JP2007306917A - Method for increasing the resistance of rice plant to pathogenic microorganism and pathogenic microorganism-resistant rice transformant - Google Patents

Method for increasing the resistance of rice plant to pathogenic microorganism and pathogenic microorganism-resistant rice transformant Download PDF

Info

Publication number
JP2007306917A
JP2007306917A JP2007111906A JP2007111906A JP2007306917A JP 2007306917 A JP2007306917 A JP 2007306917A JP 2007111906 A JP2007111906 A JP 2007111906A JP 2007111906 A JP2007111906 A JP 2007111906A JP 2007306917 A JP2007306917 A JP 2007306917A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
rice
gene
trehalose
resistance
genes
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2007111906A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP5164093B2 (en
Inventor
Ryozo Imai
亮三 今井
Hideki Kato
英樹 加藤
Shuhei Shima
周平 島
Hideo Nakashita
英雄 仲下
Michiko Yasuda
美智子 安田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
National Agriculture and Food Research Organization
RIKEN Institute of Physical and Chemical Research
Original Assignee
National Agriculture and Food Research Organization
RIKEN Institute of Physical and Chemical Research
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by National Agriculture and Food Research Organization, RIKEN Institute of Physical and Chemical Research filed Critical National Agriculture and Food Research Organization
Priority to JP2007111906A priority Critical patent/JP5164093B2/en
Publication of JP2007306917A publication Critical patent/JP2007306917A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP5164093B2 publication Critical patent/JP5164093B2/en
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for increasing the resistance to rice plant pathogenic microorganisms and provide a rice plant transformant that has the resistance to the pathogenic microorganisms. <P>SOLUTION: In rice plant, a method for increasing the resistance to rice plant pathogenic microorganism that includes the increase of the expression level of at least one kind of gene relating to the biological defense bearing a specific base sequence or at least one kind of its mutant genes is provided. Further, the pathogenic microorganism resistant rice plant transformant in which at least one kind of gene such as biological defense relating gene or at least one kind of gene can ecdemicly and expressibly introduced. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、イネの病原菌に対する抵抗性を高める方法及び病原菌耐性イネ形質転換体に関し、更に詳細には、生体防御関連遺伝子の発現レベルを高めることにより、病原菌に対する抵抗性を高める方法、及び生体防御関連遺伝子を導入した病原菌耐性イネ形質転換体に関する。   The present invention relates to a method for increasing resistance of rice to pathogenic bacteria and a pathogen-resistant rice transformant, and more particularly, to a method for increasing resistance to pathogenic bacteria by increasing the expression level of a biological defense-related gene, and biological defense. The present invention relates to a pathogen-resistant rice transformant into which a related gene has been introduced.

従来より、農作物の病害防除方法として、植物病原菌に直接作用して病害を防除する農薬の使用がある。病原菌に対して殺菌効果を示すタイプの農薬は、継続的使用により薬剤に対して耐性変異株が出現するという大きな問題を抱えている。また、残留農薬の人体への影響や環境中での難分解性等も大きな問題となっている。   Conventionally, methods for controlling diseases of agricultural crops include the use of agricultural chemicals that act directly on plant pathogens to control diseases. Pesticides of the type that show bactericidal effects against pathogenic bacteria have the major problem that mutants that are resistant to drugs appear through continuous use. In addition, the effects of residual agricultural chemicals on the human body and the indegradability in the environment are also serious problems.

他の病害防除方法として、植物自体が有する病害抵抗性を高めることで作物の病害を防除する農薬(抵抗性誘導型農薬)の使用がある。抵抗性誘導型農薬は、植物の自然免疫機構、即ち病原菌を認識して抵抗性を活性化することが知られている。抵抗性誘導型農薬としては、プロペナゾール(商品名:オリザメート)、アシベンゾラル-S-メチル等が実用化されているが、いずれも化学合成農薬であり、前記殺菌剤タイプの農薬と同様、人体、環境等への影響を考慮すると、過度の依存は避ける必要がある。   Other disease control methods include the use of agricultural chemicals (resistance-inducing pesticides) that control disease of crops by increasing the disease resistance of the plant itself. Resistance-inducing pesticides are known to activate the resistance by recognizing innate immunity mechanisms of plants, that is, pathogens. As resistance-inducing pesticides, propenazole (trade name: orizamate), acibenzoral-S-methyl, and the like have been put into practical use, all of which are chemically synthesized pesticides. Considering the impact on the environment, it is necessary to avoid excessive dependence.

そこで、化学合成農薬を含まない病害防除効果のある植物活力剤が開発されている(特許文献1、2)。これらの植物活力剤は、食酢、トレハロース及び植物抽出成分の組み合わせである。   Therefore, a plant vital agent having a disease control effect that does not contain a chemically synthesized pesticide has been developed (Patent Documents 1 and 2). These plant vital agents are a combination of vinegar, trehalose and plant extract ingredients.

トレハロースは、植物のフェニルアラニンアンモニアリアーゼ(PAL)、ペルオキシダーゼ、ジャスモン酸などの活性を高め、植物の生体防御反応を誘導する物質、いわゆるシグナル分子(エリシター)であることが知られている。このエリシターを用いて植物の病害を防除する方法がある。例えば、小麦の葉にトレハロースの溶液をスプレーするとウドンコ病感染を減少することができる(非特許文献1)。また、小麦及びブドウの苗をトレハロースで処理し、更に亜リン酸、フォセチルアルミニウム等の相乗剤で処理すると、小麦ウドンコ病、ブドウべと病に対して相乗効果がある(特許文献3)。しかしながら、トレハロースのみを小麦ウドンコ病、ブドウべと病に適用した場合、直接的な効果はない(特許文献3)。   Trehalose is known to be a so-called signal molecule (elicitor) that enhances the activities of plant phenylalanine ammonia lyase (PAL), peroxidase, jasmonic acid, etc., and induces a plant defense reaction. There is a method for controlling plant diseases using this elicitor. For example, spraying a solution of trehalose onto wheat leaves can reduce powdery mildew infection (Non-patent Document 1). Further, when wheat and grape seedlings are treated with trehalose and further treated with a synergist such as phosphorous acid and fosetyl aluminum, there is a synergistic effect on wheat powdery mildew and grape downy mildew (Patent Document 3). However, when only trehalose is applied to wheat powdery mildew and grape downy mildew, there is no direct effect (Patent Document 3).

近年、遺伝子組換えにより病害に強い農作物が作出されている。例えば、イネいもち病菌由来cerebroside型エリシターにより発現が誘導されるタンパク質をコードする遺伝子を導入した、イネいもち病に対する抵抗性を有するイネ形質転換体がある(特許文献4)。   In recent years, crops that are resistant to disease have been produced by genetic recombination. For example, there is a rice transformant having resistance to rice blast disease into which a gene encoding a protein whose expression is induced by a rice blast fungus-derived cerebroside-type elicitor is introduced (Patent Document 4).

しかし、前述のエリシターであるトレハロースを用いて、発現が誘導されるイネのタンパク質や遺伝子についての網羅的な研究はなく、また、そのようなイネの遺伝子を利用して病原菌に対する抵抗性を高めることは未だ行われていない。   However, there is no comprehensive study of rice proteins and genes whose expression is induced using trehalose, the aforementioned elicitor, and the use of such rice genes to increase resistance to pathogenic bacteria. Has not yet been done.

特開2001-61344号公報JP 2001-61344 JP 特開2001-64112号公報JP 2001-64112 A 特表2002-511495号公報Special Table 2002-511495 特開2002-272291号公報JP 2002-272291 A PH. Reignault et al., (2001) Trehalose induces resistance to powdery meldew in wheat. New Phytologist, Vol.149, pp.519-529PH. Reignault et al., (2001) Trehalose induces resistance to powdery meldew in wheat.New Phytologist, Vol.149, pp.519-529

本発明の目的は、トレハロースにより誘導されるイネの生体防御関連遺伝子を明らかにし、その遺伝子の発現レベルを高めることにより、イネの病原菌に対する抵抗性を高める方法を提供することである。   An object of the present invention is to provide a method for increasing resistance to pathogenic bacteria in rice by clarifying a gene related to biological defense in rice induced by trehalose and increasing the expression level of the gene.

本発明の別の目的は、生体防御関連遺伝子をイネに導入し、病原菌に対する抵抗性を有するイネ形質転換体を提供することである。   Another object of the present invention is to provide a rice transformant having resistance to pathogenic bacteria by introducing a biological defense-related gene into rice.

本発明者らは、トレハロースのシグナル分子機能を解明するため、イネのマイクロアレイを用いてトレハロース処理により誘導される遺伝子を同定したところ、多数のイネの生体防御関連遺伝子がトレハロースにより誘導されることを見出し、本発明を完成した。
即ち、本発明は、要約すると、以下の特徴を有する。
In order to elucidate the signal molecule function of trehalose, the present inventors identified a gene induced by trehalose treatment using a rice microarray, and found that a number of rice defense-related genes are induced by trehalose. The headline and the present invention were completed.
That is, the present invention is summarized as follows.

本発明は、第一の態様において、イネにおいて、配列番号41、43、45、47、49、51、53、55、57、59または61のいずれかの塩基配列を有する生体防御関連遺伝子またはその変異遺伝子の少なくとも1種の遺伝子の発現レベルを高めることを含む、イネの病原菌に対する抵抗性を高める方法を提供する。   In the first aspect, the present invention provides a host defense-related gene having any one of the nucleotide sequences of SEQ ID NOS: 41, 43, 45, 47, 49, 51, 53, 55, 57, 59, or 61, or a rice There is provided a method for increasing resistance to pathogens in rice, comprising increasing the expression level of at least one gene of a mutant gene.

別の実施形態において、前記遺伝子の発現レベルが、イネ又は種子をトレハロース又はその誘導体で処理することによって高められる。   In another embodiment, the expression level of the gene is increased by treating rice or seed with trehalose or a derivative thereof.

別の実施形態において、前記遺伝子の発現レベルが、イネに該遺伝子を外来的にかつ発現可能に導入することによって高められる。   In another embodiment, the expression level of the gene is increased by introducing the gene exogenously and expressively into rice.

別の実施形態において、前記遺伝子の発現レベルが対照のイネに対して2倍以上高まる。   In another embodiment, the expression level of the gene is increased by more than 2-fold relative to control rice.

別の実施形態において、前記病原菌がいもち病菌又は苗立枯細菌病菌である。   In another embodiment, the pathogenic fungus is a blast fungus or a seedling blight fungus.

第二の態様において、配列番号41、43、45、47、49、51、53、55、57、59または61のいずれかの塩基配列を有する生体防御関連遺伝子またはその変異遺伝子の少なくとも1種の遺伝子が外来的にかつ発現可能に導入されたことを特徴とする、病原菌耐性イネ形質転換体を提供する。   In a second embodiment, at least one of the biological defense-related genes having any one of the nucleotide sequences of SEQ ID NOs: 41, 43, 45, 47, 49, 51, 53, 55, 57, 59 or 61 or mutant genes thereof Provided is a pathogen-resistant rice transformant, wherein a gene is introduced exogenously and in an expressible manner.

別の実施形態において、前記病原菌がいもち病菌又は苗立枯細菌病菌である。   In another embodiment, the pathogenic fungus is a blast fungus or a seedling blight fungus.

第三の態様において、イネの病原菌に対する抵抗性を高めるための、配列番号41、43、45、47、49、51、53、55、57、59または61のいずれかの塩基配列を有する生体防御関連遺伝子の少なくとも1種の遺伝子の使用方法を提供する。   In the third embodiment, the biological defense having the base sequence of any one of SEQ ID NOs: 41, 43, 45, 47, 49, 51, 53, 55, 57, 59, or 61, for increasing resistance to pathogens of rice Methods of using at least one gene of related genes are provided.

本発明のイネの病原菌に対する抵抗性を高める方法は、イネが本来持つ生体防御関連遺伝子を利用するものであり、人体や環境に悪影響を与えず、農薬のような残留性のない天然糖類のトレハロースにより安全に安価にイネの生体防御反応を誘導することができる。また、生体防御関連遺伝子をイネに導入して、病原菌耐性の高いイネ形質転換体を作製することができる。本発明により合成化学農薬の使用量を減らすことができるので、経済的かつ品質的にイネ(コメ)の商品価値を上げることができる。   The method for increasing resistance of rice according to the present invention to pathogenic bacteria uses a natural defense-related gene inherent in rice, does not adversely affect the human body and the environment, and is a natural saccharide trehalose having no persistence such as agricultural chemicals. Thus, the biological defense reaction of rice can be induced safely and inexpensively. In addition, by introducing a biodefense-related gene into rice, a rice transformant having high resistance to pathogenic bacteria can be produced. Since the amount of the synthetic chemical pesticide used according to the present invention can be reduced, the commercial value of rice (rice) can be increased economically and in quality.

トレハロースは、カビ、酵母、紅藻、地衣、多くの昆虫に広く分布し、またシイタケ、発酵食品等に多量に含まれる天然糖質であり、安価に製造される。2分子のD-グルコースが1,1-結合した形の非還元性二糖であり、分子式C122211、分子量342.30である。結合様式がα,α-、α,β-、β,β-の3種類の異性体があり、天然にはα,α-体が存在する。本発明に用いるトレハロースは、どの結合様式のものでもよい。また、トレハロースの誘導体でもよく、トレハロース誘導体とは、トレハロースをエステル化、ジエステル化、モノエステル化、エーテル化、アシル化、カチオン化、またはその他縮合したものであり、例えばトレハロース脂肪酸エステル、α,α-トレハローストリミコール酸エステル、α,α-トレハロース脂肪酸テトラエステル、トレハロース脂肪酸モノエステル、α,α-トレハロースエーテル誘導体、2-O-(9,10-エポキシステアロイル)-α,α-トレハロース誘導体、4,4-ジ-O-アルキルα,α-トレハロース誘導体、2,3,2-テトラアルキルα,α-トレハロース誘導体、α,α-トレハロース脂肪酸ジアミド誘導体、ネオトレハロース(澱粉質にα-アミラーゼを作用させた生産物)、ラクトネオトレハロース(乳糖と澱粉を含有する水溶液に糖転移酵素を作用させた生産物)等を挙げることができる。トレハロースは例えば含水結晶トレハロースの形で市販(株式会社林原商事)されている。 Trehalose is a natural carbohydrate widely distributed in mold, yeast, red algae, lichens and many insects, and is contained in large amounts in shiitake mushrooms, fermented foods, etc., and is produced at low cost. It is a non-reducing disaccharide in which two molecules of D-glucose are 1,1-linked and has a molecular formula of C 12 H 22 O 11 and a molecular weight of 342.30. There are three types of isomers, α, α-, α, β-, β, β-, and there are α, α-forms in nature. The trehalose used in the present invention may be of any binding mode. Also, it may be a derivative of trehalose. The trehalose derivative is obtained by esterifying, diesterifying, monoesterifying, etherifying, acylating, cationizing or otherwise condensing trehalose, for example, trehalose fatty acid ester, α, α -Trehalose trimycolate, α, α-trehalose fatty acid tetraester, trehalose fatty acid monoester, α, α-trehalose ether derivative, 2-O- (9,10-epoxystearoyl) -α, α-trehalose derivative, 4 , 4-Di-O-alkyl α, α-trehalose derivatives, 2,3,2-tetraalkyl α, α-trehalose derivatives, α, α-trehalose fatty acid diamide derivatives, neotrehalose (acting α-amylase on starch) Product), lactone trehalose (forms glycosyltransferase in aqueous solution containing lactose and starch) Used product). Trehalose is commercially available (Hayashibara Shoji Co., Ltd.) in the form of water-containing crystal trehalose, for example.

トレハロースは、本発明において、イネの生体防御反応を誘導する物質(シグナル分子)であるが、これまでイネにおいてトレハロースによるシグナルと生体防御関連遺伝子の関係は明らかになっていなかった。そこでトレハロースのシグナル分子機能を解明するため、イネをトレハロースで処理し、誘導される遺伝子を同定した。同定は、例えば以下の方法で行うことができる。   In the present invention, trehalose is a substance (signal molecule) that induces a host defense reaction of rice. However, the relationship between trehalose signal and a host defense-related gene has not been clarified so far in rice. Therefore, to elucidate the signal molecule function of trehalose, rice was treated with trehalose and the induced gene was identified. Identification can be performed, for example, by the following method.

イネの種子を発芽させてイネ幼苗に栽培し、幼苗の根をトレハロース溶液(例えば濃度5mM)で処理し、根組織を液体窒素で処理して粉末にし、全RNAを調製する。RNA調製法には、例えばCTAB法、グアニジン法、SDS/フェノール法などがあるが、特に限定されない。市販のRNA抽出試薬(例えばInvitorogen社のTRIzol試薬)を使用してもよい。   Rice seeds are germinated and grown into rice seedlings, the seedling roots are treated with a trehalose solution (for example, concentration 5 mM), and the root tissue is treated with liquid nitrogen to obtain powder, thereby preparing total RNA. Examples of RNA preparation methods include, but are not limited to, the CTAB method, the guanidine method, and the SDS / phenol method. A commercially available RNA extraction reagent (for example, TRIzol reagent manufactured by Invitorogen) may be used.

次に、一色蛍光法又は二色蛍光法により標識RNAを合成する。例えば調製したRNAから逆転写して一本鎖cDNAを合成し、Cyanine3 CTP又はCyanine5 CTPを加えて転写して標識RNAを合成する。この合成には市販のキット(例えばAgilent社のLow RNA input liner ampキット)を使用することができる。また、合成した標識RNAを市販のRNA抽出キット(例えばQIAGEN社のRNeasy miniキット)などで精製してもよい。あるいは合成したcDNAを標識してもよい。   Next, labeled RNA is synthesized by the one-color fluorescence method or the two-color fluorescence method. For example, reverse transcription is performed from the prepared RNA to synthesize a single-stranded cDNA, and Cyanine3 CTP or Cyanine5 CTP is added and transcribed to synthesize labeled RNA. A commercially available kit (eg, Agilent's Low RNA input liner amp kit) can be used for this synthesis. Alternatively, the synthesized labeled RNA may be purified using a commercially available RNA extraction kit (for example, RNeasy mini kit manufactured by QIAGEN). Alternatively, the synthesized cDNA may be labeled.

次に、精製した標識RNA又は標識cDNAでハイブリダイゼーション液を調製し、例えばAgilent社の22Kイネマイクロアレイでハイブリダイゼーションを行う。ハイブリダイゼーションは、例えば約60℃で数時間〜20時間程度行う。ハイブリダイゼーション後、マイクロアレイを洗浄し、水分を取り除いた後、マイクロアレイスキャナー(例えばAgilent社製)で遺伝子の発現レベル情報を読み込み、解析ソフトウェアー(例えばAgilent社、Feature Extraction Software)で、トレハロース処理と対照の根組織の各遺伝子の発現レベルの差を解析する。   Next, a hybridization solution is prepared from the purified labeled RNA or labeled cDNA, and hybridization is performed using, for example, an Agilent 22K rice microarray. Hybridization is performed, for example, at about 60 ° C. for about several hours to 20 hours. After hybridization, the microarray is washed, water is removed, gene expression level information is read with a microarray scanner (for example, Agilent), and it is compared with trehalose treatment with analysis software (for example, Agilent, Feature Extraction Software). The difference in the expression level of each gene in the root tissue is analyzed.

5mMトレハロース処理により、対照(トレハロース未処理のイネ)と比較して2倍以上誘導されたイネの遺伝子を表1に示す。   Table 1 shows rice genes induced by treatment with 5 mM trehalose more than twice as compared with the control (rice not treated with trehalose).

Figure 2007306917
Figure 2007306917
Figure 2007306917
Figure 2007306917
Figure 2007306917
Figure 2007306917

表中の遺伝子番号は、NCBI(National Center for Biotechnology Information)ホームページからアクセス可能なGenBankのアクセッションナンバーであり、遺伝子は、遺伝子番号に対応するイネの遺伝子名、又はホモログの遺伝子名である。また、foldは、トレハロース処理により、対照と比較して何倍遺伝子が誘導されたかを示す。即ちトレハロース処理した発現レベルの数値(Tre)/対照の発現レベルの数値(mock)である。   The gene numbers in the table are GenBank accession numbers accessible from the NCBI (National Center for Biotechnology Information) website, and the genes are rice gene names or homolog gene names corresponding to the gene numbers. In addition, fold indicates how many times the gene was induced by trehalose treatment compared to the control. That is, the numerical value of the expression level treated with trehalose (Tre) / the numerical value of the expression level of the control (mock).

表1に示したように、トレハロースによって多数の生体防御関連遺伝子が誘導されることが分かった。植物の場合、一般に、生体防御関連遺伝子の多くはサリチル酸(SA)、エチレン、ジャスモン酸(JA)のいずれかにより発現が誘導される。上記マイクロアレイの実験結果から、トレハロースは、エチレン応答転写因子遺伝子(表1の遺伝子番号:AK109390)、SA生合成遺伝子(AK067801)、JA応答転写因子遺伝子(AK069082)などを誘導しており、これら3つのホルモンが関与するシグナル伝達系を何れも活性化していると考えられる。したがって、トレハロースを認識する機構が、3つのホルモンシグナル伝達の上流に位置すると考えられ、そのため下流に位置する多様な経路を活性化すると考えられる。   As shown in Table 1, it was found that trehalose induces many biological defense-related genes. In the case of plants, in general, the expression of many biological defense-related genes is induced by either salicylic acid (SA), ethylene, or jasmonic acid (JA). Based on the microarray experiment results, trehalose induced ethylene-responsive transcription factor gene (gene number: AK109390 in Table 1), SA biosynthesis gene (AK067801), JA-responsive transcription factor gene (AK069082), etc. 3 It is thought that all signal transduction systems involving two hormones are activated. Thus, the mechanism that recognizes trehalose is thought to be located upstream of the three hormone signaling, and therefore, activates various pathways located downstream.

これまでの研究から、病害応答に関与する転写因子あるいはレセプターキナーゼの発現量を高めることにより、病害耐性が強化されることが知られている(文献:Berrocal-Loboら、 Plant J. 29:23-32(2002)、Hu, Hら、Planta 222: 107-117(2005))。そこで、表1のトレハロースにより誘導される生体防御関連遺伝子のなかから、任意に9つの遺伝子を選択し(表2)、実際にトレハロースによって遺伝子の発現が誘導されることを確認した。   From previous studies, it is known that disease resistance is enhanced by increasing the expression level of transcription factors or receptor kinases involved in disease response (Reference: Berrocal-Lobo et al., Plant J. 29:23). -32 (2002), Hu, H et al., Planta 222: 107-117 (2005)). Therefore, nine genes were arbitrarily selected from the biological defense-related genes induced by trehalose in Table 1 (Table 2), and it was confirmed that the gene expression was actually induced by trehalose.

Figure 2007306917
Figure 2007306917

トレハロースによる発現の誘導の確認は、例えばノーザン解析により行う。
まず、ノーザンブロットプローブ用の合成ヌクレオチドを作製するために各遺伝子のプローブ断片を合成し、また各遺伝子を増幅するためにPCR用プライマーを合成し、トレハロース処理したイネの根組織からのcDNAライブラリーを用いてPCRで部分長cDNAを増幅する。増幅に際して、市販のPCRキット(例えば宝酒造のEx TaqPCRキット)を用いてもよい。PCR条件は、例えばDNA変性を約95℃で15秒〜5分、プライマーのアニーリングを約50〜58℃で30秒〜1分、伸長反応を約65℃〜72℃で30秒〜10分間行い、これを1サイクルとして20〜40サイクル行い、最後に約65℃〜72℃の伸長反応を1〜5分行うことを含む。
Confirmation of the induction of expression by trehalose is performed, for example, by Northern analysis.
First, a cDNA library from the root tissue of trehalose-treated rice was synthesized by synthesizing probe fragments of each gene to produce synthetic nucleotides for Northern blot probes, and by synthesizing PCR primers to amplify each gene. Amplify the partial length cDNA by PCR. For amplification, a commercially available PCR kit (for example, Takara Shuzo Ex Taq PCR kit) may be used. PCR conditions include, for example, DNA denaturation at about 95 ° C. for 15 seconds to 5 minutes, primer annealing at about 50 to 58 ° C. for 30 seconds to 1 minute, and extension reaction at about 65 ° C. to 72 ° C. for 30 seconds to 10 minutes. This includes 20 to 40 cycles as one cycle, and finally, an extension reaction at about 65 ° C. to 72 ° C. is performed for 1 to 5 minutes.

さらに、増幅したcDNAを適切なベクター(例えばpGEM-Teasy、Promega社)を用いてクローニングし、得られたDNAの塩基配列を決定する。例えばシークエンサーABI1310(Applied Biosystem社)を用いて決定することができる。   Furthermore, the amplified cDNA is cloned using an appropriate vector (for example, pGEM-Teasy, Promega), and the base sequence of the obtained DNA is determined. For example, it can be determined using a sequencer ABI1310 (Applied Biosystem).

次に、イネの種子を発芽させてイネ幼苗に栽培し、トレハロース溶液(例えば濃度5mM)を根に接触させ、数時間おきに根組織を採取する。トレハロース溶液を接触させる前に採取した根組織を対照とする。根組織から前述の方法で全RNAを調製し、RNAサンプルとする。RNAサンプルをアガロースゲル電気泳動にかけてサイズ分離し、ナイロン又はニトロセルロースメンブレンにRNAを転写する。上記のように合成したノーザンブロット用合成プローブを32Pなどの放射性同位元素、フルオレサミン、ローダミン、ダンシル、これらの誘導体などの蛍光分子などのラベル化剤で標識し、これをプローブとして用いてハイブリダイゼーションを行い、目的の遺伝子を検出する(分子生物学実験プロトコルI(1997)、西野・佐野共訳、丸善株式会社)。図1に、表2の生体防御関連遺伝子がトレハロースによって発現誘導されたことを示す。 Next, rice seeds are germinated and cultivated on rice seedlings. A trehalose solution (for example, a concentration of 5 mM) is brought into contact with the roots, and root tissues are collected every several hours. The control is root tissue collected before contact with the trehalose solution. Total RNA is prepared from the root tissue by the method described above, and used as an RNA sample. The RNA sample is subjected to agarose gel electrophoresis to separate the size, and the RNA is transferred to a nylon or nitrocellulose membrane. The synthetic probe for Northern blot synthesized as described above is labeled with a labeling agent such as a radioisotope such as 32 P, a fluorescent molecule such as fluoresamine, rhodamine, dansyl, and derivatives thereof, and this is used as a probe for hybridization. To detect the target gene (Molecular Biology Experiment Protocol I (1997), co-translated by Nishino and Sano, Maruzen Co., Ltd.). FIG. 1 shows that expression of the biological defense-related genes in Table 2 was induced by trehalose.

次に、上記のようなマイクロアレイ解析(表1)及び遺伝子発現の確認を通して、トレハロースにより誘導される病原応答に関与する転写因子遺伝子、レセプターキナーゼ遺伝子のうち、誘導性が高い遺伝子を選択した(表3)。   Next, through microarray analysis (Table 1) and confirmation of gene expression as described above, genes with high inducibility were selected from transcription factor genes and receptor kinase genes involved in the pathogenic response induced by trehalose (Table 1). 3).

Figure 2007306917
Figure 2007306917

表3に記載した遺伝子を単離するために、まず、GenBankに登録されているイネゲノム配列情報を参考にして、各遺伝子のプライマーを設計し、RT-PCR法により全長遺伝子を増幅する。トレハロースで前述のように処理したイネの根組織から全RNAを調製し、RNAから逆転写反応で一本鎖cDNAを合成する。これを鋳型とし、各遺伝子の断片をPCRで増幅する。増幅した遺伝子断片を前述した適切なクローニングベクターに組み込み、塩基配列決定を行う。   In order to isolate the genes listed in Table 3, first, primers for each gene are designed with reference to rice genome sequence information registered in GenBank, and the full-length gene is amplified by RT-PCR. Total RNA is prepared from rice root tissue treated with trehalose as described above, and single-stranded cDNA is synthesized from the RNA by reverse transcription. Using this as a template, each gene fragment is amplified by PCR. The amplified gene fragment is incorporated into the appropriate cloning vector described above, and the nucleotide sequence is determined.

特定された各遺伝子の塩基配列を配列番号41、43、45、47、49、51、53、55、57、59及び61に示す。また、これらの各遺伝子によってコードされるタンパク質のアミノ酸配列を、それぞれ、配列番号42、44、46、48、50、52、54、56、58、60及び62に示す。   The nucleotide sequences of the identified genes are shown in SEQ ID NOs: 41, 43, 45, 47, 49, 51, 53, 55, 57, 59 and 61. The amino acid sequences of the proteins encoded by these genes are shown in SEQ ID NOs: 42, 44, 46, 48, 50, 52, 54, 56, 58, 60 and 62, respectively.

本明細書中、本発明の生体防御関連遺伝子は、イネにおいてトレハロースによって誘導される病害応答に関与する遺伝子であり、ゲノムDNA、RNA、cDNA、その変異体、又はそれらの機能性断片を含む。   In the present specification, the biological defense-related gene of the present invention is a gene involved in a disease response induced by trehalose in rice, and includes genomic DNA, RNA, cDNA, variants thereof, or functional fragments thereof.

本明細書中、機能性断片とは、病原菌に対して生体防御能をもつ任意の断片である。   In the present specification, the functional fragment is an arbitrary fragment having a biological defense ability against pathogenic bacteria.

本明細書中、変異遺伝子とは、本発明の生体防御関連遺伝子のいずれかの塩基配列(配列番号41、43、45、47、49、51、53、55、57、59又は61)において1以上、好ましくは1もしくは数個の塩基の置換、欠失又は付加を有するもの、あるいは塩基配列と80%以上、85%以上、90%以上、95%以上、97%以上、98%以上、もしくは99%以上の相同性を有するものである。また、数個とは、2〜約10個、好ましくは2〜5個である。イネには種々の種類や品種が存在するため、上記の各遺伝子においては、イネの種類や品種間で多型や変異が生じているものもあり、本発明では、それらを変異遺伝子として含有する。   In the present specification, the mutated gene is 1 in the base sequence (SEQ ID NO: 41, 43, 45, 47, 49, 51, 53, 55, 57, 59 or 61) of any of the biological defense-related genes of the present invention. Or more, preferably having one or several base substitutions, deletions or additions, or base sequence and 80% or more, 85% or more, 90% or more, 95% or more, 97% or more, 98% or more, or 99% or more homology. Further, the term “several” means 2 to about 10, preferably 2 to 5. Since various types and varieties of rice exist, some of the above genes have polymorphisms and mutations between the types and varieties of rice. In the present invention, these are included as mutant genes. .

上記のようにして同定された生体防御関連遺伝子をイネにおいて高発現させることによって、イネの病原菌に対する抵抗性を高めることができる。ここで、高発現とは、トレハロース未処理時のイネ(すなわち、対照のイネ)における該遺伝子の発現レベルに対して2倍以上、例えば2〜7倍、高い発現をいう。また、本発明において高発現される生体関連遺伝子は、少なくとも1種、すなわち1又は2種類以上、好ましくは3種類以上、さらに好ましくは5種類以上である。   By highly expressing the biological defense-related genes identified as described above in rice, the resistance of rice to pathogenic bacteria can be increased. Here, high expression means expression that is 2 times or more, for example, 2 to 7 times higher than the expression level of the gene in rice (that is, control rice) when trehalose is not treated. In the present invention, there are at least one biologically-related gene that is highly expressed, that is, one or two or more, preferably three or more, and more preferably five or more.

イネにおいて、生体防御関連遺伝子を高発現させるための方法としては、以下のものに限定されないが、例えば、イネに該遺伝子を外来的にかつ発現可能に導入する方法、イネ又はその種子をトレハロース又はその誘導体で処理する方法、などを挙げることができる。   In rice, the method for high expression of a biodefense-related gene is not limited to the following. For example, a method of introducing the gene into rice exogenously and in an expressible manner, rice or its seeds in trehalose or The method of processing with the derivative | guide_body etc. can be mentioned.

本明細書中で使用されるイネは、コメを産生する植物であり、コメとしてジャポニカ米、インディカ米などが含まれるが、これらに限定されないものとする。またイネは、すべての品種を包含するものとする。   Rice used herein is a plant that produces rice, and examples of rice include japonica rice and indica rice, but are not limited thereto. Rice shall include all varieties.

イネに生体防御関連遺伝子を外来的にかつ発現可能に導入する方法において、生体防御関連遺伝子は、遺伝子組換え技術によりイネに該遺伝子を外来的にかつ発現可能に導入することによって発現を高めることができる。したがって、本発明においては、該遺伝子の発現が外因的に高められることによって病原菌耐性が付与されたイネ形質転換体も提供される。   In a method of introducing a host defense-related gene into rice exogenously and in an expressible manner, the gene of the host defense-related gene is increased by introducing the gene into rice exogenously and in a expressible manner by genetic recombination technology. Can do. Accordingly, the present invention also provides a rice transformant imparted with resistance to pathogenic bacteria by exogenously enhancing the expression of the gene.

本明細書中、外来的とは、外来遺伝子が人為的に植物細胞又は組織に導入されることをいう。また、同明細書中、発現可能とは、導入された外来遺伝子が、制御配列の調節下で植物体内で自律的に複製・発現されるか又は染色体上に組み込まれて誘導的にもしくは非誘導的に発現されうる状態を指す。   In the present specification, exogenous means that a foreign gene is artificially introduced into a plant cell or tissue. In the same specification, the expression possible means that the introduced foreign gene is autonomously replicated / expressed in the plant under the control of the control sequence, or is incorporated into the chromosome to be inducibly or non-inducible. It refers to a condition that can be expressed in an automated manner.

上記の方法として、例えば、外来遺伝子を適切なベクターに組み込んで、イネ細胞に導入することができる。ベクターには該遺伝子の発現が可能なようにプロモーター、プロモーター/エンハンサーなどの制御配列を挿入することができる。   As the above method, for example, a foreign gene can be incorporated into an appropriate vector and introduced into rice cells. A control sequence such as a promoter and a promoter / enhancer can be inserted into the vector so that the gene can be expressed.

プロモーターの例として、以下のものに限定されないが、イネアクチン遺伝子(Act1)プロモーター、カリフラワーモザイクウイルス由来の35Sプロモーター、アグロバクテリウムTiプラスミド由来ノパリン合成酵素遺伝子のプロモーター、トウモロコシ由来のユビキチンプロモーター等が挙げられる。更なるプロモーターの例には、低温により誘導されるイネのlip19遺伝子プロモーター、高温により誘導されるイネのhsp80遺伝子又はhsp72遺伝子のプロモーター、乾燥により誘導されるシロイヌナズナのrab16遺伝子のプロモーター、嫌気的条件で誘導されるトウモロコシのアルコールデヒドロゲナーゼ遺伝子のプロモーター、紫外線照射によって誘導されるパセリのカルコン合成酵素遺伝子のプロモーター、病原菌の感染により発現するイネキチナーゼ遺伝子のプロモーターなども含めることができる。   Examples of promoters include, but are not limited to, rice actin gene (Act1) promoter, cauliflower mosaic virus-derived 35S promoter, Agrobacterium Ti plasmid-derived nopaline synthase gene promoter, corn-derived ubiquitin promoter, and the like. . Examples of further promoters include rice lip19 gene promoter induced by low temperature, rice hsp80 gene or hsp72 gene promoter induced by high temperature, Arabidopsis rab16 gene promoter induced by dryness, anaerobic conditions The promoter of corn alcohol dehydrogenase gene induced, the promoter of parsley chalcone synthase gene induced by ultraviolet irradiation, the promoter of rice chitinase gene expressed by infection with pathogenic bacteria, and the like can also be included.

ベクターの例として、以下のものに限定されないが、pGV3850、pLGV23Neo、pNCAT、pMON200などの中間ベクター、pBI121、pBI101、pBI2113Not、pBI2113、pGA482、pGAH、pBIG、実施例6で用いたpActZH2などのバイナリーベクター、などが挙げられる。   Examples of vectors include, but are not limited to, intermediate vectors such as pGV3850, pLGV23Neo, pNCAT, and pMON200, binary vectors such as pBI121, pBI101, pBI2113Not, pBI2113, pGA482, pGAH, pBIG, and pActZH2 used in Example 6. , Etc.

中間ベクターは、T-DNAを含むクローニングベクターであって、目的遺伝子が選択マーカーなどとともに挿入されたベクターである。このベクターで形質転換された大腸菌等の細菌細胞とT-DNA含有Tiプラスミドを保有するアグロバクテリウムとの接合により、T-DNAの相同組換えによってTiプラスミドの中に目的遺伝子が組み込まれた組換えアグロバクテリウムが産生するので、これを植物細胞に感染させて、植物の形質転換を行うことができる。   The intermediate vector is a cloning vector containing T-DNA, in which the target gene is inserted together with a selection marker and the like. A set in which the target gene is incorporated into the Ti plasmid by homologous recombination of T-DNA by conjugation of bacterial cells such as Escherichia coli transformed with this vector and Agrobacterium containing the T-DNA-containing Ti plasmid. Since the transformed Agrobacterium is produced, plant cells can be infected with this to transform the plant.

バイナリーベクターは、T-DNAを欠失しているがその領域の右側ボーダー(RB)と左側ボーダー(LB)を有しており、ここで目的遺伝子はLBとRBの間に挿入され、植物又は細菌での選択のためのマーカー、プロモーターなどをさらに含む。このベクターを含む大腸菌とTiプラスミドを含むアグロバクテリウムとの接合によって産生する形質転換アグロバクテリウムは、2つのベクターを保有し、Tiプラスミドにはvir遺伝子が含まれる。vir遺伝子は形質転換効率を高める作用を有しているが、単子葉植物の形質転換では、該vir遺伝子を誘導するために、培地中にアセトシリンゴン(acetosyringone)を添加することが好ましい。   The binary vector lacks T-DNA but has a right border (RB) and a left border (LB) in the region, where the target gene is inserted between LB and RB, Further included are markers, promoters and the like for selection in bacteria. The transformed Agrobacterium produced by joining E. coli containing this vector and Agrobacterium containing Ti plasmid has two vectors, and the Ti plasmid contains the vir gene. The vir gene has an effect of increasing transformation efficiency, but in the transformation of monocotyledonous plants, it is preferable to add acetosyringone to the medium in order to induce the vir gene.

本発明の導入する配列番号41、43、45、47、49、51、53、55、57、59及び61の生体防御関連遺伝子は少なくとも1種、すなわち1又は2種類以上でよく、特に限定されないが、好ましくは3種類以上、さらに好ましくは5種類以上全種類までである。これらの遺伝子は、同一のベクターに、それぞれプロモーターなどの制御配列を介して連続的に、或いは異なるベクターに別々に導入されうる。   The biological defense-related genes of SEQ ID NOs: 41, 43, 45, 47, 49, 51, 53, 55, 57, 59, and 61 introduced by the present invention may be at least one, that is, one or more, and are not particularly limited. However, the number is preferably 3 or more, more preferably 5 or more and all types. These genes can be introduced into the same vector continuously via a control sequence such as a promoter, or separately into different vectors.

アグロバクテリウムの例は、以下のものに限定されないが、例えばアグロバクテリウム・ツメファシエンス(Agrobacterium tumefaciens)、例えばEHA105、EHA101、ASE1、Gv3101、C58、LBA4404、C58C1RifR株などである。   Examples of Agrobacterium include, but are not limited to, Agrobacterium tumefaciens, such as EHA105, EHA101, ASE1, Gv3101, C58, LBA4404, C58C1RifR strains, and the like.

以下に、遺伝子組換えにより生体防御関連遺伝子の発現のレベルを高めた、病原菌耐性イネ形質転換体の作出方法の例を挙げる。   Examples of methods for producing pathogen-resistant rice transformants in which the level of expression of biological defense-related genes is increased by gene recombination are given below.

まず、目的の生体防御関連遺伝子を適当な発現ベクターに挿入する。発現ベクターは植物の形質転換体作出に通常用いられているものでよく、前記ベクター等を使用でき、好ましくは市販ベクター(Clontech社など)である。ベクターには、目的の生体防御関連遺伝子の他に、生体防御関連遺伝子の発現を制御する前述の制御配列、形質転換体の選抜を容易にするための、ハイグロマイシン耐性遺伝子、カルベニシリン耐性遺伝子、カナマイシン耐性遺伝子、アンピシリン耐性遺伝子、ホフィノスリシンアセチルトランスフェラーゼなどの薬剤耐性遺伝子、ネオマイシンホスホトランスフェラーゼII(NPTII)、ジヒドロ葉酸レダクターゼなどの選択マーカー、カリフラワーモザイクウイルス由来又はノパリン合成酵素遺伝子由来のターミネーター、複製開始点、リボソーム結合部位、ポリアデニル化部位などを挿入することができる。   First, the target biological defense related gene is inserted into an appropriate expression vector. The expression vector may be one usually used for producing a transformant of a plant, and the above-mentioned vector can be used, and a commercially available vector (Clontech, etc.) is preferable. In addition to the target biological defense-related gene, the vector includes the above-described control sequences that control the expression of the biological defense-related gene, the hygromycin resistance gene, the carbenicillin resistance gene, kanamycin to facilitate the selection of transformants. Resistance genes, ampicillin resistance genes, drug resistance genes such as phosphinothricin acetyltransferase, selectable markers such as neomycin phosphotransferase II (NPTII), dihydrofolate reductase, terminators derived from cauliflower mosaic virus or nopaline synthase genes, replication initiation Dots, ribosome binding sites, polyadenylation sites, and the like can be inserted.

中間ベクター又はバイナリーベクターへの目的遺伝子の挿入は、該ベクター上に存在するクローニング部位に行われる。特に、バイナリーベクターの場合には、T-DNA領域のLBとRBの間に目的遺伝子が挿入される。   Insertion of the gene of interest into an intermediate vector or binary vector is performed at the cloning site present on the vector. In particular, in the case of a binary vector, the target gene is inserted between LB and RB of the T-DNA region.

一連の遺伝子操作は、慣用の遺伝子組換え技術によって行うことができる。このような技術は、例えばSambrookら、Molecular Cloning A Laboratory Manual、Second Edition、Cold Spring Harbor Laboratory Press、1989、Ausbelら、Short Protocols in Molecular Biology、A Compendium of Methods from Current Protocols in Molecular Biology、Third Edition、WILEY、1995などに記載されている。   A series of gene manipulations can be performed by conventional gene recombination techniques. Such techniques include, for example, Sambrook et al., Molecular Cloning A Laboratory Manual, Second Edition, Cold Spring Harbor Laboratory Press, 1989, Ausbel et al., Short Protocols in Molecular Biology, A Compendium of Methods from Current Protocols in Molecular Biology, Third Edition, WILEY, 1995, etc.

目的の遺伝子を含有する組換えDNAをイネに導入する方法として、上記のアグロバクテリウムによる方法に加えて、パーティクルガンを用いる方法、プロトプラストを用いる方法(PEG法、エレクトロポレーション法)、凍結融解法などが挙げられ、特に限定されないが、イネの形質転換体作出の日常的な手法であるアグロバクテリウムによる方法を説明する。   Methods for introducing recombinant DNA containing the gene of interest into rice include the method using particle gun, the method using protoplasts (PEG method, electroporation method), freeze-thawing in addition to the method using Agrobacterium. A method using Agrobacterium, which is a routine method for producing rice transformants, will be described.

イネの完熟種子の籾を取り除き、70%エタノール、20〜30%次亜塩素酸ナトリウム水溶液(有効塩素5%)などで滅菌する。洗浄後、種子をカルス誘導培地(N6D、N6Cl培地など)に置床し、例えば60μmol/m2s、16時間明期/8時間暗期の条件(以下明所とする)で、25〜30℃、数日間〜3週間培養する。誘導後の種子の胚乳とシュート部分を切り取り、胚盤由来カルスのみを新しいカルス培養培地に移植し、3日間、25℃、明所で培養してもよい。それとは別に、形質転換アグロバクテリウムをAB培地に塗布し、2〜3日間、28℃、暗黒下で培養する。AB培地で増殖した形質転換アグロバクテリウムを、アセトシリンゴンの入ったアグロバクテリウム懸濁培地(AAM、AA培地など)に懸濁する。前培養したカルスを懸濁液に浸漬し、その後、カルスの余分な水分を除去し、共存培養培地(2N6AS、N6CO培地など)にカルスを置床し、28℃、暗黒下で3日間培養する。次に、滅菌精製水またはカルベニシリンを入れた滅菌水洗浄液などでカルスを洗浄し、アグロバクテリウムを除去する。カルスから余分な水分を除去し、例えばハイグロマイシン、カルベニシリンを含む選抜培地(N6D、N6SE培地など)に置床し、25〜28℃、明所で2〜3週間培養する。培養後、新しい選抜培地に移植し、選抜を継続し、カルスを再分化培地(RE-III、MSRE培地など)に移植し、25〜28℃、明所で再分化してくるまで培養する。再分化固体をHF培地に移植し、根の再生を行う。また、検定培地(MSHF)に置床し、例えば薬剤耐性を検定してもよい。耐性であれば発根し、野生型と同様の生育を示す。非形質転換体は、新しい根が伸長せず1週間ほどで枯死する。植物体が生育したら、馴化させ、閉鎖系温室のポットに移植する(参考文献:細胞工学別冊植物細胞工学シリーズ15、新版モデル植物の実験プロトコール(2001)、島本、岡田監修、秀潤社、S. Toki, N. Hara, K. Ono, H. Onodera, A. Tagiri, S. Oka, H. Tanaka, 2006. Plant Journal 47: 969-976)。 Remove the ripened rice seeds and sterilize with 70% ethanol, 20-30% sodium hypochlorite aqueous solution (effective chlorine 5%). After washing, the seeds are placed on a callus induction medium (N6D, N6Cl medium, etc.), for example, at 25-30 ° C. under conditions of 60 μmol / m 2 s, 16 hours light period / 8 hours dark period (hereinafter referred to as light) Incubate for several days to 3 weeks. The seed endosperm and shoot part after induction may be cut out, and only the scutellum-derived callus may be transplanted to a new callus culture medium and cultured at 25 ° C. for 3 days. Separately, transformed Agrobacterium is applied to AB medium and cultured in the dark at 28 ° C. for 2-3 days. The transformed Agrobacterium grown in AB medium is suspended in Agrobacterium suspension medium (AAM, AA medium, etc.) containing acetosyringone. The pre-cultured callus is immersed in the suspension, and then excess water is removed from the callus. The callus is placed on a coculture medium (2N6AS, N6CO medium, etc.) and cultured at 28 ° C. in the dark for 3 days. Next, the callus is washed with sterilized purified water or a sterilized water washing solution containing carbenicillin to remove Agrobacterium. Excess water is removed from the callus, and placed on a selective medium (N6D, N6SE medium, etc.) containing, for example, hygromycin and carbenicillin, and cultured at 25 to 28 ° C. in the light for 2 to 3 weeks. After culturing, the cells are transplanted to a new selection medium, the selection is continued, and the callus is transplanted to a redifferentiation medium (RE-III, MSRE medium, etc.) and cultured at 25-28 ° C. until it is redifferentiated in the light. The redifferentiated solid is transplanted into HF medium to regenerate roots. Alternatively, it may be placed on an assay medium (MSHF) and assayed for drug resistance, for example. If it is resistant, it roots and shows the same growth as the wild type. In non-transformants, new roots do not grow and die in about a week. Once the plant has grown, it is acclimated and transplanted to a pot in a closed greenhouse (Reference: Cell Engineering, Separate Plant Cell Engineering Series 15, Experimental Protocol for New Model Plants (2001), Supervised by Shimamoto, Okada, Shujunsha, S Toki, N. Hara, K. Ono, H. Onodera, A. Tagiri, S. Oka, H. Tanaka, 2006. Plant Journal 47: 969-976).

イネ形質転換体が病原菌耐性を有しているかどうかは、例えば、Methods for Isolation, Cultivation, Inoculation of Plant Pathogens, Japan Plant Protection Associationに記載されている試験方法により容易に確認できる。例えば、イネいもち病の場合は、イネにそのイネ品種に罹病性のイネいもち病菌のレースを接種した場合の病斑形成や病斑面積率の程度を、原品種と組換え体とを比較することによって検定することが可能であるが、これに限定されることはない。例えば、イネいもち病の抵抗性検定については、イネの葉に接種用パンチで穴を開け、その上にいもち病菌胞子のペーストをのせて感染させるパンチ接種法、針の先にいもち病菌胞子ペーストを付けて葉を突き刺す針接種法、いもち病菌胞子の懸濁液をイネに噴霧する噴霧接種法が挙げられる。これらの接種法では、病斑は葉の傷口から広がるように発病するので、病斑の伸展長を測定することによって、抵抗性強度の検定を行う。   Whether a rice transformant has resistance to pathogenic bacteria can be easily confirmed by a test method described in, for example, Methods for Isolation, Cultivation, Inoculation of Plant Pathogens, Japan Plant Protection Association. For example, in the case of rice blast, the degree of lesion formation and the rate of lesion area when rice is inoculated with a race of rice blast fungus that is susceptible to the rice cultivar is compared between the original cultivar and the recombinant. However, the present invention is not limited to this. For example, in the rice blast resistance test, a punch inoculation method in which a rice blast spore paste is made on a rice leaf with a punch for inoculation and then the blast spore paste is placed on the rice leaf, and the blast spore paste is applied to the tip of the needle. A needle inoculation method that pierces leaves and a spray inoculation method in which a suspension of blast fungus spores is sprayed on rice. In these inoculation methods, lesions develop so as to spread from the wounds of the leaves. Therefore, the resistance strength is tested by measuring the extension length of the lesions.

本発明において、生体防御関連遺伝子の高発現のための別の方法として、本発明の生体防御関連遺伝子は、トレハロース又はその誘導体で処理することにより高発現が誘導される。そのためには、イネ又は種子を、トレハロース含有水溶液で処理することができる。トレハロース濃度は、該生体防御関連遺伝子を誘導する濃度であり、以下の範囲に限定されないが、例えば0.5〜50mMが好ましく、1〜5mMがより好ましい。処理時間は特に限定されないが、1〜48時間が好ましく、2〜6時間がより好ましい。トレハロース処理は、イネの生育ステージを問わず何度でも実施できるが、出穂前に実施することが好ましい。処理方法は特に限定されず、例えば苗全体をトレハロース水溶液に浸漬したり、灌注してもよい。種子(種籾、玄米などを問わない)の場合は、例えば6時間〜2日間、該水溶液に浸漬する。   In the present invention, as another method for high expression of biological defense-related genes, high expression of the biological defense-related genes of the present invention is induced by treatment with trehalose or a derivative thereof. To that end, rice or seeds can be treated with an aqueous solution containing trehalose. The trehalose concentration is a concentration that induces the biological defense-related gene, and is not limited to the following range, but is preferably 0.5 to 50 mM, and more preferably 1 to 5 mM. Although processing time is not specifically limited, 1-48 hours are preferable and 2-6 hours are more preferable. The trehalose treatment can be performed any number of times regardless of the rice growth stage, but it is preferably performed before heading. The treatment method is not particularly limited, and for example, the entire seedling may be immersed in a trehalose aqueous solution or irrigated. In the case of seed (regardless of seed pod, brown rice, etc.), it is immersed in the aqueous solution for 6 hours to 2 days, for example.

本発明のイネの病原菌に対する抵抗性を高める方法及び病原菌耐性イネ形質転換体の対象となる病原菌は、以下のものに限定されないが、例えばいもち病菌(Magnaporthe grisea)、苗立枯細菌病菌(Burkholderia plantarii)、紋枯れ病菌(Rhizoctonia solani, AG-1)、白葉枯病菌(Xanthomonas oryzae pv.oryzae)、もみ枯細菌病菌(Burkholderia glumae)などが挙げられる。本発明の方法及びイネ形質転換体は、特にいもち病菌及び苗立枯細菌病菌に対して優れた抵抗性を有している。   The method for increasing resistance to pathogenic fungi of rice of the present invention and the pathogenic fungi targeted by the pathogenic fungus-resistant rice transformants are not limited to the following. ), Blight blight (Rhizoctonia solani, AG-1), white leaf blight (Xanthomonas oryzae pv.oryzae), and blight blight (Burkholderia glumae). The method and the rice transformant of the present invention have excellent resistance particularly against blast fungus and seedling blight.

以下、本発明を実施例により更に具体的に説明するが、本発明の範囲はこれら実施例に限定されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples, but the scope of the present invention is not limited to these examples.

トレハロース誘導性イネ遺伝子のマイクロアレイ発現解析
イネ(品種:ゆきひかり)種子を70%アルコール5分間、次に次亜塩素酸(和光純薬)の2倍希釈液で30分間滅菌を行った後、3日間暗所25℃に静置して吸水させ、発芽誘導した。その後、プラスチック製メッシュ上に発芽種子を播種し、水を張ったプラスチック製容器をメッシュの下に置き、25℃連続明所下で2週間水耕栽培した。処理開始直前のイネ幼苗から根組織を採取し「C0」とし、5mMトレハロース処理2時間後のイネ幼苗から根組織を採取し「T2」とした。試料は採取と同時に液体窒素中で瞬間凍結し、RNA抽出時まで-80℃で保存した。トレハロース処理は、事前に25℃に保温しておいた5mMトレハロース溶液を根に直接接触させることにより行った。試料C0及びT2を液体窒素中で粉末にした後、-80℃で保存した。
Microarray expression analysis of trehalose-inducible rice gene Rice (variety: Yukihikari) seeds were sterilized with 70% alcohol for 5 minutes and then with a 2-fold dilution of hypochlorous acid (Wako Pure Chemical Industries) for 30 minutes. It was allowed to stand at 25 ° C. in the dark for a day to absorb water and induce germination. Thereafter, germinated seeds were sown on a plastic mesh, a plastic container filled with water was placed under the mesh, and hydroponically cultivated for 2 weeks under continuous light at 25 ° C. Root tissues were collected from rice seedlings immediately before the start of treatment and designated as “C0”, and root tissues were collected from rice seedlings 2 hours after 5 mM trehalose treatment and designated as “T2”. Samples were snap frozen in liquid nitrogen simultaneously with collection and stored at -80 ° C until RNA extraction. The trehalose treatment was performed by directly contacting the root with a 5 mM trehalose solution that had been kept warm at 25 ° C. in advance. Samples C0 and T2 were powdered in liquid nitrogen and then stored at -80 ° C.

凍結組織より、TRIzol試薬(Invitrogen)を用いて全RNAを調製した。試料1gに対しTRIzol 10mlを加え、よく撹拌した後室温で5分静置した。次にクロロホルムを2ml加え30秒充分に撹拌し、室温で3分静置し12000 x gの遠心を室温で10分間行った。水相をとり、これに2-プロパノール5ml加え室温で10分間静置した。12000 x gの遠心を10分間行い、RNAを沈殿させた。この沈殿を5mlの70%エタノールで洗浄後、500μlの滅菌水に溶解し、これに500μlのPCI液(フェノール:クロロホルム:イソアミルアルコール、25:24:1)を加え撹拌した。15000 x gの遠心を10分間室温で行い、水相をとり、これにPCI液を500μl加えて撹拌し、更に15000 x gの遠心を10分間行った。水相をとり、これに3M酢酸ナトリウム(pH5.2)を50μl、100%エタノールを1ml加え、-80℃で2時間保温した後、15000 x gの遠心を4℃で行い、RNAを沈殿させた。沈殿を約300μlの滅菌水に溶解した後、濃度を測定した。   Total RNA was prepared from frozen tissues using TRIzol reagent (Invitrogen). 10 ml of TRIzol was added to 1 g of the sample, and after stirring well, it was allowed to stand at room temperature for 5 minutes. Next, 2 ml of chloroform was added and stirred well for 30 seconds, allowed to stand at room temperature for 3 minutes, and centrifuged at 12000 × g for 10 minutes at room temperature. The aqueous phase was taken, and 5 ml of 2-propanol was added thereto and allowed to stand at room temperature for 10 minutes. Centrifugation at 12000 × g was performed for 10 minutes to precipitate RNA. This precipitate was washed with 5 ml of 70% ethanol, dissolved in 500 μl of sterilized water, and 500 μl of PCI solution (phenol: chloroform: isoamyl alcohol, 25: 24: 1) was added and stirred. Centrifugation at 15000 × g was performed at room temperature for 10 minutes, the aqueous phase was taken, 500 μl of PCI solution was added thereto and stirred, and centrifugation at 15000 × g was further performed for 10 minutes. Take the aqueous phase, add 50 μl of 3M sodium acetate (pH 5.2) and 1 ml of 100% ethanol, incubate at -80 ° C for 2 hours, and then centrifuge at 15000 xg at 4 ° C to precipitate RNA. . After the precipitate was dissolved in about 300 μl of sterilized water, the concentration was measured.

Agilent社Bioanalyzer 2100により純度を検定した後、同社Low RNA input liner ampキットを用いて以下に示す通り一本鎖cDNAを合成した。RNA 0.4μgにT7 promoter primerを1.2μl加え、滅菌水を更に加えて5.75μlとした。これを65℃10分間処理した後、氷中に入れ急冷した。これにcDNA合成ミックス(組成は下記参照)を4.25μl加え、40℃2時間保温し、cDNAを合成した。65℃15分間処理することにより反応を停止し、氷中に5分間静置した。これに10 mM Cyanine3 CTPまたはCyanine5 CTPを1.2μl加え、更に転写ミックス(組成は下記参照)を28.8μl加え、40℃2時間保温し、標識RNAを合成した。以降RNeasy mini kitを使用し精製した。精製の手順は以下の通りである。保温後のRNA液に60μlの滅菌水を加え、更にRLT-バッファーを350μl加えた後、250μlのエタノールを加えコレクションチューブをつけたRNeasy mini カラムに移した。これを11000 x g 30秒間遠心し、濾液は捨ててカラムに新しいRPE-バッファーを500μl加えて同様に遠心した。この操作を繰り返した後、カラムに25μlの滅菌水を注ぎ、11000 x gで30秒間遠心した。この操作を繰り返し、得られた2回分の濾液を新しいチューブに集め、濃度、色素の取り込み率を測定した。   After the purity was tested with Agilent Bioanalyzer 2100, single-stranded cDNA was synthesized using the Low RNA input liner amp kit as shown below. 1.2 μl of T7 promoter primer was added to 0.4 μg of RNA, and sterilized water was further added to make 5.75 μl. This was treated at 65 ° C. for 10 minutes, then placed in ice and rapidly cooled. To this was added 4.25 μl of cDNA synthesis mix (see below for composition) and incubated at 40 ° C. for 2 hours to synthesize cDNA. The reaction was stopped by treatment at 65 ° C. for 15 minutes, and the mixture was left on ice for 5 minutes. To this was added 1.2 μl of 10 mM Cyanine3 CTP or Cyanine5 CTP, and further 28.8 μl of a transcription mix (see below for composition) was added and incubated at 40 ° C. for 2 hours to synthesize labeled RNA. Thereafter, purification was performed using RNeasy mini kit. The purification procedure is as follows. 60 μl of sterilized water was added to the RNA solution after the incubation, 350 μl of RLT-buffer was further added, 250 μl of ethanol was added, and the mixture was transferred to an RNeasy mini column equipped with a collection tube. This was centrifuged at 11000 × g for 30 seconds, the filtrate was discarded, and 500 μl of fresh RPE-buffer was added to the column and centrifuged in the same manner. After repeating this operation, 25 μl of sterilized water was poured onto the column and centrifuged at 11000 × g for 30 seconds. This operation was repeated, and the filtrate obtained two times was collected in a new tube, and the concentration and dye uptake rate were measured.

ハイブリダイゼーション溶液の調製は以下の通り行った。蛍光標識RNAをそれぞれ1μg、10 x コントロールターゲット50μlに滅菌水を加え、最終液量250μlとし、更に10μl 25 xフラグメンテーション緩衝液を加えて60℃で30分間処理した。これに250μlの2 x ハイブリダイゼーション緩衝液を加え、ハイブリダイゼーション液とした。それぞれ1μg用いて同社Hybridization kit Plus の説明書に従いハイブリダイゼーション液を調製し、Agilent社製22Kイネマイクロアレイを用いて60℃で17時間ハイブリダイゼーションを行った。マイクロアレイを2 x SSC (SSC; 150mM NaCl、15mM Tri-sodium Citrate、pH7.0)、0.05% Triton X-102で10分間室温にて洗浄し、次に0.2 x SSC、0.05% Triton X-102で5分間4℃にて洗浄した。マイクロアレイ上に残っている水分を窒素ガスで取り除き、Agilent社製マイクロアレイスキャナーで遺伝子の発現レベル情報を読み込み、同社製解析ソフトウェアーFeature Extraction Softwareにより、C0及びT2における各遺伝子の発現レベルの差を解析した。発現レベルの差を指標にして、トレハロース処理により誘導される遺伝子を上位より並べ、表1に示した。   The hybridization solution was prepared as follows. Sterile water was added to 1 μg of fluorescently labeled RNA and 50 μl of 10 × control target, respectively, to a final volume of 250 μl, and further 10 μl 25 × fragmentation buffer was added and treated at 60 ° C. for 30 minutes. 250 μl of 2 × hybridization buffer was added thereto to obtain a hybridization solution. Using 1 μg each, a hybridization solution was prepared according to the instructions of the company's Hybridization kit Plus, and hybridization was performed at 60 ° C. for 17 hours using an Agilent 22K rice microarray. The microarray was washed with 2 x SSC (SSC; 150 mM NaCl, 15 mM Tri-sodium Citrate, pH 7.0), 0.05% Triton X-102 for 10 minutes at room temperature, then with 0.2 x SSC, 0.05% Triton X-102 Washed for 5 minutes at 4 ° C. Remove moisture remaining on the microarray with nitrogen gas, read the gene expression level information with an Agilent microarray scanner, and analyze the difference in the expression level of each gene in C0 and T2 using the company's analysis software Feature Extraction Software did. Table 1 shows the genes induced by trehalose treatment from the top using the difference in expression level as an index.

[cDNA合成ミックスの組成]
5 x First strandバッファー 2.0 μl
0.1 M DTT 1.0 μl
10mM dNTP ミックス 0.5 μl
MMLV-RT 0.5 μl
RNaseOUT 0.25μl
合計 4.25μl
[Composition of cDNA synthesis mix]
5 x First strand buffer 2.0 μl
0.1 M DTT 1.0 μl
10 mM dNTP mix 0.5 μl
MMLV-RT 0.5 μl
RNaseOUT 0.25μl
Total 4.25μl

[転写ミックスの組成]
水 7.65μl
4 x 転写バッファー 10.0 μl
0.1 M DTT 3.0 μl
NTP ミックス 4.0 μl
50%PEG 3.2 μl
RNaseOUT 0.25μl
無機ピロホスファターゼ 0.3 μl
T7 RNA ポリメラーゼ 0.4 μl
合計 28.8 μl
[Composition of transcription mix]
7.65μl water
4 x transfer buffer 10.0 μl
0.1 M DTT 3.0 μl
NTP mix 4.0 μl
50% PEG 3.2 μl
RNaseOUT 0.25μl
Inorganic pyrophosphatase 0.3 μl
T7 RNA polymerase 0.4 μl
28.8 μl total

トレハロースにより誘導される遺伝子のノーザン解析
前記マイクロアレイ実験で同定されたトレハロース誘導性遺伝子のうち病害応答に関与すると考えられるいくつかの遺伝子を表2の通り選択した。これらの遺伝子のトレハロースに応答した発現をノーザン解析により調べることを目的とし、まず、各遺伝子のプローブ断片を合成した。当該遺伝子の部分配列を特異的に増幅する下記のヌクレオチドを合成し、Ex TaqPCRキット(宝酒造)を用いて前述と同様にして部分長cDNAを増幅、クローニングした後、塩基配列を決定した。PCR条件及びノーザンブロットプローブ増幅用に使用した合成ヌクレオチドは配列番号1〜18に示した。
Northern analysis of genes induced by trehalose Among the trehalose-inducible genes identified in the microarray experiment, several genes considered to be involved in disease response were selected as shown in Table 2. For the purpose of examining the expression of these genes in response to trehalose by Northern analysis, first, probe fragments of each gene were synthesized. The following nucleotides that specifically amplify the partial sequence of the gene were synthesized, and the partial length cDNA was amplified and cloned using the Ex TaqPCR kit (Takara Shuzo) in the same manner as described above, and the base sequence was determined. The synthetic nucleotides used for PCR conditions and Northern blot probe amplification are shown in SEQ ID NOs: 1-18.

[PCR反応液]
Takara Ex Taq (5u/μl) 0.1 μl
10 x Ex Taq バッファー 2.5 μl
dNTPミックス(各2.5mM) 2.0 μl
鋳型cDNA 0.2 μl
20μM Fwプライマー 0.5 μl
20μM Rvプライマー 0.5 μl
滅菌水 19.2 μl
合計 25.0 μl
[PCR reaction solution]
Takara Ex Taq (5u / μl) 0.1 μl
10 x Ex Taq buffer 2.5 μl
dNTP mix (2.5 mM each) 2.0 μl
Template cDNA 0.2 μl
20 μM Fw primer 0.5 μl
20 μM Rv primer 0.5 μl
Sterile water 19.2 μl
25.0 μl total

[PCR条件]
ステップ1 95℃ 3分
ステップ2 95℃ 30秒
ステップ3 52℃ 30秒
ステップ4 68℃ 30秒
ステップ5 68℃ 3分
ステップ2からステップ4を30回繰り返した。
[PCR conditions]
Step 1 95 ° C 3 minutes Step 2 95 ° C 30 seconds Step 3 52 ° C 30 seconds Step 4 68 ° C 30 seconds Step 5 68 ° C 3 minutes Step 2 to Step 4 were repeated 30 times.

前記のように水耕したイネ発芽種子の根に5mMのトレハロースを処理し、処理開始前、処理後1、2、4、6時間後の幼苗より根組織を採取した。採取した組織より、前述の方法に従い全RNAを調製後、10μgずつ計り取り、遠心エバポレーターにより乾固させた。乾燥したRNAに泳動用緩衝液(42%ホルマリン、14%ホルムアルデヒドを含むMOPSバッファー(20mM MOPS、5mM酢酸ナトリウム、1mM EDTA、pH7.0))を20μl加え、完全に溶解した後、95℃で5分間熱変性させ、急冷した。変性RNAを0.8%アガロースゲル中で電気泳動を行った後、Hybond-N+ナイロン膜(Amersham)に一晩かけて転写した。転写後の膜を2時間風乾して、3分間紫外線に曝し、RNAを膜上に固定化した。   5 mM trehalose was treated on the roots of rice seeds hydroponically cultivated as described above, and root tissues were collected from seedlings before treatment, 1, 2, 4, and 6 hours after treatment. From the collected tissue, total RNA was prepared according to the method described above, 10 μg was weighed and dried by a centrifugal evaporator. To the dried RNA, add 20 μl of electrophoresis buffer (MOPS buffer (20 mM MOPS, 5 mM sodium acetate, 1 mM EDTA, pH 7.0) containing 42% formalin, 14% formaldehyde), dissolve completely, and add 5 μl at 95 ° C. Heat-denatured for minutes and quenched. The denatured RNA was electrophoresed in a 0.8% agarose gel and then transferred to a Hybond-N + nylon membrane (Amersham) overnight. The transferred membrane was air-dried for 2 hours and exposed to ultraviolet light for 3 minutes to immobilize RNA on the membrane.

プローブとなるDNA断片(100ng)を[α-32P]dCTP及びBcaBEST DNA labeling kit (宝酒造)を用いてプロトコールに従い、放射線ラベルした。未反応のdCTPをMicrospin S-300 HR (Amersham)を用いて製造業者の使用説明書に従い、除去した。65℃に保温したRapid hybri buffer (Amersham)中でプレハイブリダイゼーションを行い、その後、放射線標識プローブをハイブリダイゼーション液に加え65℃一晩保温することにより、ハイブリダイゼーションを行った。ナイロン膜の洗浄は、65℃に保温した2 x SSC、0.1%SDS溶液中で15分間振とうする操作を2回繰り返し、次に0.2xSSC、0.1%SDS溶液中で15分間65℃で振とうすることにより行った。洗浄後、ナイロン膜X線フィルムに適切な時間接触させて露光し、現像した。 A DNA fragment (100 ng) serving as a probe was radiolabeled using [α- 32 P] dCTP and BcaBEST DNA labeling kit (Takara Shuzo) according to the protocol. Unreacted dCTP was removed using Microspin S-300 HR (Amersham) according to the manufacturer's instructions. Prehybridization was carried out in Rapid hybri buffer (Amersham) kept at 65 ° C., and then hybridization was carried out by adding a radiolabeled probe to the hybridization solution and incubating at 65 ° C. overnight. The nylon membrane was washed twice by shaking for 15 minutes in 2 x SSC, 0.1% SDS solution kept at 65 ° C, and then shaking in 65 ° C for 15 minutes in 0.2xSSC, 0.1% SDS solution. It was done by doing. After washing, the film was exposed to a nylon membrane X-ray film for an appropriate time, exposed, and developed.

図1に示されるように、どの遺伝子もトレハロース処理により発現の誘導が確認された。   As shown in FIG. 1, the induction of the expression of any gene was confirmed by trehalose treatment.

トレハロースで誘導される生体防御関連遺伝子のcDNAクローニング
トレハロース誘導性遺伝子のうち、トレハロースシグナル伝達に関わると考えられる転写因子及びレセプターキナーゼ遺伝子として、表3の遺伝子を特定した。
これらの遺伝子を単離するため、Genbankに登録されているイネゲノム配列情報を参考にしてプライマー(配列番号19〜40)を設計し、RT-PCR法により全長遺伝子を増幅した。5mMトレハロース処理2時間後のイネ(品種:日本晴)根組織より調製した全RNA約0.1μgより、Applied Biosystem社GeneAmp RNA PCR core kitを用いて、製造業者の使用説明書に従い一本鎖cDNAを合成した(一本鎖cDNA合成液の組成は後記参照)。遺伝子発現の制御に重要である転写因子及び受容体タンパク質リン酸化酵素の翻訳領域を特異的に増幅可能なヌクレオチドを合成した。一本鎖cDNAを鋳型とし、各遺伝子に特異的な合成ヌクレオチドのセット及びKOD-Plus-DNA polymeraseキット(東洋紡)を使用して、製造業者の使用説明書に従い反応液を調製し、以下に示した条件により目的遺伝子の断片をApplied Biosystem Cirmal cycler 9700で増幅した。増幅した遺伝子断片を含む反応液を95℃で20分間処理した後、20 mM dATPを1.5μl加え、60℃で20分保温することで遺伝子断片にA付加をした。この断片をpGEM-Teasyクローニングベクター(Promega)に組込み、塩基配列決定用試薬BigDye sequencing kit ver 1.1及びシークエンサーABI310(Applied Biosystem)により塩基配列を確認した。これらの遺伝子の塩基配列を配列番号41、43、45、47、49、51、53、55、57、59及び61に示した。各遺伝子の増幅に使用した反応条件は以下のとおりである。
CDNA cloning of biological defense-related genes induced by trehalose Among the trehalose-inducible genes, the genes in Table 3 were identified as transcription factors and receptor kinase genes that are thought to be involved in trehalose signaling.
In order to isolate these genes, primers (SEQ ID NOs: 19 to 40) were designed with reference to rice genome sequence information registered in Genbank, and the full-length gene was amplified by RT-PCR. Single-stranded cDNA was synthesized from approximately 0.1 μg of total RNA prepared from rice (cultivar: Nipponbare) root tissue 2 hours after 5 mM trehalose treatment using Applied Biosystem's GeneAmp RNA PCR core kit according to the manufacturer's instructions. (See below for the composition of the single-stranded cDNA synthesis solution). Nucleotides capable of specifically amplifying transcription factors and receptor protein kinases that are important for the control of gene expression were synthesized. Prepare a reaction solution according to the manufacturer's instructions using a set of synthetic nucleotides specific to each gene and the KOD-Plus-DNA polymerase kit (Toyobo) using single-stranded cDNA as a template. The target gene fragment was amplified by Applied Biosystem Cirmal cycler 9700 under the above conditions. After the reaction solution containing the amplified gene fragment was treated at 95 ° C. for 20 minutes, 1.5 μl of 20 mM dATP was added and incubated at 60 ° C. for 20 minutes to add A to the gene fragment. This fragment was incorporated into a pGEM-Teasy cloning vector (Promega), and the nucleotide sequence was confirmed with BigDye sequencing kit ver 1.1 and sequencer ABI310 (Applied Biosystem). The base sequences of these genes are shown in SEQ ID NOs: 41, 43, 45, 47, 49, 51, 53, 55, 57, 59 and 61. The reaction conditions used for amplification of each gene are as follows.

[一本鎖cDNA合成液の組成]
25mM MgCl2 2 μl
10 x PCRバッファーII 1 μl
水 1 μl
dNTPミックス 4 μl
RNaseインヒビター 0.5 μl
MuLV逆転写酵素 0.5 μl
オリゴd(T)16プライマー 0.5 μl
RNA溶液 0.5 μl
合計 10.0 μl
[Composition of single-stranded cDNA synthesis solution]
25 mM MgCl 2 2 μl
10 x PCR buffer II 1 μl
1 μl of water
dNTP mix 4 μl
RNase inhibitor 0.5 μl
MuLV reverse transcriptase 0.5 μl
Oligo d (T) 16 primer 0.5 μl
RNA solution 0.5 μl
Total 10.0 μl

[一本鎖cDNA合成反応]
ステップ1 25℃ 10分
ステップ2 42℃ 30分
ステップ3 99℃ 5分
ステップ4 4℃ 5分
[Single-stranded cDNA synthesis reaction]
Step 1 25 ° C 10 minutes Step 2 42 ° C 30 minutes Step 3 99 ° C 5 minutes Step 4 4 ° C 5 minutes

[PCR反応液]
KOD-Plus用10 x PCRバッファー 2.5 μl
2mM dNTPs 2.5 μl
25mM MgSO4 1.0 μl
プライマーミックス(各10μM) 0.8 μl
鋳型cDNA 0.5 μl
KOD-Plus-DNAポリメラーゼ 0.5 μl
滅菌水 17.2 μl
合計 25.0 μl
[PCR reaction solution]
2.5 μl of 10 x PCR buffer for KOD-Plus
2 mM dNTPs 2.5 μl
25 mM MgSO 4 1.0 μl
Primer mix (10 μM each) 0.8 μl
Template cDNA 0.5 μl
KOD-Plus-DNA polymerase 0.5 μl
Sterile water 17.2 μl
25.0 μl total

[PCR条件]
ステップ1 94℃ 3分
ステップ2 94℃ 30秒
ステップ3 58℃ 30秒
ステップ4 68℃ 1分(ただし配列番号53のみ2分)
ステップ5 68℃ 3分
ステップ2からステップ4を30回繰り返した。
[PCR conditions]
Step 1 94 ° C 3 minutes Step 2 94 ° C 30 seconds Step 3 58 ° C 30 seconds Step 4 68 ° C 1 minute (2 minutes only for SEQ ID NO: 53)
Step 5 68 ° C. 3 minutes Step 2 to Step 4 were repeated 30 times.

イネいもち病菌抵抗性に及ぼすトレハロース処理の効果
[栽培]
品種「日本晴れ」を使用し、イネいもち病が十分に発病するように調節した温室内で栽培した。栽培に使用したポットは内径28mmx高さ115mmのものを使用し、5本/potのイネを生育させた。
Effect of trehalose treatment on resistance to rice blast fungus
[Cultivation]
The cultivar "Nihonbare" was used and cultivated in a greenhouse that was adjusted so that rice blast was fully developed. Pots used for cultivation were those with an inner diameter of 28 mm and a height of 115 mm, and 5 rices / pot of rice were grown.

[薬剤の処理]
発病しやすいイネの第4葉が1-3cm程度まで生長した個体に対して、1mM及び5mMのトレハロースを灌注処理した。なお、比較例として、イネいもち病に使用される農薬BIT(プロベナゾール、化学名:1,2-ベンズイソチアゾール-1,1-ジオキシド)を0.5mMで同様に処理したイネを用意した。薬剤処理5日後にいもち病菌の接種を行った。
[Drug processing]
Individuals in which the fourth leaf of rice, which is susceptible to disease, grew to about 1-3 cm, were irrigated with 1 mM and 5 mM trehalose. As a comparative example, rice treated with 0.5 mM of the agricultural chemical BIT (provenazole, chemical name: 1,2-benzisothiazole-1,1-dioxide) used for rice blast was prepared. Five days after the drug treatment, blast fungus was inoculated.

[いもち病菌(Magnaporthe grisea)胞子液の調製]
オートミール培地プレートでいもち病菌が一面に生えるように生育させ(28℃)、気中菌糸を除去した後、BLBランプ照射下で生育を続けて胞子形成を行う。生育した胞子を滅菌水に懸濁して調製した胞子液を、感染試験に用いた。
[Preparation of spore solution of Magnaporthe grisea]
Growing so that the blast fungus grows on an oatmeal medium plate (28 ° C), removes the aerial mycelium, and continues to grow under BLB lamp irradiation to form spores. A spore solution prepared by suspending the grown spores in sterile water was used for the infection test.

[感染実験]
イネを接種箱(60x60x60cm)内に静置し、いもち病菌胞子液を噴霧接種した。イネは接種箱内で暗黒下、湿度100%の条件で24時間静置した後、接種箱から出し温室内で栽培を継続した。接種5日後に第4葉に出現した病斑の数を計測して発病の度合いを評価し、対照区に対して発病が抑制された割合((対照区の病斑数-トレハロース処理区の病斑数)÷対照区の病斑数×100)を防除価(%)として求めた。
[Infection experiment]
Rice was allowed to stand in an inoculation box (60 × 60 × 60 cm) and spray-inoculated with a blast fungus spore solution. Rice was left in the inoculation box under dark conditions at 100% humidity for 24 hours, then removed from the inoculation box and continued to grow in the greenhouse. 5 days after inoculation, the number of lesions appearing on the 4th leaf was measured to evaluate the degree of disease onset, and the rate of disease control against the control group ((number of lesions in control group-disease in trehalose-treated group) The number of spots) ÷ the number of lesions in the control group × 100) was determined as the control value (%).

[結果]
図2に示すように、1mM及び5mMトレハロース処理により、BITと同様なレベルの抵抗性が誘導された。
[result]
As shown in FIG. 2, treatment with 1 mM and 5 mM trehalose induced a level of resistance similar to BIT.

イネ苗立枯細菌病菌抵抗性に及ぼすトレハロース処理の効果
イネユキヒカリ種子を70%エタノールで3分間滅菌し、その後滅菌水で充分に洗浄した。滅菌種子を90mm滅菌シャーレに移し、滅菌した5mMトレハロース溶液を20ml加え、暗所25℃で24時間静置した。対照として滅菌後トレハロース溶液の代わりに滅菌水に浸した種子を用意した。24時間後トレハロース溶液を捨て、種子を滅菌水で充分にすすいだ。PY(Bacto Yeast extract 2g、 Bacto Pepton 5g/L)培地で30℃で一晩生育し、106 CFU/mlに調整したイネ苗立枯細菌病菌(Burkholderia plantarii)培養液を20mlシャーレに加え、更に暗所25℃で48時間静置した。90mm滅菌シャーレにバーミキュライト敷き詰め、滅菌水を全体に湿らす程度加え、そこにイネ種子を20粒ずつ植え、明期16時間(25℃)暗期8時間(25℃)に設定した人工気象室において発芽させ、約一週間後苗の生育状況を観察した。
Effect of trehalose treatment on resistance to rice seedling blight Bacterium rice seeds were sterilized with 70% ethanol for 3 minutes and then washed thoroughly with sterilized water. The sterilized seeds were transferred to a 90 mm sterilized petri dish, 20 ml of a sterilized 5 mM trehalose solution was added, and the mixture was allowed to stand at 25 ° C. for 24 hours in the dark. As a control, seeds soaked in sterilized water instead of the trehalose solution after sterilization were prepared. After 24 hours, the trehalose solution was discarded and the seeds were thoroughly rinsed with sterile water. PY (Bacto Yeast extract 2g, Bacto Pepton 5g / L) were grown overnight at 30 ° C. in a medium, 10 6 CFU / ml to adjust the rice seedling Burkholderia bacteria fungi (Burkholderia plantarii) added culture solution 20ml petri dish, further It was allowed to stand for 48 hours at 25 ° C in the dark. Vermiculite was laid on a 90 mm sterilized petri dish, and sterilized water was added to the entire surface, and 20 seeds of rice were planted there. In an artificial weather chamber set for 16 hours (25 ° C) light period and 8 hours (25 ° C) dark period After germination, the growth of seedlings was observed after about one week.

[結果]
図3に示すように、5mMトレハロース処理したイネの枯死率は25.3±3.3%、対照は60.1±3%であり、トレハロースにより明確な抵抗性が誘導されていた。
[result]
As shown in FIG. 3, the death rate of 5 mM trehalose-treated rice was 25.3% ± 3.3% and the control was 60.1 ± 3%, and clear resistance was induced by trehalose.

病原菌体制イネ形質転換体の作出
表3に示したトレハロースによる誘導性が高い遺伝子のうち、遺伝子番号AK112056(配列番号59)及びAK108522(配列番号49)の遺伝子について、実際に発現を高めた形質転換体を下記の方法によって作出した。
Production of rice transformants of pathogenic bacteria Among the genes with high inducibility by trehalose shown in Table 3, transformation of genes with gene numbers AK112056 (SEQ ID NO: 59) and AK108522 (SEQ ID NO: 49) with actually increased expression The body was made by the following method.

[クローニング]
形質転換体植物を作出する目的で、新たに制限酵素Xba I及びKpn I部位を変異導入するプライマーセット(AK112056用プライマーセット1:配列番号63及び64、AK108522用プライマーセット2:配列番号65及び66)を作製した。実施例3と同様の方法を用いて合成した一本鎖cDNAを鋳型とし、KOD-Plus-DNA polymerase キット(東洋紡)を用い、製造業者の使用説明書に従いPCR反応を行なって、AK112056とAK108522の遺伝子の断片を増幅した。増幅したcDNA断片をpGEM-Teasyベクターに組み込み塩基配列を確認した。
[Cloning]
For the purpose of producing a transformant plant, a primer set for newly introducing a restriction enzyme Xba I and Kpn I site (primer set 1 for AK112056 1: SEQ ID NOs: 63 and 64, primer set 2 for AK108522: SEQ ID NOs: 65 and 66) ) Was produced. A single-stranded cDNA synthesized using the same method as in Example 3 was used as a template, and a PCR reaction was performed using the KOD-Plus-DNA polymerase kit (Toyobo) according to the manufacturer's instructions, and AK112056 and AK108522 The gene fragment was amplified. The amplified cDNA fragment was incorporated into a pGEM-Teasy vector and the nucleotide sequence was confirmed.

AK112056に相当するcDNA断片(塩基配列:配列番号67、アミノ酸配列:配列番号68)及びAK108522に相当するcDNA断片(塩基配列:配列番号69、アミノ酸配列:配列番号70)を制限酵素Xba I及びKpn Iを用いて切り出し、バイナリーベクターpActZH2の当該部位に挿入した。バイナリーベクターpActZH2は、pPZP202 (P. Hajdukiewicz, Z. Svab, P. Maliga, 1994. Plant Molecular Biology 25: 989-994)のT-DNA部分にカリフラワーモザイクウイルス35Sプロモーターとノパリンシンターゼターミネーターとの間にハイグロマイシン耐性遺伝子を導入したカセットと、イネAct1遺伝子プロモーター(Sentoku et al. Developmental Biology Volume 220, 2000, Pages 358-364)とノパリンシンターゼターミネーター間にマルチクローニングサイトを持つ遺伝子発現用カセットを組み込んだものである。このベクターを凍結融解法によりアグロバクテリウムEHA101に導入した。   A cDNA fragment corresponding to AK112056 (base sequence: SEQ ID NO: 67, amino acid sequence: SEQ ID NO: 68) and a cDNA fragment corresponding to AK108522 (base sequence: SEQ ID NO: 69, amino acid sequence: SEQ ID NO: 70) are restricted to the restriction enzymes Xba I and Kpn. It was excised using I and inserted into the site of the binary vector pActZH2. The binary vector pActZH2 is located between the cauliflower mosaic virus 35S promoter and the nopaline synthase terminator in the T-DNA portion of pPZP202 (P. Hajdukiewicz, Z. Svab, P. Maliga, 1994.Plant Molecular Biology 25: 989-994). A cassette containing a hygromycin resistance gene and a gene expression cassette with multiple cloning sites between the rice Act1 gene promoter (Sentoku et al. Developmental Biology Volume 220, 2000, Pages 358-364) and the nopaline synthase terminator Is. This vector was introduced into Agrobacterium EHA101 by the freeze-thaw method.

[イネ形質転換]
形質転換体植物の作出は、Tokiらの方法(S. Toki, N. Hara, K. Ono, H. Onodera, A. Tagiri, S. Oka, H. Tanaka, 2006. Plant Journal 47: 969-976)に従った。具体的な操作方法を以下に示す。
[Rice transformation]
Transformant plants are produced by the method of Toki et al. (S. Toki, N. Hara, K. Ono, H. Onodera, A. Tagiri, S. Oka, H. Tanaka, 2006. Plant Journal 47: 969-976. ). The specific operation method is shown below.

イネ(品種:ゆきひかり)の種子のモミを取り除き70%エタノールで2分間滅菌した後、滅菌精製水で十分に洗浄した。次に2倍希釈した次亜塩素酸(塩素濃度2.5%)で30分間滅菌し、滅菌精製水で十分に洗浄した。滅菌した種子をN6D培地上に静置し、30℃明所の条件下5日間でカルスを誘導した。このカルスを2日間AB培地上で生育させた形質転換アグロバクテリウムとともに30ml AAM液体培地(10mg/lアセトシリンゴンを含む)で2分間共存させた。余剰な水分を滅菌したペーパータオルで取り除き、3日間2N6AS固形培地にカルスを静置し暗所28℃にて共存培養を行なった。その後カルスを滅菌精製水で十分に洗浄し、50mg/lハイグロマイシン及び250mg/lカルベニシリンを含むN6D培地に静置し、明所下28℃にて形質転換体の選抜を行なった。2週間の培養後、カルスを新しい同培地に移植し、選抜を継続した。更に2週間の培養後、増殖の認められたカルスをRE-III培地に置床し再分化させた。地上部の再分化が認められた植物体をHF培地に移植し、根の再生を行なった。十分に再分化した植物体を土壌に移植した。当代植物体の葉組織よりRNAを抽出し、上述のプライマーセット1あるいは2を用いてRT-PCR法により導入遺伝子の高発現を確認した。次世代種子を得て抵抗性検定に用いた。   Rice (variety: Yukihikari) seeds were removed and sterilized with 70% ethanol for 2 minutes, and then thoroughly washed with sterilized purified water. Next, the mixture was sterilized with 2-fold diluted hypochlorous acid (chlorine concentration: 2.5%) for 30 minutes and thoroughly washed with sterilized purified water. Sterilized seeds were left on N6D medium, and callus was induced for 5 days under light conditions at 30 ° C. The callus was allowed to coexist for 2 minutes in a 30 ml AAM liquid medium (containing 10 mg / l acetosyringone) together with transformed Agrobacterium grown on AB medium for 2 days. Excess water was removed with a sterilized paper towel, and the callus was allowed to stand in a 2N6AS solid medium for 3 days and co-cultured in the dark at 28 ° C. Thereafter, the callus was thoroughly washed with sterilized purified water, left standing in N6D medium containing 50 mg / l hygromycin and 250 mg / l carbenicillin, and transformants were selected at 28 ° C. in the light. After culturing for 2 weeks, the callus was transplanted to a new same medium, and selection was continued. After further 2 weeks of culturing, the callus in which proliferation was observed was placed on RE-III medium and redifferentiated. Plants in which above-ground redifferentiation was observed were transplanted to HF medium to regenerate roots. The fully regenerated plant body was transplanted to soil. RNA was extracted from the leaf tissue of the present plant, and high expression of the transgene was confirmed by RT-PCR using the primer set 1 or 2 described above. Next generation seeds were obtained and used for resistance testing.

上記培地の組成を以下に示す。
[N6D固形培地(1リットル当たり)]
KNO3 2,830mg, (NH4)2SO4463mg, MgSO4・7H2O 185mg, CaCl2・2H2O 166mg, KH2PO4 400mg, Na2EDTA 37.3mg, FeSO4・7H2O 27.8mg, MnSO4・4H2O 4.4mg, ZnSO4・7H2O 1.5mg, KI 0.8mg, H3BO3 1.6mg, Casamino acid 300mg, Glycine 2mg, L-Proline 2,878mg, myo-Inositol 100mg, Nicotinic acid 0.5mg, Pyridoxine-HCl 0.5mg, Thiamine-HCl 1mg, 2,4-D 2mg, Sucrose 30g, Gellan Gum 3g (pH 5.8)
The composition of the medium is shown below.
[N6D solid medium (per liter)]
KNO 3 2,830 mg, (NH 4 ) 2 SO 4 463 mg, MgSO 4・ 7H 2 O 185 mg, CaCl 2・ 2H 2 O 166 mg, KH 2 PO 4 400 mg, Na 2 EDTA 37.3 mg, FeSO 4・ 7H 2 O 27.8 mg , MnSO 4・ 4H 2 O 4.4mg, ZnSO 4・ 7H 2 O 1.5mg, KI 0.8mg, H 3 BO 3 1.6mg, Casamino acid 300mg, Glycine 2mg, L-Proline 2,878mg, myo-Inositol 100mg, Nicotinic acid 0.5mg, Pyridoxine-HCl 0.5mg, Thiamine-HCl 1mg, 2,4-D 2mg, Sucrose 30g, Gellan Gum 3g (pH 5.8)

[2N6AS固形培地(1リットル当たり)]
KNO3 2,830mg, (NH4)2SO4463mg, MgSO4・7H2O 185mg, CaCl2・2H2O 166mg, KH2PO4 400mg, Na2EDTA 37.3mg, FeSO4・7H2O 27.8mg, MnSO4・4H2O 4.4mg, ZnSO4・7H2O 1.5mg, KI 0.8mg, H3BO3 1.6mg, Casamino acid 300mg, Glycine 2mg, myo-Inositol 100mg, Nicotinic acid 0.5mg, Pyridoxine-HCl 0.5mg, Thiamine-HCl 1mg, 2,4-D 2mg, Sucrose 30g, Glucose 10g, Gellan Gum 3g, Acetosyringone 10mg (pH 5.2)
[2N6AS solid medium (per liter)]
KNO 3 2,830 mg, (NH 4 ) 2 SO 4 463 mg, MgSO 4・ 7H 2 O 185 mg, CaCl 2・ 2H 2 O 166 mg, KH 2 PO 4 400 mg, Na 2 EDTA 37.3 mg, FeSO 4・ 7H 2 O 27.8 mg , MnSO 4・ 4H 2 O 4.4mg, ZnSO 4・ 7H 2 O 1.5mg, KI 0.8mg, H 3 BO 3 1.6mg, Casamino acid 300mg, Glycine 2mg, myo-Inositol 100mg, Nicotinic acid 0.5mg, Pyridoxine-HCl 0.5mg, Thiamine-HCl 1mg, 2,4-D 2mg, Sucrose 30g, Glucose 10g, Gellan Gum 3g, Acetosyringone 10mg (pH 5.2)

[AAM液体培地(1リットル当たり)]
MgSO4・7H2O 250mg, CaCl2・2H2O 150mg, NaH2PO4・2H2O 150mg, KCl 3g, Fe-EDTA 40mg, MnSO4・4H2O 10mg, ZnSO4・7H2O 2mg, CuSO4・5H2O 0.025mg, CoCl2・6H2O 0.025mg, KI 0.75mg, H3BO3 3mg, Na2MoO4・2H2O 0.25mg, Casamino acid 500mg, Glycine 7.5mg, L-Arginine 176.7mg, L-Glutamine 900mg, L-Aspartic acid 300mg, myo-Inositol 100mg, Nicotinic acid 1mg, Pyridoxine-HCl 1mg, Thiamine-HCl 10mg, Sucrose 68.5g, Glucose 36g, Acetosyringone 10mg (pH 5.2)
[AAM liquid medium (per liter)]
MgSO 4・ 7H 2 O 250mg, CaCl 2・ 2H 2 O 150mg, NaH 2 PO 4・ 2H 2 O 150mg, KCl 3g, Fe-EDTA 40mg, MnSO 4・ 4H 2 O 10mg, ZnSO 4・ 7H 2 O 2mg, CuSO 4・ 5H 2 O 0.025mg, CoCl 2・ 6H 2 O 0.025mg, KI 0.75mg, H 3 BO 3 3mg, Na 2 MoO 4・ 2H 2 O 0.25mg, Casamino acid 500mg, Glycine 7.5mg, L-Arginine 176.7mg, L-Glutamine 900mg, L-Aspartic acid 300mg, myo-Inositol 100mg, Nicotinic acid 1mg, Pyridoxine-HCl 1mg, Thiamine-HCl 10mg, Sucrose 68.5g, Glucose 36g, Acetosyringone 10mg (pH 5.2)

[RE-III固形培地(1リットル当たり)]
KNO3 1,900mg, NH4NO3 1,650mg, MgSO4・7H2O 370mg, CaCl2・2H2O 440mg, KH2PO4170mg, Na2EDTA 37.3mg, FeSO4・7H2O 27.8mg, MnSO4・4H2O 22.3mg, ZnSO4・7H2O 8.6mg, CuSO4・5H2O 0.025mg, CoCl2・6H2O 0.025mg, KI 0.83mg, H3BO36.2mg, Na2MoO4・2H2O 0.25mg, Casamino acid 2g, Glycine 2mg, myo-Inositol 100mg, Nicotinic acid 0.5mg, Pyridoxine-HCl 0.5mg, Thiamine-HCl 0.1mg, NAA 0.02mg, Kinetin 2mg, Sucrose 30g, Sorbitol 30g, Gellan Gum 3g (pH 5.8)
[RE-III solid medium (per liter)]
KNO 3 1,900mg, NH 4 NO 3 1,650mg, MgSO 4 · 7H 2 O 370mg, CaCl 2 · 2H 2 O 440mg, KH 2 PO 4 170mg, Na 2 EDTA 37.3mg, FeSO 4 · 7H 2 O 27.8mg, MnSO 4・ 4H 2 O 22.3mg, ZnSO 4・ 7H 2 O 8.6mg, CuSO 4・ 5H 2 O 0.025mg, CoCl 2・ 6H 2 O 0.025mg, KI 0.83mg, H 3 BO 3 6.2mg, Na 2 MoO 4・ 2H 2 O 0.25mg, Casamino acid 2g, Glycine 2mg, myo-Inositol 100mg, Nicotinic acid 0.5mg, Pyridoxine-HCl 0.5mg, Thiamine-HCl 0.1mg, NAA 0.02mg, Kinetin 2mg, Sucrose 30g, Sorbitol 30g, Gellan Gum 3g (pH 5.8)

[HF固形培地(1リットル当たり)]
KNO3 1,900mg, NH4NO3 1,650mg, MgSO4・7H2O 370mg, CaCl2・2H2O 440mg, KH2PO4170mg, Na2EDTA 37.3mg, FeSO4・7H2O 27.8mg, MnSO4・4H2O 22.3mg, ZnSO4・7H2O 8.6mg, CuSO4・5H2O 0.025mg, CoCl2・6H2O 0.025mg, KI 0.83mg, H3BO36.2mg, Na2MoO4・2H2O 0.25mg, Glycine 2mg, myo-Inositol 100mg, Nicotinic acid 0.5mg, Pyridoxine-HCl 0.5mg, Thiamine-HCl 0.1mg, Sucrose 30g, Gellan Gum 3g (pH 5.8)
[HF solid medium (per liter)]
KNO 3 1,900mg, NH 4 NO 3 1,650mg, MgSO 4 · 7H 2 O 370mg, CaCl 2 · 2H 2 O 440mg, KH 2 PO 4 170mg, Na 2 EDTA 37.3mg, FeSO 4 · 7H 2 O 27.8mg, MnSO 4・ 4H 2 O 22.3mg, ZnSO 4・ 7H 2 O 8.6mg, CuSO 4・ 5H 2 O 0.025mg, CoCl 2・ 6H 2 O 0.025mg, KI 0.83mg, H 3 BO 3 6.2mg, Na 2 MoO 4・ 2H 2 O 0.25mg, Glycine 2mg, myo-Inositol 100mg, Nicotinic acid 0.5mg, Pyridoxine-HCl 0.5mg, Thiamine-HCl 0.1mg, Sucrose 30g, Gellan Gum 3g (pH 5.8)

[AB培地(1リットル当たり)]
NH4Cl 1g, MgSO4・7H2O 296mg, CaCl2・2H2O 10mg, NaH2PO4・2H2O 1.3g, K2HPO43g, KCl 150mg, FeSO4・7H2O 2.5mg, Glucose 5g, Agar 15g (pH7.2)
[AB medium (per liter)]
NH 4 Cl 1g, MgSO 4・ 7H 2 O 296mg, CaCl 2・ 2H 2 O 10mg, NaH 2 PO 4・ 2H 2 O 1.3g, K 2 HPO 4 3g, KCl 150mg, FeSO 4・ 7H 2 O 2.5mg, Glucose 5g, Agar 15g (pH7.2)

[抵抗性検定]
上記方法により作出したイネ形質転換体について、イネいもち病の抵抗性をパンチ接種法により検定した。
[Resistance test]
The rice transformants produced by the above method were tested for resistance to rice blast by the punch inoculation method.

ハイグロマイシン(50mg/l)耐性を示す幼苗を、4葉期まで生育させた。フタ付きプラスチックケースに蒸留水でしめらせた濾紙を敷き、その上に切り取ったイネの第4葉を並べた。オートミール培地上に形成させたいもち病の胞子を滅菌蒸留水(+0.2% Tween 20を含む)で平筆を使って掻き取り、105 spore/mlに調製した。10μlのピペットチップの先端を葉に押しつけて軽く傷をつけた上に3μlの胞子懸濁液を滴下した。ふたをしてプラスチック内の湿度を100%に保った状態で25℃の温室内で約1週間静置し、形成されたいもち病の病斑の縦方向の長さを測定し、いもち病進展度合を算出した(導入遺伝子高発現株の病斑の長さ÷野生株の病斑の長さ×100)。結果を表4に示す。また、野生株及び導入遺伝子高発現株の病斑(パンチ接種法処理後6日目)を図4に示す。 Seedlings resistant to hygromycin (50 mg / l) were grown to the 4-leaf stage. A filter paper dampened with distilled water was laid in a plastic case with a lid, and the fourth leaves of rice cut out were arranged on the filter paper. Blast spores to be formed on the oatmeal medium were scraped with sterile flat water (containing + 0.2% Tween 20) using a flat brush to prepare 10 5 spore / ml. The tip of a 10 μl pipette tip was pressed against the leaf and lightly damaged, and then 3 μl of a spore suspension was dropped. Cover the plastic and keep the humidity in the plastic at 100% in a 25 ° C greenhouse for about 1 week, measure the length of the blast of the blast that is formed, and develop the blast The degree was calculated (the length of lesions of the transgene high expression strain ÷ the length of lesions of the wild strain × 100). The results are shown in Table 4. Further, FIG. 4 shows the lesions of the wild strain and the transgene highly expressing strain (6 days after the punch inoculation method treatment).

Figure 2007306917
Figure 2007306917

イネ形質転換体のいもち病に対する抵抗性は、野生株よりも高まっていることが明らかであった。このことから、トレハロースにより誘導される遺伝子が、その発現レベルを高めることにより、病原菌に対する抵抗性を強化させる機能を持つことが示された。   It was clear that the resistance of rice transformants to blast was higher than that of the wild type. From this, it was shown that the gene induced by trehalose has a function of enhancing resistance to pathogenic bacteria by increasing its expression level.

本発明の病原菌に対する抵抗性を高める方法及び病原菌耐性イネ形質転換体は、冷害、長雨などの病原菌感染しやすい環境でも栽培、収穫するのに有用である。   The method for increasing resistance to pathogenic bacteria and the pathogen-resistant rice transformant of the present invention are useful for cultivation and harvesting even in an environment susceptible to pathogenic fungi such as cold damage and long rain.

トレハロース処理による生体防御関連遺伝子の誘導を示す。The induction | guidance | derivation of the biological defense related gene by a trehalose process is shown. イネいもち病菌に対するトレハロースの効果を示す。The effect of trehalose on rice blast fungus is shown. イネ苗立枯細菌病菌に対するトレハロースの効果を示す。The effect of trehalose on rice seedling bacteriomycetes is shown. イネ野生株及び形質転換体でのパンチ接種法によるイネいもち病の抵抗性を示す。The resistance of rice blast disease by punch inoculation with wild rice strains and transformants is shown.

Claims (8)

イネにおいて、配列番号41、43、45、47、49、51、53、55、57、59または61のいずれかの塩基配列を有する生体防御関連遺伝子またはその変異遺伝子の少なくとも1種の遺伝子の発現レベルを高めることを含む、イネの病原菌に対する抵抗性を高める方法。   In rice, expression of at least one gene of a biological defense-related gene having any one of the nucleotide sequences of SEQ ID NOs: 41, 43, 45, 47, 49, 51, 53, 55, 57, 59 or 61 or a mutant gene thereof A method of increasing resistance to pathogens in rice, including increasing levels. 前記遺伝子の発現レベルが、イネ又はその種子をトレハロース又はその誘導体で処理することによって高められる、請求項1に記載の方法。   The method according to claim 1, wherein the expression level of the gene is increased by treating rice or seed thereof with trehalose or a derivative thereof. 前記遺伝子の発現レベルが、イネに該遺伝子を外来的にかつ発現可能に導入することによって高められる、請求項1又は2に記載の方法。   The method according to claim 1 or 2, wherein the expression level of the gene is increased by introducing the gene into rice exogenously and in an expressible manner. 前記遺伝子の発現レベルが、対照のイネに対して2倍以上高まる、請求項1〜3のいずれか1項に記載の方法。   The method according to any one of claims 1 to 3, wherein the expression level of the gene is increased by 2 times or more with respect to control rice. 前記病原菌が、いもち病菌又は苗立枯細菌病菌である、請求項1〜4のいずれか1項に記載の方法。   The method according to any one of claims 1 to 4, wherein the pathogenic fungus is a blast fungus or a seedling bacterial bacterium. 配列番号41、43、45、47、49、51、53、55、57、59または61のいずれかの塩基配列を有する生体防御関連遺伝子またはその変異遺伝子の少なくとも1種の遺伝子が外来的にかつ発現可能に導入されたことを特徴とする、病原菌耐性イネ形質転換体。   And at least one gene of a biological defense-related gene having any one of the nucleotide sequences of SEQ ID NOs: 41, 43, 45, 47, 49, 51, 53, 55, 57, 59, or 61 or a mutant gene thereof is exogenous and A pathogen-resistant rice transformant, which has been introduced so that it can be expressed. 前記病原菌が、いもち病菌又は苗立枯細菌病菌である、請求項6に記載の形質転換体。   The transformant according to claim 6, wherein the pathogenic bacterium is a blast fungus or a seedling bacterial bacterium. イネの病原菌に対する抵抗性を高めるための、配列番号41、43、45、47、49、51、53、55、57、59または61のいずれかの塩基配列を有する生体防御関連遺伝子の少なくとも1種の遺伝子の使用方法。   At least one kind of biodefense-related gene having any one of the nucleotide sequences of SEQ ID NOs: 41, 43, 45, 47, 49, 51, 53, 55, 57, 59, or 61 for increasing resistance to rice pathogens How to use the gene.
JP2007111906A 2006-04-20 2007-04-20 Method for increasing resistance of rice to pathogens and pathogen-resistant rice transformants Expired - Fee Related JP5164093B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2007111906A JP5164093B2 (en) 2006-04-20 2007-04-20 Method for increasing resistance of rice to pathogens and pathogen-resistant rice transformants

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2006117154 2006-04-20
JP2006117154 2006-04-20
JP2007111906A JP5164093B2 (en) 2006-04-20 2007-04-20 Method for increasing resistance of rice to pathogens and pathogen-resistant rice transformants

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2007306917A true JP2007306917A (en) 2007-11-29
JP5164093B2 JP5164093B2 (en) 2013-03-13

Family

ID=38840352

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2007111906A Expired - Fee Related JP5164093B2 (en) 2006-04-20 2007-04-20 Method for increasing resistance of rice to pathogens and pathogen-resistant rice transformants

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP5164093B2 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015154785A (en) * 2015-05-28 2015-08-27 三菱レイヨン株式会社 Microorganism in which nitrile hydratase gene is substituted
WO2022079927A1 (en) * 2020-10-13 2022-04-21 株式会社カネカ Method for culturing plant cell

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2006126671A1 (en) * 2005-05-26 2006-11-30 National Institute Of Agrobiological Sciences Improvement of disease resistance of plant by introducing transcription factor gene

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2006126671A1 (en) * 2005-05-26 2006-11-30 National Institute Of Agrobiological Sciences Improvement of disease resistance of plant by introducing transcription factor gene

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
JPN6012021025; 今井亮三他: 'トレハロースにより誘導される病害抵抗性応答' 第48回日本植物生理学会年会要旨集 , 20070315, p. 242, 3pX04 (594) *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015154785A (en) * 2015-05-28 2015-08-27 三菱レイヨン株式会社 Microorganism in which nitrile hydratase gene is substituted
WO2022079927A1 (en) * 2020-10-13 2022-04-21 株式会社カネカ Method for culturing plant cell

Also Published As

Publication number Publication date
JP5164093B2 (en) 2013-03-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2812685B2 (en) Stilbene synthase gene
KR20150085846A (en) Tal-Mediated Transfer DNA Insertion
CN107541520B (en) OsSAUR11 gene related to rice root development and stress resistance, coding protein and application
CN101704885A (en) Protein for controlling heading stage and seed size of paddy rice and encoding gene thereof
CN102776228A (en) Application of Arabidopsis transcription factor in breeding drought-resistant salt-tolerant rice
CN105087640B (en) Adjust gene and its application of vegetable seeds development
CN106244606B (en) The new application of tomato s-nitrosoglutathione reductase gene
CN106701778A (en) Method for increasing grain number per ear and reducing plant height by use of rice SNB genes
CN112280786B (en) Herbicide-tolerant corn even HH2823 transformation event with high nutrient utilization efficiency and specificity identification method and application thereof
CN104328127B (en) Tumorous stem mustard stress resistance gene BjEFh1 as well as plant expression vector and application thereof
JP2022531054A (en) Genes of resistance to plant diseases
CN106967720B (en) Cloning and application of stress-induced promoter SlWRKY31P
CN105002212A (en) Application of gene OsPIL13 in improving salt stress tolerance of rice
CN105255941B (en) Applications of the gene OsBBX14 in improving rice drought stress tolerance
CN107012167A (en) The expression of the transcription regulaton factor of heat tolerance can be provided
JP5164093B2 (en) Method for increasing resistance of rice to pathogens and pathogen-resistant rice transformants
CN106892973A (en) Plant adversity resistance related protein GhMYB4 and encoding gene and application
CN109956996B (en) Millet yield-related protein SiAMP1, and coding gene and application thereof
CN106336453B (en) A kind of verticillium wilt resistance of cotton by same GAP-associated protein GAP GaRPL18 and its encoding gene and application
CN104531716A (en) Gene OsABAR1 and application thereof in improvement of drought and salt stress tolerance of rice
CN115851821B (en) Application of BBX16 gene in improving plant salt tolerance
BR102013007201B1 (en) COMPOSITIONS AND METHODS CONTAINING LEAF SPECIFIC PROMOTER TO MODIFY THE EXPRESSION OF GENES OF INTEREST IN PLANTS
CN110760522B (en) AK209 gene and its coded protein and application in resisting stress and increasing yield
US7655837B2 (en) Glutathione-S-transferase gene from Proposis juliflora confers abiotic stress tolerance in plants
WO2004092372A1 (en) Gene capable of imparting salt stress resistance

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20100419

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821

Effective date: 20100420

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20120424

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20120620

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20120828

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20121016

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20121127

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20121212

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20151228

Year of fee payment: 3

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

S533 Written request for registration of change of name

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313533

S533 Written request for registration of change of name

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313533

S533 Written request for registration of change of name

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313533

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees