JP2007104927A - Al101 gene of rice and use thereof - Google Patents

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JP2007104927A
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amino acid
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albino
seq
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Shigeru Iida
滋 飯田
Kazuo Tsugane
一夫 栂根
Masahiko Maekawa
雅彦 前川
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Okayama University NUC
National Institute of Natural Sciences
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Okayama University NUC
National Institute of Natural Sciences
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide the use of AL101 (Albino101) gene of rice by analyzing albino-mutant rice in the course of the investigation of DNA transposon nDart, confirming the destruction of the mutant caused by the insertion of nDart and identifying the mutable causal gene Al101 of mutation to form albino. <P>SOLUTION: Either one of the following genes is used for controlling the photosynthesis of vegetables: (1) a gene composed of a base sequence having a homology of ≥70% to a specific base sequence and (2) a gene composed of a specific amino acid sequence or an amino acid sequence obtained by the deletion, substitution or addition of one or more amino acids in the specific amino acid sequence and encoding a protein having activity to control the photosynthesis of vegetables. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本特許出願は、主として国等の委託研究の成果に係る特許出願(平成17年度独立行政法人農業・生物系特定産業技術研究機構「新技術・新分野創出のための基礎研究推進事業」、産業活力再生特別措置法第30条の適用を受けるもの)である。
この発明は、イネのAL101遺伝子に関し、より詳細にはアルビノの原因であるAL101遺伝子及びこの遺伝子の発現を制御することにより光合成能を制御する方法に関する。
This patent application is mainly related to the results of commissioned research by the national government, etc. (2005 Agricultural and Biological Specified Industrial Technology Research Organization “Basic Research Promotion Project for Creating New Technology and New Fields”, Industry This is subject to Article 30 of the Revitalization Special Measures Law).
The present invention relates to rice AL101 gene, and more particularly to AL101 gene causing albino and a method for controlling photosynthetic ability by controlling expression of this gene.

色素を持たないアルビノ変異は自然界に頻繁に観察される突然変異であるが、通常は致死となってしまう。アルビノの原因遺伝子は様々であり、生育に必須な機能を担っている遺伝子の欠損によって生じるが、原因となる遺伝子の機能解析は十分に行われてはいない(例えば、非特許文献1参照。)。
一方、本発明者らは、易変性で葉緑素の蓄積が低下するpyl(pale-yellow leaf)変異の原因を解析した結果、イネにおいて通常の栽培条件下で転移活性をもつAc/Ds型トランスポゾンnDart(nonautonomous DNA-based active rice transposon)を確認した(特許文献1)。
Albino mutations without pigment are mutations that are frequently observed in nature, but are usually fatal. There are various albino causative genes, and they are caused by the deficiency of genes responsible for the functions essential for growth, but the functional analysis of the causative genes has not been sufficiently performed (for example, see Non-Patent Document 1). .
On the other hand, the present inventors have analyzed the cause of pyl (pale-yellow leaf) mutation, which reduces chlorophyll accumulation due to easy denaturation, and as a result, Ac / Ds-type transposon nDart, which has transfer activity under normal cultivation conditions in rice (Nonautonomous DNA-based active rice transposon) was confirmed (Patent Document 1).

Biochimie Volume 82, Issues 6-7, 7 June 2000, Pages 559-572Biochimie Volume 82, Issues 6-7, 7 June 2000, Pages 559-572 WO2005/003349WO2005 / 003349

本発明者らは、本発明者らが発見したDNAトランスポゾンnDart(特許文献1)の研究を行う過程で、アルビノ変異のイネを解析した。即ち、本発明は、アルビノ変異の原因遺伝子を特定し、その機能を解析し、その利用法を提供することを目的とした。DNAトランスポゾンによって破壊された遺伝子は、その脱離によって、破壊された遺伝子の機能回復が期待できる。そのため未知遺伝子の機能同定を容易に行うことができる。   In the course of conducting research on the DNA transposon nDart (Patent Document 1) discovered by the present inventors, the present inventors analyzed rice having albino mutations. That is, an object of the present invention is to identify a causative gene of an albino mutation, analyze its function, and provide a method for using it. A gene destroyed by a DNA transposon can be expected to recover the function of the destroyed gene due to its elimination. Therefore, the function identification of an unknown gene can be performed easily.

本発明者らは、易変性のアルビノ突然変異体al101-m(albino101-mutable)であるイネを解析した結果、この変異体において、既に発明者らが見出していたトランスポゾンnDart(特許文献1)の挿入により破壊されたことを確認し、易変性でアルビノとなる変異の原因遺伝子AL101(Albino101)(配列番号1)を同定した。
この遺伝子は、イネの第4染色体の24.8 Mbp(Pseudmolecules Build3、http://rgp.dna.affrc.go.jp/)の領域にあり、AL101遺伝子と命名した。
DNAトランスポゾンによって破壊された遺伝子は、その脱離によって、破壊された遺伝子の機能回復が期待できる。そのため未知遺伝子の機能同定を容易に行うことができる。本発明者らは、イネにおいて新規遺伝子AL101を同定し、この遺伝子が植物の光合成を制御する機能を有することを確認した。
As a result of analyzing rice which is an easily degenerate albino mutant al101-m (albino101-mutable), the present inventors have found that in this mutant, transposon nDart (patent document 1) of the present inventors has already been found. After confirming that it was destroyed by insertion, the causative gene AL101 (Albino101) (SEQ ID NO: 1) of the mutation that easily converted to albino was identified.
This gene is located in the region of rice chromosome 4 at 24.8 Mbp (Pseudmolecules Build3, http://rgp.dna.affrc.go.jp/), and was named AL101 gene.
A gene destroyed by a DNA transposon can be expected to recover the function of the destroyed gene due to its elimination. Therefore, the function identification of an unknown gene can be performed easily. The present inventors identified a novel gene AL101 in rice and confirmed that this gene has a function of controlling plant photosynthesis.

即ち、本発明は、下記いずれかの遺伝子の植物の光合成を制御するための使用である。
(1)配列番号1に記載の塩基配列に少なくとも70%相同の塩基配列から成る遺伝子
(2)配列番号2に記載のアミノ酸配列又は該アミノ酸配列において1若しくは数個のアミノ酸が欠失、置換若しくは付加されたアミノ酸配列からなり、植物の光合成の制御活性を有するタンパク質をコードする遺伝子
また、本発明は、これらのいずれかの遺伝子が導入されて形質転換された植物である。その宿主としては、イネ、シロイヌナズナ、タバコ、トマト、ペチュニア、アブラナ、ワタ又はトウモロコシなどが挙げられる。
That is, the present invention is the use of any of the following genes for controlling plant photosynthesis.
(1) a gene comprising a nucleotide sequence at least 70% homologous to the nucleotide sequence set forth in SEQ ID NO: 1 (2) the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 2, or one or several amino acids in the amino acid sequence deleted, substituted or substituted A gene encoding a protein comprising an added amino acid sequence and having a plant photosynthesis control activity The present invention is a plant transformed by introducing any of these genes. Examples of the host include rice, Arabidopsis thaliana, tobacco, tomato, petunia, rape, cotton or corn.

本発明のアルビノ遺伝子AL101は、植物においてその変異が致死となるため、植物の生育に必須な機能を有していると考えられる。このアルビノ遺伝子AL101の発現制御によって、光合成能を高め生育状態の良好な作物を作出することにより、収量の増加や耐病性を向上することができる。   The albino gene AL101 of the present invention is considered to have an essential function for plant growth because its mutation is lethal in plants. By controlling the expression of this albino gene AL101, it is possible to improve the photosynthetic ability and produce a crop having a good growth state, thereby improving the yield and disease resistance.

アルビノの原因は、生育に必須な機能を担っている遺伝子の欠損によって生じるが、その多くが致死となるため原因となる遺伝子の機能解析は十分になされてはいない。本発明は変異体の生存が可能である易変性系統を用いて、イネのアルビノ変異の原因遺伝子(AL101)を特定した。このAL101遺伝子は機能解析の済んでいる既知の遺伝子との相同性を殆ど持たない新規の遺伝子である。   Albino is caused by a deficiency in genes responsible for growth, but many of them are lethal, so the functional analysis of the genes responsible for them has not been sufficiently performed. In the present invention, a causative gene (AL101) of a rice albino mutation was identified using an easily denatured strain capable of surviving the mutant. This AL101 gene is a novel gene having almost no homology with a known gene whose function has been analyzed.

本発明で同定されたAL101遺伝子は下記いずれかの遺伝子である。
(1)配列番号1に記載の塩基配列に少なくとも70%、好ましくは90%相同の塩基配列から成る遺伝子
(2)配列番号2に記載のアミノ酸配列又は該アミノ酸配列において1若しくは数個のアミノ酸(例えば、全アミノ酸の5%)が欠失、置換若しくは付加されたアミノ酸配列からなり、植物の光合成の制御活性を有するタンパク質をコードする遺伝子
The AL101 gene identified in the present invention is one of the following genes.
(1) a gene comprising a base sequence homologous to at least 70%, preferably 90%, the base sequence described in SEQ ID NO: 1 (2) the amino acid sequence described in SEQ ID NO: 2 or one or several amino acids in the amino acid sequence ( For example, a gene that encodes a protein having an amino acid sequence in which 5% of all amino acids are deleted, substituted, or added, and that has a plant photosynthesis control activity.

ヒトゲノムコンソーシアムによるヒトゲノム解析プロジェクトの報告論文中(Science 2001, 291(5507), 1304-1351)で、ゲノム配列中の遺伝子をコンピュータプログラム(Ottoシステム)で自動遺伝子注釈する時の判断基準として、既知遺伝子情報がある場合、その配列情報との相同性からゲノム中の遺伝子領域を特定する基準をポリヌクレオチドの相同性で92%以上としている。また同じ論文中で、遺伝子重複で複数に増えた遺伝子(その後の進化の過程で変異が入り、塩基配列に部分的な違いが生じている)を探す場合のポリヌクレオチドの相同性基準を70%においている。従って、本発明において配列番号1の塩基配列と相同性が70%以上、好ましくは90%以上であれば、近縁ではあるが異なる植物種への適用される植物の光合成の制御活性を有する遺伝子として機能するものと考えられる。   As a criterion for automatically annotating genes in a genome sequence with a computer program (Otto system) in a report published by the Human Genome Consortium (Science 2001, 291 (5507), 1304-1351) When there is information, the reference for specifying the gene region in the genome from the homology with the sequence information is 92% or more in terms of the homology of the polynucleotide. In the same paper, 70% of the homology criteria for polynucleotides when searching for genes that have increased due to gene duplication (mutation has occurred in the subsequent evolution process and partial differences have occurred in the base sequence) are found. At. Therefore, in the present invention, if the homology with the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1 is 70% or more, preferably 90% or more, a gene having a plant photosynthesis control activity applied to a different but similar plant species. It is considered to function as.

また、「植物の光合成の制御活性」は以下のようにして確認することができる。制御活性を知りたい配列の上流に、本来のプロモーター又は任意のプロモーターを接続した測定用のコンストラクトを作成しする。このコンストラクトに使用するプラスミドは、TiプラスミドやpBI121等のバイナリーベクターを用いることができる。作成した測定用のコンストラクトを用いて、アグロバクテリウムや遺伝子銃などを用いた遺伝子導入法によって形質転換を行う。このコンストラクトの作成及び形質転換の方法は、公知の「遺伝子組換え技術」や「形質転換法」を用いて実施することができる。形質転換が成功した植物を選抜し、成育状態と収穫量の多寡によって植物の光合成を測定し、遺伝子の植物の光合成の制御活性を明らかにすることができる。
具体的測定においては、形質転換した植物の一部からRNAを抽出し、逆転写酵素と反応させてcDNAを合成し、このcDNAを鋳型として定量的RT−PCRを行うことにより、形質転換した植物における遺伝子の発現量を測定する。遺伝子の発現量が低いと植物の光合成の活性が低くなるので、遺伝子の発現量によって制御活性を表すことができる。
The “plant photosynthesis control activity” can be confirmed as follows. A measurement construct in which the original promoter or an arbitrary promoter is connected upstream of the sequence whose control activity is desired is prepared. As a plasmid used for this construct, a binary vector such as Ti plasmid or pBI121 can be used. Using the prepared measurement construct, transformation is performed by a gene introduction method using Agrobacterium or a gene gun. The construction and transformation methods of this construct can be carried out using known “genetical recombination techniques” and “transformation methods”. Plants that have been successfully transformed can be selected, and the photosynthesis of the plants can be measured based on the growth status and the yield.
In a specific measurement, RNA is extracted from a part of the transformed plant, reacted with reverse transcriptase to synthesize cDNA, and quantitative RT-PCR is performed using this cDNA as a template to transform the transformed plant. Measure the expression level of the gene in When the gene expression level is low, the photosynthesis activity of the plant is low, and thus the control activity can be expressed by the gene expression level.

このAL101遺伝子の発現を制御することにより、その植物の光合成能力を向上させることができる。
例えば、プロモーターを置き換えることにより、AL101遺伝子の発現量を変化させることができる。具体的には、pBI121などの一般的なプラスミドに遺伝子をクローニングしてプロモーターを置き換え、アグロバクテリウムを用いた形質転換法により遺伝子を植物内に導入して、成育状態が向上した植物を選抜することができる。
By controlling the expression of this AL101 gene, the photosynthetic ability of the plant can be improved.
For example, the expression level of the AL101 gene can be changed by replacing the promoter. Specifically, the gene is cloned into a general plasmid such as pBI121, the promoter is replaced, the gene is introduced into the plant by a transformation method using Agrobacterium, and a plant with an improved growth state is selected. be able to.

また、遺伝子機能の抑制手法としてRNA干渉等が挙げられる。
また、上記遺伝子の一部分やcDNAをプロモーターに対して逆に連結させたものを導入した生物において、その標的遺伝子の発現を抑制することができる(「アンチセンス RNA による抑制」と呼ばれる。)。また、順方向に連結してmRNAを大量に発現させた場合にも、異物として認識されてmRNAの分解が促進されて、結果として発現が抑制される(「コサプレッション技術」や「トランスウイッチ技術」と呼ばれている。)。このような公知の手法を本発明の遺伝子に用いることにより、該遺伝子の発現を抑制することができる。
Moreover, RNA interference etc. are mentioned as a suppression method of gene function.
In addition, in an organism into which a part of the gene or cDNA obtained by reversely linking cDNA is introduced, the expression of the target gene can be suppressed (referred to as “suppression by antisense RNA”). In addition, when mRNA is expressed in large amounts by linking in the forward direction, it is recognized as a foreign substance and the degradation of mRNA is promoted, resulting in suppression of expression (“co-suppression technology” and “trans-witch technology”). "is called.). By using such a known technique for the gene of the present invention, the expression of the gene can be suppressed.

また、これらの遺伝子が導入されたプラスミドを用いて植物を形質転換することができる。プラスミドとして、Tiプラスミド、pBI−121プラスミド等のバイナリーベクターを用いることができる。
この宿主である植物としては、イネ、シロイヌナズナ、タバコ、トマト、ペチュニア、アブラナ、ワタ又はトウモロコシ好ましい。いずれも形質転換の方法が確立しており、研究、産業及び園芸上で重要な植物である。
野生型植物にAL101遺伝子を新たに導入すると、前色素体から葉緑体への分化能が上がり、光合成活性が上昇することにより、活力の高い植物となることが期待できる。結果として増収量及び耐病性の向上が予想される。
Moreover, a plant can be transformed using a plasmid introduced with these genes. As the plasmid, a binary vector such as Ti plasmid or pBI-121 plasmid can be used.
As the host plant, rice, Arabidopsis thaliana, tobacco, tomato, petunia, rape, cotton or corn are preferable. All have established transformation methods and are important plants in research, industry and horticulture.
When the AL101 gene is newly introduced into a wild-type plant, the ability to differentiate from pre-plastids to chloroplasts is increased, and the photosynthetic activity is increased, so that it can be expected to become a plant with high vitality. As a result, increased yield and improved disease resistance are expected.

以下、実施例にて本発明を例証するが本発明を限定することを意図するものではない。
実施例1
本実施例では、イネの易変性のアルビノ突然変異体al101-m(albino101-mutable)とその後代から安定なアルビノ変異体al101-stb(al101-stable)を分離した(図1)。
このal101変異体が成長して現れた新たな分けつには、アルビノを示さない正常なものも含まれていた。
通常のアルビノ変異体は、植物個体全体がアルビノとなるので種子の栄養が無くなる第3葉期以上には成長することができない。しかし、al101変異体(al101-m、al101-stb)は、後記の実施例2,3に示すようにDNA型のトランスポゾンnDartが挿入したものであるが、nDartが成育中に脱離することがあり、この場合、nDartが脱離したal101遺伝子は機能を回復し正常となる。上記のアルビノを示さないal101変異体が成長して現れた新たな分けつは、アルビノの中に緑の斑の入った易変性の表現型であり、このような株と考えられる。通常は死んでしまうアルビノ変異体であるが、緑の葉の部分が光合成を行うことによって、アルビノ変異による欠損を補い、その結果変異体の生存できるようになるものと考えられる。このことは、AL101遺伝子が、植物の光合成を制御する機能を有していることを示している。
The following examples illustrate the invention but are not intended to limit the invention.
Example 1
In this embodiment, albino mutant labile rice al101-m (albino101- m utable) a stable albino mutant al101-stb from progeny (al101- st a b le) was isolated (Figure 1) .
The new parting that this al101 mutant grew out of which included normal that did not show albino.
Ordinary albino mutants cannot grow beyond the third leaf stage, when the whole plant becomes albino and seed nutrition is lost. However, al101 mutants (al101-m, al101-stb) are inserted with DNA-type transposon nDart as shown in Examples 2 and 3 below, but nDart may be detached during growth. Yes, in this case, the al101 gene from which nDart has been released recovers its function and becomes normal. The new parting of the growth of the al101 mutant that does not show the above albino is an easily denatured phenotype with a green spot in the albino and is considered to be such a strain. Although it is an albino mutant that normally dies, it is thought that the green leaf portion compensates for the defect caused by the albino mutation by photosynthesis, so that the mutant can survive. This indicates that the AL101 gene has a function of controlling plant photosynthesis.

実施例2
本実施例では、このal101変異の原因遺伝子を同定することを目的とした。
nDart系因子は、日本晴ゲノム中には少なくとも60コピーあまりが分布していることがわかっており、そのすべてを増幅してしまうと解析が複雑になるため、転移活性が最も高くal101変異の原因となっている可能性の高いnDart1-Oだけを増幅するために、iPCR法(Trigrlia, T., Peterson, M. G. and Kemp, D. J.(1988)Nucl. Acids Res. 16, 8186)の変法であるNAiPCR(nDart- homologues Non Amplified iPCR)法を確立した(図2)。
NAiPCRに使用する鋳型は、制限酵素AluIでal101-stb変異体のゲノミックDNA 2.5μgを消化したのち、フェノール・クロロフォルム処理(P/C処理)し、サンプルをセルフライゲーションした。その後再びP/C処理したサンプルをBmtIで消化し、P/C処理を繰り返して10μlに可溶化した。
そのうち2.5μlを鋳型として20μlの系でPCR反応を行い、1 x GC buffer、250μM dNTPS、1 pM プライマー(5'-CGGGCCGTGCCGGCTACAGGTTC-3'(配列番号4)、5'-CGTGCCGTGCTTGGGC-3'(配列番号5)、LA-Taq 0.5 unitに滅菌水で液量を調節した。PCRの反応は 94℃で2分の後、94℃で1分・65℃で1分・72℃で3分を1サイクルとして20サイクルの後、最後に72℃で5分間伸長させた反応産物を100倍希釈したもの1μlを2度目のPCR反応の鋳型とした。
2度目のPCRは、最初のPCRと同じ系を用いて内側に設計したプライマーセット(5'-GCTACAGGTTCCGCCGTGCCTCGG-3'(配列番号6)、5'-GGGCCGGCACGGCACGGCACAG-3'(配列番号7))を用いた。PCRの反応は94℃で2分の後、94℃で1分・60℃で1分・72℃で3分を1サイクルとして23サイクルの後、最後に72℃で5分間伸長させ、アガロースゲルで分画した(図3)。図3のレーン2のNAiPCR法では、BmtIを用いた消化によりnDart1-O以外からのバンドの増幅が抑制された。その結果、約450bpと約270bpの増幅産物が確認された。
Example 2
The purpose of this example was to identify the causative gene for this al101 mutation.
nDart factors are known to have at least 60 copies distributed in the Nipponbare genome, and if all of them are amplified, the analysis becomes complicated, so the translocation activity is the highest and the cause of the al101 mutation NAiPCR, a modified version of the iPCR method (Trigrlia, T., Peterson, MG and Kemp, DJ (1988) Nucl. Acids Res. 16, 8186) to amplify only nDart1-O (NDart- homologues Non Amplified iPCR) method was established (FIG. 2).
The template used for NAiPCR was digested with 2.5 μg of genomic DNA of the al101-stb mutant with the restriction enzyme AluI, then treated with phenol / chloroform (P / C treatment), and the sample was self-ligated. Thereafter, the P / C-treated sample was digested with BmtI, and the P / C treatment was repeated to solubilize in 10 μl.
PCR reaction was performed in a 20 μl system using 2.5 μl as a template, and 1 x GC buffer, 250 μM dNTPS, 1 pM primer (5'-CGGGCCGTGCCGGCTACAGGTTC-3 '(SEQ ID NO: 4), 5'-CGTGCCGTGCTTGGGC-3' (SEQ ID NO: 4 5) The volume of LA-Taq 0.5 unit was adjusted with sterilized water, and the PCR reaction was 1 minute at 94 ° C, 1 minute at 65 ° C, 1 minute at 65 ° C, 3 minutes at 72 ° C. As a template for the second PCR reaction, 1 μl of a 100-fold diluted reaction product finally extended at 72 ° C. for 5 minutes after 20 cycles was used.
For the second PCR, use the primer set (5'-GCTACAGGTTCCGCCGTGCCTCGG-3 '(SEQ ID NO: 6), 5'-GGGCCGGCACGGCACGGCACAG-3' (SEQ ID NO: 7)) designed on the inside using the same system as the first PCR. It was. The PCR reaction is 94 ° C for 2 minutes, then 94 ° C for 1 minute, 60 ° C for 1 minute, 72 ° C for 3 minutes, followed by 23 cycles, and finally extended at 72 ° C for 5 minutes to agarose gel (Fig. 3). In the NAiPCR method in lane 2 of FIG. 3, amplification of bands other than nDart1-O was suppressed by digestion with BmtI. As a result, amplification products of about 450 bp and about 270 bp were confirmed.

上記で増幅されたPCR産物を確認するために、TAクローニングをして増幅産物の塩基配列を決定した。上記のPCR産物1μlをTAクロニーングキットを(Invitrogen社)用いてクローンし、シークエンサー(PRISM3100、Applied Biosystem社)にて塩基配列を決定し各種のソフトウェアを用いて塩基配列の解析を行った。その結果、270bpの増幅産物(図4B、図3、配列番号12)から新たにnDart1-0が挿入した部位の周辺領域として187bp(図4B(配列番号12)に示す配列の62-248番目、図2左)が明らかになり、図4Aに示すように、イネの第4染色体(全長36.1Mbp)の24.8Mbp(Pseudmolecules Build3、http://rgp.dna.affrc.go.jp/)の領域と一致した。
この領域の遺伝子を検索したところ、イネ完全長cDNAデータベースに登録されているAK100471クローン(配列番号1)が検出され、この遺伝子がAL101であることが示された。AL101は、およそ2.1 KbpのmRNAで、1つのエキソンから構成されており、628アミノ酸からなるタンパク質(配列番号2)の読み取り枠を有していた。
図4Bに示すように、AL101遺伝子の翻訳開始メチオニンから199bp上流のプロモーター領域にnDart1?O(配列番号3)の挿入が起きている。通常、遺伝子のプロモーターとして機能する領域は、1〜2kbが考えられているので、この領域へのnDart1?Oの挿入がアルビノ変異の原因であることが示された。
In order to confirm the PCR product amplified above, TA cloning was performed and the base sequence of the amplified product was determined. 1 μl of the above PCR product was cloned using a TA cloning kit (Invitrogen), the nucleotide sequence was determined using a sequencer (PRISM3100, Applied Biosystem), and the nucleotide sequence was analyzed using various software. As a result, 187 bp (62th to 248th positions of the sequence shown in FIG. 4B (SEQ ID NO: 12)) as the peripheral region of the site where nDart1-0 was newly inserted from the 270 bp amplification product (FIG. 4B, FIG. 3, SEQ ID NO: 12), As shown in Fig. 4A, 24.8Mbp (Pseudmolecules Build3, http://rgp.dna.affrc.go.jp/) region of rice chromosome 4 (full length 36.1Mbp), as shown in Fig. 4A Matched.
When a gene in this region was searched, the AK100471 clone (SEQ ID NO: 1) registered in the rice full-length cDNA database was detected, indicating that this gene is AL101. AL101 is an mRNA of approximately 2.1 Kbp, is composed of one exon, and has an open reading frame for a protein consisting of 628 amino acids (SEQ ID NO: 2).
As shown in FIG. 4B, nDart1-0 (SEQ ID NO: 3) is inserted into the promoter region 199 bp upstream from the translation initiation methionine of the AL101 gene. Usually, a region that functions as a promoter of a gene is considered to be 1 to 2 kb, and it was shown that the insertion of nDart1? O into this region is responsible for the albino mutation.

実施例3
本実施例では、実施例2で確認したnDartの挿入をトランスポゾンディスプレイで確認し、アルビノ変異の原因がAL101遺伝子であることを再確認した。
トランスポゾンディスプレイ法による解析には、al101-stbを用いた。トランスポゾンディスプレイ法には、制限酵素MseI用のアダプター(5'-GAGGATGAGTCCTGAG-3'(配列番号8)、5'-CGCTCAGGACTCAT-3'(配列番号9))とプライマー(5'- GAGGATGAGTCCTGAGCGG-3'(配列番号10))を用いた。ゲノミックDNAは、1μgをMseIで消化したのち、アダプターとライゲーション反応を行いPCR反応の鋳型として8 ngを用いた。PCRの反応は20μlの系で行ない、1 xのAdvantageGC Taq、200μM dATP、200μM dGTP、200μM dCTP、200μM dTTP(BD社)、0.48μMのプライマーセットに、滅菌水で液量を調整した。最初のPCRの反応は、94℃で5分の後、94℃で30秒・48℃で1分・72℃で2分を1サイクルとして20サイクルの後、最後に72℃で2分間伸長させたのち0.2μlを2度目のPCRの鋳型に用いた。2度目のPCRはプライマーの末端配列選択的に増幅を行うためにローダミンをラベルしたプライマー(5'-AGTCCTGAGCGGCCCNTTTG-3'(配列番号11))を0.24μMにして用いた。PCRの反応は、94℃で2分の後、94℃で30秒・57℃で30秒(1サイクル毎に0.8℃ずつ温度を下げる)・72℃で1分を1サイクルとして13サイクルの後、94℃で30秒・48℃で30秒・72℃で30秒を1サイクルとして30サイクル行ない、最後に72℃で2分間反応させた。反応産物は、5 %アクリルアミドゲルにて分画した。その結果を図5に示す。
図5において、野生型である台中65号には存在しないバンドが安定なアルビノ変異体であるal101-stb及び易変性のアルビノ変異体であるal101-mにおいて観察された。このバンドを切り出し、塩基配列を決定したところ、al101遺伝子と一致しており、トランスポゾンディスプレイ法によってもnDartがal101遺伝子に挿入していることが確認された。
Example 3
In this example, the insertion of nDart confirmed in Example 2 was confirmed by transposon display, and it was reconfirmed that the cause of the albino mutation was the AL101 gene.
Al101-stb was used for analysis by the transposon display method. For the transposon display method, an adapter for restriction enzyme MseI (5′-GAGGATGAGTCCTGAG-3 ′ (SEQ ID NO: 8), 5′-CGCTCAGGACTCAT-3 ′ (SEQ ID NO: 9)) and primer (5′-GAGGATGAGTCCTGAGCGG-3 ′ ( SEQ ID NO: 10)) was used. Genomic DNA was digested with 1 μg of MseI, ligated with an adapter, and 8 ng was used as a template for PCR reaction. PCR reaction was carried out in a 20 μl system, and the volume was adjusted with sterile water to 1 × AdvantageGC Taq, 200 μM dATP, 200 μM dGTP, 200 μM dCTP, 200 μM dTTP (BD), 0.48 μM primer set. The first PCR reaction is 94 ° C for 5 minutes, followed by 20 cycles of 94 ° C for 30 seconds, 48 ° C for 1 minute, 72 ° C for 2 minutes, and finally 72 ° C for 2 minutes. Then 0.2 μl was used as a template for the second PCR. In the second PCR, a primer (5′-AGTCCTGAGCGGCCCNTTTG-3 ′ (SEQ ID NO: 11)) labeled with rhodamine was used at 0.24 μM in order to selectively amplify the terminal sequence of the primer. PCR reaction is 94 ° C for 2 minutes, then 94 ° C for 30 seconds, 57 ° C for 30 seconds (reducing the temperature by 0.8 ° C per cycle), and 72 ° C for 1 minute per cycle for 13 cycles 30 cycles of 94 ° C. for 30 seconds, 48 ° C. for 30 seconds and 72 ° C. for 30 seconds were performed for 30 cycles, and finally the reaction was performed at 72 ° C. for 2 minutes. The reaction product was fractionated on a 5% acrylamide gel. The result is shown in FIG.
In FIG. 5, bands not present in wild type Taichung No. 65 were observed in al101-stb which is a stable albino mutant and al101-m which is an easily denatured albino mutant. When this band was cut out and the nucleotide sequence was determined, it was consistent with the al101 gene, and it was confirmed by the transposon display method that nDart was inserted into the al101 gene.

イネの易変性のアルビノ突然変異体(al101-m)の写真である。(1)は結実したal101変異体を示し(2)はal101変異体の葉の拡大写真を示す。It is a photograph of an easily denatured albino mutant (al101-m) of rice. (1) shows the fruited al101 mutant (2) shows an enlarged photograph of the leaves of the al101 mutant. 実施例1で実施したNAiPCR法の原理を示す図である。二重線はトランスポゾン(nDart)を表し、一重線は周辺配列を表す。矢印はプライマーとその増幅方向を示す。図の左に示すように、nDartの周辺領域にランダムに分布している制限酵素AluIの認識領域(AGCT)を利用し、消化したゲノムをセルフライゲーションし、nDart内部に設計したプライマーで増幅を行う。NAi-PCRの場合は、図右に示すようにnDart1-O以外のnDart1に存在する制限酵素BmtIの認識部位を用いて消化を行い増幅を抑制する。1 is a diagram showing the principle of NAiPCR method performed in Example 1. FIG. Double lines represent transposons (nDart) and single lines represent peripheral sequences. The arrow indicates the primer and its amplification direction. As shown on the left of the figure, using the restriction enzyme AluI recognition region (AGCT) randomly distributed in the region surrounding nDart, self-ligated the digested genome and amplifies with primers designed inside nDart . In the case of NAi-PCR, as shown in the right side of the figure, digestion is performed using a recognition site for the restriction enzyme BmtI present in nDart1 other than nDart1-O to suppress amplification. NAiPCR法によるal101-stb(安定なアルビノ変異体)の解析結果を示す図である。It is a figure which shows the analysis result of al101-stb (stable albino mutant) by NAiPCR method. アルビノ遺伝子(AL101)の構造とnDartの挿入部位を示す図である。長方形の箱がエキソンを表し、黒部分は読み取り枠を示す。アルビノ遺伝子がイネの第4染色体の24.8 Mbpの領域にあり、翻訳開始メチオニンから199bp上流のプロモーター領域にトランスポゾン(nDart、配列番号3)の挿入が起きている。Bは、実施例2の増幅産物(270bp、配列番号12)を示し、周辺領域(62-248番目, 187bp)が含まれている。下線部(1-25番目, 249-270番目)はプライマー(配列番号6,7)を示す。トランスポゾン挿入により生じた重複配列(62-69番目, 黒枠)の上流にはトランスポゾンnDart(配列番号3)の一部(1-61番目)が見られる。この配列の下流にはAL101遺伝子(配列番号1)が連なっている。It is a figure which shows the structure of an albino gene (AL101), and the insertion site of nDart. A rectangular box represents an exon, and a black portion indicates a reading frame. The albino gene is located in the 24.8 Mbp region of rice chromosome 4, and a transposon (nDart, SEQ ID NO: 3) is inserted into the promoter region 199 bp upstream from the translation initiation methionine. B shows the amplification product (270 bp, SEQ ID NO: 12) of Example 2, and includes the peripheral region (62nd to 248th, 187 bp). Underlined parts (1-25th, 249-270th) indicate primers (SEQ ID NOs: 6, 7). A part (1-61st) of transposon nDart (SEQ ID NO: 3) is found upstream of the duplicated sequence (62-69th, black frame) generated by transposon insertion. Downstream of this sequence is the AL101 gene (SEQ ID NO: 1). トランスポゾンディスプレイ法によるアルビノ遺伝子(AL101)へのトランスポゾン(nDart)の挿入を示す図である。1は、al101-stb(安定なアルビノ変異体)及びal101-m(易変性のアルビノ変異体)にのみ増幅されたバンド(425bp)を示す。It is a figure which shows insertion of the transposon (nDart) to the albino gene (AL101) by the transposon display method. 1 shows a band (425 bp) amplified only for al101-stb (stable albino mutant) and al101-m (easy-modifying albino mutant).

Claims (4)

下記いずれかの遺伝子の植物の光合成を制御するための使用。
(1)配列番号1に記載の塩基配列に少なくとも70%相同の塩基配列から成る遺伝子
(2)配列番号2に記載のアミノ酸配列又は該アミノ酸配列において1若しくは数個のアミノ酸が欠失、置換若しくは付加されたアミノ酸配列からなり、植物の光合成の制御活性を有するタンパク質をコードする遺伝子
Use of any of the following genes to control plant photosynthesis.
(1) a gene comprising a nucleotide sequence at least 70% homologous to the nucleotide sequence set forth in SEQ ID NO: 1 (2) the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 2, or one or several amino acids in the amino acid sequence deleted, substituted or substituted A gene encoding a protein consisting of an added amino acid sequence and having a plant photosynthesis control activity
植物がイネ、シロイヌナズナ、タバコ、トマト、ペチュニア、アブラナ、ワタ又はトウモロコシである請求項1に記載の使用。 Use according to claim 1, wherein the plant is rice, Arabidopsis, tobacco, tomato, petunia, rape, cotton or corn. 下記いずれかの遺伝子が導入されて形質転換された植物。
(1)配列番号1に記載の塩基配列に少なくとも70%相同の塩基配列から成る遺伝子
(2)配列番号2に記載のアミノ酸配列又は該アミノ酸配列において1若しくは数個のアミノ酸が欠失、置換若しくは付加されたアミノ酸配列からなり、植物の光合成の制御活性を有するタンパク質をコードする遺伝子
A plant transformed by introducing any of the following genes:
(1) a gene comprising a nucleotide sequence at least 70% homologous to the nucleotide sequence set forth in SEQ ID NO: 1 (2) the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 2, or one or several amino acids in the amino acid sequence deleted, substituted or substituted A gene encoding a protein consisting of an added amino acid sequence and having a plant photosynthesis control activity
宿主がイネ、シロイヌナズナ、タバコ、トマト、ペチュニア、アブラナ、ワタ又はトウモロコシである請求項3に記載の植物。
The plant according to claim 3, wherein the host is rice, Arabidopsis thaliana, tobacco, tomato, petunia, rape, cotton or corn.
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US20040123343A1 (en) * 2000-04-19 2004-06-24 La Rosa Thomas J. Rice nucleic acid molecules and other molecules associated with plants and uses thereof for plant improvement
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