JP2008099637A - Transformed dwarf plant - Google Patents

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Naotoshi Ichikawa
尚斉 市川
Mika Kawashima
美香 川島
Haruko Iiizumi
治子 飯泉
Hirofumi Kuroda
浩文 黒田
Yoichi Kondo
陽一 近藤
Genmei Seki
原明 関
Yukako Hasegawa
由果子 長谷川
Minami Matsui
南 松井
Akie Ishikawa
明苗 石川
Yoshinori Nakazawa
美紀 中澤
Kumiko Suzuki
久美子 鈴木
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RIKEN Institute of Physical and Chemical Research
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RIKEN Institute of Physical and Chemical Research
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a transformed dwarf plant transferred with a plant-dwarfing gene through searching the gene by the Fox hunting system and isolating and identifying the gene. <P>SOLUTION: The transformed dwarf plant expressibly includes a gene encoding (a) a protein composed of an amino acid sequence expressing a specific sequence or (b) a protein having the activity of dwarfing a plant and composed of a specific amino acid sequence wherein one or several amino acids are deleted, substituted or added in the amino acid sequence expressing the specific sequence. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、矮小化形質転換植物、その作製方法及び植物の矮小化方法に関する。   The present invention relates to a dwarf transformed plant, a method for producing the same, and a dwarfing method for a plant.

従来より、遺伝子の機能を解析するための方法の1つに、T-DNA内に組み込まれた転写のエンハンサー配列を利用して、植物遺伝子の転写を活性化した突然変異体を作製し、その転写活性化された遺伝子のクローニングをする、アクティベーションタギング法が用いられている(非特許文献1)。この方法を用いて、植物矮小化遺伝子が見出されている(特許文献1)。その矮小化遺伝子は、NCBI(National center for biotechnology information)のアクセッションナンバーでAt4g31910、At1g04910、At4g35700、At1g49770である。   Conventionally, as one of the methods for analyzing the function of a gene, using a transcription enhancer sequence incorporated in T-DNA, a mutant that has activated transcription of a plant gene has been prepared. An activation tagging method for cloning a transcription-activated gene is used (Non-patent Document 1). Plant dwarfing genes have been found using this method (Patent Document 1). The dwarfing genes are At4g31910, At1g04910, At4g35700, At1g49770 with NCBI (National Center for Biotechnology Information) accession numbers.

しかし、アクティベーションタギング法を網羅的な遺伝子機能の解析(ゲノムに存在する遺伝子の機能をまとめて解析すること)に用いるには問題があった。例えば、シロイヌナズナのようなモデル植物では、10Kbのゲノム領域の中に平均2個以上の遺伝子が存在するが、アクティベーションタギング法では、タグ内のアクチベータとしてエンハンサー配列が用いられており、転写活性化可能なゲノム領域は挿入部位前後5Kbにも及ぶため、エンハンサーによる遺伝子活性化の効果が1つの遺伝子に限定されず、複数の遺伝子の転写が活性化され、複合表現型が生じていた(非特許文献2)。   However, there is a problem in using the activation tagging method for comprehensive gene function analysis (analyzing gene functions existing in the genome collectively). For example, in a model plant such as Arabidopsis thaliana, there are two or more genes on average in the genomic region of 10 Kb. However, in the activation tagging method, an enhancer sequence is used as an activator in the tag, and transcriptional activation. Since the possible genomic region extends to 5Kb before and after the insertion site, the effect of gene activation by an enhancer is not limited to one gene, but transcription of multiple genes is activated, resulting in a complex phenotype (non-patented) Reference 2).

この問題を避けるため、本発明者らは、「Fox hunting system (Full length cDNA over-expression gene hunting system)」と命名した手法を開発した(特許文献2)。Fox hunting systemとは、強発現させる遺伝子ソースとして完全長cDNAライブラリーを用い、これを混合物のまま強発現型のT-DNAベクターを有するアグロバクテリウムを介して植物に遺伝子導入し、得られたT1種子を播種し、表現型のスクリーニングを行う方法である。興味深い表現型が現れた場合、その系統に挿入されていた完全長cDNAをPCR及びシーケンスによって調べ、原因遺伝子を同定する。 In order to avoid this problem, the present inventors have developed a technique named “Fox hunting system (Full length cDNA over-expression gene hunting system)” (Patent Document 2). The Fox hunting system was obtained by using a full-length cDNA library as a gene source for strong expression and introducing the gene into a plant via Agrobacterium having a strong expression T-DNA vector as a mixture. In this method, T 1 seeds are sown and phenotypic screening is performed. If an interesting phenotype appears, the full-length cDNA inserted into the strain is examined by PCR and sequencing to identify the causative gene.

Fox hunting systemの利点として、例えば、(i)完全長cDNAライブラリーは、遺伝子が機能するときに必要な全アミノ酸情報を含むため、導入する遺伝子が本来有する全機能を発揮することができ、従って通常のcDNAライブラリーに比べ、機能発現の効率がはるかに高いこと、また全てのcDNA断片が本来の開始コドン及び停止コドン情報を備えているため、発現のためのタンパク質融合化などの必要がなく、タンパク質発現効率が高いこと、(ii)何億クローンものライブラリーに感染させても1植物には1〜2クローンしか導入されないので、形質転換植物体には別々のクローンが導入され、cDNAの単離と表現形質の確認は2回程度で少なくてすむこと、(iii)従来のcDNAライブラリーでは、全てのmRNA分子がそのままの量比でcDNA分子に置き換わるため、発現量の多い構造タンパク質遺伝子群や通常は発現量の少ない情報伝達関連遺伝子群などの各cDNA存在比が発現量によって大きく異なっているが、Fox hunting systemのライブラリーでは、遺伝子の発現量にかかわらず全てのクローンが同一の割合で含まれる「標準化」されたライブラリーを使用でき、ゲノムをタギングするときよりも高効率で別種遺伝子の機能検定を行うことができること(但し、シロイヌナズナやイネなど標準化完全長cDNAが整備されつつあるものはそれを利用してもよい。また、構造タンパク質等の発現量の多いタンパク質の機能を解析したい場合は、標準化されていない通常の完全長cDNAライブラリーを利用してもよい。)、(iv)完全長cDNAを含んだ植物集団を一度全て揃えるという「ライン化」をすることなく、ライブラリー内の全ての遺伝子機能検索をひとまとめに行えるので、簡単に目的の変異体を得ることができ、わずかな労力で特定の性質を付与する遺伝子(本来その遺伝子が有している機能であるか否かを問わない)のスクリーニングを行うことができる、などが挙げられる。   Advantages of the Fox hunting system include, for example, (i) the full-length cDNA library contains all amino acid information necessary for the function of the gene, and therefore can exhibit all the functions inherent to the gene to be introduced. Compared to normal cDNA libraries, the function expression efficiency is much higher, and all cDNA fragments have the original start and stop codon information, so there is no need for protein fusion for expression. Ii) High protein expression efficiency; (ii) Even if infected with a library of hundreds of millions of clones, only one or two clones can be introduced into one plant. Isolation and confirmation of phenotypes can be done in less than two times. (Iii) In conventional cDNA libraries, all mRNA molecules are replaced with cDNA molecules in the same quantitative ratio, so that the expression level is high. The cDNA abundance ratios of structural protein genes and usually low-expressing information-related genes differ greatly depending on the expression level, but in the Fox hunting system library, all clones regardless of the gene expression level Can be used in a “standardized” library containing the same percentage, and functional testing of different genes can be performed more efficiently than when tagging genomes (however, standardized full-length cDNAs such as Arabidopsis thaliana and rice You can use it as it is being prepared, or you can use a non-standardized full-length cDNA library if you want to analyze the function of a protein with a high expression level, such as a structural protein. ), (Iv) all the plants in the library without having to “line up” the plant population that contains the full-length cDNA. Gene function search can be performed in a lump so that the target mutant can be easily obtained, and a gene that imparts a specific property with little effort (whether it is a function that the gene originally has or not) Screening) can be performed.

国際公開第2005/026345号パンフレットInternational Publication No. 2005/026345 Pamphlet 再公表2003/018808号公報Republished 2003/018808 Walden,Rら、Plant Mol Biol, 1994, 26(5):p.1521-8Walden, R et al., Plant Mol Biol, 1994, 26 (5): p. 1521-8 Ichikawaら、Plant J, 2003, 36:p.421-429Ichikawa et al., Plant J, 2003, 36: p.421-429

本発明は、植物矮小化遺伝子を見出し、その遺伝子を形質転換した植物を提供することを目的とする。   An object of the present invention is to find a plant dwarfing gene and provide a plant transformed with the gene.

本発明者らは、前記Fox hunting systemを用いて、約15,000のシロイヌナズナの形質転換体系統を作製し、その突然変異表現型系統を観察したところ、矮小化を示す形態学的変異体を見出し、その変異の原因となる遺伝子を単離することに成功し、本発明を完成するに至った。   The present inventors made about 15,000 Arabidopsis transformant lines using the Fox hunting system, and observed the mutant phenotype line, and found morphological mutants that showed dwarfing, The present inventors have succeeded in isolating the gene responsible for the mutation and completed the present invention.

即ち、本発明は以下の発明を包含する。
(1)(a)配列番号2に示すアミノ酸配列からなるタンパク質、又は
(b)配列番号2に示す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、置換もしくは付加されたアミノ酸配列からなり、かつ植物体を矮小化させる活性を有するタンパク質
をコードする遺伝子を発現可能に含む、矮小化形質転換植物。
(2)前記遺伝子が、
(c)配列番号1に示す塩基配列からなるDNA、又は
(d)配列番号1に示す塩基配列からなるDNAと相補的な塩基配列からなるDNAとストリンジェントな条件でハイブリダイズし、かつ植物体を矮小化させる活性を有するタンパク質をコードするDNA
を含む、(1)に記載の形質転換植物。
(3)前記植物が、双子葉植物又は単子葉植物、例えばアブラナ科、ナス科、イネ科及びマメ科からなる群から選択されるいずれかの科に属するものである、(1)又は(2)に記載の形質転換植物。
(4)(1)又は(2)に定義した遺伝子を植物の組織又は細胞に導入して植物体を再生することを含む、(1)〜(3)のいずれか1項に記載の矮小化形質転換植物を作製する方法。
(5)前記遺伝子が、それを含む組換えベクターを用いて導入される、(4)に記載の方法。
(6)(1)〜(3)のいずれか1項に記載の形質転換植物において、(1)又は(2)に定義した遺伝子を過剰発現させて矮小化を誘導することを含む、植物の矮小化方法。
That is, the present invention includes the following inventions.
(1) (a) a protein comprising the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2, or
(b) A gene encoding a protein consisting of an amino acid sequence in which one or several amino acids are deleted, substituted or added in the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2 and having an activity of miniaturizing a plant can be expressed. A dwarf transformed plant.
(2) The gene is
(c) DNA consisting of the base sequence shown in SEQ ID NO: 1, or
(d) a DNA encoding a protein that hybridizes under stringent conditions with a DNA consisting of a base sequence complementary to the DNA consisting of the base sequence shown in SEQ ID NO: 1 and has an activity of dwarfing a plant body
The transformed plant according to (1), comprising:
(3) The plant is a dicotyledonous plant or a monocotyledonous plant, for example, one belonging to any family selected from the group consisting of Brassicaceae, Eggplant, Gramineae and Legumes, (1) or (2 The transformed plant according to (1).
(4) The dwarfing according to any one of (1) to (3), which comprises regenerating a plant by introducing the gene defined in (1) or (2) into a plant tissue or cell. A method for producing a transformed plant.
(5) The method according to (4), wherein the gene is introduced using a recombinant vector containing the gene.
(6) The transformed plant according to any one of (1) to (3), which comprises overexpressing the gene defined in (1) or (2) to induce dwarfing Dwarf method.

本発明により、植物矮小化遺伝子を各種植物に形質転換して植物を矮小化することが可能となり、これによって、例えば穀粒の数が増えたときに倒れることなく、台風などの風害に強くなり、作物等の収量を上げること、また表現形質の多様化などを行うことができる。観賞用植物の場合、花茎などが短くなることによりシルエットの異なった植物が作成できるため、新たな商品価値の創造にもつながる。   According to the present invention, it becomes possible to transform a plant dwarfing gene into various plants to dwarf the plant, which makes it more resistant to wind damage such as typhoons without falling down when the number of grains increases, for example. It is possible to increase the yield of crops, etc., and to diversify phenotypes. In the case of ornamental plants, plants with different silhouettes can be created by shortening flower stems, etc., leading to the creation of new product value.

1.植物矮小化遺伝子の単離
植物矮小遺伝子は、例えば、シロイヌナズナを用いたFox hunting systemにより取得できる。しかし、以下の手法はシロイヌナズナに限定されず、他の植物(特に被子植物)にも適用可能である。
1. Isolation of Plant Dwarfing Gene Plant dwarfing gene can be obtained by, for example, Fox hunting system using Arabidopsis thaliana. However, the following method is not limited to Arabidopsis thaliana and can be applied to other plants (particularly angiosperms).

具体的には、以下の手順で行うことができる。
(1)完全長cDNA及び内部標準遺伝子を含むcDNA混合物の作製
完全長cDNAとは、mRNAの完全なコピーを意味し、得られたcDNAよりも長いcDNAが存在する場合でも完全長cDNAに含めることができる。
Specifically, the following procedure can be used.
(1) Preparation of cDNA mixture containing full-length cDNA and internal standard gene Full-length cDNA means a complete copy of mRNA, and should be included in full-length cDNA even when cDNA longer than the obtained cDNA is present. Can do.

完全長cDNAは、当業者に公知の方法により、目的のmRNAから調製することができる。例えば、シロイヌナズナに由来するmRNAから、Cap-trapper法(Carninci,P.,ら、Genomics, 1996. 37(3):P. 327-36)、Cap-finder法(Zhao,Z.,ら、J.Biotechnol., 1999. 73(1):p.35-41)等の手法で調製することができる。また、cDNAの配列決定がされている、独立行政法人理化学研究所のシロイヌナズナ完全長cDNAコレクションを用いてもよい。   Full-length cDNA can be prepared from the mRNA of interest by methods known to those skilled in the art. For example, from mRNA derived from Arabidopsis thaliana, Cap-trapper method (Carninci, P., et al., Genomics, 1996. 37 (3): P. 327-36), Cap-finder method (Zhao, Z., et al., J Biotechnol., 1999. 73 (1): p.35-41). Alternatively, the Arabidopsis full-length cDNA collection of RIKEN, where cDNA sequencing has been performed, may be used.

完全長cDNAをクローニングするためのベクターとしては、例えばSfiIのような、8塩基以上を認識し、かつ挿入DNAの方向を一方向に規定できる制限酵素部位を、cDNA挿入部位の両側に持つものを用いるのが好ましい。   A vector for cloning a full-length cDNA has a restriction enzyme site on both sides of the cDNA insertion site, such as SfiI, which recognizes 8 bases or more and can define the direction of the inserted DNA in one direction. It is preferable to use it.

当業者に公知の手法を利用して、前記完全長cDNAを担持する完全長cDNAライブラリーを調製することができる。ライブラリーを調製するためのベクターとして、例えばLambda Zap II、Lambda FLC-1-B、pTAS、pBIGなどが挙げられる。   A full-length cDNA library carrying the full-length cDNA can be prepared using techniques known to those skilled in the art. Examples of vectors for preparing the library include Lambda Zap II, Lambda FLC-1-B, pTAS, and pBIG.

また、後に表現型をスクリーニングするための内部標準として、例えば細菌由来の腫瘍遺伝子(tms1、iaaM、rolB、tmr等)を用いてもよい。tms1及びiaaMは、それぞれ、シュードモナス・シリンゲ(Pseudomonas syringae)、アグロバクテリウム・チューメファシエンス(Agrobacterium tumefaciens)由来のトリプトファン 2-モノオキシゲナーゼをコードする遺伝子であり、オーキシン応答が増強されると高発現する。rolBは、アグロバクテリウム・リゾゲネシス(Agrobacterium rhyzogenesis)由来のオーキシン感受性に関係する遺伝子である。tmrは、アグロバクテリウム・チューメファシエンス由来のサイトカイニン生合成で働く遺伝子である。これらの腫瘍遺伝子は、多くの植物の形態に劇的な影響を与えることが知られている(Casanovaら、Biotechnol Adv, 23, 2005, 3-39;Romanoら, Plant Mol Biol, 27, 1995, 1071-83;Smartら, Plant Cell, 3, 1991, 647-656)。腫瘍遺伝子は、ライブラリーのcDNAの均一性の指標として使用できるが、シロイヌナズナに形質転換後は、これらの腫瘍遺伝子は第二世代において突然変異系統から排除される。これらの腫瘍遺伝子はPCRで増幅できる。 Further, as an internal standard for screening phenotype later, for example, a bacterial-derived tumor gene (tms1, iaaM, rolB, tmr, etc.) may be used. tms1 and iaaM are genes encoding tryptophan 2-monooxygenase from Pseudomonas syringae and Agrobacterium tumefaciens , respectively, and are highly expressed when auxin response is enhanced To do. rolB is a gene related to auxin sensitivity derived from Agrobacterium rhyzogenesis . tmr is a gene that functions in cytokinin biosynthesis derived from Agrobacterium tumefaciens. These oncogenes are known to have dramatic effects on the morphology of many plants (Casanova et al., Biotechnol Adv, 23, 2005, 3-39; Romano et al., Plant Mol Biol, 27, 1995, 1071-83; Smart et al., Plant Cell, 3, 1991, 647-656). Oncogenes can be used as an indicator of library cDNA homogeneity, but after transformation into Arabidopsis, these oncogenes are excluded from the mutant lineage in the second generation. These oncogenes can be amplified by PCR.

(2)完全長cDNAライブラリーの標準化
背景技術で述べたように、従来のcDNAライブラリーでは、遺伝子の発現量によって各cDNAクローンの存在比が大きく異なる。そこで、遺伝子の発現量にかかわらず全てのクローンが同一の割合で含まれるようにライブラリーを作製する「標準化」を行うことが好ましい。
(2) Standardization of full-length cDNA library As described in the background art, in the conventional cDNA library, the abundance ratio of each cDNA clone varies greatly depending on the expression level of the gene. Therefore, it is preferable to perform “standardization” in which a library is prepared so that all clones are included in the same ratio regardless of the gene expression level.

完全長cDNAを、各クローンにつき等量ずつ混合すれば、標準化完全長cDNA混合物を得ることができる。これを行うには、合成された完全長cDNAの5’末端配列と3’末端配列を決定(シングルパスシーケンス)して、重複の無い(末端部における一部の領域の配列が共通しない)完全長cDNAクローンを選別し、これをデータベース化しておく。   A standardized full-length cDNA mixture can be obtained by mixing equal amounts of full-length cDNA for each clone. To do this, determine the 5 'and 3' end sequences of the synthesized full-length cDNA (single-pass sequence), and have no overlap (the sequence of some regions at the end is not common) A long cDNA clone is selected and stored in a database.

標準化された完全長cDNAライブラリーは、それぞれ互いに異なるcDNAを選別した上で等量ずつ混合したものであり、従来のcDNAライブラリーが有する分子種の不均一性はなく、全体的に均一である。従って、ゲノム遺伝子の多コピー遺伝子群をも考慮すると、ゲノムをタギングするときよりも公平に、すなわち高効率に、別種遺伝子の機能検定を行うことができる。   A standardized full-length cDNA library is prepared by selecting different cDNAs and mixing them in equal amounts, and there is no heterogeneity in the molecular species of the conventional cDNA library, and it is uniform overall. . Therefore, when a multi-copy gene group of genomic genes is also taken into consideration, it is possible to perform a functional test of another gene more equitably, that is, with higher efficiency than when tagging a genome.

シロイヌナズナでは全ゲノムの50%以上に相当する標準化完全長cDNAが現在整備されており、本発明においては、これらの整備された標準化完全長cDNAを使用することができる。   In Arabidopsis thaliana, standardized full-length cDNAs corresponding to 50% or more of the entire genome are currently prepared, and these prepared standardized full-length cDNAs can be used in the present invention.

(3)発現ベクターへの完全長cDNAのクローニング
得られた完全長cDNA又は標準化完全長cDNAを、アグロバクテリウム・チューメファシエンスによる植物形質転換のためのT-DNA発現ベクターにクローニングすることができる。T-DNAとは、双子葉植物の腫瘍であるクラウンゴールの病原細菌であるアグロバクテリウムの病原性株に見出されるTiプラスミドが有する特定領域であり、この細菌が植物に感染すると、T-DNAが植物細胞に転移し、ゲノムDNA中に組み込まれる。
(3) Cloning of full-length cDNA into expression vector Cloning of the obtained full-length cDNA or standardized full-length cDNA into a T-DNA expression vector for plant transformation with Agrobacterium tumefaciens it can. T-DNA is a specific region of the Ti plasmid found in the pathogenic strain of Agrobacterium, the pathogenic bacterium of crown gall, a dicotyledonous tumor, and when this bacterium infects plants, T-DNA Is transferred to plant cells and incorporated into genomic DNA.

このT-DNAの内部には、完全長cDNAの発現を調節するための配列が含まれる。発現調節配列としては、植物細胞内で、恒常的に若しくは条件的に発現を引き起こすプロモーター配列と、ターミネーターが連結したカセットを組込むのが好ましい。好ましい恒常発現型プロモーター配列としては、カリフラワーモザイクウイルス(Cauliflower Mosaic Virus)の35Sプロモーター配列(Sanders,P.R.ら、Nucleic Acids Res,1987.15(4):p.1543-58)が挙げられ、誘導型プロモーターとしてはグルココルチコイド誘導型プロモーター配列(Aoyama,T.ら、Plant J,1997.11(3):p.605-12)、エストロゲン誘導型プロモーター配列(Zuo,J ら、Plant J,2000.24(2):p.265-273)などが挙げられる。本発明においては、これらのプロモーターを任意に組み合わせて(連結して)使用することも可能である。プロモーターの組合せは、恒常発現型又は誘導型同士でもよく、両者を組合せたものでもよい。 This T-DNA contains a sequence for regulating the expression of full-length cDNA. As an expression control sequence, it is preferable to incorporate a promoter sequence that causes expression constitutively or conditionally in a plant cell and a cassette linked with a terminator. Preferred constitutively expressed promoter sequences include the Cauliflower Mosaic Virus 35S promoter sequence (Sanders, PR, et al., Nucleic Acids Res, 1987.15 (4): p.1543-58). Are glucocorticoid-inducible promoter sequences (Aoyama, T. et al., Plant J, 1997.11 (3): p.605-12), estrogen-inducible promoter sequences (Zuo, J et al., Plant J, 2000.24 (2): p. 265-273). In the present invention, these promoters can be used in any combination (linked). The combination of promoters may be a constitutive expression type or an induction type, or a combination of both.

また、後の植物体選抜のために、例えばハイグロマイシン耐性遺伝子を挿入してもよい。   Further, for example, a hygromycin resistance gene may be inserted for subsequent plant body selection.

前述の完全長cDNA又は標準化完全長cDNAをそのプロモーター配列の下流にセンス方向、又はアンチセンス方向になるように、酵素反応により、例えばT4リガーゼを用いて挿入する。これにより、センス鎖を発現させた場合は、当該cDNAをコードする遺伝子の過剰発現がもたらす表現形質の変化を、アンチセンス鎖を発現させた場合は、当該cDNAをコードする遺伝子の過少発現がもたらす表現形質の変化を知ることができる。   The aforementioned full-length cDNA or standardized full-length cDNA is inserted downstream of the promoter sequence in the sense direction or the antisense direction by an enzymatic reaction, for example, using T4 ligase. As a result, when the sense strand is expressed, the phenotypic change caused by overexpression of the gene encoding the cDNA results, and when the antisense strand is expressed, the gene encoding the cDNA is underexpressed. You can know changes in phenotypes.

(4)完全長cDNAライブラリーのシロイヌナズナへの導入
次に、前記完全長cDNA又は標準化完全長cDNA、あるいは腫瘍遺伝子が挿入されたT-DNAの集団(Full-length cDNA over-expressor library; FOX library)を常法によりアグロバクテリウムに導入し、ライブラリーを作製した後、そのライブラリー中のcDNAを、アグロバクテリウムによる感染を介してシロイヌナズナに導入(形質転換)する。
(4) Introduction of full-length cDNA library into Arabidopsis thaliana Next, the full-length cDNA or standardized full-length cDNA, or a T-DNA population into which an oncogene is inserted (Full-length cDNA over-expressor library; FOX library ) Is introduced into Agrobacterium by a conventional method to prepare a library, and then the cDNA in the library is introduced (transformed) into Arabidopsis thaliana via infection with Agrobacterium.

植物へのアグロバクテリウムの感染は、ディッピング法、フローラルディッピング法などを用いることができる。ディッピング法の場合は、植物体の束を、アグロバクテリウムが含まれる液体中に30〜60秒浸漬する。フローラルディッピング法の場合は、直接植物宿主の花芽を浸漬し、鉢をトレイに移し、覆いをして一晩湿度を保つ。翌日覆いを取り、植物をそのまま生育させて種子を収穫する。   Infecting plants with Agrobacterium can be performed using a dipping method, a floral dipping method, or the like. In the case of the dipping method, the bundle of plants is immersed in a liquid containing Agrobacterium for 30 to 60 seconds. In the case of the floral dipping method, the flower buds of the plant host are directly dipped, the pots are transferred to a tray, covered and kept overnight. Uncover the next day, grow the plants as they are, and harvest the seeds.

(5)表現形質によるスクリーニング
アグロバクテリウムのFOXライブラリーを用いてシロイヌナズナを形質転換した形質転換植物(T0世代)から得られた種子を、例えばハイグロマイシンを含む培地に播種する。発芽約1週間以内に形質転換植物を選択することができるので、ハイグロマイシン耐性苗を選択するために更に培養する必要はない。選択された植物(T1世代)は土壌に移植し、種子を回収する。
(5) seeding seeds obtained Arabidopsis using FOX library screening Agrobacterium by phenotype from the transformed plants transformed (T 0 generation), the medium containing e.g. hygromycin. Since transformed plants can be selected within about one week of germination, no further cultivation is required to select hygromycin resistant seedlings. The selected plants (T 1 generation) are transplanted into soil and seeds are collected.

(6)表現形質の再確認及び変異形質の原因となる遺伝子の同定
興味のある形質転換植物(例えば、他の形質転換植物と比較して植物体の伸長が遅いもの、節間が短いもの、下偏生長を示すもの等、矮小に関係すると思われる形質を有する植物)からゲノムDNAを抽出し、このDNAから、T-DNA中に含まれるプロモーター配列とターミネーター配列の近傍の塩基配列情報をもとにプライマーを設計し、これを用いてポリメラーゼ連鎖反応(PCR)を行い、これらの転写制御領域に挟まれたcDNAを単離する。このcDNAを、再び前記と同様のプロモーター配列とターミネーター配列を持ったT-DNAに挿入し、これを、正常植物に再導入して、表現形質の再確認を行う。そして、cDNAの配列決定を行うことにより、変異形質の原因となる遺伝子を同定することができる。
(6) Reconfirmation of expression traits and identification of genes that cause mutation traits Transformed plants of interest (for example, those with slow growth of plants compared to other transformed plants, those with short internodes, Extracting genomic DNA from plants that have traits presumed to be related to dwarfing, such as those showing low pregnancies), and from this DNA, the nucleotide sequence information in the vicinity of the promoter sequence and terminator sequence contained in T-DNA is also obtained. In addition, primers are designed and used to perform polymerase chain reaction (PCR) to isolate cDNA sandwiched between these transcription control regions. This cDNA is again inserted into T-DNA having the same promoter sequence and terminator sequence as described above, and this is reintroduced into a normal plant to reconfirm the phenotype. Then, by sequencing the cDNA, it is possible to identify the gene that causes the mutation.

2.単離同定された矮小化遺伝子
前記手法により単離同定された植物矮小化遺伝子は、シロイヌナズナのAt1g66820(系統名:F02347)である。At1g66820の塩基配列を配列番号1、アミノ酸配列を配列番号2に示す。なお、配列番号1の塩基配列の1〜53番目は5’UTR、384〜544番目は3’UTRである。
2. Isolated and identified dwarfing gene The plant dwarfing gene isolated and identified by the above technique is At1g66820 (strain name: F02347) of Arabidopsis thaliana. The base sequence of At1g66820 is shown in SEQ ID NO: 1, and the amino acid sequence is shown in SEQ ID NO: 2. In the base sequence of SEQ ID NO: 1, the 1st to 53rd positions are 5'UTR, and the 384th to 544th positions are 3'UTR.

配列番号2に示す各アミノ酸配列からなるタンパク質は、植物を矮小化させる活性を有する限り、当該アミノ酸配列において複数個、好ましくは1若しくは数個のアミノ酸に欠失、置換、付加などの変異が生じてもよい。   As long as the protein consisting of each amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2 has the activity of dwarfing plants, a plurality of, preferably one or several amino acids in the amino acid sequence have mutations such as deletion, substitution, addition, etc. May be.

例えば、配列番号2に示すアミノ酸配列の1〜10個、1〜8個、好ましくは1〜5個のアミノ酸が欠失、付加あるいは置換してもよい。   For example, 1 to 10, 1 to 8, and preferably 1 to 5 amino acids of the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2 may be deleted, added or substituted.

また、配列番号2のいずれかに示すアミノ酸配列と70%以上の相同性を有するタンパク質をコードする遺伝子であって、植物体を矮小化させる活性を有するタンパク質をコードする遺伝子でもよい。前記70%以上の相同性は、好ましくは80%以上、85%以上、より好ましくは90%以上、最も好ましくは95%以上の相同性をいう。   Further, it may be a gene encoding a protein having 70% or more homology with the amino acid sequence shown in any one of SEQ ID NO: 2 and encoding a protein having an activity of dwarfing a plant body. The homology of 70% or more preferably means 80% or more, 85% or more, more preferably 90% or more, and most preferably 95% or more.

前記アミノ酸の欠失、付加、及び置換は、前記タンパク質をコードする遺伝子を、当該技術分野で公知の手法によって改変することによって行うことができる。遺伝子に変異を導入するには、Kunkel法又は Gapped duplex法等の公知手法又はこれに準ずる方法により行うことができ、例えば部位特異的突然変異誘発法を利用した変異導入用キット(例えばMutant-K(TAKARA社製)やMutant-G(TAKARA社製))などを用いて、あるいは、TAKARA社のLA PCR in vitro Mutagenesis シリーズキットを用いて変異が導入される。   The amino acid deletion, addition, and substitution can be performed by modifying a gene encoding the protein by a technique known in the art. Mutation can be introduced into a gene by a known method such as the Kunkel method or the Gapped duplex method or a method equivalent thereto, for example, a mutation introduction kit (for example, Mutant-K using site-directed mutagenesis). (TAKARA) or Mutant-G (TAKARA)) or the like, or the TAKARA LA PCR in vitro Mutagenesis series kit is used to introduce mutations.

ここで、本発明において「植物体を矮小化させる活性」とは、矮小化遺伝子を発現させたときの植物体を、野生型よりも遅く成長させる活性を意味する。例えば、矮小化遺伝子を発現させたときの植物体(例えばシロイヌナズナ)の背丈が、野生型の2/3〜1/10、好ましくは1/3〜1/10に減少させる活性を意味する。また、「植物体を矮小化させる活性を有する」とは、前記活性が、配列番号2に示すアミノ酸配列を有するタンパク質が有する活性と実質的に同等であることをいう。このような矮小化活性(又は矮小化能力)を有する植物を、本明細書では矮小化植物という。   Here, in the present invention, the “activity for dwarfing a plant” means an activity for growing a plant when a dwarfing gene is expressed more slowly than the wild type. For example, it means an activity of reducing the height of a plant body (eg, Arabidopsis thaliana) when expressing a dwarfing gene to 2/3 to 1/10, preferably 1/3 to 1/10 of the wild type. Further, “having an activity of dwarfing a plant” means that the activity is substantially equivalent to the activity of a protein having the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2. A plant having such a dwarfing activity (or dwarfing ability) is referred to herein as a dwarfed plant.

前記矮小化遺伝子はまた、配列番号1に示す塩基配列からなるDNAと相補的な塩基配列からなるDNAとストリンジェントな条件下でハイブリダイズし、かつ植物体を矮小化させる活性を有するタンパク質をコードするDNAを含む。ここで、ストリンジェントな条件とは、いわゆる特異的なハイブリッドが形成され、非特異的なハイブリッドが形成されない条件をいう。例えば、45℃、6×SSC(塩化ナトリウム/クエン酸ナトリウム)でのハイブリダイゼーション、その後の50〜65℃、0.2〜1×SSC、0.1%SDSでの洗浄が挙げられ、或いはそのような条件として、65〜70℃、1×SSCでのハイブリダイゼーション、その後の65〜70℃、0.3×SSCでの洗浄、を挙げることができる。   The dwarfing gene also encodes a protein that hybridizes under stringent conditions with a DNA consisting of a base sequence complementary to the DNA consisting of the base sequence shown in SEQ ID NO: 1 and has an activity of dwarfing a plant. Contains DNA to do. Here, stringent conditions refer to conditions under which so-called specific hybrids are formed and non-specific hybrids are not formed. For example, hybridization at 45 ° C. and 6 × SSC (sodium chloride / sodium citrate), followed by washing at 50 to 65 ° C., 0.2 to 1 × SSC, 0.1% SDS, or such conditions , 65-70 ° C., hybridization at 1 × SSC, and subsequent washing at 65-70 ° C., 0.3 × SSC.

いったん矮小化遺伝子の塩基配列が確定されると、その後は化学合成によって、又はクローニングされたcDNAを鋳型としたPCRによって、あるいは該塩基配列を有するDNA断片をプローブとしてハイブリダイズさせることによって、矮小化遺伝子を得ることができる。さらに部位特異的突然変異誘発等によって矮小化遺伝子をコードする改変されたDNAを合成することができる。   Once the base sequence of the miniaturized gene is determined, it is then reduced by chemical synthesis, by PCR using the cloned cDNA as a template, or by hybridization using a DNA fragment having the base sequence as a probe. Gene can be obtained. Furthermore, modified DNA encoding the dwarfing gene can be synthesized by site-directed mutagenesis or the like.

3.組換えベクター及び形質転換植物の作製
(1)組換えベクターの作製
本発明に用いる組換えベクターは、前記矮小化遺伝子を適当なベクターに挿入することによって作製できる。矮小化遺伝子を植物細胞へ導入し、発現させるためのベクターとしては、pBI系のベクター、pUC系のベクター、pTRA系のベクターが好適に用いられる。pBI系及びpTRA系のベクターは、アグロバクテリウムを介して植物に目的遺伝子を導入することができる。pBI系のバイナリーベクター又は中間ベクター系が好適に用いられ、例えば、pBI121、pBI101、pBI101.2、pBI101.3等が挙げられる。pUC系のベクターは、植物に遺伝子を直接導入することができ、例えば、pUC18、pUC19、pUC9等が挙げられる。また、カリフラワーモザイクウイルス(CaMV)、インゲンマメモザイクウイルス(BGMV)、タバコモザイクウイルス(TMV)等の植物ウイルスベクターも用いることができる。
3. Production of Recombinant Vector and Transformed Plant (1) Production of Recombinant Vector The recombinant vector used in the present invention can be produced by inserting the dwarfing gene into an appropriate vector. As a vector for introducing and expressing a dwarfing gene into a plant cell, a pBI vector, a pUC vector, and a pTRA vector are preferably used. The pBI and pTRA vectors can introduce a target gene into a plant via Agrobacterium. A pBI binary vector or an intermediate vector system is preferably used, and examples thereof include pBI121, pBI101, pBI101.2, pBI101.3 and the like. A pUC vector can directly introduce a gene into a plant, and examples thereof include pUC18, pUC19, and pUC9. Plant virus vectors such as cauliflower mosaic virus (CaMV), kidney bean mosaic virus (BGMV), and tobacco mosaic virus (TMV) can also be used.

ベクターに矮小化遺伝子を挿入するには、まず、精製されたDNAを適当な制限酵素で切断し、適当なベクター DNAの制限酵素部位又はマルチクローニングサイトに挿入してベクターに連結する方法などが採用される。   In order to insert the dwarfing gene into the vector, first, the purified DNA is cleaved with an appropriate restriction enzyme, inserted into an appropriate vector DNA restriction enzyme site or multiple cloning site, and ligated to the vector. Is done.

前記矮小化遺伝子は、その遺伝子の機能が発揮されるようにベクターに組み込まれることが必要である。そこで、ベクターには、プロモーター、矮小化遺伝子のほか、所望によりエンハンサー、スプライシングシグナル、ポリA付加シグナル、選択マーカー、5'-UTR配列などを連結することができる。なお、選択マーカーとしては、例えばジヒドロ葉酸還元酵素遺伝子、アンピシリン耐性遺伝子、ネオマイシン耐性遺伝子、ハイグロマイシン耐性遺伝子、ビアラホス耐性遺伝子等が挙げられる。   The dwarfing gene needs to be incorporated into a vector so that the function of the gene is exhibited. Thus, in addition to a promoter and a dwarfing gene, an enhancer, a splicing signal, a poly A addition signal, a selection marker, a 5′-UTR sequence, and the like can be linked to the vector as desired. Examples of the selection marker include a dihydrofolate reductase gene, an ampicillin resistance gene, a neomycin resistance gene, a hygromycin resistance gene, and a bialaphos resistance gene.

「プロモーター」としては、植物細胞において機能し、植物の特定の組織内あるいは特定の発育段階において発現を導くことのできるDNAであれば、植物由来のものでなくてもよい。具体例としては、カリフラワーモザイクウイルス(CaMV)35Sプロモーター、ノパリン合成酵素遺伝子のプロモーター(Pnos)、トウモロコシ由来ユビキチンプロモーター、イネ由来のアクチンプロモーター、タバコ由来PRタンパク質プロモーター等が挙げられる。   The “promoter” does not have to be derived from a plant as long as it functions in plant cells and can induce expression in a specific tissue of a plant or in a specific developmental stage. Specific examples include a cauliflower mosaic virus (CaMV) 35S promoter, a nopaline synthase gene promoter (Pnos), a corn-derived ubiquitin promoter, a rice-derived actin promoter, a tobacco-derived PR protein promoter, and the like.

「ターミネーター」は、前記プロモーターにより転写された遺伝子の転写を終結できる配列であればよい。具体例としては、ノパリン合成酵素遺伝子のターミネーター(Tnos)、カリフラワーモザイクウイルスポリAターミネーター等が挙げられる。   The “terminator” may be any sequence that can terminate the transcription of the gene transcribed by the promoter. Specific examples include nopaline synthase gene terminator (Tnos) and cauliflower mosaic virus poly A terminator.

「エンハンサー」は、目的遺伝子の発現効率を高めるために用いられ、例えばCaMV35Sプロモーター内の上流側の配列を含むエンハンサー領域が好適である。   The “enhancer” is used to increase the expression efficiency of the target gene. For example, an enhancer region containing an upstream sequence in the CaMV35S promoter is preferable.

(2)矮小化形質転換植物の作製
本発明の矮小化形質転換植物は、前記矮小化遺伝子又はそれを含む組換えベクターを、目的遺伝子が発現し得るように宿主中に導入することにより得ることができる。形質転換植物(トランスジェニック植物)は以下のようにして得ることができる。
(2) Production of Dwarfed Transformed Plant The dwarfed transformed plant of the present invention is obtained by introducing the dwarfed gene or a recombinant vector containing the same into a host so that the target gene can be expressed. Can do. A transformed plant (transgenic plant) can be obtained as follows.

本発明における形質転換の対象は、植物組織(例えば表皮、師部、柔組織、木部、維管束等、植物器官(例えば葉、花弁、茎、根、種子等)を含む)又は植物細胞である。   The subject of transformation in the present invention is a plant tissue (e.g. epidermis, phloem, soft tissue, xylem, vascular bundle, etc., including plant organs (e.g. leaves, petals, stems, roots, seeds, etc.)) or plant cells. is there.

形質転換に用いられる植物としては、双子葉植物、単子葉植物、例えばアブラナ科、イネ科、ナス科、マメ科等に属する植物(下記参照)が挙げられるが、これらの植物に限定されるものではない。
アブラナ科:シロイヌナズナ(Arabidopsis thaliana)、アブラナ、キャベツ、ハクサイ(Brassica)など。
ナス科:タバコ(Nicotiana tabacum)、ナス、ジャガイモ(Solaneum)、トマト(Lycopersicon)、トウガラシ(Capsicum)など。
バラ科:バラ(Rosa)、イチゴ(Fragaria)、サクラ(Prunus)、リンゴ(Malus)など。
キク科:キク(Chrysanthemum)、ヒマワリ(Helianthus)など。
ナデシコ科:カーネーション(Dianthus caryophyllus)など。
イネ科:トウモロコシ(Zea mays)、イネ(Oryza sativa)、オオムギ(Hordeum)、コムギ(Triticum)など。
ラン科:カトレア(Cattleya)、コチョウラン(Phalaenopsis)など。
ユリ科:チューリップ(Tulipa)など。
マメ科:ダイズ(Glycine max)、エンドウ(Pisum)、ソラマメ(Vicia)、フジ(Wisteria)など。
Plants used for transformation include dicotyledonous plants and monocotyledonous plants, for example, plants belonging to the family Brassicaceae, Gramineae, Solanum, Legumes (see below), but are limited to these plants is not.
Brassicaceae: Arabidopsis thaliana , rape, cabbage, brassica, etc.
Solanum : Nicotiana tabacum , eggplant, potato ( Solaneum ), tomato ( Lycopersicon ), capsicum ( Capsicum ), etc.
Rosaceae: Rose ( Rosa ), Strawberry ( Fragaria ), Sakura ( Prunus ), Apple ( Malus ), etc.
Asteraceae: Chrysanthemum , sunflower ( Helianthus ), etc.
Dianthus : Carnation ( Dianthus caryophyllus ).
Gramineae: corn ( Zea mays ), rice ( Oryza sativa ), barley ( Hordeum ), wheat ( Triticum ), etc.
Orchidaceae: Cattleya (Cattleya), such as the moth orchid (Phalaenopsis).
Lily family: Tulipa, etc.
Legumes: Soybean ( Glycine max ), Pea ( Pisum ), Broad bean ( Vicia ), Fuji ( Wisteria ), etc.

前記矮小化遺伝子又は組換えベクターを植物中に導入する方法としては、アグロバクテリウム法、PEG-リン酸カルシウム法、エレクトロポレーション法、リポソーム法、パーティクルガン法、マイクロインジェクション法等が挙げられる。例えばアグロバクテリウム法を用いる場合は、プロトプラストを用いる場合と組織片を用いる場合がある。プロトプラストを用いる場合は、Tiプラスミドをもつアグロバクテリウムと共存培養する方法、スフェロプラスト化したアグロバクテリウムと融合する方法(スフェロプラスト法)、組織片を用いる場合は、リーフディスクにより対象植物の無菌培養葉片に感染させる方法(リーフディスク法)やカルス(未分化培養細胞)に感染させる等により行うことができる。また、単子葉植物のアグロバクテリウム法による形質転換には、アセトシリンゴンが形質転換率を高めるのに使用できる。   Examples of the method for introducing the dwarfing gene or the recombinant vector into the plant include an Agrobacterium method, a PEG-calcium phosphate method, an electroporation method, a liposome method, a particle gun method, and a microinjection method. For example, when the Agrobacterium method is used, a protoplast may be used or a tissue piece may be used. When using protoplasts, co-culture with Agrobacterium with Ti plasmid, fusing with spheroplasted Agrobacterium (spheroplast method), or when using tissue pieces, use leaf disc for target plant The method can be carried out by infecting a sterile cultured leaf piece (leaf disc method) or infecting callus (undifferentiated cultured cells). In addition, for transformation of monocotyledonous plants by the Agrobacterium method, acetosyringone can be used to increase the transformation rate.

遺伝子が植物に組み込まれたか否かの確認は、PCR法、サザンハイブリダイゼーション法、ノーザンハイブリダイゼーション法、in situハイブリダイゼーション等により行うことができる。例えば、形質転換植物からDNAを調製し、DNA特異的プライマーを設計してPCRを行う。PCRを行った後は、増幅産物についてアガロースゲル電気泳動、ポリアクリルアミドゲル電気泳動又はキャピラリー電気泳動等を行い、臭化エチジウム、SYBR Green液等により染色し、そして増幅産物を1本のバンドとして検出することにより、形質転換されたことを確認することができる。また、予め蛍光色素等により標識したプライマーを用いてPCRを行い、増幅産物を検出することもできる。さらに、マイクロプレート等の固相に増幅産物を結合させ、蛍光又は酵素反応等により増幅産物を確認する方法でもよい。   Whether or not a gene has been incorporated into a plant can be confirmed by PCR, Southern hybridization, Northern hybridization, in situ hybridization, or the like. For example, DNA is prepared from a transformed plant, PCR is performed by designing DNA-specific primers. After PCR, the amplified product is subjected to agarose gel electrophoresis, polyacrylamide gel electrophoresis, capillary electrophoresis, etc., stained with ethidium bromide, SYBR Green solution, etc., and the amplified product is detected as a single band. By doing so, it can confirm that it transformed. Moreover, PCR can be performed using a primer previously labeled with a fluorescent dye or the like to detect an amplification product. Furthermore, the amplification product may be bound to a solid phase such as a microplate, and the amplification product may be confirmed by fluorescence or enzymatic reaction.

形質転換の結果得られる腫瘍組織やシュート、毛状根などは、そのまま細胞培養、組織培養又は器官培養に用いることが可能であり、また従来知られている植物組織培養法を用い、適当な濃度の植物ホルモン(オーキシン、サイトカイニン、ジベレリン、アブシジン酸、エチレン、ブラシノライド等)の投与などにより植物体に再生させることができる。植物体の再生は、一般的には、適当な種類のオーキシンとサイトカイニンを混ぜた培地の上で根を分化させてから、サイトカイニンを多く含む培地に移植させシュートを分化させた後にホルモンを含まない土壌に移植することによって行う。   Tumor tissue, shoots, hairy roots, and the like obtained as a result of transformation can be used as they are for cell culture, tissue culture or organ culture, and can be used at an appropriate concentration using a conventionally known plant tissue culture method. Of plant hormones (auxin, cytokinin, gibberellin, abscisic acid, ethylene, brassinolide, etc.). Plant regeneration generally does not include hormones after roots are differentiated on a medium mixed with appropriate types of auxin and cytokinin, then transplanted to a medium rich in cytokinin and differentiated into shoots This is done by transplanting to the soil.

このようにしてAt1g66820などの矮小化遺伝子が導入された形質転換植物は、矮小の表現型を示す。At1g66820の遺伝子が導入されたシロイヌナズナは、節間が短い表現型も示す。   Thus transformed plants into which a dwarfing gene such as At1g66820 has been introduced show a dwarf phenotype. Arabidopsis thaliana introduced with the At1g66820 gene also exhibits a phenotype with short internodes.

なお、本明細書における「表現型」という用語は、「表現形質」と同義で用いる。これらは、容易に観察または測定できる植物の形態学的特徴を意味する。   In this specification, the term “phenotype” is used synonymously with “phenotype”. These refer to plant morphological features that can be easily observed or measured.

矮小の表現形質は、台風などの自然環境による被害(風害等)にさらされても、植物が倒れる可能性が減るなどの利点がある。また、鑑賞用植物において消費者の好みに合った小型の植物を提供できる。   The dwarf phenotype has the advantage of reducing the possibility of plants falling even when exposed to damage (wind damage, etc.) caused by natural environments such as typhoons. In addition, it is possible to provide a small plant that suits the consumer's preference as an ornamental plant.

4.植物の矮小化方法
本発明によれば、形質転換植物において、植物矮小化遺伝子を過剰発現させて矮小化を誘導することを含む、植物の矮小化方法が提供される。
4). Plant Dwarfing Method According to the present invention, there is provided a plant dwarfing method comprising inducing a dwarfing in a transformed plant by overexpressing a plant dwarfing gene.

矮小化遺伝子を過剰発現させる方法は、例えば、成長期の植物に対し物質投与、環境ストレス付与などがある。誘導プロモーターの場合、化学物質(ステロイドやアルコールなど)投与、或いは温度、乾燥などのストレス誘導プロモーターの場合、それぞれに応じた物理的ストレスが誘導条件になる。   Methods for overexpressing the dwarfing gene include, for example, substance administration and environmental stress application to growing plants. In the case of an inducible promoter, in the case of a stress-inducible promoter such as administration of a chemical substance (steroid, alcohol, etc.) or temperature, drying, etc., physical stress corresponding to each becomes an inducing condition.

以下、実施例により本発明を更に具体的に説明するが、これらの実施例は本発明を限定するものではない。
1.方法
(1)標準化完全長cDNA及びマーカー遺伝子から構成されるcDNA混合物の調製
シロイヌナズナ(Arabidopsis thaliana Columbia株)完全長cDNAライブラリーを次の2つのベクターを用いて構築した。ライブラリーRAFL2〜RAFL6(RAFL:RIKEN Arabidopsis full-length cDNA clone)にはベクターLambda Zap II (Stratagene, La Jolla, USA)を、ライブラリーRAFL7〜RAFL11にはベクターLambda FLC-1-B (Stratagene, La Jolla, USA)を用いた。
EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples, but these examples do not limit the present invention.
1. Method (1) Preparation of cDNA mixture composed of standardized full-length cDNA and marker gene An Arabidopsis thaliana Columbia full-length cDNA library was constructed using the following two vectors. The library RAFL2 to RAFL6 (RAFL: RIKEN Arabidopsis full-length cDNA clone) contains the vector Lambda Zap II (Stratagene, La Jolla, USA), and the library RAFL7 to RAFL11 contains the vector Lambda FLC-1-B (Stratagene, La Jolla, USA).

これらのライブラリーからのクローンをシングルパスシーケンスして(Sekiら, 2002, Plant J, 31, 279-92)、重複しないクローンを選択し、各クローンについて平均最終濃度が14ng/mlの約15,000cDNAから成る完全長cDNA混合物を調製した。   Single-pass sequencing clones from these libraries (Seki et al., 2002, Plant J, 31, 279-92) to select non-overlapping clones and approximately 15,000 cDNA with an average final concentration of 14 ng / ml for each clone A full-length cDNA mixture consisting of was prepared.

これらのクローンの約3分の1は、ある重複したcDNAを含んでいることをRAFL clone sequencing project (Yamadaら, 2003, Science 31 October 2003:Vol. 302. no. 5646, pp. 842 - 846)からわかっていたので、このクローン混合物は約10,000の重複しない完全長cDNAから成ることになる。   About one-third of these clones contain certain duplicated cDNAs that RAFL clone sequencing project (Yamada et al., 2003, Science 31 October 2003: Vol. 302.no. 5646, pp. 842-846) This clone mix will consist of approximately 10,000 non-overlapping full-length cDNAs.

RAFL2及びRAFL3ライブラリー(全部で1,623クローンに対応)におけるSfiIクローニング部位に対する完全長cDNAの向きは、RAFLクローンの残りのSfiIクローニング部位と反対向きであった。表現型スクリーニングのための内部標準とするために、オーキシン合成(tms1, iaaM) (Comaiら, 1982, J Bacteriol, 149, 40-6;Klee ら, 1984, Proc Natl Acad Sci USA, 81, 1728-32)、オーキシン感受性 (rolB) (Furnerら, 1986, Nature, 319, 422-427)、及びサイトカイン合成(tmr) (Lichtensteinら, 1984, J Nol Appl Genet, 2, 354-62)に関連する4つの細菌遺伝子をPCRにて増幅し、pBluescript-由来ベクターのSfiI部位にクローニングした。各対照プラスミドを別々に完全長cDNA 混合物に30 ng/mlの濃度で加えた。増幅に用いる対照遺伝子のDNA鋳型およびPCRプライマーは以下のとおりである。
pT281 (tms1):
5’-AGAGGCCAAATCGGCCATGTCAGCTTCACCTCTCCTT-3’ (配列番号3)
5’-AGAGGCCCTTATGGCCCTAATTTCTAGTGCGGTAGTTAT-3’ (配列番号4)
pCP3 (iaaM):
5’-AGAGGCCAAATCGGCCATGTATGACCATTTTAATTCACCC-3’ (配列番号5)
5’-AGAGGCCCTTATGGCCCTAATAGCGATAGGAGGCGTTG-3’ (配列番号6)
pLJ-1 (rolB):
5’-TCCTCTAGAGGCCAAATCGGCCATGGATCCCAAATTGCTATTCCT-3’ (配列番号7)
5’-TGATCTAGAGGCCCTTATGGCCTTAGGCTTCTTTCTTCAGGTTTA-3’ (配列番号8)
pT281 (tmr):
5’-AGAGGCCAAATCGGCCATGGACCTGCATCTAATTTTCG-3’ (配列番号9)
5’-AGAGGCCCTTATGGCCCCTAATACATTCCGAACGGATGA-3’ (配列番号10)
The orientation of the full length cDNA relative to the SfiI cloning site in the RAFL2 and RAFL3 libraries (corresponding to a total of 1,623 clones) was opposite to the remaining SfiI cloning site of the RAFL clone. Auxin synthesis (tms1, iaaM) (Comai et al., 1982, J Bacteriol, 149, 40-6; Klee et al., 1984, Proc Natl Acad Sci USA, 81, 1728- 32), 4 related to auxin sensitivity (rolB) (Furner et al., 1986, Nature, 319, 422-427) and cytokine synthesis (tmr) (Lichtenstein et al., 1984, J Nol Appl Genet, 2, 354-62). Two bacterial genes were amplified by PCR and cloned into the SfiI site of the pBluescript-derived vector. Each control plasmid was added separately to the full-length cDNA mixture at a concentration of 30 ng / ml. The DNA template and PCR primer of the control gene used for amplification are as follows.
pT281 (tms1):
5'-AGAGGCCAAATCGGCCATGTCAGCTTCACCTCTCCTT-3 '(SEQ ID NO: 3)
5'-AGAGGCCCTTATGGCCCTAATTTCTAGTGCGGTAGTTAT-3 '(SEQ ID NO: 4)
pCP3 (iaaM):
5'-AGAGGCCAAATCGGCCATGTATGACCATTTTAATTCACCC-3 '(SEQ ID NO: 5)
5'-AGAGGCCCTTATGGCCCTAATAGCGATAGGAGGCGTTG-3 '(SEQ ID NO: 6)
pLJ-1 (rolB):
5'-TCCTCTAGAGGCCAAATCGGCCATGGATCCCAAATTGCTATTCCT-3 '(SEQ ID NO: 7)
5'-TGATCTAGAGGCCCTTATGGCCTTAGGCTTCTTTCTTCAGGTTTA-3 '(SEQ ID NO: 8)
pT281 (tmr):
5'-AGAGGCCAAATCGGCCATGGACCTGCATCTAATTTTCG-3 '(SEQ ID NO: 9)
5'-AGAGGCCCTTATGGCCCCTAATACATTCCGAACGGATGA-3 '(SEQ ID NO: 10)

(2)標準化完全長cDNAのアグロバクテリウムライブラリーの調製
前記(1)で調製したcDNA混合物をSfiI(Takara Bio)で消化し、アグロバクテリウムバイナリーベクターpBIG2113SFのSfiI部位にT4リガーゼ(New England BioLabs, Beverly, USA)を用いてクローニングした。pBIG2113SFベクターはpBIG2113N(Tajiら, 2002, Plant J, 29, 417-26)を由来とし、完全長cDNAが35Sプロモーターに対してセンス方向に挿入されるように2つのSfiI部位をpBIG2113NのXbaI部位に挿入した。
(2) Preparation of standardized full-length cDNA Agrobacterium library The cDNA mixture prepared in (1) above was digested with SfiI (Takara Bio), and T4 ligase (New England BioLabs) was added to the SfiI site of the Agrobacterium binary vector pBIG2113SF. , Beverly, USA). The pBIG2113SF vector is derived from pBIG2113N (Taji et al., 2002, Plant J, 29, 417-26), with two SfiI sites in the XbaI site of pBIG2113N so that the full-length cDNA is inserted in the sense orientation relative to the 35S promoter. Inserted.

図1(a)にバイナリーベクターの例を示す。ElはCaMV 35Sプロモーターの5’-上流配列(-419から-90)、P35SはCaMV 35Sプロモーター(-90から-1)、ΩはTMVの5’-上流配列、NOS-TはTiプラスミドのノパリン合成遺伝子のポリアデニル化シグナル、Hygはハイグロマイシン耐性遺伝子を示す。矢印は、cDNAを回収するのに使用されるGS4プライマーとGS6プライマーの位置を示す。LBはレフトボーダー、RBはライトボーダーを示す。   FIG. 1 (a) shows an example of a binary vector. El is the 5'-upstream sequence of the CaMV 35S promoter (-419 to -90), P35S is the CaMV 35S promoter (-90 to -1), Ω is the 5'-upstream sequence of TMV, NOS-T is the nopaline of Ti plasmid The polyadenylation signal of the synthetic gene, Hyg, indicates a hygromycin resistance gene. The arrows indicate the position of the GS4 and GS6 primers used to recover the cDNA. LB indicates a left border and RB indicates a right border.

ライゲーションは、バイナリーベクターに対して6倍モル過剰量のpBluescriptで組み立て、そのライゲーション産物でE. coli DH10B (Invitrogen)をエレクトロポレーション法によって形質転換し、コロニーを混合してプラスミドライブラリーを単離した。   Ligation was assembled with a 6-fold molar excess of pBluescript over the binary vector, E. coli DH10B (Invitrogen) was transformed with the ligation product by electroporation, colonies were mixed, and the plasmid library was isolated. did.

アグロバクテリウムGV3101を、プラスミドライブラリーでエレクトロポレーションによって形質転換し、生じた細菌コロニーを混合してアグロバクテリウムライブラリーを調製した。   Agrobacterium GV3101 was transformed by electroporation with a plasmid library, and the resulting bacterial colonies were mixed to prepare an Agrobacterium library.

(3)形質転換及び植物の生育
形質転換及び植物の生育は、既報(Ichikawaら, 2003, Plant J, 36, 421-429)に記載されている。
(3) Transformation and plant growth Transformation and plant growth are described in a previous report (Ichikawa et al., 2003, Plant J, 36, 421-429).

短い野生型シロイヌナズナ(Col-0)及び形質転換株をcultivation container system (Arasystem, Gent, Belgium)で長日条件(16時間明期、8時間暗期)下で22℃にて生育させた。野生型植物を、アグロバクテリウムライブラリーを用いてフローラルディッピング法(Cloughら, 1998, Plant J, 16, 735-43)により形質転換した。   Short wild-type Arabidopsis thaliana (Col-0) and transformants were grown at 22 ° C under long-day conditions (16 hours light period, 8 hours dark period) in a cultivation container system (Arasystem, Gent, Belgium). Wild type plants were transformed by the floral dipping method (Clough et al., 1998, Plant J, 16, 735-43) using an Agrobacterium library.

ハイグロマイシン耐性T1苗を50 mg/lハイグロマイシンを含む基本寒天培地(BAM)上で7日間選択し、土壌に移した(Nakazawaら, 2003, Biotechniques, 34, 28-30)。目に見える表現型(例えば、成長率、植物体の色、開花期、稔性の変化等)をスコアし、表現型(FT1P)を示す全ての植物を新しいArasystemトレイに移し、更に観察した。
DNA分析のために、ロゼット葉か花のいずれかを全FT1P植物から採取した。
Hygromycin resistance T 1 seedlings were selected on basic agar medium (BAM) 7 days containing 50 mg / l hygromycin, transferred to soil (Nakazawa et al., 2003, Biotechniques, 34, 28-30 ). Visible phenotypes (eg, growth rate, plant color, flowering period, fertility change, etc.) were scored and all plants exhibiting the phenotype (FT1P) were transferred to a new Arasystem tray for further observation.
For DNA analysis, either rosette leaves or flowers were collected from all FT1P plants.

(4)DNAゲルブロット分析及びハイグロマイシン耐性試験
サザンブロッティングは、既報(Meyerら, 1995, Mol Gen Genet, 249, 265-73)に従って実施した。20系統を無作為に選んで、T2植物を前記(3)植物材料及び植物の生育に記載したように、3週間土壌生育させた。1系統につき3つの植物体から葉を採取し、液体窒素内でホモジナイズした。
(4) DNA gel blot analysis and hygromycin resistance test Southern blotting was performed according to a previous report (Meyer et al., 1995, Mol Gen Genet, 249, 265-73). Twenty lines were randomly selected and T 2 plants were grown for 3 weeks as described in (3) Plant material and plant growth. Leaves were collected from 3 plants per line and homogenized in liquid nitrogen.

ゲノムDNAをDNeasy plant mini kit (Qiagen, Tokyo, Japan)を用い、指示書に従って単離した。ハイグロマイシン耐性遺伝子の部分を含むpBIG2113SFから増幅した0.5 kb PCR 断片をDIG DNA Labeling Mix (F. Hoffmann-La Roche, Basel, Switzerland)を用いて標識した。   Genomic DNA was isolated using DNeasy plant mini kit (Qiagen, Tokyo, Japan) according to the instructions. A 0.5 kb PCR fragment amplified from pBIG2113SF containing the hygromycin resistance gene portion was labeled with DIG DNA Labeling Mix (F. Hoffmann-La Roche, Basel, Switzerland).

DNA鋳型用PCR プライマーとして以下のものを用いた。
HN: 5’-ATGAAAAAGCCTGAACTCACCG-3’ (配列番号11)
HC: 5’-TCGAGAGCCTGCGCGACG-3’ (配列番号12)
The following were used as PCR primers for DNA templates.
HN: 5'-ATGAAAAAGCCTGAACTCACCG-3 '(SEQ ID NO: 11)
HC: 5'-TCGAGAGCCTGCGCGACG-3 '(SEQ ID NO: 12)

ハイブリダイゼーションは、溶液(5XSSC, 50 % ホルムアミド, 0.1 % N-ラウロイルサルコシン, 0.02 % SDS, 2 % ブロッキング試薬(F. Hoffmann-La Roche, Basel, Switzerland))を用いてプローブ濃度を5 ng/ml、44℃にて行い、第2洗浄を0.1XSSC, 0.1 % SDSの溶液を用いて行う以外は、指示書に従った。   Hybridization was performed using a solution (5XSSC, 50% formamide, 0.1% N-lauroylsarcosine, 0.02% SDS, 2% blocking reagent (F. Hoffmann-La Roche, Basel, Switzerland)) at a probe concentration of 5 ng / ml. The procedure was followed except that the second washing was performed using a solution of 0.1XSSC and 0.1% SDS at 44 ° C.

化学発光は、ハイブリダイゼーション膜をDIG Nucleic Acid Detection Kit (F. Hoffmann-La Roche, Basel, Switzerland)にて処理した後、LumiVisionPRO (Aisin)によって検出した。   Chemiluminescence was detected by LumiVisionPRO (Aisin) after treating the hybridization membrane with DIG Nucleic Acid Detection Kit (F. Hoffmann-La Roche, Basel, Switzerland).

ハイグロマイシン耐性を調べるために、FT1P系統から得られた平均40個の種子をハイグロマイシン含有BAM培地に播いた。発芽10日後、播いた種子あたりの耐性苗の数を計測した。   To examine hygromycin resistance, an average of 40 seeds obtained from the FT1P line were sown in a hygromycin-containing BAM medium. Ten days after germination, the number of resistant seedlings per seed sowed was counted.

(5)FT1P植物からの完全長cDNAの増幅とクローニング
ロゼット葉又は花の約200mg(生体量)を採取した。
5つのセラミック粒(CERAMICS YTZ ball, D: 2.3 mm, Nikkato, Japan)及び300μlの溶解バッファーを植物材料に加え、Shake Master (Shake Master ver.1.0, Bio Medical Science, Tokyo, Japan)を用いてホモジナイズした。ゲノムDNAをWizard Magnetic 96 DNA Plant System (Promega, Tokyo, Japan)を用いて抽出した。ワークステーションシステム (Tecan genesis workstation150, Tecan, Tokyo, Japan)を導入して抽出キットに記載されている抽出プロトコールを実行した。
(5) Amplification and cloning of full-length cDNA from FT1P plant Approximately 200 mg (biomass) of rosette leaves or flowers were collected.
Five ceramic grains (CERAMICS YTZ ball, D: 2.3 mm, Nikkato, Japan) and 300 μl lysis buffer are added to the plant material and homogenized using Shake Master (Shake Master ver.1.0, Bio Medical Science, Tokyo, Japan). did. Genomic DNA was extracted using the Wizard Magnetic 96 DNA Plant System (Promega, Tokyo, Japan). A workstation system (Tecan genesis workstation 150, Tecan, Tokyo, Japan) was introduced to carry out the extraction protocol described in the extraction kit.

Gatewayベクターへのクローニングの際にはcDNA PCRに以下のプライマーを用いた。
B1GS7:5’-GGGGACAAGTTTGTACAAAAAAGCAGGCTCTAGAGGCCCTTATGGCCG-3’ (配列番号13)
B2GS8:5’-GGGGACCACTTTGTACAAGAAAGCTGGGTTCGAGTTAATTAAATTAATCCCCC-3’ (配列番号14)
When cloning into the Gateway vector, the following primers were used for cDNA PCR.
B1GS7: 5'-GGGGACAAGTTTGTACAAAAAAGCAGGCTCTAGAGGCCCTTATGGCCG-3 '(SEQ ID NO: 13)
B2GS8: 5'-GGGGACCACTTTGTACAAGAAAGCTGGGTTCGAGTTAATTAAATTAATCCCCC-3 '(SEQ ID NO: 14)

pBIG2113SF ベクターへのクローニングの際には以下のプライマーペアを用いた:
GS4: 5’-ACATTCTACAACTACATCTAGAGG-3’ (配列番号15)
GS6: 5’-CGGCCGCCCCGGGGATC-3’ (配列番号16)
The following primer pairs were used for cloning into the pBIG2113SF vector:
GS4: 5'-ACATTCTACAACTACATCTAGAGG-3 '(SEQ ID NO: 15)
GS6: 5'-CGGCCGCCCCGGGGATC-3 '(SEQ ID NO: 16)

短い断片に対するPCR条件は、94℃30秒変性、62℃30秒アニーリング、72℃120秒伸長とした。長い断片に対するPCR条件は、94℃30秒変性、58℃30秒アニーリング、68℃180秒伸長とした。両ケースとも、反応前にDNAを8分間95℃にて変性した。   PCR conditions for short fragments were 94 ° C for 30 seconds denaturation, 62 ° C for 30 seconds annealing, 72 ° C for 120 seconds extension. The PCR conditions for the long fragment were 94 ° C for 30 seconds denaturation, 58 ° C for 30 seconds annealing, and 68 ° C for 180 seconds extension. In both cases, the DNA was denatured at 95 ° C. for 8 minutes before the reaction.

(6)PCR断片の発現ベクターへのクローニング及び配列決定
GatewayベクターPCR断片をまずBP clonaseによって指示書に従ってpDONR-207 ベクターにクローニングし(Invitrogen, Carlsbad, USA)、挿入した完全長cDNA 断片を下記のattL1およびattL2 プライマーを用いて配列決定した。
attL1: 5’-TCGCGTTAACGCTAGCATGGATCTC-3’ (配列番号17)
attL2: 5’-GTAACATCAGAGATTTTGAGACAC-3’ (配列番号18)
(6) Cloning and sequencing of PCR fragments into expression vectors
The Gateway vector PCR fragment was first cloned into the pDONR-207 vector with BP clonase (Invitrogen, Carlsbad, USA) according to the instructions, and the inserted full-length cDNA fragment was sequenced using the following attL1 and attL2 primers.
attL1: 5'-TCGCGTTAACGCTAGCATGGATCTC-3 '(SEQ ID NO: 17)
attL2: 5'-GTAACATCAGAGATTTTGAGACAC-3 '(SEQ ID NO: 18)

pBIG2113SFへのクローニングのために、T1植物からのPCR断片をSfiIで消化し、ベクターのSfiI部位にクローニングした。得られた構築物を、例えばF02347系統の場合、pF02347とした。挿入した完全長cDNA断片をGS6プライマーを用いて配列決定した。 for cloning into PBIG2113SF, the PCR fragment from T 1 plants was digested with SfiI, and cloned into SfiI site of the vector. For example, in the case of the F02347 strain, the obtained construct was designated as pF02347. The inserted full length cDNA fragment was sequenced using GS6 primer.

(7)野生型植物体と矮小化遺伝子の形質転換植物体の比較
F02347系統の植物からゲノムDNAを抽出して、GS4,GS6プライマーを用いて上記の通りcDNAを増幅し、pBIG2113SFへクローニングを行った。この構築物とアグロバクテリアを用いて野生型シロイヌナズナへ導入し、At1g66820遺伝子の形質転換体を作製した。1形質転換体を選び、種を回収し、その子孫を32個体成育させ、播種後1ヶ月たったときの植物の高さを測定した。さらにこの32個体からそれぞれ種を回収し、ハイグロマイシン培地に播種を行い、32個体のうちT-DNAが挿入されていなかった9個体を特定し、T-DNAが挿入されていた23個体と、されていなかった9個体の植物長の比較を行った。
(7) Comparison of wild type plant and dwarfing gene transformed plant
Genomic DNA was extracted from plants of the F02347 strain, cDNA was amplified as described above using GS4 and GS6 primers, and cloned into pBIG2113SF. Using this construct and Agrobacterium, it was introduced into wild-type Arabidopsis thaliana to produce a transformant of At1g66820 gene. One transformant was selected, the seed was recovered, and 32 offspring thereof were grown, and the height of the plant was measured one month after sowing. Furthermore, seeds were collected from each of these 32 individuals, seeded in a hygromycin medium, nine of the 32 individuals that had not been inserted with T-DNA were identified, and 23 individuals that had been inserted with T-DNA, A comparison was made of the plant lengths of nine individuals that were not.

2.結果
(1)約10,000の標準化シロイヌナズナ完全長cDNAを含むアグロバクテリウム発現ライブラリーの構築
シロイヌナズナ完全長cDNAライブラリーを作製するのと同じモル比で約10,000の独立したシロイヌナズナ完全長cDNAを混合した。cDNAは理研のシロイヌナズナ完全長cDNAコレクション由来であり、各cDNAは配列決定されている(Sekiら、2002, Plant J., 31, 279-92)。また、内部標準として、形態的表現型及び不稔を誘発することが知られている4つの細菌の腫瘍遺伝子を混合した。この内部標準は、ライブラリーのcDNA発現量の指標として使用できるが、シロイヌナズナに形質転換後は、腫瘍遺伝子は第2世代で突然変異系統から排除される。tms1 (Kleeら、1984, Proc Natl Acad Sci U S A, 81, 1728-32)、iaaM (Comaiら、1982, J Bacteriol, 149, 40-6)、rolB (Furnerら、1986, Nature, 319, 422-427)及びtmr (Lichtensteinら、1984, J Mol Appl Genet, 2, 354-62)を使用した。これらの腫瘍遺伝子は多くの植物の形態に劇的影響を持つことが知られている。これら4つの腫瘍遺伝子を、個々の完全長cDNAに対してモル比で約2倍量を添加すると、約7,500のcDNAクローン毎に1つ、各腫瘍遺伝子が出現すると予測される。
2. Results (1) Construction of an Agrobacterium expression library containing about 10,000 standardized Arabidopsis full-length cDNAs About 10,000 independent Arabidopsis full-length cDNAs were mixed in the same molar ratio as to create an Arabidopsis full-length cDNA library. The cDNA is derived from Riken's Arabidopsis full-length cDNA collection, and each cDNA has been sequenced (Seki et al., 2002, Plant J., 31, 279-92). Also, as an internal standard, four bacterial oncogenes known to induce morphological phenotype and sterility were mixed. This internal standard can be used as an indicator of library cDNA expression, but after transformation into Arabidopsis, the oncogene is excluded from the mutant line in the second generation. tms1 (Klee et al., 1984, Proc Natl Acad Sci USA, 81, 1728-32), iaaM (Comai et al., 1982, J Bacteriol, 149, 40-6), rolB (Furner et al., 1986, Nature, 319, 422- 427) and tmr (Lichtenstein et al., 1984, J Mol Appl Genet, 2, 354-62). These oncogenes are known to have dramatic effects on the morphology of many plants. When these four oncogenes are added in an amount of about twice the molar ratio to each full-length cDNA, it is predicted that each oncogene will appear once for every 7,500 cDNA clones.

アグロバクテリウムライブラリー(FOXアグロバクテリウムライブラリー)を作製後、T-DNA特異的プライマーを設計し、ランダムに選択したアグロバクテリウムコロニーから単離したDNAで、PCRを行った。34のアグロバクテリウムコロニーから得られたPCR断片を増幅し、電気泳動を行ったところ、20コロニーが単鎖cDNA構築物を含み、11コロニーが2つの異なるcDNA構築物を含み、1コロニーが3つの異なるcDNA構築物を含み、2コロニーが空のベクターを含んでいた(図1(b))。図1(b)のレーン1,2,5,6,7,9,10,13,15,17,19及び22で、複数のバンドが増幅されたことが示された(レーンMはLambda/HindIIIマーカー)。   After preparing an Agrobacterium library (FOX Agrobacterium library), T-DNA specific primers were designed, and PCR was performed with DNA isolated from randomly selected Agrobacterium colonies. PCR fragments obtained from 34 Agrobacterium colonies were amplified and subjected to electrophoresis. As a result, 20 colonies contained single-stranded cDNA constructs, 11 colonies contained two different cDNA constructs, and one colony differed from three. Two colonies contained the cDNA construct and an empty vector (FIG. 1 (b)). In FIG. 1 (b), lanes 1, 2, 5, 6, 7, 9, 10, 13, 15, 17, 19, and 22 showed that multiple bands were amplified (lane M was Lambda / HindIII marker).

また、これらの45の増幅されたcDNA断片の平均サイズは1.4Kbであり、0.3Kb〜3.0Kbの範囲内であった。45のcDNA断片を配列決定したところ、すべてのcDNAが互いに独立していた。   In addition, the average size of these 45 amplified cDNA fragments was 1.4 Kb, which was in the range of 0.3 Kb to 3.0 Kb. When 45 cDNA fragments were sequenced, all cDNAs were independent of each other.

(2)シロイヌナズナFOX系統の作製
シロイヌナズナFOX系統を作製するために、FOXアグロバクテリウムライブラリーを使用して、シロイヌナズナColumbia-0 (Col-0)生態型を形質転換した。フローラルディッピング法後、T0植物から得られた種子を集め、ハイグロマイシン含有BAMプレート上で選択した(Nakazawaら、2003, Biotechniques, 34, 28-30)。プレートにより発芽1週間以内に形質転換植物が選択されるので、ハイグロマイシン耐性苗を選択するために更に培養をする必要がない。ハイグロマイシン耐性T1苗を、土壌に移植し、15,000を超えるシロイヌナズナ稔性FOX系統を作製した。導入遺伝子の存在を確認するため、24のランダムに選択された植物を、プローブとしてハイグロマイシン遺伝子を用いたマーカー遺伝子の存在についてサザン法で分析した。全ての系統がハイグロマイシン耐性遺伝子を含んでおり、シロイヌナズナFOX系統に平均2.6のT-DNAが挿入されていた。
(2) Production of Arabidopsis FOX strain To produce Arabidopsis FOX strain, Arabidopsis Columbia-0 (Col-0) ecotype was transformed using FOX Agrobacterium library. After floral dipping method, collect seeds obtained from T 0 plants were selected on hygromycin-containing BAM plates (Nakazawa et al., 2003, Biotechniques, 34, 28-30 ). Since the transformed plants are selected within one week of germination by the plate, there is no need to further culture to select hygromycin resistant seedlings. Hygromycin-resistant T 1 seedlings were transplanted into soil to produce over 15,000 Arabidopsis fertile FOX lines. To confirm the presence of the transgene, 24 randomly selected plants were analyzed by the Southern method for the presence of the marker gene using the hygromycin gene as a probe. All strains contained the hygromycin resistance gene, and an average of 2.6 T-DNA was inserted into the Arabidopsis FOX strain.

(3)シロイヌナズナFOX系統の完全長cDNAのサイズ分布及び配列の相違
完全長cDNAが発現ベクターに組み込まれ、そのサイズ分布が平均1.4Kbで、0.3〜3Kbの範囲内であったため、このサイズ分布がシロイヌナズナFOX系統に反映されているかを調べた。
(3) Size distribution and sequence differences of full-length cDNAs of Arabidopsis FOX strains Full-length cDNAs were incorporated into expression vectors, and the average size distribution was 1.4 Kb and was within the range of 0.3 to 3 Kb. It was investigated whether it was reflected in the Arabidopsis FOX strain.

FOX系統で組み込まれたcDNAのサイズ分布とばらつきを調べるため、T-DNA特異的プライマーを使って、ランダムに選択したFOX植物から単離したゲノムDNAでPCRを行った。106の系統でのサイズ分布は、0.3Kb〜4.2Kbの範囲内で、平均1.4Kbであった。図1(c)に、Lamdbaベクターにおいて277のランダムに選択されたRAFL cDNA(白のバー)と比較した、シロイヌナズナFOX植物から増幅された106のRAFL cDNA断片のサイズ分布を示す。分布パターンの類似性をはっきりさせるため、Lambdaベクターから得られた値を2で割り、グラフにプロットした。   To examine the size distribution and variability of cDNA integrated in FOX strains, PCR was performed on genomic DNA isolated from randomly selected FOX plants using T-DNA specific primers. The size distribution in the 106 lines was an average of 1.4 Kb within the range of 0.3 Kb to 4.2 Kb. FIG. 1 (c) shows the size distribution of 106 RAFL cDNA fragments amplified from Arabidopsis FOX plants compared to 277 randomly selected RAFL cDNAs (white bars) in the Lamdba vector. To clarify the similarity of the distribution patterns, the values obtained from the Lambda vector were divided by 2 and plotted on a graph.

これらの系統から増幅されたPCR断片の平均数は、1植物当たり1.2であった。またDNAゲルブロット分析を行ったところ、1系統当たり平均2.6のT-DNAが挿入されていた。しかし、FOX植物からは平均1.2のPCR断片しか回収されなかった。この低いPCR断片回収率は、集団内に空のベクターが存在することよって部分的には説明できるが、主に、T-DNAタンデムまたは逆位反復などの2重のT-DNAの組み込みが生じたことによると考えられる(De Buckら, 1999, Plant J, 20, 295-304; De Neveら, 1997, Plant J, 11, 15-29; Krizkovaら, 1998, Plant J, 16, 673-80)。   The average number of PCR fragments amplified from these lines was 1.2 per plant. When DNA gel blot analysis was performed, an average of 2.6 T-DNA was inserted per strain. However, only an average of 1.2 PCR fragments were recovered from FOX plants. This low PCR fragment recovery can be explained in part by the presence of empty vectors in the population, but mainly results in double T-DNA integration such as T-DNA tandem or inverted repeats. (De Buck et al., 1999, Plant J, 20, 295-304; De Neve et al., 1997, Plant J, 11, 15-29; Krizkova et al., 1998, Plant J, 16, 673-80 ).

cDNAの分布の平均サイズと範囲は、FOXアグロバクテリウムライブラリーで観察されるものと非常に似ており、また277のランダムに選択されたシロイヌナズナ完全長cDNAで観察されるものとも類似していた(図1(c))。   The average size and extent of the distribution of cDNA was very similar to that observed with the FOX Agrobacterium library and similar to that observed with 277 randomly selected Arabidopsis full-length cDNAs (FIG. 1 (c)).

また、40のPCR断片を配列決定したところ、これらは異なる完全長cDNA由来であり、内部標準としてcDNA混合物に添加した細菌腫瘍遺伝子とも同一ではなかった(表1)。   In addition, 40 PCR fragments were sequenced and were derived from different full-length cDNAs and were not identical to the bacterial oncogene added to the cDNA mixture as an internal standard (Table 1).

Figure 2008099637
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(4)シロイヌナズナFOX系統の表現型のモニタリング
15,547のT1 FOX系統を作製する過程で、表現型(成長率、植物の色、開花期、稔性等)をモニターし、表現型が変化した1,487系統を集めた。
(4) Monitoring of Arabidopsis FOX strain phenotype
In the process of producing 15,547 T 1 FOX lines, phenotypes (growth rate, plant color, flowering period, fertility, etc.) were monitored and 1,487 lines with altered phenotypes were collected.

これらの見かけ上の形態的突然変異体系統と、シロイヌナズナのアクチベーションタクド系統に現れた形態的突然変異体と比較したところ、様々なカテゴリーでの突然変異体の分布はほとんど同じであったが、Fox系統の方がずっと強い変異を示した。これはFox系統の効率性を示しており、主に、強力なCaMVプロモーターとノパリン合成(NOS)ターミネーターの制御下で、完全長cDNAが適切に発現することによると考えられる。   Compared to these apparent morphological mutant lines and the morphological mutants that appeared in the Arabidopsis activated tactile lines, the distribution of mutants in various categories was almost the same, The Fox strain showed a much stronger mutation. This indicates the efficiency of the Fox strain, mainly due to the proper expression of full-length cDNA under the control of the strong CaMV promoter and nopaline synthesis (NOS) terminator.

T2世代の突然変異表現型の遺伝率を確認するため、T1世代で現れた117の薄緑色の突然変異系統(表2)を生育し、T2世代の突然変異の表現型を探した。 In order to confirm the T 2 generation mutant phenotype of the heritability of, grown a thin green mutant lines of 117, which appeared in the T 1 generation (Table 2), was looking for a phenotype of T 2 generation of mutation .

Figure 2008099637
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これらの表現型をモニターするために、各20苗ずつ生育した。20苗から優性がはっきりと確立されるのは難しいにもかかわらず、60系統が薄緑色の表現型を示した(即ち、表2でT2表現型率が50%以上示した系統の数が60)。また、40の形態的突然変異体についても調べ、元の突然変異体の表現型を示す7系統を見出した。これはT2世代の導入遺伝子の抑制によるものか、T1FOX植物のうち誤って突然変異体と同定されたものと考えられる。特に矮小化及び葉形の突然変異体は選択プレートから移動した後、環境ストレスにより生じたものと考えられる。 In order to monitor these phenotypes, 20 seedlings were grown each. Although it is difficult to establish a dominant dominance from 20 seedlings, 60 lines showed a light green phenotype (ie, the number of lines with a T 2 phenotype rate of 50% or more in Table 2). 60). We also examined 40 morphological mutants and found 7 lines showing the phenotype of the original mutant. This is either due to T 2 generation transgene inhibition is believed to have been identified as mutant incorrectly among T 1 FOX plants. In particular, dwarf and leaf-shaped mutants are thought to have been caused by environmental stress after moving from the selection plate.

(5)腫瘍遺伝子により生じる形態
内部標準として4つの腫瘍遺伝子tms1、iaaM、rolB及びtmrを、完全長cDNAライブラリーと混合した。iaaM 及び tms1は、それぞれP.syringae 及び A.tumefaciens由来のトリプトファン2-モノオキシゲナーゼをコードし、これらの遺伝子が高発現してオーキシン応答が増強される(Comaiら, 1982, J Bacteriol, 149, 40-6)。rolB は、Agrobacterium rhyzogenesis由来であり、オーキシンに対する感受性に関係している。tmrは、Agrobacterium tumefaciens由来の腫瘍遺伝子であり、サイトカイニンの生合成に機能する。各腫瘍遺伝子を、完全長cDNAと比較して2倍のモル等量の割合で完全長cDNAと混合した。
(5) Morphology caused by oncogenes Four oncogenes tms1, iaaM, rolB and tmr were mixed with the full-length cDNA library as internal standards. iaaM and tms1 encode tryptophan 2-monooxygenase from P. syringae and A. tumefaciens , respectively, and these genes are highly expressed to enhance the auxin response (Comai et al., 1982, J Bacteriol, 149, 40 -6). rolB is derived from Agrobacterium rhyzogenesis and is associated with susceptibility to auxin. tmr is an oncogene derived from Agrobacterium tumefaciens and functions in the biosynthesis of cytokinin. Each oncogene was mixed with full-length cDNA at a molar equivalent ratio of twice that of full-length cDNA.

完全長cDNAの発現量と分布をモニターするため、シロイヌナズナFOX系統における腫瘍遺伝子の出現を調べた。まず、腫瘍遺伝子によって生じた突然変異について形質転換植物の形態をモニターした。形態的表現型を有していたのは2つだけであった。tms1及びiaaMのいずれの場合でもオーキシン応答が増強されるので、これらの遺伝子を含む植物では、頂芽優性と小型の表現型が促進されていた(図2)。これらの形態的な違いは、他の形態的突然変異と非常にはっきりと容易に区別される。図2(a)は、同期間成長させた、iaaM高発現植物と野生型(WT)植物を比較したものである。図2(b)は、iaaM高発現植物の近接写真である。図2(c)は、tms1高発現植物である。   To monitor the expression and distribution of full-length cDNA, the appearance of oncogenes in the Arabidopsis FOX strain was examined. First, the morphology of the transformed plants was monitored for mutations caused by oncogenes. Only two had a morphological phenotype. Since the auxin response was enhanced in both tms1 and iaaM, apical dominance and a small phenotype were promoted in plants containing these genes (FIG. 2). These morphological differences are very clearly and easily distinguished from other morphological mutations. FIG. 2 (a) compares iaaM high expression plants and wild type (WT) plants grown during the same period. FIG. 2 (b) is a close-up photograph of a plant that highly expresses iaaM. FIG. 2 (c) is a plant that highly expresses tms1.

tmrの高発現は、植物苗を致死させたが、rolBの高発現は、はっきりとした表現型を示さなかった。15,547のシロイヌナズナFOX系統のうち、13のtmr1及びiaaMの高発現突然変異体が存在した。見かけ上のこれらの突然変異体は、理論値(15,000のうち4)と比較して高かった。これは、細菌培養における、形質転換されたアグロバクテリアの増殖の差に依存している可能性があると考えられる。前記腫瘍遺伝子の利点の1つは、突然変異体は不稔なので、rolB以外は、次の世代に持ち越されないことである。   High expression of tmr killed plant seedlings, but high expression of rolB did not show a clear phenotype. Among 15,547 Arabidopsis FOX strains, 13 high-expression mutants of tmr1 and iaaM were present. These apparent mutants were higher compared to the theoretical value (4 out of 15,000). This may be due to differences in the growth of transformed Agrobacterium in bacterial culture. One of the advantages of the oncogene is that the mutant is sterile, so other than rolB is not carried over to the next generation.

(6)PCRで再生した完全長cDNAでの再形質転換によるFOX突然変異体の発現
導入された完全長cDNAと突然変異体の表現型との関係を更に明らかにして検討するため、幾つかのFOX突然変異体を様々な形態のカテゴリーから選択した。F00721及びF00745は野生型と比較してゆっくりと成長した(図3(a):野生型、(b):F00721及び(c):F00745)。F01049は濃緑色で下偏生長した葉を有していた(図3(d))。F01310は斑入りの葉を有していた(図3(e))。F02347は成長の非常に早い段階で花をつけ、非常に小さい形態を有していた(図3(f))。F02635は株立ちの植物体で弱い頂芽優性であった(図3(g))。ゲノムPCRで単離された完全長cDNAで再形質転換した後、すべて元の表現型が再現された。対応する遺伝子を表3にまとめた。非常に興味深いのは、表現型を付与する遺伝子に未知の遺伝子が含まれており、その遺伝子の過剰発現によって表現型が生じていることが分かる。
(6) Expression of FOX mutant by retransformation with full-length cDNA regenerated by PCR In order to further clarify and investigate the relationship between the introduced full-length cDNA and mutant phenotype, FOX mutants were selected from various forms of categories. F00721 and F00745 grew more slowly than the wild type (FIG. 3 (a): wild type, (b): F00721 and (c): F00745). F01049 had dark green leaves that were under-balanced growth (FIG. 3 (d)). F01310 had speckled leaves (FIG. 3 (e)). F02347 flowered at a very early stage of growth and had a very small morphology (FIG. 3 (f)). F02635 was a weak plant with a dominant apical bud (Fig. 3 (g)). After retransformation with full-length cDNA isolated by genomic PCR, all the original phenotypes were reproduced. The corresponding genes are summarized in Table 3. Very interestingly, it can be seen that an unknown gene is included in a gene that imparts a phenotype, and the phenotype is generated by overexpression of the gene.

Figure 2008099637
Figure 2008099637

(7)野生型植物体と矮小化遺伝子の形質転換植物体の比較
移植後1ヶ月たった野生型(9個体)は、平均値で37.2cm(標準偏差3.7)に対し、At1g66820遺伝子を導入した形質転換植物(23個体)は13.8cm(標準偏差8.2)であり(図4)、野生型の3分の1近くに矮性化した。
(7) Comparison of wild-type plant and dwarfing gene transformed plant Wild-type (9 individuals) one month after transplantation had an average of 37.2 cm (standard deviation 3.7), and a trait that introduced the At1g66820 gene Converted plants (23 individuals) were 13.8 cm (standard deviation 8.2) (FIG. 4) and dwarfed to about one third of the wild type.

本発明の矮小化形質転換植物は、農業・園芸分野等で応用できる。   The dwarf transformed plant of the present invention can be applied in the fields of agriculture and horticulture.

(a)は、完全長cDNAを導入したバイナリーベクター構築物を示す。(b)は、増幅cDNAの電気泳動像を示す。(c)は、RAFL cDNAのサイズ分布を示す。(a) shows a binary vector construct into which full-length cDNA has been introduced. (b) shows an electrophoresis image of the amplified cDNA. (c) shows the size distribution of RAFL cDNA. シロイヌナズナでの腫瘍遺伝子の高発現表現型又は野生型の表現型を示す。High expression phenotype or wild type phenotype of oncogene in Arabidopsis thaliana (a)は、シロイヌナズナの野生型の表現型を示す。(b)〜(g)は、シロイヌナズナの矮小化に関する系統の表現型を示す。(a) shows the wild-type phenotype of Arabidopsis thaliana. (b)-(g) show the phenotypes of the strains related to Arabidopsis dwarfing. シロイヌナズナの野生型と矮小化遺伝子が導入された形質転換植物の背丈の比較を示す。A comparison of the heights of the wild-type Arabidopsis thaliana and the transformed plant introduced with the dwarfing gene is shown.

Claims (6)

(a)配列番号2に示すアミノ酸配列からなるタンパク質、又は
(b)配列番号2に示す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、置換もしくは付加されたアミノ酸配列からなり、かつ植物体を矮小化させる活性を有するタンパク質
をコードする遺伝子を発現可能に含む、矮小化形質転換植物。
(a) a protein comprising the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2, or
(b) A gene encoding a protein consisting of an amino acid sequence in which one or several amino acids are deleted, substituted or added in the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2 and having an activity of miniaturizing a plant can be expressed. A dwarf transformed plant.
前記遺伝子が、
(c)配列番号1に示す塩基配列からなるDNA、又は
(d)配列番号1に示す塩基配列からなるDNAと相補的な塩基配列からなるDNAとストリンジェントな条件でハイブリダイズし、かつ植物体を矮小化させる活性を有するタンパク質をコードするDNA
を含む、請求項1に記載の形質転換植物。
The gene is
(c) DNA consisting of the base sequence shown in SEQ ID NO: 1, or
(d) a DNA encoding a protein that hybridizes under stringent conditions with a DNA consisting of a base sequence complementary to the DNA consisting of the base sequence shown in SEQ ID NO: 1 and has an activity of dwarfing a plant body
The transformed plant of Claim 1 containing this.
前記植物が、双子葉植物又は単子葉植物である、請求項1又は2に記載の形質転換植物。   The transformed plant according to claim 1, wherein the plant is a dicotyledonous plant or a monocotyledonous plant. 請求項1又は2に定義した遺伝子を植物の組織又は細胞に導入して植物体を再生することを含む、請求項1〜3のいずれか1項に記載の矮小化形質転換植物を作製する方法。   A method for producing a dwarf transformed plant according to any one of claims 1 to 3, comprising regenerating a plant by introducing the gene defined in claim 1 or 2 into a plant tissue or cell. . 前記遺伝子が、それを含む組換えベクターを用いて導入される、請求項4に記載の方法。   The method according to claim 4, wherein the gene is introduced using a recombinant vector containing the gene. 請求項1〜3のいずれか1項に記載の形質転換植物において、請求項1又は2に定義した遺伝子を過剰発現させて矮小化を誘導することを含む、植物の矮小化方法。   A transformed plant according to any one of claims 1 to 3, which comprises overexpressing the gene defined in claim 1 or 2 and inducing dwarfing.
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