JP2008306983A - Gene associated with plant cadmium resistance and method for preparing cadmium-sensitive plant - Google Patents

Gene associated with plant cadmium resistance and method for preparing cadmium-sensitive plant Download PDF

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文之 後藤
Riichi Yoshihara
利一 吉原
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a gene associated with plant cadmium resistance in order to contribute to practical application of purification of soil pollution caused by a heavy metal such as cadmium etc., by using a plant (phytoremediation). <P>SOLUTION: The gene comprises a DNA that is any DNA of (a) a DNA encoding a protein composed of an amino acid sequence represented by sequence number: 1, (b) a DNA encoding a protein composed of an amino acid sequence in which one or several amino acids are substituted, deleted, inserted and/or added in the amino acid sequence represented by the sequence number: 1, (c) a DNA containing a coding region of a base sequence represented by sequence number: 2 or sequence number: 3, and (d) a DNA to be hybridized with a DNA containing the coding region of a base sequence represented by the sequence number: 2 or the sequence number: 3 under a stringent condition, and encodes a protein associated with plant cadmium resistance. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、植物のカドミウム耐性に関与する遺伝子、及び、前記遺伝子を破壊乃至発現抑制することによるカドミウム感受性植物の作出方法に関する。   The present invention relates to a gene involved in cadmium resistance of a plant and a method for producing a cadmium-sensitive plant by destroying or suppressing expression of the gene.

植物を用いて、カドミウム、銅、鉛などの重金属による土壌汚染を浄化(ファイトリメディエーション)する方法は、近年盛んに研究されてきている。しかし、単位面積当りや時間当りに植物が重金属を吸収・無害化できる量は少なく、一部の例外を除けば、本格的な実用化には到達していない。そこで、重金属の吸収・蓄積能力を遺伝子組換えによって増強できるならば、従来の方法を補うことが期待できる。そのためには、まず、重金属の吸収・蓄積能力に関与する遺伝子の単離が求められる。現在までに重金属の耐性・蓄積に関与する因子として、phytocheratin、metallothionein、transporterなどが知られているが、それらの遺伝子を導入した植物では、重金属に対する耐性・蓄積能が増加した場合もあるが、そうでない場合もあり、評価は定まっていない。その理由として、複雑な生理に根ざした重金属の吸収・蓄積の機構は未だ不明な点が多いことや、遺伝子の発現レベル、タンパク質レベルにおける複合的な因子の関与の可能性が挙げられる。このような現状を打破するためには、金属の吸収・蓄積機構の網羅的な解析が有効であると考えられており(非特許文献1参照)、このような研究の進行が望まれているのが現状である。   In recent years, research has been actively conducted on methods for purifying soil contamination (phytomediation) with heavy metals such as cadmium, copper, and lead using plants. However, the amount that plants can absorb and detoxify heavy metals per unit area and per hour is small, and with a few exceptions, full-scale practical use has not been achieved. Thus, if the ability to absorb and accumulate heavy metals can be enhanced by genetic recombination, it can be expected to supplement conventional methods. For this purpose, firstly, the isolation of genes involved in the ability to absorb and accumulate heavy metals is required. To date, phytocheratin, metallothoinin, transporter, etc. are known as factors involved in resistance and accumulation of heavy metals, but in plants into which these genes have been introduced, resistance and accumulation capacity against heavy metals may have increased, It may not be the case and the evaluation is not fixed. The reason for this is that there are still many unclear points regarding the mechanism of absorption and accumulation of heavy metals rooted in complex physiology, and the possibility of the involvement of complex factors at the gene expression level and protein level. In order to overcome such a current situation, it is considered that a comprehensive analysis of metal absorption / accumulation mechanism is effective (see Non-Patent Document 1), and such research is desired to proceed. is the current situation.

Lahner et al.(2003)Nature Biotechnology 21:1215−1221Lahner et al. (2003) Nature Biotechnology 21: 1215-1221.

本発明は、従来における諸問題を解決し、以下の目的を達成することを課題とする。即ち、本発明は、植物を用いた、カドミウム等の重金属による土壌汚染の浄化(ファイトリメディエーション)の実用化に寄与するため、植物のカドミウム耐性に関与する遺伝子を提供することを目的とする。更に、本発明は、前記遺伝子を利用して、カドミウム感受性植物を作出する方法を提供することをも目的とする。   An object of the present invention is to solve various problems in the prior art and achieve the following objects. That is, an object of the present invention is to provide a gene involved in cadmium resistance of plants in order to contribute to the practical use of phytomediation of soil contamination by heavy metals such as cadmium using plants. Furthermore, this invention also aims at providing the method of producing a cadmium sensitive plant using the said gene.

本発明者らは、まず、T−DNAタギング法(Koncz Cら,(1989)Proc Natl Acad Sci USA.86(21):8467−71参照)を用いて、アラビドプシス(シロイヌナズナ)の変異体集団を作製し、その中からカドミウム(Cd)に対して強い感受性を示す変異体を選抜した。次いで、前記変異体において、T−DNAによって破壊された遺伝子の塩基配列を解析することにより、植物のカドミウム耐性に関与する遺伝子を同定し、本発明の完成に至った。
T−DNAタギング法は、T−DNAを外部からゲノム遺伝子へ挿入し、その遺伝子の発現を抑えることにより、遺伝子の機能を推定する方法である。前記方法は、遺伝子とその機能、即ち表現型との相関が明確であるために、有力な方法であり、ひとたび表現型を発見した場合には、その関連の遺伝子をすぐに同定できる利点がある。
また、アラビドプシス(シロイヌナズナ)のゲノムサイズは非常に小さいため、T−DNAタギングによる変異体集団の規模自体を小さくすることができる。そのため、効率よく目的の変異体を選抜することができる点で、有利である。また、アラビドプシスは、既にその全塩基配列が決定されており、T−DNAが挿入されたゲノムのシークエンスを解読することにより、どの遺伝子がT−DNAによって破壊されたかを瞬時に同定することが可能であり、迅速なデータ取得が可能となる点でも有利である。
First, the present inventors used a T-DNA tagging method (see Koncz C et al., (1989) Proc Natl Acad Sci USA. 86 (21): 8467-71) to identify mutant populations of Arabidopsis (Arabidopsis thaliana). A mutant having strong sensitivity to cadmium (Cd) was selected. Next, in the mutant, by analyzing the base sequence of the gene destroyed by T-DNA, a gene involved in cadmium tolerance in plants was identified, and the present invention was completed.
The T-DNA tagging method is a method for estimating the function of a gene by inserting T-DNA from the outside into a genomic gene and suppressing the expression of the gene. The above method is a powerful method because the correlation between a gene and its function, that is, a phenotype is clear, and once a phenotype is found, it has an advantage that a related gene can be immediately identified. .
Moreover, since the genome size of Arabidopsis (Arabidopsis thaliana) is very small, the scale of the mutant population by T-DNA tagging itself can be reduced. Therefore, it is advantageous in that the target mutant can be selected efficiently. In Arabidopsis, the entire base sequence has already been determined. By decoding the sequence of the genome into which T-DNA has been inserted, it is possible to instantly identify which gene has been destroyed by T-DNA. This is also advantageous in that quick data acquisition is possible.

本発明者らにより同定された植物のカドミウム耐性に関与する遺伝子は、従来、トリオースリン酸イソメラーゼ(TPI)をコードする遺伝子として知られていた遺伝子である。TPIは、解糖系においてジヒドロキシアセトンリン酸からグリセルアルデヒド3−リン酸へ異性化する酵素であることが知られているが、カドミウムに対する耐性に関与することは従来知られておらず、本発明者らによる新たな知見である。また、このTPI遺伝子の発現を抑制させることにより、カドミウムに対して強い感受性を示す植物が得られることも本発明者らによる新たな知見であり、これらの知見は、ファイトリメディエーション(植物を用いたカドミウム等の重金属による汚染土壌の浄化)の分野における研究開発に非常に有用であると考えられる。   The gene involved in plant cadmium tolerance identified by the present inventors is a gene conventionally known as a gene encoding triose phosphate isomerase (TPI). TPI is known to be an enzyme that isomerizes from dihydroxyacetone phosphate to glyceraldehyde 3-phosphate in glycolysis, but has not been known to be involved in resistance to cadmium. This is a new finding by the inventors. In addition, it is a new finding by the present inventors that a plant exhibiting a strong sensitivity to cadmium can be obtained by suppressing the expression of the TPI gene. These findings are based on phytomediation (using plants). It is considered to be very useful for research and development in the field of remediation of contaminated soil by heavy metals such as cadmium.

本発明は、本発明者による前記知見に基づくものであり、前記課題を解決するための手段としては、以下の通りである。即ち、
<1> 下記(a)から(d)のいずれかに記載のDNAであり、植物のカドミウムに対する耐性に関与するタンパク質をコードするDNAからなることを特徴とする遺伝子である。
(a)配列番号:1で示されるアミノ酸配列からなるタンパク質をコードするDNA
(b)配列番号:1で示されるアミノ酸配列において1若しくは数個のアミノ酸が置換、欠失、挿入、及び/又は付加したアミノ酸配列からなるタンパク質をコードするDNA
(c)配列番号:2又は配列番号:3で示される塩基配列のコード領域を含むDNA
(d)配列番号:2又は配列番号:3で示される塩基配列のコード領域を含むDNAとストリンジェントな条件下でハイブリダイズするDNA
<2> 植物において、前記<1>に記載の遺伝子を破壊乃至発現抑制することを特徴とするカドミウム感受性植物の作出方法である。
<3> 塩基の置換、欠失及び/又は挿入により、前記<1>に記載の遺伝子を破壊乃至発現抑制する前記<2>に記載のカドミウム感受性植物の作出方法である。
<4> T−DNAの挿入により、前記<1>に記載の遺伝子を破壊乃至発現抑制する前記<2>から<3>のいずれかに記載のカドミウム感受性植物の作出方法である。
<5> 前記<2>から<4>のいずれかに記載のカドミウム感受性植物の作出方法により得られることを特徴とするカドミウム感受性植物である。
<6> 植物がシロイヌナズナである前記<5>に記載のカドミウム感受性植物である。
<7> 前記<1>に記載の遺伝子に、T−DNAが挿入されてなることを特徴とする遺伝子である。
<8> 配列番号:4で示される塩基配列を含む前記<7>に記載の遺伝子である。
This invention is based on the said knowledge by this inventor, and as a means for solving the said subject, it is as follows. That is,
<1> A DNA according to any one of (a) to (d) below, characterized in that it comprises a DNA encoding a protein involved in plant cadmium resistance.
(A) DNA encoding a protein consisting of the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 1
(B) DNA encoding a protein comprising an amino acid sequence in which one or several amino acids are substituted, deleted, inserted, and / or added in the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 1.
(C) DNA containing the coding region of the base sequence represented by SEQ ID NO: 2 or SEQ ID NO: 3
(D) DNA that hybridizes under stringent conditions with DNA containing the coding region of the nucleotide sequence represented by SEQ ID NO: 2 or SEQ ID NO: 3.
<2> A method for producing a cadmium-sensitive plant, wherein the gene according to <1> is destroyed or expression-suppressed in a plant.
<3> The method for producing a cadmium-sensitive plant according to <2>, wherein the gene according to <1> is disrupted or expression is suppressed by base substitution, deletion, and / or insertion.
<4> The method for producing a cadmium-sensitive plant according to any one of <2> to <3>, wherein the gene according to <1> is disrupted or expression is suppressed by inserting T-DNA.
<5> A cadmium-sensitive plant obtained by the method for producing a cadmium-sensitive plant according to any one of <2> to <4>.
<6> The cadmium-sensitive plant according to <5>, wherein the plant is Arabidopsis thaliana.
<7> A gene obtained by inserting T-DNA into the gene according to <1>.
<8> The gene according to <7>, including the base sequence represented by SEQ ID NO: 4.

本発明によれば、従来における諸問題を解決することができ、植物におけるカドミウム耐性に関与する遺伝子を提供することができ、また、前記遺伝子を利用して、カドミウム感受性植物を作出する方法を提供することができる。本発明は、植物を用いた、カドミウム等の重金属による土壌汚染の浄化(ファイトリメディエーション)の実用化に大きく寄与するものである。   According to the present invention, conventional problems can be solved, a gene involved in cadmium resistance in a plant can be provided, and a method for producing a cadmium-sensitive plant using the gene is provided. can do. INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention greatly contributes to the practical use of soil contamination purification (phytomediation) with heavy metals such as cadmium using plants.

(植物のカドミウム耐性に関与する遺伝子)
本発明の遺伝子は、下記(a)から(d)のいずれかに記載のDNAであり、植物のカドミウムに対する耐性に関与するタンパク質をコードするDNAからなることを特徴とする。
(a)配列番号:1で示されるアミノ酸配列からなるタンパク質をコードするDNA
(b)配列番号:1で示されるアミノ酸配列において1若しくは数個のアミノ酸が置換、欠失、挿入、及び/又は付加したアミノ酸配列からなるタンパク質をコードするDNA
(c)配列番号:2又は配列番号:3で示される塩基配列のコード領域を含むDNA
(d)配列番号:2又は配列番号:3で示される塩基配列のコード領域を含むDNAとストリンジェントな条件下でハイブリダイズするDNA
(Gene involved in cadmium tolerance in plants)
The gene of the present invention is the DNA described in any of (a) to (d) below, and is characterized by comprising a DNA encoding a protein involved in plant cadmium resistance.
(A) DNA encoding a protein consisting of the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 1
(B) DNA encoding a protein comprising an amino acid sequence in which one or several amino acids are substituted, deleted, inserted, and / or added in the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 1.
(C) DNA containing the coding region of the base sequence represented by SEQ ID NO: 2 or SEQ ID NO: 3
(D) DNA that hybridizes under stringent conditions with DNA containing the coding region of the nucleotide sequence represented by SEQ ID NO: 2 or SEQ ID NO: 3.

本発明者らは、植物のカドミウム耐性に関与する新規な遺伝子(以下、本明細書中において、単に「遺伝子」と称することがある)を同定した。なお、本発明者らが同定したアラビドプシス(Arabidopsis thaliana:シロイヌナズナ)における前記遺伝子の、タンパク質のアミノ酸配列を配列番号:1に、前記タンパク質をコードするDNAの塩基配列を配列番号:2(ゲノム配列)及び配列番号:3(cDNA配列)に示す。
前記配列番号:1で示されるアミノ酸配列からなるタンパク質は、従来、トリオースリン酸イソメラーゼ(TPI)として知られていたタンパク質である。前記TPIは、解糖系においてジヒドロキシアセトンリン酸からグリセルアルデヒド3−リン酸へ異性化する機能を有する酵素であることが知られている。
The present inventors have identified a novel gene (hereinafter, sometimes simply referred to as “gene”) that is involved in cadmium tolerance in plants. In addition, the amino acid sequence of the protein of the gene in Arabidopsis thaliana identified by the present inventors is SEQ ID NO: 1, and the nucleotide sequence of the DNA encoding the protein is SEQ ID NO: 2 (genomic sequence). And SEQ ID NO: 3 (cDNA sequence).
The protein consisting of the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 1 is a protein conventionally known as triose phosphate isomerase (TPI). The TPI is known to be an enzyme having a function of isomerizing dihydroxyacetone phosphate to glyceraldehyde 3-phosphate in a glycolysis system.

本発明において、前記遺伝子は、それがコードするタンパク質が、植物のカドミウムに対する耐性に関与するものである。ここで、前記「植物のカドミウムに対する耐性に関与する」とは、例えば、前記タンパク質が、植物におけるカドミウムの吸収機構や蓄積機構、カドミウムの無害化機構等に何らかの形で関係をしており、結果として、植物にカドミウムに対する耐性を与えていることをいう。なお、前記植物の種類としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、シロイヌナズナ等のアブラナ科植物、キク科植物、シソ科植物、イネ科植物などが挙げられる。   In the present invention, the gene encoded by the gene is involved in plant resistance to cadmium. Here, the term “involved in plant tolerance to cadmium” means that, for example, the protein is related in some way to the absorption and accumulation mechanisms of cadmium in plants, the detoxification mechanism of cadmium, and the like. It means that the plant is given resistance to cadmium. In addition, there is no restriction | limiting in particular as a kind of said plant, According to the objective, it can select suitably, For example, Brassicaceae plants, such as Arabidopsis thaliana, Asteraceae plant, Labiatae plant, Gramineae plant etc. are mentioned.

前記遺伝子がコードするタンパク質が、植物のカドミウムに対する耐性に関与するか否かは、例えば、植物における前記遺伝子を破壊乃至発現抑制し、前記植物のカドミウムに対する感受性が高まったか否かを検討することによって確認することができる。前記遺伝子を破壊乃至発現抑制する方法としては、特に制限はなく、例えば、後述する本発明のカドミウム感受性植物の作出方法の項目に記載した通りである。また、前記植物のカドミウムに対する感受性の確認方法としても、特に制限はなく、例えば、後述する実施例に記載したような、カドミウム感受性試験等を利用して行うことができる。   Whether or not the protein encoded by the gene is involved in plant tolerance to cadmium is determined by, for example, examining whether or not the plant sensitivity to cadmium is increased by destroying or suppressing expression of the gene in the plant. Can be confirmed. The method for disrupting or suppressing expression of the gene is not particularly limited, and is, for example, as described in the item of the method for producing a cadmium-sensitive plant of the present invention described later. Moreover, there is no restriction | limiting in particular also as the confirmation method of the sensitivity with respect to the cadmium of the said plant, For example, it can carry out using the cadmium sensitivity test etc. which were described in the Example mentioned later.

また、前記遺伝子は、配列番号:1で示されるアミノ酸配列からなるタンパク質と構造的に類似しているタンパク質であり、植物のカドミウムに対する耐性に関与するタンパク質をコードするDNAからなる遺伝子であってもよい。このような遺伝子としては、例えば、前記タンパク質において1又は複数のアミノ酸が置換、欠失、挿入、及び/又は付加したアミノ酸配列からなるタンパク質をコードするDNAからなる遺伝子が挙げられる。ここで、前記「複数のアミノ酸」とは、その数のアミノ酸が置換、欠失、挿入、及び/又は付加されても、前記タンパク質の植物のカドミウムに対する耐性に関与するという特性が維持される限り、特に制限はないが、通常、1〜10アミノ酸以内であり、1〜5アミノ酸以内が好ましく、1〜3アミノ酸以内がより好ましい。また、前記タンパク質において、アミノ酸が置換、欠失、挿入、及び/又は付加され得る領域としても、前記特性が維持される限り、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。   In addition, the gene is a protein that is structurally similar to the protein consisting of the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 1, and may be a gene consisting of DNA encoding a protein involved in plant cadmium resistance. Good. Examples of such a gene include a gene comprising a DNA encoding a protein comprising an amino acid sequence in which one or more amino acids are substituted, deleted, inserted and / or added in the protein. Here, the “plural amino acids” means that even if the number of amino acids is substituted, deleted, inserted, and / or added, the property that the protein is involved in plant resistance to cadmium is maintained. Although there is no particular limitation, it is usually within 1 to 10 amino acids, preferably within 1 to 5 amino acids, and more preferably within 1 to 3 amino acids. In the protein, a region where amino acids can be substituted, deleted, inserted, and / or added is not particularly limited as long as the above characteristics are maintained, and can be appropriately selected according to the purpose.

また、前記遺伝子の形態としては、特に制限はなく、例えば、ゲノムDNA、cDNA、化学合成DNA等が挙げられ、これらのDNAの調製方法としては、特に制限はなく、例えば、ハイブリダイゼーション技術、ポリメラーゼ連鎖反応(PCR)技術、逆転写反応(RT)技術等、当業者に公知の手法を用いて調製することができる。
ゲノムDNAは、例えば、前記遺伝子を有する植物からゲノムDNAを抽出して、ゲノミックライブラリーを作製し、これを展開して、配列番号:2又は配列番号:3に示される塩基配列やゲノム上のその近傍の塩基配列を基に調製したプローブを用いて、コロニーハイブリダイゼーション、或いはプラークハイブリダイゼーション等を行うことにより調製することができる。また、配列番号:2又は配列番号:3に示される塩基配列やゲノム上のその近傍の塩基配列に特異的なプライマーを作製し、これを利用したPCRを行うことによって調製することも可能である。
また、cDNAは、例えば、前記遺伝子を有する植物から抽出したmRNAを基に、cDNAを合成し、配列番号:2又は配列番号:3に示される塩基配列を基に作製したプライマーを用いて、PCR等を行うことにより調製することができる。また、cDNAをλZAP等のベクターに挿入して、cDNAライブラリーを作製し、これを展開して、配列番号:2又は配列番号:3に示される塩基配列を基に作製したプローブを用いて、コロニーハイブリダイゼーション、或いはプラークハイブリダイゼーション等を行うことにより調製することも可能である。
Further, the form of the gene is not particularly limited, and examples thereof include genomic DNA, cDNA, chemically synthesized DNA, etc. The preparation method of these DNAs is not particularly limited, and examples thereof include hybridization techniques, polymerases, and the like. It can be prepared using techniques known to those skilled in the art, such as chain reaction (PCR) technique and reverse transcription reaction (RT) technique.
For genomic DNA, for example, genomic DNA is extracted from a plant having the gene, a genomic library is prepared, and the genomic DNA is developed to obtain the nucleotide sequence shown in SEQ ID NO: 2 or SEQ ID NO: 3 or on the genome. It can be prepared by performing colony hybridization or plaque hybridization using a probe prepared based on the base sequence in the vicinity thereof. It is also possible to prepare a primer specific for the nucleotide sequence shown in SEQ ID NO: 2 or SEQ ID NO: 3 or a neighboring nucleotide sequence on the genome and perform PCR using this primer. .
In addition, for example, cDNA is synthesized based on mRNA extracted from a plant having the gene, and PCR is performed using primers prepared based on the nucleotide sequence shown in SEQ ID NO: 2 or SEQ ID NO: 3. Etc. can be prepared. In addition, cDNA was inserted into a vector such as λZAP to prepare a cDNA library, which was developed, and using a probe prepared based on the base sequence shown in SEQ ID NO: 2 or SEQ ID NO: 3, It can also be prepared by performing colony hybridization or plaque hybridization.

また、このように調製され得る、配列番号:2又は配列番号:3に示される塩基配列のコード領域を含むDNAのみならず、前記DNAとストリンジェントな条件下でハイブリダイズするDNAからなる遺伝子もまた、前記DNAがコードするタンパク質が植物のカドミウムに対する耐性に関与するという特性を維持する限り、本発明の遺伝子に含まれる。
なお、本発明において、「ストリンジェントな条件下」とは、例えば、ナトリウム濃度が、通常、25〜500mMであることをいい、25〜300mMであることが好ましい。また、温度が、通常、42〜68℃であることをいい、42〜65℃であることが好ましい。
このようなストリンジェントな条件下でハイブリダイズするDNAは、それがコードするタンパク質のアミノ酸配列において、配列番号:1に記載のアミノ酸配列と高い相同性を有すると考えられる。ここで、高い相同性とは、アミノ酸配列全体で、少なくとも相同性が70%以上であることをいい、80%以上が好ましく、90%以上が更に好ましく、95%以上が特に好ましい。なお、前記したようなアミノ酸配列又は塩基配列の相同性は、例えば、BLAST(http://www.ddbj.nig.ac.jp/Welcome−j.html)等、当業者に公知の手段を利用して求めることができる。
Further, not only a DNA containing the coding region of the nucleotide sequence shown in SEQ ID NO: 2 or SEQ ID NO: 3 but also a gene comprising a DNA that hybridizes with the DNA under stringent conditions, which can be prepared in this manner. Moreover, as long as the protein encoded by the DNA maintains the characteristic that it is involved in plant tolerance to cadmium, it is included in the gene of the present invention.
In the present invention, “under stringent conditions” means, for example, that the sodium concentration is usually 25 to 500 mM, and preferably 25 to 300 mM. Moreover, it means that temperature is 42-68 degreeC normally, and it is preferable that it is 42-65 degreeC.
DNA that hybridizes under such stringent conditions is considered to have high homology with the amino acid sequence described in SEQ ID NO: 1 in the amino acid sequence of the protein encoded by the DNA. Here, high homology means that the homology is at least 70% or more in the entire amino acid sequence, preferably 80% or more, more preferably 90% or more, and particularly preferably 95% or more. In addition, the homology of the amino acid sequence or the base sequence as described above uses, for example, means known to those skilled in the art, such as BLAST (http://www.ddbj.nig.ac.jp/Welcome-j.html). Can be obtained.

(カドミウム感受性植物の作出方法)
本発明のカドミウム感受性植物の作出方法は、植物において、前記本発明の遺伝子(植物のカドミウム耐性に関与する遺伝子)を破壊乃至発現抑制することを少なくとも含むことを特徴とする。
(Method for producing cadmium-sensitive plants)
The method for producing a cadmium-sensitive plant of the present invention is characterized by at least including destroying or suppressing expression of the gene of the present invention (a gene involved in cadmium resistance of a plant) in the plant.

<遺伝子の破壊乃至発現抑制>
前記本発明の遺伝子はカドミウム耐性に関与するタンパク質をコードしているため、植物において前記遺伝子を破壊乃至発現抑制することによれば、前記植物においてカドミウム耐性に関与するタンパク質が産生されず、或いは産生量が減少し、これにより、植物のカドミウムに対する感受性を高めることができる。なお、前記遺伝子の破壊乃至発現抑制を行う対象となる植物の種類としては、特に制限はなく、作出したいカドミウム感受性植物の種類に応じて適宜決定することができる。
前記遺伝子の破壊乃至発現抑制の方法としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、例えば、前記遺伝子の構造遺伝子領域、或いは調節遺伝子領域に、塩基の置換、欠失、及び/又は挿入を生じさせることで、前記遺伝子の機能を破壊して発現を抑制させる方法;植物内で、前記遺伝子のmRNAの少なくとも一部に相補的なアンチセンスRNA鎖を発現させることにより、タンパク質への翻訳を抑制する方法;などが挙げられる。
ここで、前記「遺伝子の破壊乃至発現抑制」とは、前記遺伝子のDNAからmRNAへの転写工程を阻害するものであってもよいし、前記遺伝子のmRNAからタンパク質への翻訳工程を阻害するものであってもよい。また、その阻害の程度としても、特に制限はなく、結果として、前記遺伝子の破壊乃至発現抑制を受けた植物が、カドミウムに対する感受性を示すようになればよい。
<Gene disruption or expression suppression>
Since the gene of the present invention encodes a protein involved in cadmium resistance, by destroying or suppressing expression of the gene in the plant, the protein involved in cadmium resistance is not produced or produced in the plant. The amount is reduced, which can increase the plant's sensitivity to cadmium. In addition, there is no restriction | limiting in particular as a kind of plant used as the object which performs destruction or expression suppression of the said gene, According to the kind of cadmium sensitive plant to produce, it can determine suitably.
The method for disrupting or suppressing expression of the gene is not particularly limited and may be appropriately selected depending on the intended purpose. For example, base substitution or deletion in the structural gene region or regulatory gene region of the gene And / or a method of suppressing the expression by destroying the function of the gene by causing an insertion; by expressing an antisense RNA strand complementary to at least a part of the mRNA of the gene in a plant; And a method for suppressing translation into protein.
Here, the “gene disruption or expression suppression” may be one that inhibits the transcription process of the gene from DNA to mRNA, or that inhibits the translation process of the gene from mRNA to protein. It may be. Moreover, there is no restriction | limiting in particular also as the grade of the inhibition, As a result, the plant which received the destruction or expression suppression of the said gene should just show the sensitivity with respect to cadmium.

−塩基の置換、欠失、及び/又は挿入による遺伝子の破壊−
−−T−DNAの挿入−−
前記遺伝子の構造遺伝子領域、或いは調節遺伝子領域(例えば、プロモーター等)に、塩基の挿入を生じさせる方法としては、特に制限はなく、当業者に公知の手法を適宜利用することができ、例えば、T−DNAタギング法(Koncz Cら、(1989)Proc Natl Acad Sci USA.86(21):8467−71参照)等を利用することができる。前記T−DNAタギング法は、T−DNAを外部からゲノム遺伝子へ挿入し、その遺伝子の発現を抑える方法である。
ここで、前記T−DNAは、少なくともその両端に、一定の境界領域(RB、LBと称される約25bpからなる同一方向の反復配列)を含んでなるものであればよく、内部の遺伝子は他の遺伝子に置き換えられていてもよい。また、前記T−DNAタギング法に用いるベクターは、特に限定されず、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、後述する実施例に示すようなpGPTV−bar(Becker Dら,(1992)Plant Mol Biol.20:1195−1197参照)等を使用することができる。前記ベクターは、当業者に公知の手法により植物細胞内に導入することができ、例えば、前記ベクターをアグロバクテリウムに取り込ませ、それを植物細胞に感染させることにより、植物細胞内に導入することができる。
前記T−DNAタギング法により、T−DNAを、対象とする植物のゲノムにランダムに挿入し、得られた複数種の変異体の中から、カドミウムに対する感受性を示す変異体を選抜することにより、カドミウム感受性植物を得ることができる。なお、カドミウムに対する感受性を示す変異体を選抜する方法としては、特に制限はなく、例えば、実施例に記載したような、カドミウム感受性試験等を利用して選抜を行うことができる。
-Gene disruption by base substitution, deletion, and / or insertion-
--T-DNA insertion--
There is no particular limitation on the method for causing base insertion in the structural gene region of the gene or the regulatory gene region (for example, promoter, etc.), and methods known to those skilled in the art can be used as appropriate. The T-DNA tagging method (see Koncz C et al. (1989) Proc Natl Acad Sci USA. 86 (21): 8467-71) can be used. The T-DNA tagging method is a method of suppressing the expression of a gene by inserting T-DNA into the genome gene from the outside.
Here, the T-DNA only needs to contain a certain boundary region (repeated sequence of about 25 bp called RB and LB in the same direction) at both ends, and the internal gene is It may be replaced with another gene. The vector used for the T-DNA tagging method is not particularly limited and can be appropriately selected according to the purpose. For example, pGPTV-bar (Becker D et al., (1992) as shown in Examples described later. Plant Mol Biol. 20: 1195-1197) and the like can be used. The vector can be introduced into a plant cell by a technique known to those skilled in the art. For example, the vector is introduced into a plant cell by incorporating the vector into Agrobacterium and infecting the plant cell with the vector. Can do.
By randomly inserting T-DNA into the genome of the target plant by the T-DNA tagging method, and selecting a mutant exhibiting susceptibility to cadmium from the obtained multiple types of mutants, Cadmium sensitive plants can be obtained. In addition, there is no restriction | limiting in particular as a method of selecting the variant which shows the sensitivity with respect to cadmium, For example, selection can be performed using a cadmium sensitivity test etc. which were described in the Example.

−−置換、欠失−−
前記遺伝子の構造遺伝子領域、或いは調節遺伝子領域(例えば、プロモーター等)に、塩基の置換又は欠失を生じさせる方法としては、特に制限はなく、当業者に公知の手法を適宜利用することができ、例えば、放射線照射、中性子線照射等の手法を利用することができる。これらの手法により得られた複数種の変異体の中から、カドミウムに対する感受性を示す変異体を選抜することにより、カドミウム感受性植物を得ることができる。
-Substitution, deletion-
There is no particular limitation on the method for causing base substitution or deletion in the structural gene region or regulatory gene region (for example, promoter) of the gene, and methods known to those skilled in the art can be appropriately used. For example, techniques such as radiation irradiation and neutron beam irradiation can be used. A cadmium-sensitive plant can be obtained by selecting a mutant showing sensitivity to cadmium from a plurality of types of mutants obtained by these techniques.

−アンチセンスRNA鎖による翻訳抑制−
植物内で、前記遺伝子のmRNAの少なくとも一部に相補的なアンチセンスRNA鎖を発現させる方法としては、特に制限はなく、当業者に公知の手法を適宜利用することができ、例えば、前記遺伝子の少なくとも一部、例えば、配列番号:2又は配列番号:3に示される塩基配列のコード領域の全領域又は一部領域を、プロモーターの下流にアンチセンス方向に連結した発現カセットを構築し、前記発現カセットを植物細胞内に導入する方法などが挙げられる。
前記発現カセットの構築方法としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、植物内で転写可能なプロモーター配列、前記アンチセンスRNA鎖をコードするDNA断片、及び、必要に応じて適宜ターミネーター配列等を連結することにより、構築することができる。
また、前記発現カセットを植物細胞内に導入する方法としても、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、マイクロインジェクション法、エレクトロポレーション法、パーティクルガン法等、当業者に公知の手法を利用することができる。また、前記発現カセットは、ベクターを介して植物細胞内に導入されてもよい。例えば、適切なベクターに前記発現カセットをクローニングし、前記ベクターをアグロバクテリウムに取り込ませ、それを植物細胞に感染させることにより、前記発現カセットを植物細胞内に導入することができる。
-Translation suppression by antisense RNA strand-
A method for expressing an antisense RNA strand complementary to at least a part of the mRNA of the gene in a plant is not particularly limited, and methods known to those skilled in the art can be appropriately used. For example, the gene Constructing an expression cassette in which at least a part of the coding region of the base sequence shown in SEQ ID NO: 2 or SEQ ID NO: 3 or a partial region thereof is linked downstream of the promoter in the antisense direction, Examples thereof include a method for introducing an expression cassette into a plant cell.
The method for constructing the expression cassette is not particularly limited and can be appropriately selected depending on the purpose. For example, a promoter sequence that can be transcribed in plants, a DNA fragment encoding the antisense RNA strand, and necessary Depending on the case, it can be constructed by appropriately linking terminator sequences and the like.
Further, the method for introducing the expression cassette into plant cells is not particularly limited and can be appropriately selected according to the purpose. For example, those skilled in the art such as microinjection method, electroporation method, particle gun method, etc. A known method can be used. The expression cassette may be introduced into plant cells via a vector. For example, the expression cassette can be introduced into plant cells by cloning the expression cassette into an appropriate vector, incorporating the vector into Agrobacterium, and infecting it with plant cells.

前記のようにして前記遺伝子を破壊乃至発現抑制した植物細胞は、当業者に公知の手法により、植物個体に再生することができる。例えば、カルス状の形質転換細胞をホルモンの種類、濃度を変えた培地へ移して培養し、不定胚を形成させ、完全な植物体を得る方法などが挙げられる。使用する培地としては、例えば、LS培地、MS培地などが挙げられる。
一旦、染色体内の前記遺伝子が破壊乃至発現抑制された形質転換植物体(カドミウム感受性植物)が得られれば、前記植物体から有性生殖又は無性生殖により子孫を得ることが可能である。また、前記植物体やその子孫、或いはクローンから種子等を得て、それらを基に前記植物体を量産することも可能である。
Plant cells in which the gene is destroyed or expression-suppressed as described above can be regenerated into plant individuals by techniques known to those skilled in the art. For example, there is a method in which callus-like transformed cells are transferred to a medium with different types and concentrations of hormones and cultured to form somatic embryos to obtain complete plants. Examples of the medium to be used include LS medium and MS medium.
Once a transformed plant body (cadmium-sensitive plant) in which the gene in the chromosome is destroyed or suppressed is obtained, progeny can be obtained from the plant body by sexual reproduction or asexual reproduction. It is also possible to obtain seeds from the plant, its progeny, or clones, and mass-produce the plant based on them.

(カドミウム感受性植物)
本発明のカドミウム感受性植物は、前記本発明のカドミウム感受性植物の作出方法により得られる植物であり、前記本発明の遺伝子(植物のカドミウム耐性に関与する遺伝子)が破壊乃至発現抑制されてなることを特徴とする。
(Cadmium sensitive plant)
The cadmium-sensitive plant of the present invention is a plant obtained by the method for producing the cadmium-sensitive plant of the present invention, wherein the gene of the present invention (a gene involved in cadmium tolerance of the plant) is destroyed or expression-suppressed. Features.

前記植物の種類としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、シロイヌナズナ等のアブラナ科植物、キク科植物、シソ科植物、イネ科植物などが挙げられる。
また、前記カドミウム感受性植物としては、前記植物体の全体のみならず、前記植物体の部分又は繁殖材料(例えば、植物器官(例えば、種子、葉、花弁、茎、根等)、植物組織(例えば、表皮、師部、柔組織、木部、維管束等)、植物培養細胞等)が含まれるものとする。
There is no restriction | limiting in particular as a kind of said plant, According to the objective, it can select suitably, For example, Brassicaceae plants, such as Arabidopsis thaliana, Asteraceae plants, Lamiaceae plants, Gramineae plants, etc. are mentioned.
The cadmium-sensitive plant includes not only the entire plant body but also a part of the plant body or a propagation material (for example, a plant organ (for example, seed, leaf, petal, stem, root, etc.), plant tissue (for example, , Epidermis, phloem, soft tissue, xylem, vascular bundle, etc.), plant cultured cells, etc.).

前記植物がカドミウム感受性を示すものであることは、例えば、後述する実施例に示すような、カドミウム感受性試験等を利用して確認することができる。例えば、25μMから100μM程度の濃度のカドミウム存在下で、前記植物の種子を生育させ、根の伸長量を野生型と比較する。前記濃度のカドミウム存在下で、前記植物の根の伸長量が、野生型の根の伸長量の例えば2/3程度以下であった場合に、前記植物はカドミウム感受性を示すものであると確認することができる。
なお、前記カドミウム感受性植物のカドミウム感受性の程度としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、少なくとも野生型の植物よりも強いカドミウム感受性を示すものであればよい。
It can be confirmed that the plant exhibits cadmium sensitivity, for example, by using a cadmium sensitivity test as shown in Examples described later. For example, the seed of the plant is grown in the presence of cadmium at a concentration of about 25 μM to 100 μM, and the amount of root elongation is compared with that of the wild type. In the presence of cadmium at the above-mentioned concentration, when the amount of root growth of the plant is, for example, about 2/3 or less of the amount of wild-type root elongation, the plant is confirmed to exhibit cadmium sensitivity. be able to.
In addition, there is no restriction | limiting in particular as a grade of the cadmium sensitivity of the said cadmium sensitive plant, It can select suitably according to the objective, What is necessary is just to show cadmium sensitivity stronger than a wild type plant at least.

(T−DNAが挿入された遺伝子)
また、本発明は、前記本発明の遺伝子(植物のカドミウム耐性に関与する遺伝子)に、T−DNAが挿入されてなることを特徴とする遺伝子にも関する。
前記T−DNAが挿入された遺伝子は、前記本発明の遺伝子の機能(植物のカドミウム耐性に関与するという機能)が破壊されてなるものである。前記本発明の遺伝子へのT−DNAの挿入方法としては、前記本発明のカドミウム感受性植物の作出方法の項目に記載した通りであり、また、T−DNAの挿入部位としても、前記本発明の遺伝子の機能が破壊されるような挿入部位であれば、特に制限はなく、適宜選択することができる。
前記T−DNAが挿入された遺伝子としては、具体的には、例えば、配列番号:4に示される塩基配列を含む遺伝子等が挙げられる。前記配列番号:4に示される塩基配列を含む遺伝子は、後述する実施例に示す通り、本発明の遺伝子であるシロイヌナズナTPI遺伝子の第7イントロンにT−DNAが挿入されてなるものであり、前記本発明の遺伝子の機能(植物のカドミウム耐性に関与するという機能)が破壊されている。
ここで、配列番号:4に示される塩基配列のうち、1〜236番目の塩基はシロイヌナズナTPI遺伝子のゲノム配列の一部(配列番号:2の、1,875〜2,110番目の塩基に相当)を示し、237〜352番目の塩基は挿入されたT−DNA配列の一部を示す。中でも、260〜352番目の塩基はT−DNAのLB領域を示し、331〜352番目の塩基はLB3プライマー部位(実施例2参照、後述)を示す。
(Gene with T-DNA inserted)
The present invention also relates to a gene obtained by inserting T-DNA into the gene of the present invention (a gene involved in plant cadmium resistance).
The gene into which the T-DNA has been inserted is obtained by disrupting the function of the gene of the present invention (the function of being involved in plant cadmium resistance). The method for inserting T-DNA into the gene of the present invention is as described in the item of the method for producing a cadmium-sensitive plant of the present invention. The insertion site is not particularly limited as long as it is an insertion site that destroys the function of the gene, and can be appropriately selected.
Specific examples of the gene into which the T-DNA has been inserted include, for example, a gene containing the base sequence shown in SEQ ID NO: 4. The gene containing the base sequence represented by SEQ ID NO: 4 is one obtained by inserting T-DNA into the seventh intron of the Arabidopsis thaliana TPI gene, which is the gene of the present invention, as shown in the Examples described later. The function of the gene of the present invention (the function of being involved in cadmium tolerance in plants) has been destroyed.
Here, in the base sequence shown in SEQ ID NO: 4, the 1st to 236th base is a part of the genome sequence of the Arabidopsis TPI gene (corresponding to the 1875th to 2110th bases of SEQ ID NO: 2). 237 to 352 bases indicate a part of the inserted T-DNA sequence. Among them, the 260th to 352rd bases indicate the LB region of T-DNA, and the 331st to 352rd bases indicate the LB3 primer site (see Example 2 below).

以下、本発明の実施例について説明するが、本発明はこの実施例に何ら限定されるものではなく、本技術分野において行われるこれらに対する通常の改変及び修飾を含むものとする。   EXAMPLES Examples of the present invention will be described below, but the present invention is not limited to these examples, and includes ordinary alterations and modifications to these performed in the technical field.

(実施例1:カドミウム感受性を示す植物変異体の選抜)
本実施例1では、植物のカドミウム耐性に関与する遺伝子の探索を目的として、T−DNAタギング法を用いてアラビドプシス(シロイヌナズナ)の変異体集団を作製し、その中からカドミウム(Cd)に対する感受性が増した変異体を以下のようにして選抜した。
(Example 1: Selection of plant mutants exhibiting cadmium sensitivity)
In this Example 1, for the purpose of searching for genes involved in cadmium tolerance of plants, Arabidopsis (Arabidopsis thaliana) mutant populations were prepared using the T-DNA tagging method, from which sensitivity to cadmium (Cd) was observed. Increased mutants were selected as follows.

<植物の形質転換>
−T−DNAベクター(バイナリーベクター)の構築−
制限酵素HindIII及びEcoRIで消化したT−DNAベクター(バイナリベクター)pGPTV−bar(Becker Dら,(1992)Plant Mol Biol.20:1195−1197参照)に、ベクター35sp−sGFP−PUC18(静岡県立大学 大学院生活健康科学研究科食品栄養化学専攻(食糧細胞工学研究室)の丹羽康夫博士から分譲を受けたものを使用した)からHindIII及びEcoRIによって切り出したsGFPを含む断片を図1のように組み込んだ。得られた新しいベクターを大腸菌にクローニング後、エレクトロポーレーション装置(Biorad製)によって、アグロバクテリウム(Agrobacterium thmefaciens GV3101)に導入した。エレクトロポーレーションの条件は以下のとおりである。キュベット間隔0.1cm、電圧1.7kv、抵抗200Ω、キャパシタンス25μF。
アグロバクテリウムは、100mg/l カナマイシンと80mg/l リファンピシンを含むYEP培地で、28℃、2日間培養した。単一のコロニーを拾い、構築されたベクターの存在をPCRによって確認した後、YEP液体培地で培養した。集菌後、OD600=1.5〜2.0になるように懸濁液(5%ショ糖、0.025%Silwet L77(OSI specialities,英国))に懸濁した。
<Plant transformation>
-Construction of T-DNA vector (binary vector)-
The vector 35sp-sGFP-PUC18 (Shizuoka Prefectural University) was added to the T-DNA vector (binary vector) pGPTV-bar (see Becker D et al., (1992) Plant Mol Biol. 20: 1195-1197) digested with the restriction enzymes HindIII and EcoRI. A fragment containing sGFP cut out by HindIII and EcoRI from the Graduate School of Life and Health Sciences Department of Food and Nutrition Chemistry (Food Cell Engineering Laboratory) was used. . The obtained new vector was cloned into Escherichia coli and then introduced into Agrobacterium (Agrobacterium thmefaciens GV3101) by an electroporation apparatus (manufactured by Biorad). The conditions for electroporation are as follows. Cuvette interval 0.1 cm, voltage 1.7 kv, resistance 200Ω, capacitance 25 μF.
Agrobacterium was cultured at 28 ° C. for 2 days in a YEP medium containing 100 mg / l kanamycin and 80 mg / l rifampicin. A single colony was picked up and the presence of the constructed vector was confirmed by PCR, and then cultured in a YEP liquid medium. After collection, the cells were suspended in a suspension (5% sucrose, 0.025% Silwet L77 (OSI specialties, UK)) so that OD600 = 1.5 to 2.0.

−アラビドプシスへの感染−
一方、アラビドプシス(Arabidopsis thaliana Col 0 gl−1)を閉鎖系温室(22℃、16時間明期)で栽培し、形質転換のための材料とした。アラビドプシスの株から未熟種子及び開いた花を除去し、アグロバクテリウム懸濁液をアラビドプシスの蕾に噴霧した。アグロバクテリウムを感染させた植物を、湿度を保つため24時間、半密閉容器に入れた。その後、余分な懸濁液やその中に含まれる糖分を除去するために、植物を洗い流した。1回の操作に5〜6株のアラビドプシスを用いた。形質転換した植物は種子が十分に成熟するまで栽培し、その後種子(T1世代)を収穫した。
-Infection with Arabidopsis-
On the other hand, Arabidopsis thaliana Col 0 gl-1 was cultivated in a closed greenhouse (22 ° C., 16 hours light period) and used as a material for transformation. Immature seeds and open flowers were removed from the Arabidopsis strain and the Agrobacterium suspension was sprayed onto the Arabidopsis buds. Plants infected with Agrobacterium were placed in semi-sealed containers for 24 hours to maintain humidity. Thereafter, the plant was washed away in order to remove excess suspension and sugar contained therein. Five to six strains of Arabidopsis were used in one operation. The transformed plants were grown until the seeds were fully matured, after which the seeds (T1 generation) were harvested.

<選抜>
−除草剤による選抜−
遺伝子組換え操作後に成熟する鞘の中の種子(T1)には、形質転換されたものとされていないものが混在している。そこで、形質転換された種子のみを選抜する必要がある。形質転換された植物は除草剤(ビアラホス)耐性遺伝子barを持つことから、形質転換体の選抜にはビアラホスを含むハービー液剤を用いることにした。しかし、選抜に用いるのに適切な濃度が不明であるため、最初に形質転換個体を選抜するために用いるハービー液剤の最適濃度を決定した。ハービー液剤を種々のビアラホス濃度(0−1,000mg/l)に希釈し、発芽後2週間目の野生型及びbarを持つ既知の形質転換アラビドプシスに2日おきに散布した。野生型は30mg/lの除草剤に対して感受性を示し、散布2週間目には60ml/lで完全に枯死した。しかし、barをもつ形質転換体では240ml/lまでは生育阻害は認められず、1,000mg/lでほとんど枯死した(図2)。これらの結果から、T1における形質転換体の選抜には100mg/l濃度のハービー液剤を用いることにした。
<Selection>
-Selection with herbicides-
Seeds (T1) in the pod that matures after the genetic recombination operation are mixed with those that have not been transformed. Therefore, it is necessary to select only transformed seeds. Since the transformed plant has a herbicide (bialaphos) resistance gene bar, it was decided to use a herbie solution containing bialaphos for selection of transformants. However, since the appropriate concentration to use for selection is unknown, the optimal concentration of the Herbie solution used to select the transformed individuals was first determined. Herbie solution was diluted to various bialaphos concentrations (0-1,000 mg / l) and sprayed every 2 days on known transformed Arabidopsis with wild type and bar 2 weeks after germination. The wild type was sensitive to 30 mg / l of the herbicide and completely died at 60 ml / l 2 weeks after spraying. However, in the transformant having bar, growth inhibition was not observed up to 240 ml / l, and it almost died at 1,000 mg / l (FIG. 2). From these results, it was decided to use a Herbie solution with a concentration of 100 mg / l for selection of transformants in T1.

T1種子、5,000〜7,500粒を細粒砂と混合し、イネ用の育苗トレー(300×600×30mm)に播種した。潅水してラップで包み、4℃、7日間催芽処理を行って閉鎖系温室で栽培した。なお、栽培にはバーミュキュライト、パーライト、プランター培土、ピートモスを1:1:1:3の割合で混合した土壌を用いた。除草剤(ビアラホス)耐性遺伝子barを持つ形質転換個体を選抜するために、発芽後2週間目の幼植物にハービー液剤(サンケイ化学;有効成分として18%ビアラホスを含有する)をビアラホス濃度が50mg/lになるように調整して、1トレーあたり200ml散布した。以後、4日おきに100mg/lのビアラホス濃度のハービー液剤を、非形質転換植物が完全に枯死するまで散布した。生き残った個体、5株ずつを集めて、新しいトレーに移植した。登熟後、T2世代種子を採取した。   T1 seeds, 5,000 to 7,500 grains, were mixed with fine-grained sand and sown in a rice seedling tray (300 × 600 × 30 mm). Watering, wrapping in wraps, sprouting treatment at 4 ° C for 7 days, and cultivating in a closed greenhouse. In addition, the soil which mixed vermiculite, perlite, planter soil, and peat moss in the ratio of 1: 1: 1: 3 was used for cultivation. In order to select transgenic individuals having the herbicide (bialafos) resistance gene bar, seedlings 2 weeks after germination were treated with a herbie solution (Sankei Chemical; containing 18% bialaphos as an active ingredient) with a bialaphos concentration of 50 mg / After adjusting to 1 l, 200 ml was sprayed per tray. Thereafter, every 4 days, a Herbie solution with a concentration of 100 mg / l bialaphos was sprayed until the non-transformed plants were completely dead. Surviving individuals, 5 strains were collected and transplanted to a new tray. After ripening, T2 generation seeds were collected.

実際に形質転換を行って得られた種子(T1)をトレーに播種し、形質転換体の選抜を行った様子を図3に示す。除草剤散布後1週間で、形質転換体と思われる植物(T1)と野生型と思われる植物の成長に差が現れ始めた。2週間目になるとその差がはっきりと現れ、野生型では成長がほぼ止まり、葉が黄色〜褐色になった。生き残った個体は葉が旺盛に茂り成育の遅れは認められなかった。このような方法で、最終的に約13,000系統の形質転換体を得ることができた。なお、形質転換実験のロット間に形質転換効率の違い(0.3−0.8%)が見られたが、平均の形質転換効率は0.51%であった(表1)。形質転換体は5株を1まとめにして種子(T2)を採取した。   FIG. 3 shows a state where seeds (T1) obtained by actual transformation were sown on a tray and the transformants were selected. One week after the application of the herbicide, a difference began to appear in the growth of the plant (T1) considered to be a transformant and the plant considered to be a wild type. The difference appeared clearly at the second week, and the wild type almost stopped growing and the leaves became yellow to brown. The surviving individuals had thick leaves and no delay in growth. By this method, about 13,000 transformants could be finally obtained. In addition, although the difference (0.3-0.8%) of transformation efficiency was seen between the lots of the transformation experiment, the average transformation efficiency was 0.51% (Table 1). Transformants were collected from 5 strains and seeds (T2) were collected.

−Cdによる1次選抜−
Cd感受性変異体を得るための方法として、形質転換体の芽生えを、Cdを含有する培地に置き、根の伸長量が抑制されている個体を変異体として選抜するのが有効と考えられる。しかし、培地に入れるのに最適なCd濃度は不明である。そこで、最初に感受性個体の選抜に最適なCd濃度を求めるために、後述する実施例3で示したようなCd感受性試験を、野生型を用いて行った。その結果、Cd濃度の増加によって、根の伸長量は徐々に減少すると共に、側根の発生が増加した。特に75μM以上の場合の根の伸長抑制は大きくなった(図4)。本実験は5回繰り返したが、いずれも同様な結果となった。
これらのことから、Cdによって根の伸長量が抑えられ、実験後の生存も可能であり、更に、野生型と変異体との根の伸長量の差が大きくなると予想される濃度として50μMが妥当であると考えられた。
-Primary selection by Cd-
As a method for obtaining a Cd-sensitive mutant, it is considered to be effective to place the seedling of the transformant in a medium containing Cd and select an individual whose root elongation is suppressed as a mutant. However, the optimal Cd concentration to enter the medium is unknown. Therefore, in order to first obtain the optimum Cd concentration for selection of sensitive individuals, a Cd sensitivity test as shown in Example 3 described later was performed using the wild type. As a result, as the Cd concentration increased, the amount of root elongation gradually decreased and the occurrence of lateral roots increased. In particular, the suppression of root elongation in the case of 75 μM or more was increased (FIG. 4). This experiment was repeated 5 times, all with similar results.
Based on these facts, the amount of root elongation is suppressed by Cd, survival after the experiment is possible, and 50 μM is a reasonable concentration that is expected to increase the difference in the amount of root elongation between the wild type and the mutant. It was thought that.

以上の結果を元に、T2種子を50μM Cdを含む培地に播種して、Cd感受性変異体を以下のようにして選抜した。
T2世代種子は、5系統の種子が混合されて採種されているので、その取り扱い単位をサブプールとした。更に5サブプールを1スーパープールとした。つまり、1スーパープールには25系統の種子があることとなる。1スーパープールあたり約500粒を1.5mlチューブに入れ、水を加えた後4℃、4日間の催芽処理をおこなった。種子を有効濃度1%の次亜塩素酸ナトリウム溶液に15分浸漬することによって滅菌を行った。滅菌した種子を蒸留水で数回洗浄して、50μM CdClを含む1/2濃度のMS培地5枚(直径90mm)に播種した。24℃、16時間照明下で7日間培養した後、シャーレを観察し、根の伸長が野生型の根と比較しておよそ2/3以下に抑制されている個体や、葉色が薄くなった個体を目視により選抜し、CdClを含まない1/2濃度のMS培地に継代した。2〜3週間後、鉢上げを行い、T3世代種子を採取した。
Based on the above results, T2 seeds were sown in a medium containing 50 μM Cd, and Cd-sensitive mutants were selected as follows.
Since T2 generation seeds are collected by mixing five seeds, the handling unit was set as a subpool. Furthermore, 5 sub-pools were designated as 1 super pool. That is, there are 25 seeds in one super pool. About 500 grains per super pool were placed in a 1.5 ml tube, water was added, and then germination treatment was performed at 4 ° C. for 4 days. Sterilization was performed by immersing the seed in a sodium hypochlorite solution having an effective concentration of 1% for 15 minutes. The sterilized seeds were washed several times with distilled water and sown on 5 ½ concentration MS media (diameter 90 mm) containing 50 μM CdCl 2 . After culturing at 24 ° C for 16 hours under illumination for 7 days, the petri dish is observed and individuals whose root elongation is suppressed to about 2/3 or less compared to wild-type roots, or individuals whose leaf color has become lighter Were visually selected and subcultured to a ½ concentration MS medium without CdCl 2 . After 2-3 weeks, potting was performed and T3 generation seeds were collected.

前記1次選抜によりCd感受性変異体を選抜した結果、4,985個体を得ることができた。これらを鉢上げして次世代(T3)種子を得たが、生育不良等で栽培途中に枯死したものや、不稔などで実際に採種できたのは2,851個体分であった。この中で同系統由来で重複している種子を除くと、1次選抜の結果、独立して得られた系統数はおよそ1,600系統と推定された。   As a result of selecting Cd-sensitive mutants by the primary selection, 4,985 individuals could be obtained. The next generation (T3) seeds were obtained by potting them up, but it was 2,851 individuals that died during the cultivation due to poor growth or were actually seeded due to sterility. When the seeds derived from the same line were duplicated, the number of lines obtained independently as a result of the primary selection was estimated to be about 1,600 lines.

−Cdによる2次選抜−
1次選抜によって得られた系統の中には、Cd感受性変異体のほかに、発芽不良のため結果的に根の伸長が少ない個体も相当数含まれると考えられることから、選抜を確かなものとするために2次選抜を以下のようにして行った。
まず、1次選抜によって得られたT3世代種子と非形質転換種子をそれぞれ約20粒ずつ1.5mlチューブに入れ、1次選抜と同様な方法で催芽処理及び滅菌処理を行った。種子は、CdClを含まない1/2濃度のMS培地(スクロース3%、アガー1.2%含む)に播種された。
4日間の培養後、生育が良好で根の長さが同程度の個体を選び、50μM CdClを含む1/2濃度のMS培地(スクロース3%、アガー1.2%含む)に1系統につき5個体ずつ置いた。そして、根端にシャーレの裏面から、マーカーで印をつけた。6日後に伸長した根端にマーカーで印をつけた。変異体と野生型の根の伸長を目視にて比較し、その結果、根の伸長が野生型の根と比較しておよそ2/3以下に抑制されている変異体を選抜した。
-Secondary selection by Cd-
In the line obtained by the primary selection, in addition to the Cd-sensitive mutant, it is considered that there are a considerable number of individuals with little root elongation due to poor germination. Therefore, the second selection was performed as follows.
First, about 20 T3 generation seeds and non-transformed seeds obtained by primary selection were placed in 1.5 ml tubes, respectively, and sprouting treatment and sterilization treatment were performed in the same manner as in primary selection. The seeds were sown in a half-concentration MS medium (containing 3% sucrose and 1.2% agar) without CdCl 2 .
After 4 days of cultivation, individuals with good growth and similar root lengths were selected, and each strain was added to a half-concentration MS medium (containing 3% sucrose and 1.2% agar) containing 50 μM CdCl 2. Five individuals were placed. And I marked with a marker from the back of the petri dish at the root. After 6 days, the extended root tip was marked with a marker. Mutant and wild type root elongation were compared visually, and as a result, mutants in which root elongation was suppressed to about 2/3 or less compared to wild type roots were selected.

2次選抜の様子を図5に示す。1次選抜で得られた系統のうち740系統に対して2次選抜を行い、30系統の変異体を得ることができた。これらのうち、特にカドミウムに対して強い感受性を示す系統(41−3系統;図6)を選択し、以下の実施例2において遺伝子の同定を行った。   The state of the secondary selection is shown in FIG. Of the lines obtained by the primary selection, secondary selection was performed on 740 lines, and 30 mutants could be obtained. Among these, a line (41-3 line; FIG. 6) showing particularly strong sensitivity to cadmium was selected, and genes were identified in Example 2 below.

(実施例2:カドミウム耐性に関与する遺伝子の同定)
実施例2では、実施例1の2次選抜によって得られた変異体の中から、特にカドミウムに対して強い感受性を示す系統(41−3系統;図6)を選択し、T−DNA挿入により破壊された(発現が抑制された)遺伝子の同定を行った。カドミウムに対して強い感受性を示す変異体において、T−DNA挿入により破壊されている(発現が抑制されている)遺伝子が、植物においてカドミウム耐性に関与する遺伝子であることが推定できる。
(Example 2: Identification of genes involved in cadmium resistance)
In Example 2, a line (41-3 line; FIG. 6) showing strong sensitivity to cadmium was selected from the mutants obtained by the secondary selection in Example 1, and T-DNA insertion was performed. The disrupted gene (expression was suppressed) was identified. In a mutant showing strong sensitivity to cadmium, it can be presumed that a gene that has been disrupted by T-DNA insertion (expression is suppressed) is a gene involved in cadmium resistance in plants.

<TAIL−PCRによる増幅と塩基配列の決定>
2次選抜によって得られた変異体の中で特にカドミウムに対して強い感受性を示す41−3系統(図6)からDNAを抽出し、T−DNAタギングによって破壊された遺伝子を検出するために、TAIL−PCR(thermal asymmetric interlaced PCR)を行った。TAIL−PCRは、T−DNAのボーダー配列に特異的なプライマーと非特異的なプライマーとを組み合わせ、ゲノムへ組み込まれたT−DNAとゲノムの境界領域をPCRによって増幅させる方法である(Liuら,(1995)Plant J 8:457−463参照)。
リジェネレートプライマーDEG1及び特異的プライマーLB1〜LB3は表2のように設計した。PCR(ポリメラーゼ連鎖反応)は図7に示す条件で行った。反応液量は20μlとし、終濃度をそれぞれdNTP0.2mM、リジェネレートプライマー1μM、特異的プライマー0.2μM、ポリメラーゼ(Ex Taq(タカラ))0.05unit/μlとした。2回目、3回目の反応におけるテンプレートは1回目、2回目の反応液を50倍希釈したものを1μl用いた。増幅されたDNAはアガロースゲル電気泳動により確認した。結果を図8に示す。
<Amplification by TAIL-PCR and determination of nucleotide sequence>
In order to detect a gene disrupted by T-DNA tagging by extracting DNA from the 41-3 line (FIG. 6) showing strong sensitivity to cadmium among mutants obtained by secondary selection, TAIL-PCR (thermal asymmetry interpolated PCR) was performed. TAIL-PCR is a method in which a primer specific to a border sequence of T-DNA and a non-specific primer are combined to amplify the boundary region between T-DNA integrated into the genome and the genome by PCR (Liu et al. (1995) Plant J 8: 457-463).
Regenerate primer DEG1 and specific primers LB1 to LB3 were designed as shown in Table 2. PCR (polymerase chain reaction) was performed under the conditions shown in FIG. The reaction volume was 20 μl, and final concentrations were dNTP 0.2 mM, regenerated primer 1 μM, specific primer 0.2 μM, and polymerase (Ex Taq (Takara)) 0.05 unit / μl. As the template for the second and third reactions, 1 μl of the first and second reaction solutions diluted 50-fold was used. The amplified DNA was confirmed by agarose gel electrophoresis. The results are shown in FIG.

次いで、TAIL−PCRによって増幅されたDNAを、アガロースゲル電気泳動後、ゲルから切り出し、ダイレクトシークエンスを行った。蛍光試薬はBigdye terminator 3.1(Applied Biosystems社)を用い、メーカーのプロトコールに従いDNAのラベルをした。シーケンサーはABI社製を用いた。なお、シークエンスの結果が不良な場合は、DNAをゲルから切り出した後、TAクローニング(Invitrogen,USA)を行い、シークエンスした。シークエンスの結果を配列番号:4に示す。得られた塩基配列情報はDNA data bank of JapanのBLASTで検索を行った(http://www.ddbj.nig.ac.jp/Welcome−j.html)。更に、塩基配列情報を元にT−DNAの挿入部位を決定した。
その結果、TAIL−PCRによって増幅されたDNAの塩基配列(配列番号:4)は、トリオースリン酸イソメラーゼ(TPI)遺伝子のゲノム配列の一部(配列番号:2の1,875〜2,110番目の塩基に対応)と、T−DNA配列の一部(LB3プライマー部位まで)からなるものであった(図9A参照)。即ち、図9Bに示すように、第3染色体に座上しているTPI遺伝子の第7イントロンに、T−DNAが挿入されていることが推定された。なお、トリオースリン酸イソメラーゼ(TPI)は、従来、解糖系においてジヒドロキシアセトンリン酸からグリセルアルデヒド3−リン酸へ異性化する酵素であることが知られており、そのアミノ酸配列は配列番号:1に、DNA配列は配列番号:2(ゲノム配列)及び配列番号:3(cDNA配列)に示す通りである。
Subsequently, DNA amplified by TAIL-PCR was excised from the gel after agarose gel electrophoresis, and direct sequencing was performed. The fluorescent reagent used was Bigdye terminator 3.1 (Applied Biosystems), and the DNA was labeled according to the manufacturer's protocol. The sequencer used was made by ABI. If the sequencing result was poor, the DNA was excised from the gel, and then TA cloning (Invitrogen, USA) was performed for sequencing. The result of the sequence is shown in SEQ ID NO: 4. The obtained base sequence information was searched by BLAST of DNA data bank of Japan (http://www.ddbj.nig.ac.jp/Welcome-j.html). Furthermore, the T-DNA insertion site was determined based on the nucleotide sequence information.
As a result, the base sequence (SEQ ID NO: 4) of the DNA amplified by TAIL-PCR is a part of the genome sequence of the triose phosphate isomerase (TPI) gene (positions 1,875 to 2,110 of SEQ ID NO: 2). Corresponding to the base) and a part of the T-DNA sequence (up to the LB3 primer site) (see FIG. 9A). That is, as shown in FIG. 9B, it was presumed that T-DNA was inserted into the seventh intron of the TPI gene located on the third chromosome. Triose phosphate isomerase (TPI) is conventionally known to be an enzyme that isomerizes dihydroxyacetone phosphate to glyceraldehyde 3-phosphate in a glycolytic system, and its amino acid sequence is SEQ ID NO: 1. The DNA sequences are as shown in SEQ ID NO: 2 (genomic sequence) and SEQ ID NO: 3 (cDNA sequence).

<T−DNA挿入部位の確認>
次に、前記で決定したT−DNA挿入部位が正しいかどうかを調べるために、41−3系統のゲノムDNAを鋳型にしてPCRを行った。用いたプライマー(41−3F/R/LB)を表3に記す。また、用いたプライマーがゲノムDNAにアニールする部位の模式図を図10Aに示す。なお、PCR条件は以下のとおりである。94℃/5分の後、94℃/30秒、56℃/1分、72℃/1分を25回繰り返した。更に72℃/5分の後、4℃に保った。
PCRの結果を図10Bに示す。実験を行った全ての個体で、F及びLBのプライマーの組み合わせを用いた場合にバンドが得られ、変異体型を示したことから、この挿入部位が正しいことが分かるとともに、この挿入部位がホモであることが強く示唆された。
<Confirmation of T-DNA insertion site>
Next, in order to check whether the T-DNA insertion site determined above was correct, PCR was performed using 41-3 strains of genomic DNA as a template. The primers used (41-3F / R / LB) are shown in Table 3. Moreover, the schematic diagram of the site | part which the used primer anneals to genomic DNA is shown to FIG. 10A. The PCR conditions are as follows. After 94 ° C / 5 minutes, 94 ° C / 30 seconds, 56 ° C / 1 minute, and 72 ° C / 1 minute were repeated 25 times. Further, after 72 ° C / 5 minutes, the temperature was kept at 4 ° C.
The result of PCR is shown in FIG. 10B. In all individuals tested, a band was obtained when the combination of F and LB primers was used, and the mutant type showed that this insertion site was correct and the insertion site was homozygous. It was strongly suggested that there was.

<TPI遺伝子の発現抑制の確認>
次に、T−DNAの挿入によってTPI遺伝子の発現が抑制されているかどうかを確かめる目的で、41−3系統において半定量PCRを行った。用いたプライマー(ACT F/R、TPI F/R)を表3に記す。野生型及び変異体(41−3系統)からトリゾルを用いてRNAを抽出し、それを鋳型として逆転写反応を行った。更に反応後、得られたcDNAを鋳型として、PCRを行った。
その結果、野生型ではTPI遺伝子の発現が認められたが、41−3系統では全く見られなかった(図11)。これは、T−DNAの導入によってTPI遺伝子の転写が行われなくなっているか、又は、転写産物が速やかに分解されていることを示している。いずれにしても、41−3系統のTPI遺伝子の転写産物は蓄積していないことから、TPIは作られていないことが強く示唆された。
<Confirmation of TPI gene expression suppression>
Next, semi-quantitative PCR was performed on the 41-3 strain for the purpose of confirming whether the expression of the TPI gene was suppressed by the insertion of T-DNA. The primers used (ACT F / R, TPI F / R) are shown in Table 3. RNA was extracted from wild type and mutant (41-3 strain) using Trisol, and reverse transcription reaction was performed using it as a template. Further, after the reaction, PCR was performed using the obtained cDNA as a template.
As a result, expression of the TPI gene was observed in the wild type but not in the 41-3 line (FIG. 11). This indicates that the TPI gene is not transcribed by the introduction of T-DNA, or that the transcript is rapidly degraded. In any case, transcripts of 41-3 strains of TPI gene did not accumulate, strongly suggesting that no TPI was produced.

(実施例3:選抜された植物変異体のカドミウム感受性)
実施例3では、実施例1で選抜された植物変異体(41−3系統)のカドミウム(Cd)に対する感受性を確認した。
(Example 3: Cadmium sensitivity of selected plant mutants)
In Example 3, the sensitivity of the plant mutant (41-3 strain) selected in Example 1 to cadmium (Cd) was confirmed.

<Cd感受性試験>
41−3系統の特性を把握するために、Cd存在下における根の伸長試験を行った。41−3系統の種子に対して、1次選抜と同様に催芽処理及び滅菌処理を行い、1/2濃度のMS培地に播種した。4日後、0〜150μMの各濃度のCdClを含むMS培地に発芽した幼植物を継代した。そして、2次選抜の場合と同様にマーカーで根端に印をつけ、6日後、スキャナーで画像を取り込み、解析ソフトScion image(http://www.scioncorp.com/)で根の伸長量を測定した。
<Cd sensitivity test>
In order to grasp the characteristics of the 41-3 line, a root elongation test was conducted in the presence of Cd. Germination treatment and sterilization treatment were performed on the 41-3 seeds in the same manner as in the primary selection, and the seeds were sown in a ½ concentration MS medium. Four days later, seedlings germinated in MS medium containing CdCl 2 at various concentrations of 0 to 150 μM were subcultured. Then, as in the case of the secondary selection, the root end is marked with a marker, and after 6 days, the image is captured with a scanner, and the amount of root elongation is analyzed with the analysis software Scion image (http://www.scioncorp.com/). It was measured.

その結果、Cdが0μMの場合は変異体と野生型の根の伸長に差は認められなかったが、特に25μMから100μMのCd濃度において、変異体の根の伸長は野生型に比べて抑制された(図12)。また、125μM以上の場合、両者ともほとんど根の伸長が止まっていた。   As a result, when Cd was 0 μM, there was no difference in the elongation between the mutant and the wild-type root, but the root elongation of the mutant was suppressed as compared with the wild-type, particularly at a Cd concentration of 25 μM to 100 μM. (FIG. 12). In addition, in the case of 125 μM or more, root elongation almost stopped in both cases.

以上、実施例1〜3より、トリオースリン酸イソメラーゼ(TPI)遺伝子が、植物におけるカドミウムに対する耐性に関与する遺伝子であることが示唆された。TPIは、解糖系においてジヒドロキシアセトンリン酸からグリセルアルデヒド3−リン酸へ異性化する酵素であることが知られているが、カドミウムに対する耐性に関与することは従来知られておらず、本発明者らによる新たな知見である。また、このTPI遺伝子の発現を抑制させることにより、カドミウムに対して強い感受性を示す植物が得られることも本発明者らによる新たな知見であり、これらの知見は、例えばファイトリメディエーション(植物を用いたカドミウム等の重金属による汚染土壌の浄化)の分野における研究開発に、非常に有用であると考えられる。   As described above, Examples 1 to 3 suggested that the triose phosphate isomerase (TPI) gene is a gene involved in resistance to cadmium in plants. TPI is known to be an enzyme that isomerizes from dihydroxyacetone phosphate to glyceraldehyde 3-phosphate in glycolysis, but has not been known to be involved in resistance to cadmium. This is a new finding by the inventors. Moreover, it is a new finding by the present inventors that plants exhibiting a strong sensitivity to cadmium can be obtained by suppressing the expression of this TPI gene. These findings include, for example, phytomediation (plant It is considered to be very useful for research and development in the field of (contamination of contaminated soil with heavy metals such as cadmium).

本発明において同定されたカドミウムに対する耐性に関与する遺伝子、及び前記遺伝子を利用したカドミウム感受性植物の作出方法は、例えば、ファイトリメディエーション(植物を用いたカドミウム等の重金属による汚染土壌の浄化)の分野における研究開発に、好適に利用可能である。   The gene involved in resistance to cadmium identified in the present invention and the method for producing a cadmium-sensitive plant using the gene are, for example, in the field of phytomediation (purification of contaminated soil with heavy metals such as cadmium using plants) It can be suitably used for research and development in Japan.

図1は、実施例1で構築したT−DNAベクター(バイナリーベクター)の模式図である。pGPTV−bar−GUSからGUSを切り出し、そこにsGFPを導入した。Nos3’:Nosターミネーター、CaMV35S:カリフラワーモザイクウイルス35Sプロモーター、LB:レフトボーダー、RB:ライトボーダー。1 is a schematic diagram of a T-DNA vector (binary vector) constructed in Example 1. FIG. GUS was cut out from pGPTV-bar-GUS, and sGFP was introduced therein. Nos3 ': Nos terminator, CaMV35S: Cauliflower mosaic virus 35S promoter, LB: Left border, RB: Right border. 図2は、実施例1において形質転換個体を選抜するために用いるビアラホス含有除草剤(ハービー液剤)の最適濃度を決定するために、ビアラホスの濃度の違いによる組換え体の生育の違いを調べた結果を示す図である。野生型とbar遺伝子を持つ組換え体の種子を土壌に播種し、ビアラホス(0−1,000mg/l)を2日おきに散布した。FIG. 2 examined the difference in the growth of recombinants due to the difference in the concentration of bialaphos in order to determine the optimal concentration of the bialaphos-containing herbicide (Herbie solution) used to select transformed individuals in Example 1. It is a figure which shows a result. Recombinant seeds having the wild type and the bar gene were sown in soil, and bialaphos (0-1,000 mg / l) was sprayed every two days. 図3は、実施例1における形質転換により得られた種子(T1)の選抜の様子を示す図である。発芽後、2週目の個体を50mg/lビアラホス含有除草剤で選抜し、以後100mg/lビアラホス含有除草剤で選抜した。トレーは縦30cm、横60cm、高さ3cmのものを使用し、1トレーに対し200mlの除草剤を2日おきに散布し、2週間かけて選抜を行った。矢印で記した個体は形質転換体。FIG. 3 is a diagram showing a state of selection of seeds (T1) obtained by transformation in Example 1. Individuals at 2 weeks after germination were selected with a herbicide containing 50 mg / l bialaphos and then selected with a herbicide containing 100 mg / l bialaphos. A tray having a height of 30 cm, a width of 60 cm, and a height of 3 cm was used, and 200 ml of herbicide was sprayed every two days on one tray, and selection was performed over 2 weeks. Individuals marked with arrows are transformants. 図4は、実施例1において感受性個体の選抜に最適なカドミウム(Cd)濃度を求めるために、Cd感受性試験を野生型を用いて行った結果を示す図である。野生型の種子を1/2MS培地に播種し、3日後にCdClを含む1/2MS培地にて6日間暴露した。n=15、縦線は標準偏差を示す。FIG. 4 is a diagram showing the results of conducting a Cd sensitivity test using a wild type in order to obtain an optimal cadmium (Cd) concentration for selection of sensitive individuals in Example 1. Wild-type seeds were sown in 1/2 MS medium and exposed 3 days later in 1/2 MS medium containing CdCl 2 for 6 days. n = 15, vertical lines indicate standard deviation. 図5は、実施例1におけるカドミニウム(Cd)による形質転換体の2次選抜の様子を示す図である。50μM Cdを含む培地に発芽後4日目の実生を置き、6日後に撮影した。右上の丸は野生型、左上、中央、及び中央下の丸は感受性を示した変異体。FIG. 5 is a diagram showing a state of secondary selection of transformants with cadmium (Cd) in Example 1. The seedlings on the 4th day after germination were placed in a medium containing 50 μM Cd and photographed after 6 days. The upper right circle is a wild type, the upper left, the middle, and the lower middle circle are sensitive mutants. 図6は、実施例1で選抜されたカドミウム感受性変異体(41−3系統)の、カドミニウム(Cd)による根の伸長阻害を示す図である。0μMと50μM Cdで6日間暴露したときの野生型と41−3系統の根の伸長具合を比較した。6 is a graph showing inhibition of root elongation by cadmium (Cd) in the cadmium-sensitive mutant (41-3 strain) selected in Example 1. FIG. A comparison was made of the extent of root elongation between the wild type and the 41-3 line when exposed to 0 μM and 50 μM Cd for 6 days. 図7は、実施例2で行ったTAIL−PCRのPCR条件を示す図である。FIG. 7 is a diagram showing the PCR conditions for TAIL-PCR performed in Example 2. 図8は、実施例2で行ったTAIL−PCRの結果を示す電気泳動像である。1:分子量マーカー(100bp ladder)、2:1回目のTAIL PCR産物、3:2回目のTAIL PCR産物、4:3回目のTAIL PCR産物(50倍に希釈した2回目の反応物を鋳型とした)、5:3回目のTAIL PCR産物(500倍に希釈した2回目の反応物を鋳型とした)。FIG. 8 is an electrophoretic image showing the results of TAIL-PCR performed in Example 2. 1: Molecular weight marker (100 bp ladder), 2: 1st TAIL PCR product, 3: 2nd TAIL PCR product, 4: 3rd TAIL PCR product (second reaction diluted 50-fold was used as template) ) 5: Third TAIL PCR product (second reaction diluted 500-fold was used as template). 図9Aは、実施例2で行ったTAIL−PCRによる増幅部位を示す図である。3回目の増幅産物(LB3プライマーを用いて増幅を行った産物)についてシークエンスを行った(配列番号:4)。FIG. 9A is a diagram showing amplification sites by TAIL-PCR performed in Example 2. Sequencing was performed for the third amplification product (product amplified using LB3 primer) (SEQ ID NO: 4). 図9Bは、実施例2で決定したカドミウム感受性変異体(41−3系統)におけるT−DNAの挿入部位を示す図である。T−DNAはトリオースリン酸イソメラーゼ(TPI)遺伝子の第7イントロンに挿入されていた。直線とボックスは、それぞれイントロンとエクソンを示す。FIG. 9B is a diagram showing a T-DNA insertion site in the cadmium-sensitive mutant (41-3 strain) determined in Example 2. T-DNA was inserted into the seventh intron of the triose phosphate isomerase (TPI) gene. Lines and boxes indicate introns and exons, respectively. 図10Aは、実施例2においてT−DNA挿入部位の確認のため行ったPCRで、用いたプライマーがアニールする部位の模式図である。41−3系統のゲノムDNAを鋳型としてPCRを行った。LB、F、Rはプライマーを示す。FIG. 10A is a schematic diagram of a site where the primer used in the PCR performed for confirmation of the T-DNA insertion site in Example 2 anneals. PCR was performed using 41-3 strains of genomic DNA as a template. LB, F, and R represent primers. 図10Bは、実施例2においてT−DNA挿入部位の確認のため行ったPCRの結果を示す電気泳動像である。1:F、Rのプライマーの組み合わせ、2:F、LBのプライマーの組み合わせ。FIG. 10B is an electrophoretic image showing the results of PCR performed for confirming the T-DNA insertion site in Example 2. 1: F, R primer combination, 2: F, LB primer combination. 図11は、実施例2において、T−DNAの挿入によりTPI遺伝子の発現が抑制されているかどうかを確認する目的で、41−3系統において半定量PCRを行った結果を示す電気泳動像である。温室で栽培した植物からRNAを抽出し、TPI遺伝子の発現をRT−PCRにより確認した。WT:野生型、41−3:41−3系統(カドミウム感受性変異体)。FIG. 11 is an electrophoretic image showing the results of semi-quantitative PCR performed on 41-3 lines in Example 2 for the purpose of confirming whether TPI gene expression is suppressed by T-DNA insertion. . RNA was extracted from plants grown in the greenhouse, and the expression of the TPI gene was confirmed by RT-PCR. WT: Wild type, 41-3: 41-3 strain (cadmium sensitive mutant). 図12は、実施例3において、実施例1で選抜された植物変異体(41−3系統)のカドミウム(Cd)に対する感受性を確認した結果を示す図である。41−3系統(●)及び野生型(■)の実生を0〜150μM Cdを含有する培地に置床し、6日目に根の伸長量を測定した。n=15、縦線は標準誤差を示す。FIG. 12 is a diagram showing the results of confirming the sensitivity of the plant mutant (41-3 strain) selected in Example 1 to cadmium (Cd) in Example 3. 41-3 line (●) and wild type (■) seedlings were placed on a medium containing 0 to 150 μM Cd, and the amount of root elongation was measured on the 6th day. n = 15, vertical lines indicate standard errors.

Claims (8)

下記(a)から(d)のいずれかに記載のDNAであり、植物のカドミウムに対する耐性に関与するタンパク質をコードするDNAからなることを特徴とする遺伝子。
(a)配列番号:1で示されるアミノ酸配列からなるタンパク質をコードするDNA
(b)配列番号:1で示されるアミノ酸配列において1若しくは数個のアミノ酸が置換、欠失、挿入、及び/又は付加したアミノ酸配列からなるタンパク質をコードするDNA
(c)配列番号:2又は配列番号:3で示される塩基配列のコード領域を含むDNA
(d)配列番号:2又は配列番号:3で示される塩基配列のコード領域を含むDNAとストリンジェントな条件下でハイブリダイズするDNA
A gene according to any one of (a) to (d) below, comprising a DNA encoding a protein involved in plant cadmium resistance:
(A) DNA encoding a protein consisting of the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 1
(B) DNA encoding a protein comprising an amino acid sequence in which one or several amino acids are substituted, deleted, inserted, and / or added in the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 1.
(C) DNA containing the coding region of the base sequence represented by SEQ ID NO: 2 or SEQ ID NO: 3
(D) DNA that hybridizes under stringent conditions with DNA containing the coding region of the nucleotide sequence represented by SEQ ID NO: 2 or SEQ ID NO: 3.
植物において、請求項1に記載の遺伝子を破壊乃至発現抑制することを特徴とするカドミウム感受性植物の作出方法。   A method for producing a cadmium-sensitive plant, comprising destroying or suppressing expression of the gene of claim 1 in a plant. 塩基の置換、欠失、及び/又は挿入により、請求項1に記載の遺伝子を破壊乃至発現抑制する請求項2に記載のカドミウム感受性植物の作出方法。   The method for producing a cadmium-sensitive plant according to claim 2, wherein the gene according to claim 1 is disrupted or expression is suppressed by base substitution, deletion, and / or insertion. T−DNAの挿入により、請求項1に記載の遺伝子を破壊乃至発現抑制する請求項2から3のいずれかに記載のカドミウム感受性植物の作出方法。   The method for producing a cadmium-sensitive plant according to any one of claims 2 to 3, wherein the gene according to claim 1 is disrupted or expression is suppressed by inserting T-DNA. 請求項2から4のいずれかに記載のカドミウム感受性植物の作出方法により得られることを特徴とするカドミウム感受性植物。   A cadmium-sensitive plant obtained by the method for producing a cadmium-sensitive plant according to any one of claims 2 to 4. 植物がシロイヌナズナである請求項5に記載のカドミウム感受性植物。   The cadmium-sensitive plant according to claim 5, wherein the plant is Arabidopsis thaliana. 請求項1に記載の遺伝子に、T−DNAが挿入されてなることを特徴とする遺伝子。   A gene comprising T-DNA inserted into the gene according to claim 1. 配列番号:4で示される塩基配列を含む請求項7に記載の遺伝子。   The gene according to claim 7, comprising the base sequence represented by SEQ ID NO: 4.
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