宿主に形質転換を起こさない。 In addition, it is known that dedifferentiation is also caused by viruses. Inoculation of a tumor virus (Aureogenus magnivena) having double-stranded RNA into a cleaved part of clovers (Trifolium) or Himeiba (Rumex acetosella) results in leaf deformities and root tumors. This viral tumor, unlike the animal RNA tumor virus, does not transform the host.
また、親植物には見られないが特定の組み合わせの種間雑種だけにみられる遺伝的腫瘍が知られている。この遺伝的腫瘍は、Brassica(アブラナ)属、Datura(チョウセンアサガオ)属、Lilium(ユリ)属、Nicotiana(タバコ)属などで生じることが報告されている。生じる腫瘍細胞はオーキシンに対して自律的に増殖する。Nicotiana(タバコ)属の研究から、ゲノム間の不和合と特定の染色体の機能とが結びついて腫瘍の形成を引き起すことが示されている。遺伝的腫瘍の形成は、外的ストレス(傷害、X線、機械的刺激、化学物質など)とともに、内的ストレス(側根の形成、頂芽優勢の減少、葉の喪失、密植など)によっても誘発される。 In addition, genetic tumors that are not found in the parent plant but are found only in a specific combination of interspecific hybrids are known. This genetic tumor has been reported to occur in the genera Brassica, Datura, Lilium, and Nicotiana. The resulting tumor cells grow autonomously against auxin. Studies from the Nicotiana genus indicate that incompatibility between genomes and specific chromosomal functions combine to cause tumor formation. Genetic tumor formation is induced by external stress (injury, X-rays, mechanical stimulation, chemicals, etc.) as well as internal stress (formation of lateral roots, reduced apical dominance, leaf loss, dense planting, etc.) Is done.
さらに、遺伝子組み換え技術により植物細胞の脱分化が誘導および促進された例がいくつか報告されている。これらは主に植物ホルモン応答機構に関与する遺伝子の解析から偶発的に脱分化が誘導および促進された例であり、いずれも植物ホルモンへの応答経路が増幅されたことが原因となっていると考えられる。しかし、これらの報告では、生じた脱分化した細胞が継代可能であるかについては言及されていない。 Furthermore, several examples have been reported in which dedifferentiation of plant cells is induced and promoted by genetic recombination techniques. These are examples in which dedifferentiation was accidentally induced and promoted mainly from the analysis of genes involved in the plant hormone response mechanism, both of which are caused by amplification of the response pathway to plant hormones Conceivable. However, these reports do not mention whether the resulting dedifferentiated cells can be passaged.
シロイヌナズナcDNAのファンクショナルスクリーニングにより、ESR1(Enhancer of Shoot Regeneration)遺伝子が単離されている(例えば、非特許文献1等参照)。ESR1遺伝子は、アグロバクテリウムを用いて根片にcDNAライブラリを形質転換し、選択マーカーとなる抗生物質を含むサイトカイニンフリーの茎葉誘導培地(オーキシンは含まれる)でシュートまたは緑色カルスを形成するものから単離された。この遺伝子を根の外植片で発現させると、サイトカイニン非依存的にシュートを分化する。また、低いサイトカイニン濃度でもシュートの形成が促進される。ESR1遺伝子を過剰発現させた植物体(35S:ESR1植物体)をMS培地(植物ホルモンフリー)で培養すると、正常な発達が見られず、濃緑色のカルスが茎頂分裂組織周辺で形成される。 An ESR1 (Enhancer of Shoot Regeneration) gene has been isolated by functional screening of Arabidopsis cDNA (see, for example, Non-Patent Document 1). The ESR1 gene is obtained by transforming a cDNA library into root pieces using Agrobacterium, and forming shoots or green callus in a cytokinin-free foliage induction medium (containing auxin) containing antibiotics as selection markers Isolated. When this gene is expressed in root explants, it differentiates shoots independently of cytokinin. In addition, shoot formation is promoted even at low cytokinin concentrations. When a plant body overexpressing the ESR1 gene (35S: ESR1 plant body) is cultured in MS medium (plant hormone-free), normal development is not observed and dark green callus is formed around the shoot apical meristem .
また、サイトカイニンに対する初発応答遺伝子の転写活性化を担う転写因子であるARR1(Arabidopsis Response Regulator1)タンパク質についての報告がある(例えば、非特許文献2等参照。)。このARR1タンパク質はシロイヌナズナのタイプBレスポンスレギュレーターに属する。胚軸断片を用いた緑色カルスの誘導実験では、機能欠損型の突然変異体で、サイトカイニンに対する感受性の低下が起こり、逆に過剰発現体では感受性の増加が見られることが報告されている。ARR1タンパク質のリン酸レシーバードメインを欠損させたタンパク質を過剰発現させた植物体は、子葉からの異所的なシュート形成や茎頂のカルス化などの著しい形態変化が見られる。 There is also a report on ARR1 (Arabidopsis Response Regulator1) protein, which is a transcription factor responsible for transcriptional activation of the first response gene to cytokinin (see, for example, Non-Patent Document 2). This ARR1 protein belongs to the Arabidopsis type B response regulator. In a green callus induction experiment using hypocotyl fragments, it has been reported that a loss-of-function mutant has a decreased sensitivity to cytokinin, whereas an overexpressing mutant has an increased sensitivity. Plants in which a protein lacking the phosphate receiver domain of the ARR1 protein is overexpressed show significant morphological changes such as ectopic shoot formation from cotyledons and callus formation on the shoot apex.
さらに、細胞周期におけるG1期からS期への移行を制御する転写因子であるE2Faタンパク質について報告されている(例えば、非特許文献3等参照。)。E2Faタンパク質は、E2Fa−DPa複合体となることで、DNAへのより親和性の高い、配列特異的な結合が可能となる。シロイヌナズナのE2FaとDPaをタバコで過剰発現させると、細胞分裂が促進し、核内倍加が起こる。またカルス誘導培地で葉片から誘導したカルスは、植物ホルモン無添加の培地でもしばらくは増殖を続けることが報告されている。またシュートを分化させるための植物ホルモン組成培地でも、シュートへの分化は見られず、胚性カルス(embryonic callus)の状態が維持される。 Furthermore, E2Fa proteins have been reported for a transcription factor that controls the transition to S phase G 1 phase in the cell cycle (e.g., Non-Patent Document 3, etc. refer.). When the E2Fa protein becomes an E2Fa-DPa complex, sequence-specific binding with higher affinity to DNA becomes possible. When Arabidopsis E2Fa and DPa are overexpressed in tobacco, cell division is promoted and endoreduplication occurs. In addition, it has been reported that callus derived from leaf pieces in a callus induction medium continues to grow for a while even in a medium not containing plant hormones. Further, even in a plant hormone composition medium for differentiating shoots, differentiation into shoots is not observed, and the state of embryonic callus is maintained.
また、RAP2.4タンパク質は、RAP2タンパク質ファミリーに属するタンパク質であることが知られている(例えば、非特許文献4等参照。)。このRAP2.4タンパク質は、他のRAP2ファミリータンパク質と同様、野生型(Ler)の花、葉、茎及び根で発現が見られていることが報告されている。また、本発明者らの基礎的な実験から、植物体に比べて複数のカルス株で発現が上昇している転写活性化因子の遺伝子であることが明らかになっている。しかし、このタンパク質の機能についてはほとんどわかっていない。
上述したように、従来から種々の脱分化(カルス化)の方法が知られているが、従来の方法でカルスを誘導できない植物も多く、かかる脱分化しにくい植物についても、カルスを誘導できるように、従来法とは異なるカルス誘導方法の開発が望まれている。また、無限増殖能を有するカルスを用いて有用物質生産を行う研究がこれまで数多くなされているが、カルスの有用物質生産能の不安定さにより工業化した例はほんの数例しかなく、従来法とは異なる安定した有用物質生産能を有するカルスを用いた有用物質生産法の開発が望まれている。 As described above, various methods of dedifferentiation (callusification) have been known, but there are many plants that cannot induce callus by conventional methods, and it is possible to induce callus even for plants that are difficult to dedifferentiate. In addition, it is desired to develop a callus induction method different from the conventional method. In addition, there have been many studies on the production of useful substances using callus with infinite growth ability, but there are only a few examples of industrialization due to the instability of the useful substance production ability of callus. Development of a useful substance production method using callus having different stable useful substance producing ability is desired.
本発明の目的は、脱分化しにくい植物でもカルスを誘導できるような、脱分化が誘導されるように改変された植物体を生産する方法を提供することにある。また、そのように脱分化が誘導されるように改変された植物体を用いて、安定した有用物質生産法を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a method for producing a plant that has been modified so that dedifferentiation is induced so that callus can be induced even in plants that are difficult to dedifferentiate. Another object of the present invention is to provide a stable useful substance production method using a plant body modified so that dedifferentiation is induced.
本発明者は、上記課題を解決すべく鋭意検討を行った結果、植物体に比べ複数のカルス株で発現が促進していた転写因子であって、その機能が明らかにされていない転写因子をコードする遺伝子を植物体内で機能するプロモーターにつないで植物体に導入し発現させたところ、得られた植物体は、植物ホルモン非存在下でも、茎、葉、根などの器官の正常な分化が抑制されカルス状になることを見出した。なお、本明細書において、「植物ホルモン非存在下」とは、特に規定する場合を除き、「植物ホルモン無添加」と同じ意味である。また、得られたカルス細胞は植物ホルモン無添加の培地でも増殖し、脱分化状態を維持したまま継代培養が可能であることを見出した。そして、これらの知見から、かかる転写因子は脱分化に関与する転写因子であることを初めて見出し、これらの転写因子をコードする遺伝子を用いることにより、脱分化が誘導されるように改変された植物体を生産することができることを見出し、本発明を完成させるに至った。 As a result of intensive studies to solve the above problems, the present inventor has found a transcription factor whose expression has been promoted in a plurality of callus strains compared to a plant, and whose function has not been clarified. When the encoded gene is connected to a promoter that functions in the plant body and introduced into the plant body, the resulting plant body is capable of normal differentiation of organs such as stems, leaves, and roots even in the absence of plant hormones. It was found to be suppressed and callus-like. In the present specification, “in the absence of plant hormones” has the same meaning as “without plant hormones” unless otherwise specified. Further, the obtained callus cells proliferated even in a medium not containing plant hormones, and it was found that subculture can be performed while maintaining a dedifferentiated state. Based on these findings, it was first discovered that such transcription factors are transcription factors involved in dedifferentiation, and plants that have been modified to induce dedifferentiation by using genes encoding these transcription factors. The present inventors have found that the body can be produced and have completed the present invention.
すなわち、本発明にかかる脱分化が誘導されるように改変された植物体の生産方法は、以下の(a)〜(e)のいずれかに記載の遺伝子が発現するように、該遺伝子を含む組換え発現ベクターを植物細胞に導入する形質転換工程を含んでいることを特徴としている。
(a)脱分化に関与する転写因子をコードする遺伝子、
(b)配列番号1、3または5に示されるアミノ酸配列からなるタンパク質をコードする遺伝子、
(c)配列番号1、3または5に示されるアミノ酸配列において、1個又は数個のアミノ酸が置換、欠失、挿入、及び/又は付加されたアミノ酸配列からなり、且つ、脱分化に関与するタンパク質をコードする遺伝子、
(d)配列番号2、4または6に示される塩基配列をオープンリーディングフレーム領域として有する遺伝子、
(e)配列番号2、4または6に示される塩基配列からなる遺伝子と相補的な塩基配列からなる遺伝子とストリンジェントな条件でハイブリダイズする塩基配列をオープンリーディングフレーム領域として有し、且つ、脱分化に関与するタンパク質をコードする遺伝子。
That is, the method for producing a plant body modified so as to induce dedifferentiation according to the present invention includes the gene so that the gene described in any of the following (a) to (e) is expressed. It includes a transformation step of introducing a recombinant expression vector into plant cells.
(A) a gene encoding a transcription factor involved in dedifferentiation,
(B) a gene encoding a protein consisting of the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1, 3, or 5;
(C) In the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1, 3, or 5, it consists of an amino acid sequence in which one or several amino acids are substituted, deleted, inserted, and / or added, and is involved in dedifferentiation A gene encoding a protein,
(D) a gene having the base sequence shown in SEQ ID NO: 2, 4 or 6 as an open reading frame region,
(E) a base sequence that hybridizes under stringent conditions with a gene consisting of a base sequence complementary to the gene consisting of the base sequence shown in SEQ ID NO: 2, 4 or 6 as an open reading frame region; A gene that encodes a protein involved in differentiation.
また、本発明にかかる植物体の生産方法は、さらに、上記組換え発現ベクターを構築する発現ベクター構築工程を含んでいてもよい。 The plant production method according to the present invention may further include an expression vector construction step for constructing the recombinant expression vector.
また、本発明にかかる植物体は、上記生産方法により生産され、脱分化が誘導されるように改変されていることを特徴としている。 In addition, the plant according to the present invention is produced by the production method described above, and is modified so as to induce dedifferentiation.
本発明にかかる植物体においては、植物体内の内因性のオーキシンの濃度が、脱分化が誘導されるように改変される前と比較して、有意に増加していないことが好ましい。 In the plant according to the present invention, it is preferable that the concentration of endogenous auxin in the plant is not significantly increased as compared to before the modification so that dedifferentiation is induced.
上記植物体には、成育した植物個体、植物組織、植物細胞、カルス、種子の少なくとも何れかが含まれることが好ましい。 The plant body preferably contains at least one of a grown plant individual, plant tissue, plant cell, callus, and seed.
また、上記植物体は、カルスであって、当該カルス培養条件をコントロールすることにより表面が一部分化し、表面が一部分化した状態のまま増殖させることができるカルスであってもよい。さらに、上記植物体は、上記形質転換工程で選択マーカーとして薬剤耐性遺伝子を用いて得られた植物体を、当該選択マーカーの試薬である抗生物質を添加せずに培養して得られたカルスであってもよい。 The plant body may be a callus that can be grown in a state where the surface is partially formed and the surface is partially formed by controlling the callus culture conditions. Furthermore, the plant body is a callus obtained by culturing a plant body obtained using a drug resistance gene as a selection marker in the transformation step without adding an antibiotic which is a reagent for the selection marker. There may be.
また、本発明にかかる植物体の脱分化誘導キットは、上記の生産方法を行うためのキットであって、上記(a)〜(e)のいずれかに記載の遺伝子と、プロモーターとを含む組換え発現ベクターを少なくとも含むことを特徴としている。 A plant dedifferentiation induction kit according to the present invention is a kit for performing the production method described above, and a set comprising the gene according to any one of (a) to (e) above and a promoter. It is characterized by comprising at least a recombinant expression vector.
また、上記植物体の脱分化誘導キットは、さらに、上記組換え発現ベクターを植物細胞に導入するための試薬群を含んでいてもよい。 The plant dedifferentiation induction kit may further include a reagent group for introducing the recombinant expression vector into plant cells.
また、本発明にかかる有用物質の生産方法は、本発明にかかる植物体を、植物ホルモンの添加なしで培養し、二次代謝産物を生産させることを特徴としている。 The useful substance production method according to the present invention is characterized in that the plant according to the present invention is cultured without the addition of plant hormones to produce secondary metabolites.
また、本発明にかかる有用物質の生産方法は、表面が一部分化し、表面が一部分化した状態のまま増殖するカルス、または、上記形質転換工程で選択マーカーとして薬剤耐性遺伝子を用いて得られた植物体を当該選択マーカーの試薬である抗生物質を添加せずに培養して得られたカルスを、上記選択マーカーの試薬である抗生物質および植物ホルモンの添加なしで培養し、二次代謝産物を生産させる方法であってもよい。 In addition, the method for producing a useful substance according to the present invention includes a callus that grows in a state where the surface is partially formed and the surface is partially formed, or a plant obtained using a drug resistance gene as a selection marker in the transformation step. Callus obtained by culturing the body without the addition of antibiotics, which are reagents for the selection marker, is cultured without the addition of antibiotics and plant hormones, which are the reagents for the selection markers, to produce secondary metabolites It is also possible to use a method.
すなわち、本発明にかかる脱分化が誘導されるように改変された植物体の生産方法は、以上のように上記(a)〜(e)のいずれかに記載の遺伝子が発現するように、該遺伝子を含む組換え発現ベクターを植物細胞に導入する形質転換工程を含んでいることを特徴としている。これにより、得られる植物体は、植物ホルモン非存在下でも、茎、葉、根などの器官の正常な分化が抑制されカルス状になる。また、得られたカルス細胞は植物ホルモン無添加の培地でも増殖し、脱分化状態を維持したまま継代培養が可能である。また、特に、かかる方法により得られる植物体は、脱分化が誘導されるように改変されているという効果を奏する。 That is, the production method of a plant body modified so as to induce dedifferentiation according to the present invention is such that the gene according to any one of the above (a) to (e) is expressed as described above. It includes a transformation step of introducing a recombinant expression vector containing the gene into a plant cell. Thereby, even in the absence of plant hormones, the obtained plant body is suppressed to normal differentiation of organs such as stems, leaves, roots, and becomes callus-like. In addition, the obtained callus cells grow in a medium not containing plant hormones and can be subcultured while maintaining a dedifferentiated state. In particular, the plant obtained by such a method has an effect of being modified so as to induce dedifferentiation.
本発明にかかる植物体の生産方法、植物体及びその利用について説明すると以下の通りである。 The production method of a plant according to the present invention, the plant and its use are described as follows.
上述したように、本発明者らは、植物体に比べ複数のカルス株で発現が促進されていた転写因子をコードする遺伝子を含むベクターを、該遺伝子が植物体内で発現するように植物体に導入することにより、脱分化が誘導されるように改変された植物体を生産することができることを見出した。また、この知見より、上記転写因子は、脱分化に関与し、脱分化を誘導する転写因子であることを初めて見出した。したがって、この脱分化に関与する転写因子をコードする遺伝子を含むベクターを植物体に導入することによって、脱分化が誘導されるように改変された植物体を生産することができる。 As described above, the present inventors have added a vector containing a gene encoding a transcription factor whose expression has been promoted in a plurality of callus strains to a plant body so that the gene is expressed in the plant body. It has been found that a plant body modified so as to induce dedifferentiation can be produced by introduction. Further, from this finding, it has been found for the first time that the above transcription factor is a transcription factor that is involved in dedifferentiation and induces dedifferentiation. Therefore, by introducing a vector containing a gene encoding a transcription factor involved in dedifferentiation into a plant, a plant that has been modified so that dedifferentiation is induced can be produced.
すなわち、本発明にかかる植物体の生産方法は、この脱分化に関与する転写因子をコードする遺伝子を含むベクターを植物細胞に導入するものであればよい。これにより、この脱分化に関与する転写因子が植物体内で過剰に生産される。 That is, the method for producing a plant according to the present invention may be any method that introduces a vector containing a gene encoding a transcription factor involved in this dedifferentiation into plant cells. Thereby, the transcription factor involved in this dedifferentiation is excessively produced in the plant body.
かかる転写因子を植物体で過剰に生産させることによって得られる植物体では、上記転写因子の標的遺伝子の転写が促進されると考えられ、脱分化が誘導されるように改変された植物体を生産することができる。その結果、得られる植物体を脱分化が誘導されるように改変させることができる。 In plants obtained by excessive production of such transcription factors in plants, it is considered that transcription of the target gene of the above transcription factor is promoted, and a plant modified to induce dedifferentiation is produced. can do. As a result, the obtained plant can be modified so that dedifferentiation is induced.
本発明の生産方法で生産される脱分化が誘導されるように改変された植物体とは、分化が抑制されるように改変された植物体であるということもできる。また、改変されたとは形質転換前と比較して改変されたことをいう。 It can also be said that the plant body modified so as to induce dedifferentiation produced by the production method of the present invention is a plant body modified so that differentiation is suppressed. Further, “modified” means modified compared to before transformation.
ここで、植物体が分化するとは、1つの単純な系又は細胞集団が2つ以上の互いに異質な系又は細胞集団に分かれることをいう。例えば、植物体の表皮細胞やカルスからの不定胚の分化が知られており、この不定胚から子葉、頂芽、幼根等が再生する。また、脱分化とは、分化した組織や器官の細胞が再びより未分化性の高い状態に戻ることをいい、分化とは逆のプロセスである。言い換えれば、器官、組織などの機能分化・形態分化している細胞が、分裂を開始して、カルス化する現象をいう。 Here, the differentiation of a plant body means that one simple system or cell population is divided into two or more heterogeneous systems or cell populations. For example, differentiation of somatic embryos from epidermal cells and callus of plant bodies is known, and cotyledons, apical buds, radicles, etc. are regenerated from these somatic embryos. Further, dedifferentiation means that cells of differentiated tissues and organs return to a more undifferentiated state again, and is a process opposite to differentiation. In other words, it refers to a phenomenon in which cells that have undergone functional or morphological differentiation such as organs and tissues start dividing and callus.
また、脱分化が誘導されるように改変された植物体(すなわち分化が抑制されるように改変された植物体)とは、言い換えれば、脱分化しやすくなる(分化しにくくなる)ように改変された植物体をいう。かかる植物体は、例えばオーキシンやサイトカイニン等の植物ホルモン非存在下で、通常は脱分化しない条件下でも、脱分化するか、分化のレベルが低くなるように改変された植物体であるということもできる。かかる植物体は、また、オーキシンやサイトカイニン等の植物ホルモンに対する感受性が高くなるように改変された植物体であるともいえる。なお、ここで植物ホルモンとは、植物の脱分化を制御するために用いられうるものであれば、オーキシンやサイトカイニンに限定されるものではなく、ジベレリン、エチレン、アブシジン酸、ジャスモン酸、ブラシノステロイド等も含まれる。 In addition, a plant that has been modified to induce dedifferentiation (that is, a plant that has been modified so that differentiation is suppressed) is, in other words, modified so that it can be easily dedifferentiated (difficult to differentiate). Refers to the plant that has been made. Such a plant body may be a plant body that has been dedifferentiated or modified to have a low level of differentiation even in the absence of plant hormones such as auxin and cytokinin, usually under non-dedifferentiation conditions. it can. It can also be said that such a plant body is a plant body modified so as to be highly sensitive to plant hormones such as auxin and cytokinin. Here, the plant hormone is not limited to auxin or cytokinin as long as it can be used to control the dedifferentiation of plants, but gibberellin, ethylene, abscisic acid, jasmonic acid, brassinosteroid Etc. are also included.
通常、カルスの誘導および維持(継代培養)には培地に上記植物ホルモンのうち特にオーキシンを添加する必要がある。しかしながら、本発明にかかる脱分化が誘導されるように改変された植物体では、誘導および維持において外因性の植物ホルモンを必要としない。すなわち、本発明の植物体では植物ホルモン非存在下でカルスの誘導と維持が可能である。 Usually, in order to induce and maintain callus (subculture), it is necessary to add auxin among the above plant hormones to the medium. However, plants modified to induce dedifferentiation according to the present invention do not require exogenous plant hormones for induction and maintenance. That is, in the plant of the present invention, callus can be induced and maintained in the absence of a plant hormone.
なお、ここで、外因性の植物ホルモンとは培地に添加する植物ホルモンのことをいう。一方、植物体内部で作られる植物ホルモンを内因性の植物ホルモンという。 Here, exogenous plant hormones refer to plant hormones added to the medium. On the other hand, plant hormones produced inside plants are called endogenous plant hormones.
従来から誘導および維持に外因性の植物ホルモンを必要としないカルスとしては、クラウンゴールが知られている。また馴化したカルスにおいても維持に外因性の植物ホルモンを必要としなくなる。この原因として、内因性の植物ホルモンであるオーキシンの濃度が高くなっていることがこれまでに報告されている。 Conventionally, crown gall is known as a callus that does not require an exogenous plant hormone for induction and maintenance. In addition, exogenous plant hormones are no longer required for maintenance in callus that have been adapted. It has been reported so far that the concentration of auxin, an endogenous plant hormone, is high as the cause.
そこで、本発明にかかる脱分化が誘導されるように改変された植物体でも内因性のオーキシンの濃度が高くなっていることが予想された。このため、本発明者らは、オーキシン応答エレメントを配置したプロモーターにレポーター遺伝子としてβ―グルクロニダーゼ(GUS)遺伝子を結合させたキメラ遺伝子を導入した植物体を、本発明にかかる植物体の生産方法を用いて、脱分化が誘導されるように改変し、内因性の植物ホルモンが過剰に生産されているか否かを調べた。その結果、驚くべきことに、本発明にかかる脱分化が誘導されるように改変された植物体では、オーキシンが過剰に生産されていないことが見出された。また、GC−MSを用いた、本発明にかかる脱分化が誘導されるように改変された植物体の内因性のオーキシン(インドール酢酸)濃度の測定によっても、ベクターコントロール植物体と比べて内因性のオーキシン濃度が同程度か、むしろ低いことが見出された。 Therefore, it was expected that the endogenous auxin concentration was also increased in the plant modified so as to induce dedifferentiation according to the present invention. For this reason, the present inventors have developed a plant production method according to the present invention by introducing a plant into which a chimeric gene in which a β-glucuronidase (GUS) gene is linked as a reporter gene to a promoter in which an auxin response element is arranged. It was modified to induce dedifferentiation and examined whether endogenous plant hormones were overproduced. As a result, it was surprisingly found that auxin was not excessively produced in the plant body modified so as to induce dedifferentiation according to the present invention. Further, the endogenous auxin (indoleacetic acid) concentration of a plant modified so as to induce dedifferentiation according to the present invention using GC-MS is also compared with that of a vector control plant. Was found to have similar or rather low auxin concentrations.
本発明にかかる脱分化が誘導されるように改変された植物体では、このように、植物体内の内因性のオーキシンの濃度が、脱分化が誘導されるように改変される前と比較して、有意に増加していないことが好ましい。なお、ここで、「有意に増加していない」とは、オーキシンの作用による遺伝子の変異や染色体の欠損などにより植物体の形態や代謝に影響を与える程度にまで増加していないことをいう。かかる増加量としては、脱分化が誘導されるように改変される前のオーキシンの濃度に対して、50%以下であることが好ましく、30%以下であることがより好ましく、20%以下であることがさらに好ましく、10%以下であることが特に好ましい。また、言い換えれば、本発明にかかる脱分化が誘導されるように改変された植物体では、植物体内で内因性のオーキシンが過剰生産されていないことが好ましい。また、植物体内の内因性のオーキシンの濃度は、脱分化が誘導されるように改変される前と比較して、同じであるか、または、減少していることがより好ましい。 In the plant body modified so as to induce dedifferentiation according to the present invention, the endogenous auxin concentration in the plant body is thus compared with that before the modification so that dedifferentiation is induced. It is preferred that it does not increase significantly. Here, “not significantly increased” means that it has not increased to such an extent as to affect the morphology and metabolism of the plant body due to gene mutation or chromosomal loss due to the action of auxin. The amount of increase is preferably 50% or less, more preferably 30% or less, and more preferably 20% or less with respect to the concentration of auxin before being modified so as to induce dedifferentiation. More preferably, it is particularly preferably 10% or less. In other words, in a plant modified so as to induce dedifferentiation according to the present invention, it is preferable that endogenous auxin is not excessively produced in the plant. Moreover, it is more preferable that the concentration of endogenous auxin in the plant body is the same or decreased as compared with that before being modified so that dedifferentiation is induced.
有用物質生産へのカルス培養の応用において、植物培養細胞であるカルスが有用物質生産能を失ってしまう大きな原因の一つとして、外因性のオーキシンの作用による遺伝子の変異や染色体の欠損などが関与していることがよく知られている。本発明にかかる植物体の生産方法により脱分化が誘導されるように改変された植物体で誘導されたカルスでは、かかる作用を有する外因性のオーキシンを添加する必要がないため、遺伝子の変異や染色体の欠損などが起こりにくいと考えられる。加えて、内因性のオーキシンが過剰に増加していないため、過剰な内因性のオーキシンによる同様の遺伝子の不活性化が起きにくいと考えられる。それゆえ、本発明にかかる植物体は、有用物質生産に好適に用いることができると考えられる。 In the application of callus culture to the production of useful substances, one of the major reasons why callus, a plant cell culture, loses the ability to produce useful substances is involved in gene mutations and chromosome defects due to the action of exogenous auxins. It is well known that Callus induced in a plant modified so that dedifferentiation is induced by the production method of the plant according to the present invention does not require the addition of exogenous auxin having such action, Chromosome defects are unlikely to occur. In addition, since endogenous auxin does not increase excessively, it is considered that inactivation of the same gene by excessive endogenous auxin hardly occurs. Therefore, it is considered that the plant according to the present invention can be suitably used for production of useful substances.
以降の説明では本発明にかかる脱分化が誘導されるように改変された植物体の生産方法、これらの生産方法により得られる植物体とその有用性、並びにその利用についてそれぞれ説明する。 In the following description, a method for producing a plant modified so as to induce dedifferentiation according to the present invention, a plant obtained by these production methods, its usefulness, and its use will be described.
(I)脱分化が誘導されるように改変された植物体の生産方法
上述したように、本発明にかかる植物体の生産方法は、脱分化に関与する転写因子をコードする遺伝子を含むベクターを植物細胞に導入する。以下、(I−1)脱分化に関与する転写因子、(I−2)本発明にかかる植物体の生産方法の一例の順に説明する。
(I) Method for producing plant body modified to induce dedifferentiation As described above, the method for producing a plant body according to the present invention comprises a vector containing a gene encoding a transcription factor involved in dedifferentiation. Introduce into plant cells. Hereinafter, (I-1) a transcription factor involved in dedifferentiation, (I-2) an example of a plant production method according to the present invention will be described in this order.
(I−1)脱分化に関与する転写因子
本発明で用いられる転写因子は、脱分化に関与する転写因子であれば特に限定されるものではない。かかる転写因子は、植物界で広く保存されている。したがって、本発明で用いられる転写因子には、種々の植物に保存されている同様の機能を有する転写因子が含まれる。
(I-1) Transcription factor involved in dedifferentiation The transcription factor used in the present invention is not particularly limited as long as it is a transcription factor involved in dedifferentiation. Such transcription factors are widely conserved in the plant kingdom. Therefore, transcription factors used in the present invention include transcription factors having similar functions that are conserved in various plants.
本発明で用いられる転写因子の代表的な一例としては、例えば、シロイヌナズナのRAP2.4タンパク質(MIPS(Munich Information Center for Protein Sequence) No:At1g78080)及びこれらのホモログである、At1g22190タンパク質、At1g36060タンパク質等を挙げることができる。RAP2.4タンパク質は、配列番号1に示されるアミノ酸配列を有するタンパク質である。At1g22190タンパク質は、配列番号3に示されるアミノ酸配列を有するタンパク質である。At1g36060タンパク質は、配列番号5に示されるアミノ酸配列を有するタンパク質である。 Representative examples of transcription factors used in the present invention include, for example, Arabidopsis RAP 2.4 protein (MIPS (Munich Information Center for Protein Sequence) No: At1g78080) and homologs thereof such as At1g22190 protein and At1g36060 protein. Can be mentioned. The RAP 2.4 protein is a protein having the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1. The At1g22190 protein is a protein having the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 3. The At1g36060 protein is a protein having the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 5.
また、本発明で用いられる転写因子としては、配列番号1、3または5にそれぞれ示されるアミノ酸配列を有するRAP2.4タンパク質、At1g22190タンパク質、またはAt1g36060タンパク質に限定されるものではなく、配列番号1、3または5に示されるアミノ酸配列からなるタンパク質の変異体であって、且つ、脱分化に関与するタンパク質であってもよい。かかる変異体としては、欠失、挿入、逆転、反復、及び置換を含む変異体を挙げることができる。特に、タンパク質における「中性」アミノ酸置換は、一般的にそのタンパク質の活性にほとんど影響しない。 The transcription factor used in the present invention is not limited to the RAP 2.4 protein, At1g22190 protein, or At1g36060 protein having the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1, 3, or 5, respectively. It may be a protein variant consisting of the amino acid sequence shown in 3 or 5, and may be a protein involved in dedifferentiation. Such variants can include variants containing deletions, insertions, inversions, repeats, and substitutions. In particular, “neutral” amino acid substitutions in a protein generally have little effect on the activity of the protein.
タンパク質のアミノ酸配列中のいくつかのアミノ酸が、このタンパク質の構造又は機能に有意に影響することなく容易に改変され得ることは、当該分野において周知である。さらに、人為的に改変させるだけではく、天然のタンパク質において、当該タンパク質の構造又は機能を有意に変化させない変異体が存在することもまた周知である。 It is well known in the art that some amino acids in the amino acid sequence of a protein can be easily modified without significantly affecting the structure or function of the protein. Furthermore, it is also well known that there are mutants in natural proteins that do not change artificially, but do not significantly alter the structure or function of the protein.
当業者は、周知技術を使用してタンパク質のアミノ酸配列において1又は複数個のアミノ酸を容易に変異させることができる。例えば、公知の点変異導入法に従えば、ポリペプチドをコードするポリヌクレオチドの任意の塩基を変異させることができる。また、タンパク質をコードするポリヌクレオチドの任意の部位に対応するプライマーを設計して欠失変異体又は付加変異体を作製することができる。 One skilled in the art can readily mutate one or more amino acids in the amino acid sequence of a protein using well-known techniques. For example, according to a known point mutation introduction method, an arbitrary base of a polynucleotide encoding a polypeptide can be mutated. In addition, a deletion mutant or an addition mutant can be prepared by designing a primer corresponding to an arbitrary site of a polynucleotide encoding a protein.
上記変異体は特に限定されるものではないが、タンパク質の活性を変化させない変異であることが好ましい。具体的には、サイレント変異や保存性置換等が挙げられる。 The mutant is not particularly limited, but is preferably a mutation that does not change the activity of the protein. Specific examples include silent mutation and conservative substitution.
代表的に保存性置換と見られるのは、脂肪族アミノ酸Ala、Val、Leu、及びIleの中での1つのアミノ酸の別のアミノ酸への置換;ヒドロキシル残基Ser及びThrの交換、酸性残基Asp及びGluの交換、アミド残基Asn及びGlnの間の置換、塩基性残基Lys及びArgの交換、ならびに芳香族残基Phe、Tyrの間の置換である。また、サイレント置換は、アミノ酸が置換、添加又は欠失してもタンパク質活性に影響の無い変異である。 Typical conservative substitutions are substitutions of one amino acid for another in the aliphatic amino acids Ala, Val, Leu, and Ile; exchange of hydroxyl residues Ser and Thr, acidic residues Asp and Glu exchange, substitution between amide residues Asn and Gln, exchange of basic residues Lys and Arg, and substitution between aromatic residues Phe and Tyr. Silent substitution is a mutation that does not affect protein activity even if an amino acid is substituted, added, or deleted.
上記に詳細に示されるように、どのアミノ酸の変化が表現型的にサイレントでありそうか(すなわち、機能に対して有意に有害な効果を有しそうにないか)に関するさらなるガイダンスは、Bowie,J.U.ら「Deciphering the Message in Protein Sequences: Tolerance to Amino Acid Substitutions」,Science 247:1306-1310 (1990)(本明細書中に参考として援用される)に見出され得る。 As detailed above, further guidance on which amino acid changes are likely to be phenotypically silent (ie likely not to have a significantly detrimental effect on function) can be found in Bowie, JU "Deciphering the Message in Protein Sequences: Tolerance to Amino Acid Substitutions", Science 247: 1306-1310 (1990) (incorporated herein by reference).
また、上記転写因子は、脱分化に関与するタンパク質であって、配列番号1、3または5に示されるアミノ酸配列において、1個もしくは数個のアミノ酸が置換、欠失、挿入、及び/又は付加されたアミノ酸配列であってもよい。 The transcription factor is a protein involved in dedifferentiation, and in the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1, 3 or 5, one or several amino acids are substituted, deleted, inserted, and / or added. It may be an amino acid sequence.
なお、上記の「配列番号1、3または5に示されるアミノ酸配列において、1個又は数個のアミノ酸が置換、欠失、挿入、及び/又は付加されたアミノ酸配列」における「1個又は数個」の範囲は特に限定されないが、例えば、1から20個、好ましくは1から10個、より好ましくは1から7個、さらに好ましくは1個から5個、特に好ましくは1個から3個を意味する。 In addition, “one or several amino acids in the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 1, 3 or 5 in which one or several amino acids are substituted, deleted, inserted and / or added” ”Is not particularly limited, but means, for example, 1 to 20, preferably 1 to 10, more preferably 1 to 7, more preferably 1 to 5, and particularly preferably 1 to 3 To do.
また、上記転写因子には、配列番号1、3または5に示されるアミノ酸配列との相同性が70%以上、好ましくは90%以上であるアミノ酸配列を有し、脱分化に関与するタンパク質も含まれる。このようなタンパク質におけるアミノ酸配列の相同性は、70%以上であればよいが、90%以上が好ましく、95%以上がより好ましく、98%以上がさらに好ましく、99%以上が特に好ましい。 The transcription factor includes a protein that has an amino acid sequence having an amino acid sequence of 70% or more, preferably 90% or more, and that is involved in dedifferentiation with the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1, 3, or 5. It is. The homology of the amino acid sequence in such a protein may be 70% or more, preferably 90% or more, more preferably 95% or more, still more preferably 98% or more, and particularly preferably 99% or more.
なお、本明細書における上記「相同性」とは、BLAST(Basic local alignment search tool;Altschul, S. F. et al,J. Mol. Biol., 215, 403-410, 1990)検索により得られた値を意味するものであり、アミノ酸配列の相同性は、BLAST検索アルゴリズムにより決定することができる。具体的には、BLASTパッケージ(sgi32bit版、ver. 2.0.12;NCBIより入手)のbl2seqプログラム(Tatiana A. Tatusova及びThomas L. Madden, FEMS Microbiol. Lett., 174, 247-250, 1999)を用い、デフォルトパラメーターにしたがって算出することができる。ペアワイズ・アラインメント・パラメーターとして、プログラム名「blastp」を用い、Gap挿入Cost値を「0」とし、Gap伸長Cost値を「0」とし、Query配列のフィルターとして「SEG」を、Matrixとして「BLOSUM62」をそれぞれ用いる。 The “homology” in the present specification refers to a value obtained by a BLAST (Basic local alignment search tool; Altschul, SF et al, J. Mol. Biol., 215, 403-410, 1990) search. It is meant that amino acid sequence homology can be determined by a BLAST search algorithm. Specifically, the bl2seq program (Tatiana A. Tatusova and Thomas L. Madden, FEMS Microbiol. Lett., 174, 247-250, 1999) in the BLAST package (sgi32bit version, ver. 2.0.12; obtained from NCBI) Used and can be calculated according to the default parameters. The program name “blastp” is used as the pairwise alignment parameter, the Gap insertion cost value is “0”, the Gap extension Cost value is “0”, the query sequence filter is “SEG”, and the matrix is “BLOSUM62”. Are used respectively.
また、本発明で用いられる、脱分化に関与する転写因子のアミノ酸配列は、種の異なる数多くの植物間において、保存性が高いものと考えられる。そのため、脱分化を誘導させたい個々の植物体において、脱分化に関与する転写因子やその遺伝子を必ずしも単離する必要はない。すなわち、後述する実施例で示す、シロイヌナズナ由来の上記転写因子を、他の植物で発現させることで、さまざまな種の植物において簡便に脱分化が誘導されるように改変された植物体を生産できることが予想される。 In addition, the amino acid sequences of transcription factors involved in dedifferentiation used in the present invention are considered to be highly conserved among many plants of different species. Therefore, it is not always necessary to isolate a transcription factor and its gene involved in dedifferentiation in individual plants that are desired to induce dedifferentiation. In other words, by expressing the above-mentioned transcription factor derived from Arabidopsis thaliana in other plants, which will be described later in Examples, it is possible to produce a plant body modified so that dedifferentiation can be easily induced in various types of plants. Is expected.
本発明で用いられる転写因子を生産する際には、後述するように、公知の遺伝子組換え技術を好適に用いることができる。そこで、本発明にかかる植物体の生産方法には、上記転写因子をコードする遺伝子も好適に用いることができる。 In producing the transcription factor used in the present invention, a known gene recombination technique can be suitably used as described later. Therefore, in the method for producing a plant according to the present invention, a gene encoding the above transcription factor can also be suitably used.
上記転写因子をコードする遺伝子としては特に限定されるものではないが、具体的な一例としては、例えば、転写因子としてRAP2.4タンパク質を用いる場合には、このRAP2.4タンパク質をコードする遺伝子(説明の便宜上、RAP2.4遺伝子と称する)を、転写因子としてAt1g22190タンパク質を用いる場合には、このAt1g22190タンパク質をコードする遺伝子(説明の便宜上、At1g22190遺伝子と称する)を、転写因子としてAt1g36060タンパク質を用いる場合には、このAt1g36060タンパク質をコードする遺伝子(説明の便宜上、At1g36060遺伝子と称する)を挙げることができる。RAP2.4タンパク質、At1g22190タンパク質、またはAt1g36060タンパク質の具体的な一例としてはそれぞれ、例えば、配列番号2、4または6に示される塩基配列をオープンリーディングフレーム(ORF)として含むポリヌクレオチドを挙げることができる。 The gene encoding the above transcription factor is not particularly limited. For example, when a RAP 2.4 protein is used as a transcription factor, for example, a gene encoding this RAP 2.4 protein ( In the case of using At1g22190 protein as a transcription factor for convenience of explanation), the gene encoding this At1g22190 protein (referred to as At1g22190 gene for convenience of explanation) is used as At1g36060 protein as a transcription factor. In some cases, a gene encoding the At1g36060 protein (referred to as At1g36060 gene for convenience of description) can be mentioned. Specific examples of the RAP 2.4 protein, At1g22190 protein, or At1g36060 protein can include, for example, a polynucleotide containing the base sequence shown in SEQ ID NO: 2, 4 or 6 as an open reading frame (ORF). .
もちろん、本発明で用いられる転写因子をコードする遺伝子としては、上記の例に限定されるものではなく、配列番号2、4または6に示される塩基配列と相同性を有する遺伝子であってもよい。具体的には、例えば、配列番号2、4または6に示される塩基配列からなる遺伝子と相補的な塩基配列からなる遺伝子とストリンジェントな条件でハイブリダイズし、かつ、上記転写因子をコードする遺伝子等を挙げることができる。なお、ここでストリンジェントな条件でハイブリダイズするとは、60℃で2×SSC洗浄条件下で結合することを意味する。 Of course, the gene encoding the transcription factor used in the present invention is not limited to the above example, and may be a gene having homology with the nucleotide sequence shown in SEQ ID NO: 2, 4 or 6. . Specifically, for example, a gene that hybridizes under stringent conditions with a gene consisting of a base sequence complementary to the gene consisting of the base sequence shown in SEQ ID NO: 2, 4 or 6 and which encodes the above transcription factor Etc. Here, hybridizing under stringent conditions means binding at 60 ° C. under 2 × SSC washing conditions.
上記ハイブリダイゼーションは、J. Sambrook et al. Molecular Cloning, A Laboratory Manual,2nd Ed., Cold Spring Harbor Laboratory(1989)に記載されている方法等、従来公知の方法で行うことができる。通常、温度が高いほど、塩濃度が低いほどストリンジェンシーは高くなる(ハイブリダイズしにくくなる)。 The hybridization can be performed by a conventionally known method such as the method described in J. Sambrook et al. Molecular Cloning, A Laboratory Manual, 2nd Ed., Cold Spring Harbor Laboratory (1989). Usually, the higher the temperature and the lower the salt concentration, the higher the stringency (harder to hybridize).
また、本発明で用いられる転写因子をコードする遺伝子としては、上記転写因子をコードする遺伝子の変異体であってもよい。変異体は、天然の対立遺伝子変異体のように、天然に生じ得る。「対立遺伝子変異体」によって、生物の染色体上の所定の遺伝子座を占める遺伝子のいくつかの交換可能な形態の1つが意図される。天然に存在しない変異体は、例えば当該分野で周知の変異誘発技術を用いて生成され得る。かかる変異体は特に限定されるものではないが、コードするタンパク質の活性を変化させない変異であることが好ましい。 The gene encoding the transcription factor used in the present invention may be a mutant of the gene encoding the transcription factor. Variants can occur naturally, such as a natural allelic variant. By “allelic variant” is intended one of several interchangeable forms of a gene occupying a given locus on the chromosome of an organism. Non-naturally occurring variants can be generated, for example, using mutagenesis techniques well known in the art. Such a mutant is not particularly limited, but is preferably a mutation that does not change the activity of the encoded protein.
このような変異体としては、上記転写因子をコードするポリヌクレオチドの塩基配列において1又は複数個の塩基が欠失、置換、又は付加した変異体が挙げられる。変異体は、コードもしくは非コード領域、又はその両方において変異され得る。コード領域における変異は、保存的もしくは非保存的なアミノ酸欠失、置換、又は付加を生成し得る。 Examples of such a mutant include a mutant in which one or more bases are deleted, substituted, or added in the base sequence of the polynucleotide encoding the transcription factor. Variants can be mutated in coding or non-coding regions, or both. Mutations in the coding region can generate conservative or non-conservative amino acid deletions, substitutions, or additions.
上記転写因子をコードする遺伝子を取得する方法は特に限定されるものではなく、従来公知の方法により、多くの植物から単離することができる。例えば、既知の転写因子をコードする遺伝子の塩基配列に基づき作製したプライマー対を用いることができる。このプライマー対を用いて、植物のcDNA又はゲノミックDNAを鋳型としてPCRを行うこと等により上記遺伝子を得ることができる。また、上記転写因子をコードする遺伝子は、従来公知の方法により化学合成して得ることもできる。 The method for obtaining the gene encoding the transcription factor is not particularly limited, and it can be isolated from many plants by a conventionally known method. For example, a primer pair prepared based on the base sequence of a gene encoding a known transcription factor can be used. Using this primer pair, the gene can be obtained by PCR using plant cDNA or genomic DNA as a template. The gene encoding the transcription factor can also be obtained by chemical synthesis by a conventionally known method.
本発明では、上記転写因子をコードする遺伝子を用いれば、上記転写因子を植物体で過剰に生産することができる。具体的には、上記転写因子をコードする遺伝子を、当該遺伝子が発現するように植物体に導入する。これにより、上記転写因子を過剰に生産することができる。なお、過剰に生産するとは、上記転写因子をコードする外因性の遺伝子を導入し発現させることによって、外因性の遺伝子を導入しない場合と比較して、上記転写因子の発現量が多くなっていればよい。 In the present invention, if the gene encoding the transcription factor is used, the transcription factor can be excessively produced in the plant body. Specifically, a gene encoding the transcription factor is introduced into a plant so that the gene is expressed. Thereby, the transcription factor can be produced excessively. Excessive production means that the expression level of the transcription factor is increased by introducing and expressing an exogenous gene encoding the transcription factor as compared to the case where no exogenous gene is introduced. That's fine.
(I−2)本発明にかかる植物体の生産方法の一例
本発明にかかる植物体の生産方法は、上記(I−1)で説明した転写因子を植物体で過剰に生産させる過程を含んでいれば特に限定されるものではないが、本発明にかかる植物体の生産方法を具体的な工程で示せば、例えば、発現ベクター構築工程、形質転換工程、選抜工程等の工程を含む生産方法として挙げることができる。このうち、本発明では、少なくとも形質転換工程が含まれていればよい。以下、各工程について具体的に説明する。
(I-2) An example of a method for producing a plant according to the present invention The method for producing a plant according to the present invention includes a process of excessively producing the transcription factor described in (I-1) above in a plant. Although it is not particularly limited as long as the production method of the plant according to the present invention is shown in specific steps, for example, as a production method including steps such as an expression vector construction step, a transformation step, and a selection step Can be mentioned. Among these, in the present invention, at least the transformation step may be included. Hereinafter, each step will be specifically described.
(I−2−1)発現ベクター構築工程
本発明において行われる発現ベクター構築工程は、上記(I−1)で説明した転写因子をコードする遺伝子と、プロモーターとを含む組換え発現ベクターを構築する工程であれば特に限定されるものではない。
(I-2-1) Expression vector construction step The expression vector construction step performed in the present invention constructs a recombinant expression vector comprising a gene encoding the transcription factor described in (I-1) above and a promoter. If it is a process, it will not specifically limit.
上記組換え発現ベクターの母体となるベクターとしては、従来公知の種々のベクターを用いることができる。例えば、プラスミド、ファージ、又はコスミド等を用いることができ、導入される植物細胞や導入方法に応じて適宜選択することができる。具体的には、例えば、pBR322、pBR325、pUC19、pUC119、pBluescript、pBluescriptSK、pBI系のベクター等を挙げることができる。特に、植物体へのベクターの導入法がアグロバクテリウムを用いる方法である場合には、pBI系のバイナリーベクターを用いることが好ましい。pBI系のバイナリーベクターとしては、具体的には、例えば、pBIG、pBIN19、pBI101、pBI121、pBI221等を挙げることができる。 Various vectors known in the art can be used as the parent vector of the recombinant expression vector. For example, a plasmid, phage, cosmid or the like can be used, and can be appropriately selected according to the plant cell to be introduced and the introduction method. Specific examples include pBR322, pBR325, pUC19, pUC119, pBluescript, pBluescriptSK, and pBI vectors. In particular, when the method for introducing a vector into a plant is a method using Agrobacterium, it is preferable to use a pBI binary vector. Specific examples of the pBI binary vector include pBIG, pBIN19, pBI101, pBI121, and pBI221.
上記プロモーターは、植物体内で遺伝子を発現させることが可能なプロモーターであれば特に限定されるものではなく、公知のプロモーターを好適に用いることができる。かかるプロモーターとしては、例えば、カリフラワーモザイクウイルス35Sプロモーター(CaMV35S)、アクチンプロモーター、ノパリン合成酵素のプロモーター、タバコのPR1a遺伝子プロモーター、トマトのリブロース1,5−二リン酸カルボキシラーゼ・オキシダーゼ小サブユニットプロモーター等を挙げることができる。この中でも、カリフラワーモザイクウイルス35Sプロモーター又はアクチンプロモーターをより好ましく用いることができる。上記各プロモーターを用いれば、得られる組換え発現ベクターでは、植物細胞内に導入されたときに任意の遺伝子を強く発現させることが可能となる。 The promoter is not particularly limited as long as it is a promoter capable of expressing a gene in a plant body, and a known promoter can be suitably used. Examples of such promoters include cauliflower mosaic virus 35S promoter (CaMV35S), actin promoter, nopaline synthase promoter, tobacco PR1a gene promoter, tomato ribulose 1,5-diphosphate carboxylase oxidase small subunit promoter and the like. Can be mentioned. Among these, cauliflower mosaic virus 35S promoter or actin promoter can be used more preferably. When each of the above promoters is used, the resulting recombinant expression vector can strongly express any gene when introduced into a plant cell.
上記プロモーターは、転写因子をコードする遺伝子を発現しうるように連結され、ベクター内に導入されていればよく、組換え発現ベクターとしての具体的な構造は特に限定されるものではない。 The promoter may be linked so that a gene encoding a transcription factor can be expressed and introduced into the vector, and the specific structure as a recombinant expression vector is not particularly limited.
上記組換え発現ベクターは、上記プロモーター及び上記転写因子をコードする遺伝子に加えて、さらに他のDNAセグメントを含んでいてもよい。当該他のDNAセグメントは特に限定されるものではないが、ターミネーター、選択マーカー、エンハンサー、翻訳効率を高めるための塩基配列等を挙げることができる。また、上記組換え発現ベクターは、さらにT−DNA領域を有していてもよい。T−DNA領域は特にアグロバクテリウムを用いて上記組換え発現ベクターを植物体に導入する場合に遺伝子導入の効率を高めることができる。 The recombinant expression vector may further contain other DNA segments in addition to the promoter and the gene encoding the transcription factor. The other DNA segment is not particularly limited, and examples thereof include a terminator, a selection marker, an enhancer, and a base sequence for improving translation efficiency. The recombinant expression vector may further have a T-DNA region. The T-DNA region can increase the efficiency of gene transfer particularly when Agrobacterium is used to introduce the recombinant expression vector into a plant body.
ターミネーターは転写終結部位としての機能を有していれば特に限定されるものではなく、公知のものであってもよい。例えば、具体的には、ノパリン合成酵素遺伝子の転写終結領域(Nosターミネーター)、カリフラワーモザイクウイルス35Sの転写終結領域(CaMV35Sターミネーター)等を好ましく用いることができる。この中でもNosターミネーターをより好ましく用いることができる。 The terminator is not particularly limited as long as it has a function as a transcription termination site, and may be a known one. For example, specifically, the transcription termination region (Nos terminator) of the nopaline synthase gene, the transcription termination region of the cauliflower mosaic virus 35S (CaMV35S terminator) and the like can be preferably used. Of these, the Nos terminator can be more preferably used.
上記形質転換ベクターにおいては、ターミネーターを適当な位置に配置することにより、植物細胞に導入された後に、不必要に長い転写物を合成したり、強力なプロモーターがプラスミドのコピー数を減少させたりするような現象の発生を防止することができる。 In the above transformation vector, by placing the terminator at an appropriate position, after introduction into a plant cell, an unnecessarily long transcript is synthesized, or a strong promoter reduces the copy number of the plasmid. Such a phenomenon can be prevented from occurring.
上記選択マーカーとしては、例えば薬剤耐性遺伝子を用いることができる。かかる薬剤耐性遺伝子の具体的な一例としては、例えば、ハイグロマイシン、ブレオマイシン、カナマイシン、ゲンタマイシン、クロラムフェニコール等に対する薬剤耐性遺伝子を挙げることができる。これにより、上記抗生物質を含む培地中で生育する植物体を選択することによって、形質転換された植物体を容易に選別することができる。 For example, a drug resistance gene can be used as the selection marker. Specific examples of such drug resistance genes include drug resistance genes for hygromycin, bleomycin, kanamycin, gentamicin, chloramphenicol and the like. Thereby, the transformed plant body can be easily selected by selecting the plant body growing in the medium containing the antibiotic.
上記翻訳効率を高めるための塩基配列としては、例えばタバコモザイクウイルス由来のomega配列を挙げることができる。このomega配列をプロモーターの非翻訳領域(5’UTR)に配置させることによって、上記転写因子をコードする遺伝子の翻訳効率を高めることができる。このように、上記形質転換ベクターには、その目的に応じて、さまざまなDNAセグメントを含ませることができる。 Examples of the base sequence for improving the translation efficiency include omega sequences derived from tobacco mosaic virus. By placing this omega sequence in the untranslated region (5′UTR) of the promoter, the translation efficiency of the gene encoding the transcription factor can be increased. Thus, the transformation vector can contain various DNA segments depending on the purpose.
上記組換え発現ベクターの構築方法についても特に限定されるものではなく、適宜選択された母体となるベクターに、上記プロモーター及び転写因子をコードする遺伝子、並びに必要に応じて上記他のDNAセグメントを所定の順序となるように導入すればよい。例えば、転写因子をコードする遺伝子とプロモーターと(必要に応じてターミネーター等)とを連結して発現カセットを構築し、これをベクターに導入すればよい。 The method for constructing the recombinant expression vector is not particularly limited, and a gene that encodes the promoter and transcription factor and, if necessary, the other DNA segment are pre-determined in an appropriately selected parent vector. It may be introduced so that the order becomes. For example, an expression cassette may be constructed by linking a gene encoding a transcription factor and a promoter (such as a terminator if necessary), and then introducing this into a vector.
発現カセットの構築では、例えば、各DNAセグメントの切断部位を互いに相補的な突出末端としておき、ライゲーション酵素で反応させることで、当該DNAセグメントの順序を規定することが可能となる。なお、発現カセットにターミネーターが含まれる場合には、上流から、プロモーター、上記転写因子をコードする遺伝子、ターミネーターの順となっていればよい。また、組換え発現ベクターを構築するための試薬類、すなわち制限酵素やライゲーション酵素等の種類についても特に限定されるものではなく、市販のものを適宜選択して用いればよい。 In the construction of the expression cassette, for example, the order of the DNA segments can be defined by setting the cleavage sites of each DNA segment as complementary protruding ends and reacting with a ligation enzyme. When the terminator is included in the expression cassette, the promoter, the gene encoding the transcription factor, and the terminator may be in order from the upstream. Further, the types of reagents for constructing the recombinant expression vector, that is, the types of restriction enzymes and ligation enzymes are not particularly limited, and commercially available ones may be appropriately selected and used.
また、上記組換え発現ベクターの増殖方法(生産方法)も特に限定されるものではなく、従来公知の方法を用いることができる。一般的には大腸菌をホストとして当該大腸菌内で増殖させればよい。このとき、ベクターの種類に応じて、好ましい大腸菌の種類を選択してもよい。 Moreover, the propagation method (production method) of the recombinant expression vector is not particularly limited, and a conventionally known method can be used. In general, Escherichia coli may be used as a host and propagated in the E. coli. At this time, a preferred E. coli type may be selected according to the type of vector.
(I−2−2)形質転換工程
本発明において行われる形質転換工程は、上記(I−2−1)で説明した組換え発現ベクターを植物細胞に導入して、上記(I−1)で説明した転写因子を生産させるようになっていればよい。
(I-2-2) Transformation Step In the transformation step performed in the present invention, the recombinant expression vector described in (I-2-1) above is introduced into a plant cell, and (I-1) above. It is sufficient if the transcription factor described is produced.
上記組換え発現ベクターを植物細胞に導入する方法(形質転換方法)は特に限定されるものではなく、植物細胞に応じた適切な従来公知の方法を用いることができる。具体的には、例えば、アグロバクテリウムを用いる方法や直接植物細胞に導入する方法を用いることができる。アグロバクテリウムを用いる方法としては、例えば、Transformation of Arabidopsis thaliana by vacuum infiltration(http://www.bch.msu.edu/pamgreen/protocol.htm)を用いることができる。 The method (transformation method) for introducing the recombinant expression vector into a plant cell is not particularly limited, and any conventionally known method suitable for the plant cell can be used. Specifically, for example, a method using Agrobacterium or a method of directly introducing into plant cells can be used. As a method using Agrobacterium, for example, Transformation of Arabidopsis thaliana by vacuum infiltration (http://www.bch.msu.edu/pamgreen/protocol.htm) can be used.
組換え発現ベクターを直接植物細胞に導入する方法としては、例えば、マイクロインジェクション法、エレクトロポレーション法(電気穿孔法)、ポリエチレングリコール法、パーティクルガン法、プロトプラスト融合法、リン酸カルシウム法等を用いることができる。 As a method for directly introducing a recombinant expression vector into a plant cell, for example, a microinjection method, an electroporation method (electroporation method), a polyethylene glycol method, a particle gun method, a protoplast fusion method, a calcium phosphate method, or the like may be used. it can.
上記組換え発現ベクターが導入される植物細胞としては、例えば、花、葉、根等の植物器官における各組織の細胞、カルス、懸濁培養細胞等を挙げることができる。 Examples of plant cells into which the recombinant expression vector is introduced include cells of each tissue, callus, suspension culture cells, etc. in plant organs such as flowers, leaves and roots.
ここで、本発明にかかる植物体の生産方法においては、上記組換え発現ベクターは、生産しようとする種類の植物体に合わせて適切なものを適宜構築してもよいが、汎用的な組換え発現ベクターを予め構築しておき、それを植物細胞に導入してもよい。すなわち、本発明にかかる植物体の生産方法においては、上記(I−2−1)で説明した組換え発現ベクター構築工程が含まれていてもよいし、含まれていなくてもよい。 Here, in the method for producing a plant according to the present invention, the recombinant expression vector may be appropriately constructed according to the type of plant to be produced. An expression vector may be constructed in advance and introduced into plant cells. That is, in the method for producing a plant according to the present invention, the recombinant expression vector construction step described in (I-2-1) may or may not be included.
(I−2−3)その他の工程、その他の方法
本発明にかかる植物体の生産方法においては、上記形質転換工程が含まれていればよく、さらに上記組換え発現ベクター構築工程が含まれていてもよいが、さらに他の工程が含まれていてもよい。具体的には、形質転換後の植物体から適切な形質転換体を選抜する選抜工程等を挙げることができる。
(I-2-3) Other steps and other methods In the method for producing a plant according to the present invention, it is sufficient if the transformation step is included, and the recombinant expression vector construction step is further included. However, other steps may be included. Specifically, the selection process etc. which select an appropriate transformant from the plant body after transformation can be mentioned.
選抜の方法は特に限定されるものではなく、例えば、ハイグロマイシン耐性等の薬剤耐性を基準として選抜してもよいし、形質転換体を育成した後に、オーキシンやサイトカイニン等の植物ホルモン非存在下で通常脱分化が起こらないような条件下で、脱分化が起こる植物体から選抜してもよい。 The selection method is not particularly limited. For example, selection may be performed based on drug resistance such as hygromycin resistance, and after growing the transformant, in the absence of plant hormones such as auxin and cytokinin. You may select from the plant body in which a dedifferentiation occurs on the conditions which a dedifferentiation does not occur normally.
本発明にかかる植物体の生産方法では、上記転写因子をコードする遺伝子を植物体に導入することにより、該植物体から、有性生殖又は無性生殖により単に、脱分化が誘導されるように改変された子孫を得ることが可能となる。また、該植物体やその子孫から植物細胞や、種子、果実、株、カルス、塊茎、切穂、塊等の繁殖材料を得て、これらを基に該植物体を量産することも可能となる。したがって、本発明にかかる植物体の生産方法では、選抜後の植物体を繁殖させる繁殖工程(量産工程)が含まれていてもよい。 In the method for producing a plant according to the present invention, by introducing the gene encoding the above transcription factor into the plant, dedifferentiation is simply induced from the plant by sexual reproduction or asexual reproduction. It becomes possible to obtain modified offspring. It is also possible to obtain propagation materials such as plant cells, seeds, fruits, strains, calluses, tubers, cut ears, lumps, etc. from the plants and their progeny, and mass-produce the plants based on these. . Therefore, in the production method of the plant body concerning this invention, the reproduction process (mass production process) which reproduces the plant body after selection may be included.
なお、本発明における植物体とは、成育した植物個体、植物組織、植物細胞、カルス、種子の少なくとも何れかが含まれる。つまり、本発明では、最終的に植物個体まで成育させることができる状態のものであれば、全て植物体と見なす。また、上記植物細胞には、種々の形態の植物細胞が含まれる。かかる植物細胞としては、例えば、懸濁培養細胞、プロトプラスト、葉の切片等が含まれる。これらの植物細胞を増殖・分化させることにより植物体を得ることができる。なお、植物細胞からの植物体の再生は、植物細胞の種類に応じて、従来公知の方法を用いて行うことができる。したがって、本発明にかかる植物体の生産方法では、植物細胞から植物体を再生させる再生工程が含まれていてもよい。 The plant body in the present invention includes at least one of a grown plant individual, a plant tissue, a plant cell, a callus, and a seed. That is, in this invention, if it is a state which can be made to grow finally to a plant individual, all will be considered as a plant body. The plant cells include various forms of plant cells. Such plant cells include, for example, suspension culture cells, protoplasts, leaf sections and the like. Plants can be obtained by growing and differentiating these plant cells. In addition, the reproduction | regeneration of the plant body from a plant cell can be performed using a conventionally well-known method according to the kind of plant cell. Therefore, in the method for producing a plant according to the present invention, a regeneration step for regenerating the plant from the plant cell may be included.
また、本発明者らは、本発明にかかる植物体を、上記形質転換工程で用いられた選択マーカーの試薬であるハイグロマイシンを添加せずに培養したところ、カルス表面が分化し、この状態のまま植物ホルモン無添加の培地でも活発に増殖をすることを見出した。そして、この状態で、シロイヌナズナで計測可能なモデル二次代謝産物として用いられるアントシアニンを誘導培地培養することにより、シロイヌナズナにおいて従来法で誘導されたカルスではほとんど生産されないアントシアニンを高濃度に生産する現象を見出した。 In addition, when the present inventors cultured the plant body according to the present invention without adding hygromycin, which is a selective marker reagent used in the transformation step, the callus surface differentiated, and this state It was found that the medium proliferates actively even in a medium without plant hormones. In this state, anthocyanins used as model secondary metabolites that can be measured in Arabidopsis thaliana are cultured in an induction medium, thereby producing a high concentration of anthocyanins that are hardly produced in callus induced by conventional methods in Arabidopsis thaliana. I found it.
このように、形質転換体の選択マーカーの試薬である抗生物質を培地から除くと、本発明の植物体であるカルスは、カルスの表面が一部分化し、この状態のまま植物ホルモン無添加で増殖することができる。かかるカルスは、特に、特定の分化した組織で生合成が行われる二次代謝産物の生産に好適に用いることができる。それゆえ、本発明にかかる植物体には、表面が一部分化し、表面が一部分化した状態のまま増殖するカルスも含まれる。また、本発明にかかる植物体は、上記形質転換工程で選択マーカーとして薬剤耐性遺伝子を用いて得られた植物体を、当該選択マーカーの試薬である抗生物質を添加せずに培養したカルスでありうる。 Thus, when the antibiotic which is the reagent for the selection marker of the transformant is removed from the medium, the callus, which is the plant body of the present invention, is partially grown on the surface of the callus and proliferates without addition of plant hormones in this state. be able to. Such callus can be suitably used particularly for the production of secondary metabolites that are biosynthesized in specific differentiated tissues. Therefore, the plant body according to the present invention includes a callus that grows while the surface is partially formed and the surface is partially formed. A plant according to the present invention is a callus obtained by culturing a plant obtained using a drug resistance gene as a selection marker in the transformation step without adding an antibiotic that is a reagent for the selection marker. sell.
ここで、上記選択マーカーは、例えば、薬剤耐性遺伝子であり、より具体的な一例としては、例えば、ハイグロマイシン、ブレオマイシン、カナマイシン、ゲンタマイシン、クロラムフェニコール等に対する薬剤耐性遺伝子を挙げることができる。中でも、上記選択マーカーは、ハイグロマイシンに対する薬剤耐性遺伝子であることが好ましい。また、上記選択マーカーの試薬である抗生物質としては、例えばハイグロマイシン、ブレオマイシン、カナマイシン、ゲンタマイシン、クロラムフェニコール等を挙げることができ、中でもハイグロマイシンをより好適に用いることができる。 Here, the selection marker is, for example, a drug resistance gene, and specific examples include a drug resistance gene for hygromycin, bleomycin, kanamycin, gentamicin, chloramphenicol, and the like. Among these, the selection marker is preferably a drug resistance gene for hygromycin. Examples of antibiotics that are reagents for the selection marker include hygromycin, bleomycin, kanamycin, gentamicin, chloramphenicol, etc. Among them, hygromycin can be more preferably used.
(II)本発明により得られる植物体とその有用性、並びにその利用
本発明にかかる植物体の生産方法は、上記転写因子を植物体で過剰に生産させることによる。これにより、当該転写因子が標的とする標的遺伝子の転写が促進されると考えられる。その結果、得られる植物体の脱分化が誘導されるように改変された植物体を生産することができる。したがって、本発明には、上記植物体の生産方法により得られる植物体も含まれる。
(II) Plant obtained by the present invention, its usefulness, and use thereof The method for producing a plant according to the present invention is based on excessive production of the transcription factor in the plant. Thereby, it is considered that the transcription of the target gene targeted by the transcription factor is promoted. As a result, it is possible to produce a plant that has been modified so that dedifferentiation of the resulting plant is induced. Therefore, the present invention includes a plant obtained by the above-described method for producing a plant.
(II−1)本発明にかかる植物体の具体例
ここで、本発明にかかる脱分化が誘導されるように改変された植物体の具体的な種類は特に限定されるものではなく、かかる脱分化の誘導によりその有用性が高まる植物を挙げることができる。かかる植物は、被子植物であってもよいし裸子植物であってもよい。また、被子植物としては、単子葉植物であってもよいし、双子葉植物であってもよいが、双子葉植物であることがより好ましい。双子葉植物としては、離弁花亜綱であってもよいし、合弁花亜綱であってもよい。合弁花亜綱としては、例えば、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、キク目を挙げることができる。また、離弁花亜綱としては、例えば、ビワモドキ目、ツバキ目、アオイ目、サガリバナ目、ウツボカズラ目、スミレ目、ヤナギ目、フウチョウソウ目、ツツジ目、イワウメ目、カキノキ目、サクラソウ目等を挙げることができる。
(II-1) Specific Example of Plant According to the Present Invention Here, the specific type of the plant modified so as to induce dedifferentiation according to the present invention is not particularly limited, and such desorption is not limited. A plant whose usefulness is enhanced by induction of differentiation can be mentioned. Such a plant may be an angiosperm or a gymnosperm. Further, the angiosperm may be a monocotyledonous plant or a dicotyledonous plant, but a dicotyledonous plant is more preferable. The dicotyledonous plant may be a petal flower subclass or a joint flower subclass. As the joint flower subclass, for example, gentian eyes, eggplant eyes, perilla eyes, armored eyes, plantain eyes, asteraceae eyes, omanohasa eyes, red-eyed eyes, antaceae eyes, and chrysanthemum eyes can be mentioned. In addition, examples of the petal flower subclass include bivalamidae, camellia, blue mushrooms, crayfish eyes, diptera, violets, willows, scallops, azaleas, crabs, oysters, primulas, etc. be able to.
本発明にかかる脱分化が誘導されるように改変された植物体の具体例をさらに挙げると、ナタネ、ジャガイモ、ホウレンソウ、大豆、キャベツ、レタス、トマト、カリフラワー、さやいんげん、かぶ、大根、ブロッコリー、メロン、オレンジ、スイカ、ネギ、ゴボウなどの各種の食用植物、あるいはバラ、キク、あじさい、カーネーションなどの観葉植物またあるいは、ニチニチソウ、イチイ、オウレン、ハナビシソウ、キハダ、オタネニンジン、ケシ、イカリソウ、ベラドンナ、チョウセンアサガオ、Cephaelis ipecacuanhaなどの薬用植物を挙げることができる。 Specific examples of the plant modified so as to induce dedifferentiation according to the present invention include rapeseed, potato, spinach, soybean, cabbage, lettuce, tomato, cauliflower, soy bean, turnip, radish, broccoli, melon. , Orange, watermelon, leek, burdock and other edible plants, roses, chrysanthemum, hydrangea, carnations, etc. And medicinal plants such as Cephaelis ipecacuanha.
(II−2)本発明の有用性
本発明では、植物体を脱分化が誘導されるように改変することができるが、本発明の有用性は特に限定されるものではなく、そのような脱分化の誘導により効果がある分野であればよい。かかる分野としては、例えば、脱分化が誘導されるように改変されることによるカルス化が困難な植物のカルス化、カルスを用いた有用物質生産、カルスからの再分化系を利用した育種分野等を挙げることができる。
(II-2) Usefulness of the Present Invention In the present invention, a plant can be modified so that dedifferentiation is induced, but the usefulness of the present invention is not particularly limited, and Any field that has an effect by induction of differentiation may be used. Such fields include, for example, callus formation of plants that are difficult to callus by being modified so that dedifferentiation is induced, production of useful substances using callus, breeding field using a redifferentiation system from callus, etc. Can be mentioned.
まず、カルス化が困難な植物のカルス化への応用例について説明すると、例えば、カルス化には用いる植物ホルモンの種類や濃度の検討が必要であり、例えばユーカリ、スギ等の木本類、ゴム、コムギ等のようにカルス化が困難な植物もある。このような、カルス化が困難な植物に、本発明に係る植物体の生産方法を用いて、脱分化を誘導することにより、カルス化を促進することができると考えられ、応用価値が高い。 First, an application example to callus formation of a plant that is difficult to callus will be described. For example, it is necessary to examine the types and concentrations of plant hormones used for callusization. Some plants, such as wheat, are difficult to callus. It is considered that callusification can be promoted by inducing dedifferentiation to such a plant that is difficult to callus by using the method for producing a plant according to the present invention.
また、有用物質生産への応用について説明すると、カルス培養において、植物培養細胞であるカルスが有用物質生産能を失ってしまう大きな原因の一つとして、過剰濃度のオーキシンの作用による遺伝子のメチル化などのエピジェネティックな変異(Lambe et al., In Vitro Cell.Dev.Biol.Plant . 33 .155-162(1997))や染色体の欠損などが関与していることがよく知られている。有用物質生産においては、増殖能を有しつつ有用物質も安定して生産する(二次代謝も安定に発現させる)植物培養細胞が必要である。しかし、オーキシンは、形態を脱分化させ、細胞の増殖を促進するが、同時に二次代謝を抑制することが多い。 In addition, the application to the production of useful substances will be explained. In callus culture, one of the major causes that callus, which is a plant culture cell, loses the ability to produce useful substances, is the gene methylation caused by the action of excess auxin. It is well known that an epigenetic mutation (Lambe et al., In Vitro Cell. Dev. Biol. Plant. 33.155-162 (1997)) and a chromosomal defect are involved. In the production of useful substances, there is a need for plant culture cells that have the ability to grow and stably produce useful substances (and stably express secondary metabolism). However, auxin dedifferentiates the form and promotes cell proliferation, but at the same time often suppresses secondary metabolism.
本発明にかかる植物体の生産方法により脱分化が誘導されるように改変された植物体で誘導されたカルスでは、外因性のオーキシンを必要としないことに加え、アグロバクテリウムによって生ずる腫瘍細胞(クラウンゴール)等とは異なり、内因性のオーキシン(インドール酢酸)量が過剰に増加していないことが、実験的に明らかになっている。すなわち、培地に添加する外因性のオーキシンや、過剰な内因性のオーキシンによる遺伝子の不活性化が起きにくいと考えられる。それゆえ、本発明にかかる植物体は、有用物質の生産に好適に用いることができる。 Callus induced by a plant modified so that dedifferentiation is induced by the method for producing a plant according to the present invention does not require exogenous auxin, and in addition, tumor cells generated by Agrobacterium ( It has been experimentally revealed that the amount of endogenous auxin (indole acetic acid) is not excessively increased unlike crown gall. That is, it is considered that gene inactivation is hardly caused by exogenous auxin added to the medium or excessive endogenous auxin. Therefore, the plant according to the present invention can be suitably used for production of useful substances.
また、本発明の植物体を選択マーカーの試薬であるハイグロマイシンを添加せずに培養すると、カルス表面が分化し、この状態のまま植物ホルモン無添加の培地でも活発に増殖をする。この状態で、シロイヌナズナで計測可能なモデル二次代謝産物として用いられるアントシアニンを誘導培地培養することにより、シロイヌナズナにおいて従来法で誘導されたカルスではほとんど生産されない二次代謝産物(アントシアニン)を高濃度に生産する現象が見られている。このことから、本発明によって得られるカルスはホルモンの作用による二次代謝の不活性化が起こりにくいばかりか、部分的に再分化させることで二次代謝産物をより積極的に生産させることが可能であると考えられる。この機能を有用で付加価値の高い物質(アルカロイドなど)をつくる薬用植物で応用できることが示されれば、これまでにない新しいタイプの細胞による新規な有用物質生産システムの構築が提案できる。さらに転写誘導系を利用(グルココルチコイド、estradiol、ガラクトース等)することで、培養環境因子と1対1の遺伝子発現制御が可能となり、脱分化状態(誘導系ON)で細胞量を増やし、再分化状態(誘導系OFF)で二次代謝産物を生産させることができ、より効率的な有用物質生産が可能になると考えられる。 Further, when the plant body of the present invention is cultured without adding hygromycin, which is a selective marker reagent, the callus surface is differentiated, and actively proliferates in this state even in a plant hormone-free medium. In this state, anthocyanins used as model secondary metabolites that can be measured in Arabidopsis thaliana are cultured in an induction medium, so that a high concentration of secondary metabolites (anthocyanins) that are hardly produced in callus induced by conventional methods in Arabidopsis thaliana The phenomenon of production is seen. From this, the callus obtained by the present invention is not only less likely to inactivate secondary metabolism due to the action of hormones, but it is also possible to more actively produce secondary metabolites by partial redifferentiation It is thought that. If it is shown that this function can be applied to medicinal plants that produce useful and high-value-added substances (alkaloids, etc.), it is possible to propose the construction of a novel useful substance production system using a new type of cells that has never existed before. Furthermore, by using a transcription induction system (glucocorticoid, estradiol, galactose, etc.), it becomes possible to control the gene expression in a one-to-one relationship with culture environment factors, increasing the amount of cells in the dedifferentiation state (induction system ON), and redifferentiation It is considered that secondary metabolites can be produced in the state (induction system OFF), and more effective useful substance production is possible.
また、育種分野への応用についても同様に、得られたカルスは選択マーカーであるハイグロマイシンを添加せずに培養すると組織化、特にシュートへの分化が起こりやすく、固体培養では発根し親植物体に戻る現象もみられることから、これらの再分化のメカニズムや分化誘導条件を研究および利用して行くことで、カルスの状態で細胞を増殖させ、その後再分化させることで大量の苗が生産可能であると考えられる。 Similarly, when applied to the field of breeding, the obtained callus is easily organized when it is cultured without adding the selection marker hygromycin. Since the phenomenon of returning to the body is also seen, by studying and utilizing these redifferentiation mechanisms and differentiation induction conditions, it is possible to produce large numbers of seedlings by growing cells in callus state and then redifferentiating them It is thought that.
なお、上述したように、上記転写因子をコードする遺伝子のアンチセンス鎖を含むベクターやRNAiベクターを植物細胞に導入することによって、導入された植物体または細胞において脱分化を抑制することも可能と考えられる。かかる方法により、脱分化が抑制されるように改変されることによる除草剤耐性植物の作製等への応用が可能となる。すなわち、脱分化が抑制されるように改変された植物体は、オーキシン等の植物ホルモン感受性が低い。それゆえ、オーキシン等の存在下でも生育可能な植物、つまりオーキシン等を利用した除草剤に対する除草剤耐性植物の作製に寄与できる。 As described above, by introducing a vector containing an antisense strand of a gene encoding the transcription factor or an RNAi vector into a plant cell, it is possible to suppress dedifferentiation in the introduced plant body or cell. Conceivable. By such a method, application to production of herbicide-tolerant plants by modification so as to suppress dedifferentiation becomes possible. That is, the plant body modified so that dedifferentiation is suppressed has low sensitivity to plant hormones such as auxin. Therefore, it can contribute to the production of a plant that can grow even in the presence of auxin or the like, that is, a herbicide-tolerant plant to a herbicide using auxin or the like.
(II−3)本発明の利用
本発明の利用分野、利用方法は特に限定されるものではないが、一例として、上述したように、本発明にかかる植物体の生産方法により脱分化が誘導されるように改変された植物体は、有用物質の生産に好適に用いることができる。それゆえ、本発明には、本発明の植物体を、植物ホルモンの添加なしで培養し、二次代謝産物を生産させる有用物質の生産方法も含まれる。
(II-3) Utilization of the present invention The field of utilization and utilization method of the present invention are not particularly limited, but as an example, as described above, dedifferentiation is induced by the plant production method according to the present invention. Plants modified in this way can be suitably used for production of useful substances. Therefore, the present invention includes a method for producing a useful substance by culturing the plant of the present invention without adding a plant hormone to produce a secondary metabolite.
本発明にかかる有用物質の生産方法は、本発明の植物体を培養し二次代謝産物を生産させる方法であれば、特に限定されるものではなく、従来公知のあらゆる方法を用いることができる。 The method for producing a useful substance according to the present invention is not particularly limited as long as it is a method for culturing the plant body of the present invention to produce a secondary metabolite, and any conventionally known method can be used.
また、本発明にかかる有用物質の生産方法には、表面が一部分化し、表面が一部分化した状態のまま増殖するカルス、または、上記形質転換工程で選択マーカーとして薬剤耐性遺伝子を用いて得られた植物体を当該選択マーカーの試薬である抗生物質を添加せずに培養して得られたカルスを、上記選択マーカーの試薬である抗生物質および植物ホルモンの添加なしで培養し、二次代謝産物を生産させる方法も含まれる。 In addition, the method for producing a useful substance according to the present invention was obtained by using a callus that grows while the surface is partially formed and the surface is partially formed, or a drug resistance gene as a selection marker in the transformation step. Callus obtained by culturing a plant body without adding an antibiotic that is a reagent for the selective marker is cultured without adding an antibiotic and a plant hormone that are the reagents for the selective marker, and a secondary metabolite is obtained. A method of production is also included.
また、本発明の利用分野、利用方法の他の一例としては、本発明にかかる植物体の生産方法を行うためのキット、すなわち脱分化誘導キットを挙げることができる。 Moreover, as another example of the field of use and method of use of the present invention, a kit for performing the plant production method according to the present invention, that is, a dedifferentiation induction kit can be mentioned.
この脱分化誘導キットの具体例としては、上記転写因子をコードする遺伝子を含む組換え発現ベクターを少なくとも含んでいるものを挙げることができる。また、本発明にかかる脱分化誘導キットは、上記組換え発現ベクターを植物細胞に導入するための試薬群を含んでいればより好ましい。上記試薬群としては、形質転換の種類に応じた酵素やバッファー等を挙げることができる。その他、必要に応じてマイクロ遠心チューブ等の実験用素材を添付してもよい。 Specific examples of this dedifferentiation induction kit include those containing at least a recombinant expression vector containing a gene encoding the above transcription factor. Moreover, it is more preferable that the dedifferentiation induction kit according to the present invention includes a reagent group for introducing the recombinant expression vector into a plant cell. Examples of the reagent group include enzymes, buffers, and the like corresponding to the type of transformation. In addition, if necessary, experimental materials such as microcentrifuge tubes may be attached.
以下、実施例及び図1ないし図6に基づいて本発明をより詳細に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。 EXAMPLES Hereinafter, although this invention is demonstrated in detail based on an Example and FIG. 1 thru | or FIG. 6, this invention is not limited to a following example.
〔実施例1〕
以下の実施例1においては、シロイヌナズナ由来のRAP2.4遺伝子(At1g78080)をカリフラワーモザイクウイルス35Sプロモーター(以下の説明では、便宜上、CaMV35Sと称する)の下流につないで組換え発現ベクターを構築し、これをシロイヌナズナにアグロバクテリウム法を用いて導入することにより、シロイヌナズナを形質転換し、RAP2.4遺伝子を過剰発現させた形質転換植物体を生産した。
[Example 1]
In Example 1 below, a recombinant expression vector was constructed by linking the Arabidopsis thaliana-derived RAP 2.4 gene (At1g78080) downstream of the cauliflower mosaic virus 35S promoter (hereinafter referred to as CaMV35S for convenience). Was introduced into Arabidopsis thaliana using the Agrobacterium method to transform Arabidopsis thaliana to produce a transformed plant overexpressing the RAP 2.4 gene.
<形質転換用ベクター構築用ベクターの構築>
形質転換用ベクター構築用ベクターであるp35SGを、図1に示すように、以下の工程(1)〜(4)のとおりに構築した。
<Construction of vector for construction of transformation vector>
As shown in FIG. 1, p35SG, a vector for constructing a transformation vector, was constructed as shown in the following steps (1) to (4).
(1)インビトロジェン社製pENTRベクター上のattL1、attL2のそれぞれの領域をプライマーattL1−F(配列番号7)、attL1−R(配列番号8)、attL2−F(配列番号9)、attL2−R(配列番号10)を用いてPCRにて増幅した。得られたattL1断片を制限酵素HindIII、attL2断片をEcoRIで消化し、精製した。PCR反応の条件は、変性反応94℃1分、アニール反応47℃2分、伸長反応74℃1分を1サイクルとして、25サイクル行った。以下すべてのPCR反応は同じ条件で行った。 (1) The regions of attL1 and attL2 on the pENTR vector manufactured by Invitrogen are expressed as primers attL1-F (SEQ ID NO: 7), attL1-R (SEQ ID NO: 8), attL2-F (SEQ ID NO: 9), attL2-R ( Amplified by PCR using SEQ ID NO: 10). The obtained attL1 fragment was digested with restriction enzymes HindIII and attL2 fragment with EcoRI and purified. The PCR reaction conditions were 25 cycles, with a denaturation reaction at 94 ° C. for 1 minute, an annealing reaction at 47 ° C. for 2 minutes, and an extension reaction at 74 ° C. for 1 minute. All subsequent PCR reactions were carried out under the same conditions.
(2)クローンテック社製(Clontech社、USA)のプラスミドpBI221を制限酵素XbaIとSacIで切断した後、アガロースゲル電気泳動でGUS遺伝子を除き、CaMV35Sとノパリン合成酵素遺伝子の転写終止領域(以下の説明では、便宜上、Nos−terと称する)を含む35S−Nosプラスミド断片DNAを得た。 (2) After cleaving the plasmid pBI221 made by Clontech (Clontech, USA) with restriction enzymes XbaI and SacI, the GUS gene was removed by agarose gel electrophoresis, and the transcription termination region of CaMV35S and nopaline synthase gene (below) In the description, for convenience, a 35S-Nos plasmid fragment DNA containing Nos-ter) was obtained.
(3)以下の配列番号11、12の配列を有するDNA断片を合成し、90℃で2分間加熱した後、60℃で1時間加熱し、その後室温(25℃)で2時間静置してアニーリングさせ2本鎖を形成させた。これを上記35S−Nosプラスミド断片DNAのXbaI−SacI領域にライゲーションし、p35S−Nosプラスミドを完成させた。配列番号11、12の配列を有するDNA断片には、5’末端にBamHI制限酵素部位、翻訳効率を高めるタバコモザイクウイルス由来のomega配列、及び制限酵素部位SmaI、SalI、SstIがこの順に含まれる。
5'-ctagaggatccacaattaccaacaacaacaaacaacaaacaacattacaattacagatcccgggggtaccgtcgacgagctc-3'(配列番号11)
5'-cgtcgacggtacccccgggatctgtaattgtaatgttgtttgttgtttgttgttgttggtaattgtggatcct-3'(配列番号12)
(4)このp35S−Nosプラスミドを制限酵素HindIIIで消化し、上記attL1断片を挿入した。さらにこれをEcoRIで消化し、attL2断片を挿入して、ベクターp35SGを完成させた。
(3) DNA fragments having the following sequences of SEQ ID NOS: 11 and 12 were synthesized, heated at 90 ° C. for 2 minutes, then heated at 60 ° C. for 1 hour, and then allowed to stand at room temperature (25 ° C.) for 2 hours. Annealing was performed to form a double strand. This was ligated to the XbaI-SacI region of the 35S-Nos plasmid fragment DNA to complete the p35S-Nos plasmid. The DNA fragment having the sequences of SEQ ID NOs: 11 and 12 includes a BamHI restriction enzyme site at the 5 ′ end, an omega sequence derived from tobacco mosaic virus that enhances translation efficiency, and restriction enzyme sites SmaI, SalI, and SstI in this order.
5'-ctagaggatccacaattaccaacaacaacaaacaacaaacaacattacaattacagatcccgggggtaccgtcgacgagctc-3 '(SEQ ID NO: 11)
5'-cgtcgacggtacccccgggatctgtaattgtaatgttgtttgttgtttgttgttgttggtaattgtggatcct-3 '(SEQ ID NO: 12)
(4) The p35S-Nos plasmid was digested with the restriction enzyme HindIII, and the attL1 fragment was inserted. This was further digested with EcoRI and the attL2 fragment was inserted to complete the vector p35SG.
<形質転換用ベクターの構築>
構築用ベクターのatt部位で挟まれたDNA断片と組換えるための、2つのatt部位を有する植物形質転換用ベクターであるpBIGCKHを、図2に示すように、以下の工程(1)から(3)のとおりに構築した。
<Construction of transformation vector>
As shown in FIG. 2, pBIGCKH, which is a plant transformation vector having two att sites for recombination with a DNA fragment sandwiched between att sites of the construction vector, is transformed into the following steps (1) to (3 ).
(1)米国ミシガン州立大学より譲渡されたpBIG(Becker, D. Nucleic Acids Res. 18:203,1990)を制限酵素HindIII、EcoRIで消化し、GUS、Nos領域を電気泳動で除いた。 (1) pBIG (Becker, D. Nucleic Acids Res. 18: 203, 1990) transferred from Michigan State University, USA was digested with restriction enzymes HindIII and EcoRI, and the GUS and Nos regions were removed by electrophoresis.
(2)インビトロジェン社から購入したGateway(登録商標)ベクターコンバージョンシステムのFragmentAをプラスミドpBluscriptのEcoRVサイトに挿入した。これをHindIII−EcoRIで消化し、FragmentA断片を回収した。 (2) The Fragment A of Gateway (registered trademark) vector conversion system purchased from Invitrogen was inserted into the EcoRV site of the plasmid pBluescript. This was digested with HindIII-EcoRI and the Fragment A fragment was recovered.
(3)回収したFragmentA断片を上記のpBIGプラスミド断片とライゲーションを行い、pBIGCKHを構築した。これらは大腸菌DB3.1(インビトロジェン社)でのみ増殖可能で、クロラムフェニコール耐性、カナマイシン耐性である。 (3) The recovered Fragment A fragment was ligated with the above pBIG plasmid fragment to construct pBIGCKH. These can grow only in E. coli DB3.1 (Invitrogen) and are resistant to chloramphenicol and kanamycin.
<構築用ベクターへのRAP2.4遺伝子の組み込み>
上記構築用ベクターp35SGにシロイヌナズナ由来の転写因子RAP2.4タンパク質をコードする遺伝子を以下の工程(1)〜(3)のとおりに組み込み、p35SRAP2.4Gを得た。
<Incorporation of RAP2.4 gene into construction vector>
A gene encoding a transcription factor RAP2.4 protein derived from Arabidopsis thaliana was incorporated into the construction vector p35SG as shown in the following steps (1) to (3) to obtain p35SRAP2.4G.
(1)シロイヌナズナ葉から調整したmRNAを用いて作成したcDNAライブラリーから、以下のプライマーを用いて、シロイヌナズナRAP2.4遺伝子の終止コドンを含むコード領域のみを含むDNA断片をPCRにて増幅した。
プライマー1(RAP2.4−F)5'-ATGGCAGCTGCTATGAATTTGTAC-3'(配列番号13)
プライマー2(RAP2.4−R)5'-CTAAGCTAGAATCGAATCCCAATC-3'(配列番号14)
RAP2.4遺伝子の塩基配列及びコードするアミノ酸配列をそれぞれ配列番号2及び1に示す。
(1) From a cDNA library prepared using mRNA prepared from Arabidopsis leaves, a DNA fragment containing only the coding region containing the stop codon of Arabidopsis RAP2.4 gene was amplified by PCR using the following primers.
Primer 1 (RAP 2.4-F) 5′-ATGGCAGCTGCTATGAATTTGTAC-3 ′ (SEQ ID NO: 13)
Primer 2 (RAP2.4-R) 5′-CTAAGCTAGAATCGAATCCCAATC-3 ′ (SEQ ID NO: 14)
The nucleotide sequence of the RAP2.4 gene and the amino acid sequence encoded by it are shown in SEQ ID NOs: 2 and 1, respectively.
(2)得られたRAP2.4コード領域のDNA断片を、図3に示すように、予め制限酵素SmaIで消化しておいた構築用ベクターp35SGのSmaI部位にライゲーションした。 (2) The obtained DNA fragment of RAP 2.4 coding region was ligated to the SmaI site of the construction vector p35SG previously digested with the restriction enzyme SmaI, as shown in FIG.
(3)このプラスミドで大腸菌を形質転換し、プラスミドを調整して、塩基配列を決定し、順方向に挿入されたクローンを単離した。 (3) Escherichia coli was transformed with this plasmid, the plasmid was prepared, the nucleotide sequence was determined, and the clone inserted in the forward direction was isolated.
<組換え発現ベクターの構築>
上記構築用ベクター上にあるCaMV35Sプロモーター、RAP2.4遺伝子、Nos−ter等を含むDNA断片を、植物形質転換用ベクターpBIGCKHに組換えることにより、植物を宿主とする発現ベクターを構築した。組換え反応はインビトロジェン社のGateway(登録商標)LR clonase(登録商標)を用いて以下の工程(1)〜(3)のとおりに行った。
<Construction of recombinant expression vector>
An expression vector having a plant as a host was constructed by recombining a DNA fragment containing the CaMV35S promoter, RAP2.4 gene, Nos-ter, etc. on the construction vector to the plant transformation vector pBIGCKH. The recombination reaction was performed as follows (1) to (3) using Gateway (registered trademark) LR clonase (registered trademark) of Invitrogen.
(1)まず、RAP2.4コード領域のDNA断片が順方向に挿入されたp35SRAP2.4G 1.5μL(約150ng)とpBIGCKH4.0μL(約400ng)に5倍希釈したLR buffer 4.0μLとTE緩衝液(10mM TrisCl pH7.0、1mM EDTA)5.5μLを加えた。 (1) First, p35SRAP 2.4G 1.5 μL (about 150 ng) in which a DNA fragment of the RAP 2.4 coding region is inserted in the forward direction, LR buffer 4.0 μL diluted in pBIGCKH 4.0 μL (about 400 ng) and TE buffer solution 5.5 μL (10 mM TrisCl pH 7.0, 1 mM EDTA) was added.
(2)この溶液にLR clonase4.0μLを加えて25℃で60分間インキュベートした。続いて、proteinaseK4.0μLを加えて37℃で10分間インキュベートした。 (2) LR clonase 4.0 μL was added to this solution and incubated at 25 ° C. for 60 minutes. Subsequently, 4.0 μL of proteinase K was added and incubated at 37 ° C. for 10 minutes.
(3)その後、この溶液1〜2μLを大腸菌(DH5a等)に形質転換し、カナマイシンで選択した。 (3) Thereafter, 1-2 μL of this solution was transformed into E. coli (DH5a, etc.) and selected with kanamycin.
<組換え発現ベクターにより形質転換した植物体の生産>
次に、以下の工程(1)〜(3)に示すように、上記RAP2.4遺伝子を含むDNA断片をpBIGCKHに組み込んだプラスミドであるpBIG−RAP2.4(35S::RAP2.4)で、シロイヌナズナの形質転換を行い、形質転換植物体を生産した。シロイヌナズナ植物の形質転換は、Transformation of Arabidopsis thaliana by vacuum infiltration(http://www.bch.msu.edu/pamgreen/protocol.htm)に従った。ただし、感染させるのにバキュウムは用いないで、浸すだけにした。
<Production of plant body transformed with recombinant expression vector>
Next, as shown in the following steps (1) to (3), in pBIG-RAP2.4 (35S :: RAP2.4) which is a plasmid in which the DNA fragment containing the RAP2.4 gene is incorporated into pBIGCKH, Arabidopsis thaliana was transformed to produce transformed plants. Transformation of Arabidopsis plants was according to Transformation of Arabidopsis thaliana by vacuum infiltration (http://www.bch.msu.edu/pamgreen/protocol.htm). However, I did not use vacuum to infect it, but just dipped it.
(1)まず得られたプラスミド、pBIG−RAP2.4を、土壌細菌((Agrobacterium tumefaciens strain GV3101(C58C1Rifr)pMP90(Gmr)(koncz and Sahell 1986))株にエレクトロポレーション法で導入した。導入した菌を、抗生物質(カナマイシン(Km)50μg/ml、ゲンタマイシン(Gm)25μg/ml、リファンピシリン(Rif)50μg/ml)を含む1リットルのLB培地でOD600が1になるまで培養した。次いで、培養液から菌体を回収し、1リットルの感染用培地(Infiltration medium、下表1)に懸濁した。 (1) First, the obtained plasmid, pBIG-RAP2.4, was introduced into a soil bacterium ((Agrobacterium tumefaciens strain GV3101 (C58C1Rifr) pMP90 (Gmr) (koncz and Sahell 1986)) strain by electroporation. The fungus was cultured in 1 liter of LB medium containing antibiotics (kanamycin (Km) 50 μg / ml, gentamicin (Gm) 25 μg / ml, rifampicillin (Rif) 50 μg / ml) until OD600 was 1. Then, the culture was performed. The cells were collected from the liquid and suspended in 1 liter of an infiltration medium (Table 1 below).
(2)この溶液に、14日間育成したシロイヌナズナを2分間浸し感染させた後、再び育成させ結種させた。回収した種子を25%ブリーチ(有効次亜塩素酸濃度1.5%)、0.02%Triton X-100溶液で7分間滅菌した後、滅菌水で3回リンスし、滅菌したハイグロマイシン選択培地(下表2)に蒔種した。 (2) Arabidopsis thaliana cultivated for 14 days was immersed in this solution for 2 minutes to infect, and then bred and seeded again. The collected seeds are sterilized with 25% bleach (effective hypochlorous acid concentration 1.5%) and 0.02% Triton X-100 solution for 7 minutes, rinsed three times with sterilized water, and sterilized hygromycin selective medium (See Table 2 below)
(3)蒔種した約2000粒の種子から平均して20ないし30個体のハイグロマイシン耐性植物である形質転換植物体を得た。これらの植物から全RNAを調整し、RT−PCRを用いてRAP2.4遺伝子が導入されていることを確認した。得られた形質転換植物体は著しく分化が抑制され、次第に茎頂、胚軸および根がカルス化した。 (3) On average, 20 to 30 transformed plants that were hygromycin-resistant plants were obtained from about 2000 seeds that were sowed. Total RNA was prepared from these plants, and it was confirmed that the RAP 2.4 gene was introduced using RT-PCR. The obtained transformed plant body was markedly suppressed in differentiation, and the shoot apex, hypocotyl, and root gradually became callus.
<植物ホルモン非存在下でのカルス化>
得られた形質転換植物体の芽生えを、植物ホルモン(オーキシン及びサイトカイニン)非存在のハイグロマイシンを含むCIM培地で生育させた。下表3にCIM培地の組成を、下表4にB5培地の組成を示す。なお、本実施例において用いた植物ホルモン非存在のCIM培地は、表3中、オーキシン(「2,4−D」と表示。)とサイトカイニンの一種であるカイネチンとを加えていない培地である。また、CIM培地に加えたハイグロマイシンの量は、CIM培地1lに対し30 mgであった。
<Callusification in the absence of plant hormones>
The seedlings of the obtained transformed plants were grown in a CIM medium containing hygromycin in the absence of plant hormones (auxin and cytokinin). Table 3 below shows the composition of the CIM medium, and Table 4 below shows the composition of the B5 medium. The plant hormone-free CIM medium used in this example is a medium in which auxin (indicated as “2,4-D”) and kinetin, which is a kind of cytokinin, are not added in Table 3. Further, the amount of hygromycin added to the CIM medium was 30 mg with respect to 1 liter of CIM medium.
35S−RAP2.4を用いてRAP2.4遺伝子を過剰発現させた形質転換植物体を上記植物ホルモン非存在のCIM培地で生育させた結果を図4に示す。通常植物体をカルス化させるには、植物ホルモンが存在する培地で生育させなければならないが、図4に示すように、35S−RAP2.4(35S::RAP2.4)で形質転換されたシロイヌナズナの幼植物は、植物ホルモン非存在下でも、茎、葉、根などの器官分化が抑制されカルス状の植物体となった。なお、図4(a)中スケールバーは3mmを、図4(b)中スケールバーは5mmを示す。このように、35S−RAP2.4でRAP2.4遺伝子を過剰発現させたシロイヌナズナ形質転換体では、オーキシン及びカイネチン不存在下でも、これらが存在するのと同様に脱分化が誘導された。このことから、RAP2.4遺伝子でコードされる転写因子は、脱分化に関与する転写因子であることが確認された。 FIG. 4 shows the results of growing a transformed plant overexpressed with the RAP2.4 gene using 35S-RAP2.4 in a CIM medium in the absence of the plant hormone. Usually, in order to callus plants, they must be grown in a medium containing plant hormones, but as shown in FIG. 4, Arabidopsis transformed with 35S-RAP2.4 (35S :: RAP2.4). In the absence of plant hormones, these young plants became callus-like plants with suppressed organ differentiation such as stems, leaves and roots. In FIG. 4A, the scale bar indicates 3 mm, and in FIG. 4B, the scale bar indicates 5 mm. Thus, in Arabidopsis transformants in which the RAP 2.4 gene was overexpressed with 35S-RAP 2.4, dedifferentiation was induced even in the absence of auxin and kinetin. This confirmed that the transcription factor encoded by the RAP2.4 gene is a transcription factor involved in dedifferentiation.
〔実施例2〕
シロイヌナズナ由来のRAP2.4遺伝子(At1g78080)の代わりにシロイヌナズナ由来の遺伝子(At1g22190)を用いた以外は実施例1と同様にして、シロイヌナズナを形質転換し、At1g22190遺伝子を過剰発現させた形質転換植物体を生産した。
[Example 2]
A transformed plant body obtained by transforming Arabidopsis thaliana and overexpressing the At1g22190 gene in the same manner as in Example 1 except that an Arabidopsis thaliana-derived RAP 2.4 gene (At1g78080) was used instead of the Arabidopsis thaliana-derived RAP2.4 gene (At1g78080) Produced.
なお、At1g22190遺伝子の終止コドンを含むコード領域のみを含むDNA断片をPCRにて増幅するにあたり以下のプライマーを用いた。
プライマー1(At1g22190−F)5'-ATGACAACTTCTATGGATTTTTACAG-3'(配列番号15)
プライマー2(At1g22190−R)5'-CTAATTTACAAGACTCGAACACTG-3'(配列番号16)
また、At1g22190遺伝子の塩基配列及びコードするアミノ酸配列をそれぞれ配列番号4及び3に示す。
The following primers were used to amplify a DNA fragment containing only the coding region containing the stop codon of the At1g22190 gene by PCR.
Primer 1 (At1g22190-F) 5′-ATGACAACTTCTATGGATTTTTACAG-3 ′ (SEQ ID NO: 15)
Primer 2 (At1g22190-R) 5′-CTAATTTACAAGACTCGAACACTG-3 ′ (SEQ ID NO: 16)
In addition, the nucleotide sequence of the At1g22190 gene and the encoded amino acid sequence are shown in SEQ ID NOs: 4 and 3, respectively.
得られた形質転換植物体の芽生えの一部を切り取り、実施例1と同様にして植物ホルモン非存在下のCIM培地で生育させた結果を図5に示す。図5中AおよびBは、個別の2ラインの形質転換体の結果を示す。図5に示すように、35S::At1g22190で形質転換されたシロイヌナズナの幼植物は、植物ホルモン非存在下でも、正常な植物体にならず脱分化(カルス化)した。なお、図5中スケールバーは3mmを示す。 A part of the seedling of the obtained transformed plant was cut out and grown in a CIM medium in the absence of plant hormone in the same manner as in Example 1 and the results are shown in FIG. A and B in FIG. 5 show the results of two separate lines of transformants. As shown in FIG. 5, Arabidopsis seedlings transformed with 35S :: At1g22190 did not become normal plants but dedifferentiated (callusized) even in the absence of plant hormones. In FIG. 5, the scale bar indicates 3 mm.
〔実施例3〕
シロイヌナズナ由来のRAP2.4遺伝子(At1g78080)の代わりにシロイヌナズナ由来の遺伝子(At1g36060)を用いた以外は実施例1と同様にして、シロイヌナズナを形質転換し、At1g36060遺伝子を過剰発現させた形質転換植物体を生産した。
Example 3
A transgenic plant obtained by transforming Arabidopsis thaliana and overexpressing the At1g36060 gene in the same manner as in Example 1 except that an Arabidopsis thaliana-derived RAP 2.4 gene (At1g78080) was used instead of the Arabidopsis thaliana-derived RAP2.4 gene (At1g78080) Produced.
なお、At1g36060遺伝子の終止コドンを含むコード領域のみを含むDNA断片をPCRにて増幅するにあたり以下のプライマーを用いた。
プライマー1(At1g36060−F)5'-ATGGCGGATCTCTTCGGTGG-3'(配列番号17)
プライマー2(At1g36060−R)5'-TCACGATAAAATTGAAGCCCAATC-3'(配列番号18)
また、At1g36060遺伝子の塩基配列及びコードするアミノ酸配列をそれぞれ配列番号6及び5に示す。
The following primers were used for PCR amplification of a DNA fragment containing only the coding region containing the stop codon of the At1g36060 gene.
Primer 1 (At1g36060-F) 5′-ATGGCGGATCTCTTCGGTGG-3 ′ (SEQ ID NO: 17)
Primer 2 (At1g36060-R) 5′-TCACGATAAAATTGAAGCCCAATC-3 ′ (SEQ ID NO: 18)
In addition, the base sequence of the At1g36060 gene and the amino acid sequence encoded by it are shown in SEQ ID NOs: 6 and 5, respectively.
得られた形質転換植物体の芽生えの一部を切り取り、実施例1と同様にして植物ホルモン非存在のCIM培地で生育させた結果を図6に示す。図6中AおよびBは、個別の2ラインの形質転換体の結果を示す。図6に示すように、35S::At1g36060で形質転換されたシロイヌナズナの幼植物は、植物ホルモン非存在下でも、正常な植物体
にならず脱分化(カルス化)した。なお、図6中スケールバーは3mmを示す。
A part of the seedling of the obtained transformed plant was cut out and grown in a CIM medium without plant hormone in the same manner as in Example 1 and the results are shown in FIG. In FIG. 6, A and B show the results of two separate lines of transformants. As shown in FIG. 6, Arabidopsis seedlings transformed with 35S :: At1g36060 did not become normal plants but dedifferentiated (callusized) even in the absence of plant hormones. In FIG. 6, the scale bar represents 3 mm.
〔実施例4〕
以下の実施例4においては、本発明の植物体のカルス化が内因性のオーキシンの過剰生産に起因するものであるのか否かを、DR5::GUS植物体でRAP2.4遺伝子を過剰発現させることにより調べた。
Example 4
In Example 4 below, whether or not the callus formation of the plant of the present invention is caused by endogenous auxin overproduction, the RAP 2.4 gene is overexpressed in the DR5 :: GUS plant. It was investigated by.
DR5::GUSはオーキシン応答エレメント(TGTCTC)を7個タンデムに配置したプロモーターにレポーター遺伝子としてGUS遺伝子を融合させたものである(Ulmasov, T. et al., Plant Cell, 9, 1963-1971,1997)。このプロモーターレポーターを導入したシロイヌナズナでは、GUS活性を検出することにより、内因性のオーキシンの生合成部位や外因性のオーキシンに応答している部位を特定することができる(Aloni,R. et al., Planta 216,841-853, 2003)。このため、このプロモーターレポーターを導入した植物体であるDR5::GUS植物体はオーキシンの生合成やオーキシンと形態形成の関連における研究によく用いられている。 DR5 :: GUS is a promoter in which GUS gene is fused as a reporter gene to a promoter in which seven auxin response elements (TGTCTC) are arranged in tandem (Ulmasov, T. et al., Plant Cell, 9, 1963-1971, 1997). In Arabidopsis thaliana introduced with this promoter reporter, the site of endogenous auxin biosynthesis or the site responding to exogenous auxin can be identified by detecting GUS activity (Aloni, R. et al. Planta 216,841-853, 2003). For this reason, DR5 :: GUS plants, which are plants into which this promoter reporter has been introduced, are often used for studies on the biosynthesis of auxin and the relationship between auxin and morphogenesis.
このDR5::GUS植物体でRAP2.4を過剰発現させる(35SRAP2.4NOS/DR5::GUS)ことにより、DR5::GUS植物体を脱分化が誘導されるように改変することができる。こうして誘導されるカルス(以下、RAP2.4カルスと略称することがある。)のカルス化が、内因性のオーキシンの過剰生産に起因するのであれば、このRAP2.4カルスで高いGUS活性が見られるはずである。 By overexpressing RAP2.4 in the DR5 :: GUS plant (35SRAP2.4NOS / DR5 :: GUS), the DR5 :: GUS plant can be modified so that dedifferentiation is induced. If the callus of the callus thus induced (hereinafter sometimes abbreviated as RAP 2.4 callus) is due to endogenous auxin overproduction, this RAP 2.4 callus shows high GUS activity. Should be.
そこで、図7の右側の流れのように、DR5::GUS植物体に、実施例1で構築したRAP2.4を過剰発現させる組換え発現ベクター(35SRAP2.4NOS)を、実施例1と同様にして、アグロバクテリウムを用いて形質転換した。得られた形質転換第一世代(T1)の種子を、上述したハイグロマイシン選択培地に播種し、形質転換体を選抜した後、上述した植物ホルモン非存在のCIM培地(ハイグロマイシン(Hm)を含む)に移植し、RAP2.4カルスを得た。実験の対照(コントロール)として図7の左側の流れのように、DR5::GUS植物体にRAP2.4を含まないベクター(ベクターコントロール;35SNOS)を形質転換し、得られる形質転換第一世代(T1)の芽生えからオーキシン(2,4−D)を含む培地(上記CIM培地)でカルスを誘導した。なお、DR5::GUS植物体は、Dr. T. Guilfoyle (Department of Biochemistry,. University of Missouri, Columbia)よりDR5::GUSを含む形質転換用ベクターを分譲してもらい、このベクターを予めシロイヌナズナに形質転換して用いた。 Therefore, as in the flow on the right side of FIG. 7, a recombinant expression vector (35SRAP2.4NOS) that causes DR5 :: GUS plants to overexpress RAP2.4 constructed in Example 1 is used in the same manner as in Example 1. And transformed with Agrobacterium. The seeds of the obtained first generation of transformation (T1) were sown in the above-described hygromycin selective medium, and after selecting for transformants, the above-described plant hormone-free CIM medium (containing hygromycin (Hm)) was contained. ) To obtain RAP 2.4 callus. As a control (control) of the experiment, a DR5 :: GUS plant was transformed with a vector not containing RAP 2.4 (vector control; 35 SNOS) as shown in the flow on the left side of FIG. Callus was induced from the seedling of T1) with a medium containing auxin (2,4-D) (the CIM medium described above). The DR5 :: GUS plant was obtained from Dr. T. Guilfoyle (Department of Biochemistry, University of Missouri, Columbia) and a transformation vector containing DR5 :: GUS was distributed to Arabidopsis thaliana in advance. Used after transformation.
得られた2種類のカルスをGUS染色した。GUS染色の方法は下表5に示す試薬を混合して調製したGUS染色用バッファを用いて以下のように行った。 Two types of callus obtained were GUS stained. The GUS staining method was performed as follows using a GUS staining buffer prepared by mixing the reagents shown in Table 5 below.
上記GUS染色用バッファ0.5-1.5 mLにサンプリングした試料を全体が浸るように入れた。30℃で60分脱気処理を行い、その後37℃、オーバーナイトで(18時間)インキュベートした。次に70%エタノールでバッファと置き換える処理を数回行って脱色した。その後、蒸留水で置換し、実体顕微鏡または顕微鏡で観察を行った。 The sample sampled in 0.5-1.5 mL of the GUS staining buffer was placed so that the entire sample was immersed. Degassing treatment was performed at 30 ° C. for 60 minutes, and then incubated at 37 ° C. overnight (18 hours). Next, the treatment for replacing the buffer with 70% ethanol was performed several times to remove the color. Then, it replaced with distilled water and observed with the stereomicroscope or the microscope.
この結果、図8に示すベクターコンロールのカルス(図8中、「Vector Control/DR5::GUS callus(+auxin)」と表示。)はGUS染色後(図中B)は青く染まりGUS活性が見られた。これは、培地中に添加してある外因性のオーキシン(2,4−D)にDR5::GUSが応答したためである。 As a result, the callus of the vector control shown in FIG. 8 (indicated as “Vector Control / DR5 :: GUS callus (+ auxin)” in FIG. 8) was stained blue after GUS staining (B in the figure) and the GUS activity was observed. It was. This is because DR5 :: GUS responded to exogenous auxin (2,4-D) added to the medium.
一方、RAP2.4カルスでは、外因性のオーキシンがなくても(図8中、「RAP2.4/DR5::GUS callus(auxin free)」と表示。)、図中Cのようにカルスの形態を保っているが、GUS染色後(図中D)ではGUS活性が見られなかった。この結果は、DR5::GUS遺伝子のエピジェネティクなサイレンシンング(メチル化など)に起因していることも考えられたため、RAP2.4カルスを、オーキシン(2,4−D)を含む培地で48時間培養した後にGUS染色したところ(図8中、「RAP2.4/DR5::GUS callus(+auxin after 48 hours)」と表示。)、GUS染色後(図中F)は青く染まり、ベクターコントロールのカルス同様にGUS活性が見られた。この結果は、RAP2.4カルスが有するDR5::GUS遺伝子がオーキシンによって正常に機能していることを示している。 On the other hand, in the case of RAP 2.4 callus, even if there is no exogenous auxin (indicated as “RAP2.4 / DR5 :: GUS callus (auxin free)” in FIG. 8), the form of callus as shown in C in the figure. However, GUS activity was not observed after GUS staining (D in the figure). This result was thought to be due to epigenetic silencing (such as methylation) of the DR5 :: GUS gene, so RAP2.4 callus was added to a medium containing auxin (2,4-D). When GUS staining was performed after culturing for 48 hours (indicated as “RAP2.4 / DR5 :: GUS callus (+ auxin after 48 hours)” in FIG. 8), after GUS staining (F in the diagram), it was stained blue. GUS activity was observed in the same manner as the vector control callus. This result shows that the DR5 :: GUS gene possessed by RAP2.4 callus functions normally by auxin.
これらの結果から、RAP2.4カルスでは、内因性のオーキシンの過剰生産が起こっているのではないことが示された。また図8中Cで見られるようなRAP2.4カルスの形態が、外因性のオーキシンに起因するものでないことを示している(実際に植物ホルモン非存在下の培地でカルス化していることを示している)。 These results indicated that endogenous auxin overproduction did not occur in RAP 2.4 callus. In addition, it is shown that the form of RAP 2.4 callus as seen in C in FIG. 8 is not caused by exogenous auxin (in fact, it is callus in a medium without plant hormones). ing).
〔実施例5〕
次にRAP2.4カルスの内因性オーキシン(IAA)濃度の測定を試みた。方法はGas Chromatography-Mass Spectrometry(GC−MS)を用いたNakamuraらの方法 (Nakamura, A. et al. Plant Physiology, 133, 1843-1853, 2003) に基づいた。方法の手順を以下に示す。
Example 5
Next, an attempt was made to measure the endogenous auxin (IAA) concentration of RAP 2.4 callus. The method was based on the method of Nakamura et al. (Nakamura, A. et al. Plant Physiology, 133, 1843-1853, 2003) using Gas Chromatography-Mass Spectrometry (GC-MS). The procedure of the method is shown below.
1−10mgの組織を1.5mLのマイクロチューブに採り、液体窒素中でホモジナイズした。このマイクロチューブに500μLの50mMリン酸ナトリウムバッファー(pH7, 0.02%(w/v)ジエチルジチオカルバミン酸ナトリウムを含む)を加えて組織を良く懸濁し、200pgの13C6IAAとを加えた。4℃で1時間振とうしながら抽出を行い、1M HCl25μLでpHを2.6に調整した。50mgのXAD7−HPを加え30分間マイルドシェーカーで懸濁および平衡化し、バッファを除去した後、XAD7−HPを500μLの1%酢酸で2回洗浄し、500μLのジクロロメタンで30分間抽出した(2回)。ジクロロメタンフラクションを合わせて、スピードバックで乾燥し、試料を誘導化してGC−MS分析に供した。 1-10 mg of tissue was taken into a 1.5 mL microtube and homogenized in liquid nitrogen. To this microtube, 500 μL of 50 mM sodium phosphate buffer (pH 7, containing 0.02% (w / v) sodium diethyldithiocarbamate) was added to suspend the tissue well, and 200 pg of 13 C6IAA was added. Extraction was performed while shaking at 4 ° C. for 1 hour, and the pH was adjusted to 2.6 with 25 μL of 1M HCl. After adding 50 mg of XAD7-HP and suspending and equilibrating in a mild shaker for 30 minutes and removing the buffer, XAD7-HP was washed twice with 500 μL of 1% acetic acid and extracted with 500 μL of dichloromethane for 30 minutes (twice). ). The dichloromethane fractions were combined and dried on a speed bag, the sample was derivatized and subjected to GC-MS analysis.
RAP2.4カルスをサンプルに用いた際には、内部標準(13C6IAA)と重なるピークが存在し、定量が不可能であった。そこで、播種後7日目のRAP2.4遺伝子を過剰発現させた形質転換植物体の芽生えをサンプルとして用いた。コントロールとして、ベクターコントロール植物体の芽生えを用いた。芽生えを用いた場合、カルスで見られた内部標準と重なるピークは存在せず定量が可能であった。また、播種後7日目においては、RAP2.4遺伝子を過剰発現させた形質転換植物体とベクターコントロール植物体とにおいて形態の差は明瞭であり、導入した遺伝子の影響が出ている。 When RAP 2.4 callus was used as a sample, a peak overlapping with the internal standard (13C6IAA) was present, and quantification was impossible. Therefore, the seedlings of transformed plants overexpressing the RAP 2.4 gene on the seventh day after sowing were used as samples. As a control, the seedling of a vector control plant was used. When seedlings were used, there was no peak overlapping with the internal standard found in callus, and quantification was possible. Further, on the seventh day after sowing, the difference in morphology between the transformed plant overexpressing the RAP2.4 gene and the vector control plant is clear, and the effect of the introduced gene appears.
図9に、内因性オーキシン(IAA)濃度(図中「IAA concentration」と表示。単位はpg/mgF.W.(F.W.:fresh weight ; 組織の生重量))の測定結果を示す。結果として、RAP2.4遺伝子を過剰発現させた形質転換植物体の芽生え(図中、「RAP2.4 seedling」と表示。)では内因性のオーキシン濃度が、ベクターコントロール植物体の芽生え(図中、「Vector control seedling」と表示。)と比べて同程度か、むしろ低いことが明らかとなった。 FIG. 9 shows the measurement results of endogenous auxin (IAA) concentration (indicated as “IAA concentration” in the figure. The unit is pg / mgF.W. (F.W .: fresh weight)). As a result, the endogenous auxin concentration in the seedling of the transformed plant body overexpressing the RAP2.4 gene (indicated as “RAP2.4 seedling” in the figure) "Vector control seedling" is displayed).
実施例4、実施例5の実験結果より、RAP2.4遺伝子の過剰発現によるカルス化は、内因性のオーキシンの過剰生産によって引き起こされるのではないことが明らかとなった。 From the experimental results of Example 4 and Example 5, it was revealed that callus formation due to overexpression of the RAP 2.4 gene was not caused by overproduction of endogenous auxin.
〔実施例6〕
以下の実施例6においては、RAP2.4カルスの培養において、形質転換体の選択マーカーの試薬であるハイグロマイシン(Hm)を培地から除き、カルスの変化を観察した。
Example 6
In Example 6 below, in the culture of RAP 2.4 callus, hygromycin (Hm), which is a reagent for selecting a transformant, was removed from the medium, and changes in callus were observed.
実施例1<植物ホルモン非存在下でのカルス化>と同様に植物ホルモンを含まないCIM培地にハイグロマイシンを加えたもの(Hm(+))と、植物ホルモンを含まないCIM培地にハイグロマイシンを加えないもの(Hm(−))とを準備した。 As in Example 1 <callusification in the absence of plant hormones>, hygromycin was added to a CIM medium containing no plant hormone (Hm (+)), and hygromycin was added to a CIM medium containing no plant hormone. What was not added (Hm (-)) was prepared.
それぞれの培地に、RAP2.4カルスの一部を植え継ぎ、光照射条件下で培養した。植え継ぎ後、40日目のRAP2.4カルスの観察結果を図10に示す。なお、図10中、スケールバーは5mmを示す。図10中Aに示すようにHm(+)では脱分化した形態を維持したのに対し、Bに示すようにHm(−)ではカルスの表面に葉が分化しているのが観察された。 A part of RAP 2.4 callus was inoculated in each medium and cultured under light irradiation conditions. FIG. 10 shows the observation results of RAP 2.4 callus on the 40th day after planting. In FIG. 10, the scale bar indicates 5 mm. As shown in FIG. 10A, Hm (+) maintained a dedifferentiated form, while as shown in B, it was observed that leaves were differentiated on the surface of the callus in Hm (−).
また、それぞれの培地に、RAP2.4カルスの一部を植え継ぎ、光を照射しないで培養した。植え継ぎ後、40日目のRAP2.4カルスの観察結果を図10に示す。図10中Cに示すようにHm(+)では脱分化した形態を維持したのに対し、Dに示すようにHm(−)ではカルスの表面に葉および根が分化しているのが観察された。 In addition, a part of RAP 2.4 callus was planted in each medium and cultured without irradiating light. FIG. 10 shows the observation results of RAP 2.4 callus on the 40th day after planting. As shown in FIG. 10C, Hm (+) maintained a dedifferentiated form, whereas as shown in D, it was observed that leaves and roots were differentiated on the surface of the callus in Hm (−). It was.
さらに、RAP2.4カルスは、図11中Eに示すように、Hm(−)の植物ホルモンを含まない液体のCIM培地において、カルスの表面を一部分化させたままで継代培養が可能であることが確認された。 Furthermore, as shown in E in FIG. 11, RAP 2.4 callus can be subcultured in a liquid CIM medium that does not contain Hm (−) plant hormone, with the surface of the callus partially formed. Was confirmed.
なお、カルスの表面を一部分化させた状態で、再び植物ホルモンを含まないCIM培地をHm(+)にしたところ、図11中Fに示すように、カルスの表面の一部分化していた組織は白化し枯死した。これは、ハイグロマイシンによる作用であることが判る。すなわち、カルス表面の一部分化してきた細胞組織は、ハイグロマイシン感受性になっており、これはRAP2.4カルスに導入されているハイグロマイシン耐性遺伝子が何らかの影響で作用しなくなっていることに起因していると考えられる。ハイグロマイシン耐性遺伝子は、RAP2.4遺伝子とともにRAP2.4カルスに導入されているために、この実験系においてハイグロマイシン耐性遺伝子と同様に、RAP2.4遺伝子の発現も何らかの理由で抑制されていることが考えられる。言い換えると、何らかの影響でRAP2.4遺伝子の発現が抑制された細胞が分化してきたことが予想される。 When the CIM medium containing no plant hormone was changed to Hm (+) again with the callus surface partially formed, the tissue that had partially formed the callus surface was white as shown in F in FIG. It died and died. This turns out to be the effect of hygromycin. That is, the cell tissue that has become a part of the callus surface is hygromycin sensitive, which is because the hygromycin resistance gene introduced into RAP 2.4 callus has no effect. It is thought that there is. Since the hygromycin resistance gene has been introduced into the RAP 2.4 callus together with the RAP 2.4 gene, the expression of the RAP 2.4 gene is suppressed for some reason as well as the hygromycin resistance gene in this experimental system. Can be considered. In other words, it is expected that the cells in which the expression of the RAP2.4 gene is suppressed due to some influence have been differentiated.
〔実施例7〕
以下の実施例7においては、実施例6で得られた、表面が一部分化し、表面が一部分化した状態のまま増殖するRAP2.4カルスを用いて、本発明にかかる植物体が有用物質を安定して生産する(二次代謝を安定に発現させる)ことを検証した。なお、二次代謝産物としては、シロイヌナズナで計測可能なモデル二次代謝産物とてアントシアニンを選び、シロイヌナズナの植物体、培養細胞および表面が一部分化した状態のまま増殖するRAP2.4カルスにおける二次代謝産物生産能の比較を行った。
Example 7
In Example 7 below, the plant according to the present invention stably stabilizes a useful substance using RAP 2.4 callus obtained in Example 6 that is partially surfaced and grown with the surface partially fragmented. Production (stable secondary metabolism) was verified. As a secondary metabolite, anthocyanin is selected as a model secondary metabolite that can be measured in Arabidopsis thaliana, and the secondary plant in RAP 2.4 callus that grows in a state where the plant body, cultured cells, and surface of Arabidopsis thaliana are partially formed. The metabolite production ability was compared.
シロイヌナズナの植物体としては、野生株(Col−0)を植物ホルモンを含まないCIM培地に播種し、芽生えから14日間培養した植物体全体(根を含む)を用いた。シロイヌナズナの培養細胞としては、新規に誘導したLI株(葉由来)およびRI株(根由来)および理化学研究所バイオリソースセンターから分譲されたT87培養細胞を用いた。この3種類の培養細胞を、植物ホルモンを含むCIM培地で予め14日間培養したものを実験に用いた。RAP2.4カルスは、Hm(−)の植物ホルモンを含まないCIM培地で予め14日間培養したものを実験に用いた。 As a plant body of Arabidopsis thaliana, the whole plant body (including roots) was cultivated for 14 days after the seedling was sown in a CIM medium not containing a plant hormone, and the wild strain (Col-0) was used. As cultured cells of Arabidopsis thaliana, newly induced LI strains (leaf-derived) and RI strains (root-derived) and T87 cultured cells distributed from RIKEN BioResource Center were used. These three types of cultured cells were previously cultured for 14 days in a CIM medium containing a plant hormone and used for the experiment. RAP 2.4 callus was cultured in a CIM medium containing no Hm (−) plant hormone for 14 days in advance and used in the experiment.
シロイヌナズナは、高濃度のスクロース培地で光照射を行うことによりアントシアニン誘導することが知られている。そこでアントシアニン誘導培地として6%のスクロースを含む液体のCIM培地(植物ホルモンを含まない)を用いた。 It is known that Arabidopsis thaliana induces anthocyanins by light irradiation in a high concentration sucrose medium. Therefore, a liquid CIM medium (containing no plant hormone) containing 6% sucrose was used as the anthocyanin induction medium.
アントシアニン誘導培地における誘導前後の各細胞を凍結乾燥し、単位乾燥重量あたりのアントシアニン含有量を530nmでの吸光度で比較した。アントシアニンの抽出は以下の手順で行った。5%(v/v)酢酸を含む45%(v/v)メタノール溶液中で細胞をホモジナイザーで破砕後、12000rpmで10min遠心した。上清をさらに12000rpmで5min遠心しその上清をアントシアニン抽出液とした。アントシアニン含有量はLaby らの方法(Laby RJ et al. The Arabidopsis sugar-insensitive mutants sis4 and sis5 are defective in abscisic acid synthesis and response. Plant Jounal 23:587-596(2000))を参考に以下の式によって算出した。
アントシアニン含有量(Abs530 / g D.C.W)
= [Abs530−(0.25×Abs657)]×extraction volume(mL) / dry cell weight
なお、上記式中、「D.C.W」は「dry cell weight 」すなわち細胞乾燥重量を表す。
Each cell before and after induction in the anthocyanin induction medium was freeze-dried, and the anthocyanin content per unit dry weight was compared by absorbance at 530 nm. Anthocyanins were extracted by the following procedure. The cells were disrupted with a homogenizer in a 45% (v / v) methanol solution containing 5% (v / v) acetic acid, and centrifuged at 12000 rpm for 10 min. The supernatant was further centrifuged at 12000 rpm for 5 minutes, and the supernatant was used as an anthocyanin extract. The anthocyanin content was calculated by the following formula using the method of Laby et al. (Laby RJ et al. The Arabidopsis sugar-insensitive mutants sis4 and sis5 are defective in abscisic acid synthesis and response.Plant Jounal 23: 587-596 (2000)). Calculated.
Anthocyanin content (Abs 530 / g DCW)
= [Abs 530 - (0.25 × Abs 657)] × extraction volume (mL) / dry cell weight
In the above formula, “DCW” represents “dry cell weight”, that is, cell dry weight.
図12に結果を示す。アントシアニン誘導培地による培養前後の比較において植物体、3つの培養細胞および表面が一部分化した状態のまま増殖するRAP2.4カルスのアントシアニン合成能に明瞭な差が現れた。植物体と培養細胞を比べると、アントシアニンの誘導前には植物体と培養細胞にアントシアニン蓄積に関してほとんど差はなかった。しかし、誘導後には植物体では誘導前の約8倍にアントシアニン含有量が増加しているのに対し、3つの培養細胞では誘導前と変化はなかった。一方、今回用いた培養細胞および表面が一部分化した状態のまま増殖するRAP2.4カルスでは、他の細胞(植物体および3つの培養細胞)に比べ誘導前からアントシアニンの蓄積が見られた上に、誘導後にはさらにアントシアニンが蓄積された。このことから、今回用いた培養細胞および表面が一部分化した状態のまま増殖するRAP2.4カルスは3つの培養細胞にはみられないアントシアニン合成能を有していることが明らかとなった。 The results are shown in FIG. In comparison between before and after cultivation with an anthocyanin-inducing medium, a clear difference appeared in the anthocyanin synthesis ability of the plant body, the three cultured cells, and the RAP 2.4 callus that grew with the surface partially formed. Comparing plant and cultured cells, there was little difference in anthocyanin accumulation between plant and cultured cells before induction of anthocyanins. However, after induction, the anthocyanin content increased about 8 times before induction in the plant body, whereas in the three cultured cells, there was no change from that before the induction. On the other hand, in the RAP 2.4 callus that grows with the surface of the cultured cells used in this time, anthocyanins accumulated before induction compared to other cells (plants and 3 cultured cells). After the induction, more anthocyanins were accumulated. From this, it was clarified that the cultured cells used this time and RAP 2.4 callus that grows in a partially surfaced state have anthocyanin synthesizing ability that is not found in the three cultured cells.
このように、本発明では、脱分化に関与する転写因子を過剰に発現させることによって、脱分化が誘導されるように改変された植物体を得ることができる。このように改変された植物体および誘導されたカルスは、有用物質の生産、新品種の開発、植物体への遺伝子導入後の形質転換体の再生、人工種子等に広く利用が可能である。それゆえ、本発明は、植物由来の化合物を原料とする製薬業、品種改良を必要とする園芸業、林業、各種農業およびアグリビジネス、さらには農産物を加工する産業や食品産業等に利用可能であり、しかも非常に有用であると考えられる。 Thus, in the present invention, a plant body modified to induce dedifferentiation can be obtained by overexpressing a transcription factor involved in dedifferentiation. Plants and induced callus thus modified can be widely used for production of useful substances, development of new varieties, regeneration of transformants after gene introduction into plants, artificial seeds, and the like. Therefore, the present invention can be used in the pharmaceutical industry that uses plant-derived compounds as raw materials, the horticulture industry that requires breed improvement, forestry, various agriculture and agribusiness, and the industry that processes agricultural products, the food industry, etc. Yes, and considered very useful.
Claims (11)
(a)脱分化に関与する転写因子をコードする遺伝子、
(b)配列番号1、3または5に示されるアミノ酸配列からなるタンパク質をコードする遺伝子、
(c)配列番号1、3または5に示されるアミノ酸配列において、1個又は数個のアミノ酸が置換、欠失、挿入、及び/又は付加されたアミノ酸配列からなり、且つ、脱分化に関与するタンパク質をコードする遺伝子、
(d)配列番号2、4または6に示される塩基配列をオープンリーディングフレーム領域として有する遺伝子、
(e)配列番号2、4または6に示される塩基配列からなる遺伝子と相補的な塩基配列からなる遺伝子とストリンジェントな条件でハイブリダイズする塩基配列をオープンリーディングフレーム領域として有し、且つ、脱分化に関与するタンパク質をコードする遺伝子。 A dedifferentiation characterized by including a transformation step of introducing a recombinant expression vector containing the gene into a plant cell so that the gene according to any of the following (a) to (e) is expressed: For producing a plant modified to induce
(A) a gene encoding a transcription factor involved in dedifferentiation,
(B) a gene encoding a protein consisting of the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1, 3, or 5;
(C) In the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1, 3, or 5, it consists of an amino acid sequence in which one or several amino acids are substituted, deleted, inserted, and / or added, and is involved in dedifferentiation A gene encoding a protein,
(D) a gene having the base sequence shown in SEQ ID NO: 2, 4 or 6 as an open reading frame region,
(E) a base sequence that hybridizes under stringent conditions with a gene consisting of a base sequence complementary to the gene consisting of the base sequence shown in SEQ ID NO: 2, 4 or 6 as an open reading frame region; A gene that encodes a protein involved in differentiation.
上記(a)〜(e)のいずれかに記載の遺伝子と、プロモーターとを含む組換え発現ベクターを少なくとも含むことを特徴とする植物体の脱分化誘導キット。 A kit for performing the production method according to claim 1 or 2,
A plant dedifferentiation induction kit comprising at least a recombinant expression vector comprising the gene according to any one of (a) to (e) above and a promoter.
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