JP2010046043A - Transgenic plant, method for producing the same and method for producing ubiquinone 10 - Google Patents

Transgenic plant, method for producing the same and method for producing ubiquinone 10 Download PDF

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Kiyoshi Kawai
清 河合
Yoshitaka Tanetani
良貴 種谷
Koichiro Sumi
康一郎 角
Tsutomu Shimizu
力 清水
Sakiko Asano
咲子 浅野
Koichi Kadowaki
光一 門脇
Yasunori Ban
保徳 番
Makoto Kawamuki
誠 川向
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To highly accumulate CoQ10 (ubiquinone 10) in the seeds of a plant. <P>SOLUTION: The transgenic plant is provided by introducing an expression cassette having the promotor of a peptide elongation factor gene and a decaprenyl diphosphate synthase gene capable of expressing under the control of the above promotor, and accumulating the ubiquinone 10 in the seeds. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、ユビキノン10(コエンザイムQ10(CoQ10)と別称される)を種子内に蓄積させる形質転換植物及びその製造方法、並びに当該形質転換植物を用いたユビキノン10の製造方法に関する。   The present invention relates to a transformed plant for accumulating ubiquinone 10 (also referred to as coenzyme Q10 (CoQ10)) in seeds, a method for producing the same, and a method for producing ubiquinone 10 using the transformed plant.

ユビキノン10(以下、CoQ10と称する場合もある)は、呼吸鎖電子伝達系の酸化還元に関わる重要な物質として、古くから基礎及び応用の両面にわたる研究の対象となってきた。近年はエネルギー産生賦活作用だけでなく抗酸化機能が注目され、従来の医薬用途に加えてサプリメントや化粧品として社会に普及している。CoQ10をほとんど蓄積しないイネの種子中にCoQ10を蓄積させる取り組みが行われ、比較的多量のCoQ10を遺伝子組換えイネの種子中に蓄積させることに成功している(特許文献1:特開2006-212019号公報、非特許文献1:S. Takahashi et al., FEBS Letters,580, 955-959 (2006))。酢酸菌の一種であるグルコン酸菌由来で、CoQ10の側鎖(10ユニットのイソプレン鎖)の合成を行う酵素のdecaprenyl diphosphate synthase遺伝子にイネミトコンドリアリボソームタンパクのミトコンドリア局在化シグナルペプチドをコードする配列を連結して、decaprenyl diphosphate synthaseをイネのミトコンドリアに発現させることにより、イネ種子中へのCoQ10の蓄積に成功している(特許文献2:United States Patent 6,103,488、非特許文献2:Okada, K., et al., Eur. J. Biochem. 255: 52-59 (1998))。しかしながら、種子中に蓄積されるCoQ10の含量は、種子を食用にしてCoQ10を種子から摂取する場合においても、また種子からCoQ10を抽出利用する場合においても、未だに実用的なレベルには達していない。   Ubiquinone 10 (hereinafter sometimes referred to as CoQ10) is an important substance related to the oxidation-reduction of the respiratory chain electron transport system, and has been the subject of research from both the basic and applied aspects. In recent years, not only the energy production activation effect but also the antioxidant function has attracted attention, and in addition to conventional pharmaceutical uses, it has spread to society as a supplement and cosmetics. Efforts have been made to accumulate CoQ10 in rice seeds that hardly accumulate CoQ10, and a relatively large amount of CoQ10 has been successfully accumulated in seeds of genetically modified rice (Patent Document 1: Japanese Patent Laid-Open No. 2006-2006). 212019 publication, non-patent document 1: S. Takahashi et al., FEBS Letters, 580, 955-959 (2006)). A sequence encoding the mitochondrial localization signal peptide of rice mitochondrial ribosomal protein in the decaprenyl diphosphate synthase gene of the enzyme that synthesizes the side chain of CoQ10 (10 units of isoprene chain), derived from gluconic acid bacteria, a kind of acetic acid bacteria By linking and expressing decaprenyl diphosphate synthase in rice mitochondria, CoQ10 has been successfully accumulated in rice seeds (Patent Document 2: United States Patent 6,103,488, Non-Patent Document 2: Okada, K., et al., Eur. J. Biochem. 255: 52-59 (1998)). However, the content of CoQ10 accumulated in the seeds has not yet reached a practical level even when the seeds are edible and CoQ10 is taken from the seeds and when CoQ10 is extracted from the seeds. .

実用化のために必要な含量を算定するためにはサプリメントとしてのCoQ10の1日必要摂取量の設定が必要であるが、現在までに科学的根拠に基づいた値は存在しない。そこで基準値として市販されているCoQ10サプリメントで推奨されている1日必要摂取量を調査した結果、おおよそ30mgから300mgの範囲で推奨されていた。一方、平成19年の国民一人当たりの一ヶ月の米消費量は約4900gとされている(米ネットhttp://www.komenet.or.jp/)。これを一ヶ月30日として1日あたりに換算すると約160gとなる。仮に1日必要摂取量を30mgに設定してこの必要量を1日の米消費量で補うとすると約190μg/gの量のCoQ10が米に含まれることが必要となる。一方、CoQ10は他の食品にも含まれており(非特許文献3:Kamei M., et al., Int. J. Vitam. Nutr. Res. 56: 57-63 (1986))、必要摂取量をCoQ10強化米だけで補給する必要はないとも考えることができる。そこで、一日摂取必要量(30mg)の半分(15mg)を、CoQ10を含む米で摂取すると仮定した場合、95μg/gの量のCoQ10が米に含まれることが必要となる。   In order to calculate the content necessary for practical use, it is necessary to set the daily intake of CoQ10 as a supplement, but to date there is no value based on scientific evidence. Therefore, as a result of investigating the daily required intake recommended for CoQ10 supplement marketed as a reference value, it was recommended in the range of approximately 30 mg to 300 mg. On the other hand, the monthly consumption of rice per capita in 2007 is about 4900g (US net http://www.komenet.or.jp/). If this is converted to 30 days a month, it will be about 160g per day. If the daily required intake is set to 30 mg and this required amount is supplemented by the daily rice consumption, it is necessary that the rice contains CoQ10 in an amount of about 190 μg / g. On the other hand, CoQ10 is also contained in other foods (Non-patent Document 3: Kamei M., et al., Int. J. Vitam. Nutr. Res. 56: 57-63 (1986)) It can be considered that it is not necessary to replenish only with CoQ10 reinforced rice. Therefore, if it is assumed that half (15 mg) of the daily intake requirement (30 mg) is consumed in rice containing CoQ10, the amount of CoQ10 of 95 μg / g needs to be contained in the rice.

特開2006-212019号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2006-212019 United States Patent 6,103,488United States Patent 6,103,488 S. Takahashi et al., FEBS Letters, 580, 955-959 (2006)S. Takahashi et al., FEBS Letters, 580, 955-959 (2006) Okada, K., et al., Eur. J. Biochem. 255: 52-59 (1998)Okada, K., et al., Eur. J. Biochem. 255: 52-59 (1998) Kamei M. et al., Int. J. Vitam. Nutr. Res. 56: 57-63 (1986)Kamei M. et al., Int. J. Vitam. Nutr. Res. 56: 57-63 (1986)

そこで、本発明は、上述した実用に鑑み、植物の種子内にCoQ10を高蓄積させることができる形質転換植物及びその製造方法、並びに当該形質転換植物を利用したユビキノン10の製造方法を提供することを目的とする。   Therefore, in view of the above-described practical use, the present invention provides a transformed plant capable of highly accumulating CoQ10 in plant seeds, a method for producing the same, and a method for producing ubiquinone 10 using the transformed plant. With the goal.

上述した目的を達成するため、本発明者らは、非特許文献1に記載された方法により作出された組換えイネよりもさらに多くのCoQ10を蓄積させることを目的として、新たな形質転換ベクターを作製し、これを使用することで、従来よりもさらに多くのCoQ10を種子中に蓄積させることに成功し、本発明を完成するに至った。   In order to achieve the above-described object, the present inventors have established a new transformation vector for the purpose of accumulating more CoQ10 than recombinant rice produced by the method described in Non-Patent Document 1. By producing and using this, it succeeded in accumulating more CoQ10 in the seed than before, and completed the present invention.

本発明は以下を包含する。
(1)ペプチド伸長因子遺伝子のプロモーターと、当該プロモーターの制御下に発現可能なデカプレニルジホスフェート合成酵素遺伝子とを有する発現カセットを導入してなり、種子中にユビキノン10を蓄積する形質転換植物。
The present invention includes the following.
(1) A transformed plant that accumulates ubiquinone 10 in seeds by introducing an expression cassette having a promoter of a peptide elongation factor gene and a decaprenyl diphosphate synthase gene that can be expressed under the control of the promoter.

(2)上記発現カセットは、上記デカプレニルジホスフェート合成酵素遺伝子の上流に、ミトコンドリア局在化シグナルペプチドをコードする領域を更に有することを特徴とする(1)記載の形質転換植物。   (2) The transformed plant according to (1), wherein the expression cassette further has a region encoding a mitochondrial localization signal peptide upstream of the decaprenyl diphosphate synthase gene.

(3)選抜マーカーとして、変異型アセト乳酸合成酵素遺伝子が更に導入されていることを特徴とする(1)記載の形質転換植物。
(4)形質転換イネであることを特徴とする(1)記載の形質転換植物。
(3) The transformed plant according to (1), wherein a mutant acetolactate synthase gene is further introduced as a selection marker.
(4) The transformed plant according to (1), which is transformed rice.

(5)ペプチド伸長因子遺伝子のプロモーターと、当該プロモーターの制御下に発現可能なデカプレニルジホスフェート合成酵素遺伝子とを有する発現カセットを導入する、種子中にユビキノン10を蓄積する形質転換植物の製造方法。   (5) A method for producing a transformed plant for accumulating ubiquinone 10 in seeds, wherein an expression cassette having a promoter of a peptide elongation factor gene and a decaprenyl diphosphate synthase gene that can be expressed under the control of the promoter is introduced. .

(6)上記発現カセットは、上記デカプレニルジホスフェート合成酵素遺伝子の上流に、ミトコンドリア局在化シグナルペプチドをコードする領域を更に有することを特徴とする(5)記載の形質転換植物の製造方法。   (6) The method for producing a transformed plant according to (5), wherein the expression cassette further has a region encoding a mitochondrial localization signal peptide upstream of the decaprenyl diphosphate synthase gene.

(7)選抜マーカーとして変異型アセト乳酸合成酵素遺伝子が更に導入され、ピリミジニルカルボキシ除草剤により上記発現カセットが導入された個体を選抜することを特徴とする(5)記載の形質転換植物の製造方法。
(8)形質転換イネであることを特徴とする(5)記載の形質転換植物の製造方法。
(7) The method for producing a transformed plant according to (5), wherein the mutant acetolactate synthase gene is further introduced as a selection marker, and the individual into which the expression cassette is introduced is selected by a pyrimidinylcarboxy herbicide. .
(8) The method for producing a transformed plant according to (5), which is transformed rice.

(9)ペプチド伸長因子遺伝子のプロモーターと、当該プロモーターの制御下に発現可能なデカプレニルジホスフェート合成酵素遺伝子とを有する発現カセットを導入してなる形質転換植物から種子を採取する工程と、採取した種子に含まれるユビキノン10を抽出する工程とを含むユビキノン10の製造方法。   (9) a step of collecting seeds from a transformed plant obtained by introducing an expression cassette having a promoter of a peptide elongation factor gene and a decaprenyl diphosphate synthase gene that can be expressed under the control of the promoter; A process for extracting ubiquinone 10 contained in seeds.

(10)上記発現カセットは、上記デカプレニルジホスフェート合成酵素遺伝子の上流に、ミトコンドリア局在化シグナルペプチドをコードする領域を更に有することを特徴とする(9)記載のユビキノン10の製造方法。   (10) The method for producing ubiquinone 10 according to (9), wherein the expression cassette further has a region encoding a mitochondrial localization signal peptide upstream of the decaprenyl diphosphate synthase gene.

(11)上記形質転換植物は、選抜マーカーとして変異型アセト乳酸合成酵素遺伝子が更に導入されていることを特徴とする(9)記載のユビキノン10の製造方法。   (11) The method for producing ubiquinone 10 according to (9), wherein the transformed plant is further introduced with a mutant acetolactate synthase gene as a selection marker.

(12)上記形質転換植物は形質転換イネであることを特徴とする(9)記載のユビキノン10の製造方法。   (12) The method for producing ubiquinone 10 according to (9), wherein the transformed plant is transformed rice.

本発明によれば、従来と比較して有意に大量のユビキノン10を種子内に蓄積することができる形質転換植物及びその製造方法を提供することができる。本発明に係る形質転換植物及びその製造方法を利用することにより、有用な物質であるユビキノン10を大量に製造することができ、単位作付面積当たりのユビキノン10の生産量を大幅に改善することができる。   According to the present invention, it is possible to provide a transformed plant capable of accumulating a significantly larger amount of ubiquinone 10 in the seed than in the past and a method for producing the same. By using the transformed plant and the method for producing the same according to the present invention, a large amount of ubiquinone 10 which is a useful substance can be produced, and the production amount of ubiquinone 10 per unit acreage can be greatly improved. it can.

以下、本発明に係る形質転換植物及びその製造方法、並びにユビキノン10の製造方法を図面を参照して詳細に説明する。   Hereinafter, a transformed plant according to the present invention, a method for producing the same, and a method for producing ubiquinone 10 will be described in detail with reference to the drawings.

本発明において形質転換の対象となる植物としては、特に限定されず、例えば、イネ、タバコ、オオムギ、コムギ、パンコムギ、ライムギ、カラスムギ、ハトムギ、モロコシ、トウモロコシ、キビ、アワ、ヒエ、ソバ、カタクリ、クズ、サトウキビ、テンサイ、ナス、ジャガイモ、サツマイモ、ヤマイモ、サトイモ、コンニャク、ゴボウ、レンコン、キュウリ、カラスウリ、ヘチマ、フキ、タロイモ、キャッサバ、トマト、ニンジン、アスパラガス、カボチャ、ダイコン、カブ、アブラナ、キャノーラ、アルファルファ、ピーマン、トウガラシ、キャベツ、ブロッコリー、カリフラワー、レタス、マツナ、ホウレンソウ、シュンギク、ヨモギ、オクラ、シソ、ゴマ、クチナシ、ワサビ、カラシ、ショウガ、ミョウガ、ウコン、サフラン、タマネギ、ネギ、ニンニク、ワラビ、ゼンマイ、ダイズ、アズキ、インゲンマメ、エンドウ、ソラマメ、ササゲ、ベルベットビーン、カラスノエンドウ、ラッカセイ、クコ、ケシ、オリーブ、ハッカ、アーモンド、ピスタチオ、マカダミアナッツ、ピーナッツ、ナツメヤシ、ココヤシ、サゴヤシ、サトウヤシ、ニッパヤシ、パイナップル、カキ、リンゴ、ウメ、モモ、ビワ、ナシ、ブドウ、サクランボウ、イチゴ、キイチゴ、ブルーベリー、プルーン、ザクロ、イチジク、アケビ、グミ、マンゴスチン、キーウィフルーツ、メロン、柑橘、バナナ、パパイヤ、マンゴー、シロイヌナズナ、ナズナ、イヌナズナ、ユリ、バラ、サクラ、ヤマザクラ、ボタン、ツバキ、サザンカ、ラベンダー、フジ、シャクヤク、スミレ、パンジー、スイートピー、スイセン、ハナショウブ、アヤメ、バショウ、ショウブ、ミズバショウ、スイレン、ハス、ラン、アサガオ、キンモクセイ、アザミ、ガーベラ、ダリア、チューリップ、コスモス、ヒマワリ、タンポポ、カモミール、ローズマリー、ホオズキ、ハマナス、マタタビ、クローバー、ライラック、サボテン、ユキノシタ、ドクダミ、チャ、コーヒー、エゾマツ、カラマツ、アカマツ、タケ、イチョウ、スギ、ヒノキ、モミ、ゴム、ブナ、ケヤキ、クスノキ、モミジバフウ、ユーカリ、カエデ、ポプラ、アカシア、ゲッケイジュ、ワタ、イグサ、シバ、ベニバナ、クルミ、アボカドが挙げられるが、特にイネが好ましい。   The plant to be transformed in the present invention is not particularly limited, for example, rice, tobacco, barley, wheat, bread wheat, rye, oats, sorghum, sorghum, corn, millet, millet, buckwheat, buckwheat, bonito, Kudzu, sugar cane, sugar beet, eggplant, potato, sweet potato, yam, taro, konjac, burdock, lotus root, cucumber, calla cucumber, loofah, burdock, taro, cassava, tomato, carrot, asparagus, pumpkin, radish, turnip, rape, canola , Alfalfa, pepper, capsicum, cabbage, broccoli, cauliflower, lettuce, pine, spinach, garlic, mugwort, okra, perilla, sesame, gardenia, horseradish, mustard, ginger, ginger, turmeric, saffron, tama Geek, leek, garlic, bracken, spring, soybean, azuki bean, kidney bean, pea, broad bean, cowpea, velvet bean, peanut, groundnut, groundnut, wolfberry, poppy, olive, mint, almond, pistachio, macadamia nut, peanut, date palm, Coconut palm, Sago palm, Sugar palm, Nippa palm, Pineapple, Oyster, Apple, Ume, Peach, Loquat, Pear, Grape, Cherry, Strawberry, Raspberry, Blueberry, Prune, Pomegranate, Fig, Akebi, Gummy, Mangosteen, Kiwifruit, Melon, Citrus, Banana, Papaya, Mango, Arabidopsis, Nazuna, Inazuna, Lily, Rose, Sakura, Yamazakura, Button, Camellia, Sazanka, Lavender, Fuji, Peonies, Violet, Pansy, Sweetpea, Su Sen, Hanashobu, Iris, Basho, Shobu, Oshibasho, Water Lily, Lotus, Orchid, Morning Glory, Buttercup, Thistle, Gerbera, Dahlia, Tulip, Cosmos, Sunflower, Dandelion, Chamomile, Rosemary, Physalis, Hamanas, Matava, Clover , Cactus, saxifrage, dokudami, tea, coffee, spruce, larch, red pine, bamboo, ginkgo, cedar, cypress, fir, rubber, beech, zelkova, camphor, maple buffalo, eucalyptus, maple, poplar, acacia, bay bay, rush , Shiba, safflower, walnut, and avocado, with rice being particularly preferred.

上述した形質転換対象の植物に導入する発現カセットは、ペプチド伸長因子遺伝子のプロモーターと、当該プロモーターの制御下に発現可能なデカプレニルジホスフェート合成酵素遺伝子とを有するものである。   The expression cassette introduced into the plant to be transformed has a peptide elongation factor gene promoter and a decaprenyl diphosphate synthase gene that can be expressed under the control of the promoter.

ここで、ペプチド伸長因子遺伝子とは、翻訳伸長因子とも呼称され、タンパク質生合成系においてペプチド鎖合成に関与するタンパク質をコードする遺伝子である。ペプチド伸長因子遺伝子としては、上述した植物由来のペプチド伸長因子遺伝子、哺乳類由来のペプチド伸長因子遺伝子、糸状菌由来のペプチド伸長因子遺伝子、細菌由来のペプチド伸長因子遺伝子及び酵母由来のペプチド伸長因子遺伝子が知られている。   Here, the peptide elongation factor gene is also called a translation elongation factor, and is a gene that encodes a protein involved in peptide chain synthesis in a protein biosynthesis system. Peptide elongation factor genes include the above-described plant-derived peptide elongation factor genes, mammalian-derived peptide elongation factor genes, filamentous fungal-derived peptide elongation factor genes, bacterial-derived peptide elongation factor genes, and yeast-derived peptide elongation factor genes. Are known.

ペプチド伸長因子遺伝子のプロモーターとは、上述したペプチド伸長因子遺伝子の転写方向の上流に位置し、ペプチド伸長因子遺伝子の発現を制御している領域を意味する。ペプチド伸長因子遺伝子のプロモーターとしては、上述したペプチド伸長因子遺伝子の発現を制御するプロモーターであれば、いずれの遺伝子のプロモーターを使用しても良い。例えば、ペプチド伸長因子遺伝子のプロモーターとしては、イネ由来のペプチド伸長因子遺伝子1αプロモーター、イネ由来のペプチド伸長因子遺伝子1βプロモーター、トウモロコシ由来のペプチド伸長因子遺伝子1αプロモーター、シロイヌナズナ由来のペプチド伸長因子遺伝子1αプロモーター、シロイヌナズナ由来のペプチド伸長因子遺伝子1βプロモーター、ヒト由来のポリペプチド鎖伸長因子遺伝子1αプロモーター、アカパンカビ由来のペプチド伸長因子EF−1αプロモーター、大腸菌由来のtufA遺伝子プロモーター、酵母由来のペプチド伸長因子EF−1αプロモーター等を使用することができる。   The peptide elongation factor gene promoter means a region located upstream in the transcription direction of the peptide elongation factor gene described above and controlling the expression of the peptide elongation factor gene. As the promoter of the peptide elongation factor gene, any promoter may be used as long as it controls the expression of the peptide elongation factor gene described above. For example, as a peptide elongation factor gene promoter, rice-derived peptide elongation factor gene 1α promoter, rice-derived peptide elongation factor gene 1β promoter, maize-derived peptide elongation factor gene 1α promoter, Arabidopsis derived peptide elongation factor gene 1α promoter , Arabidopsis derived peptide elongation factor gene 1β promoter, human derived polypeptide chain elongation factor gene 1α promoter, red bread mold derived peptide elongation factor EF-1α promoter, E. coli derived tufA gene promoter, yeast derived peptide elongation factor EF-1α A promoter or the like can be used.

一例として、イネ由来のペプチド伸長因子遺伝子1αプロモーターの塩基配列を配列番号1に示す。なお、上述した種々の生物由来のペプチド伸長因子遺伝子のプロモーターの塩基配列は、Genbank等の塩基配列情報を格納した公的データベースから容易に取得することができる。   As an example, the base sequence of the rice-derived peptide elongation factor gene 1α promoter is shown in SEQ ID NO: 1. In addition, the base sequences of the promoters of the above-mentioned various organism-derived peptide elongation factor genes can be easily obtained from public databases storing base sequence information such as Genbank.

また、配列番号1に示した塩基配列や、公的データベースにペプチド伸長因子遺伝子のプロモーターとして登録された塩基配列において、1又は複数の塩基が欠失、置換、付加又は挿入された塩基配列からなり、且つ、プロモーターとして機能するポリヌクレオチドを、ペプチド伸長因子遺伝子のプロモーターとして本発明において使用することができる。ここで複数の塩基とは、例えば2〜250個の塩基、好ましくは2〜125個の塩基、より好ましくは2〜50個の塩基、最も好ましくは2〜25個の塩基を意味する。   The base sequence shown in SEQ ID NO: 1 or the base sequence registered as a promoter of a peptide elongation factor gene in a public database consists of a base sequence in which one or more bases are deleted, substituted, added or inserted. A polynucleotide that functions as a promoter can be used in the present invention as a promoter of a peptide elongation factor gene. Here, the plurality of bases means, for example, 2 to 250 bases, preferably 2 to 125 bases, more preferably 2 to 50 bases, and most preferably 2 to 25 bases.

また、配列番号1に示した塩基配列や、公的データベースにペプチド伸長因子遺伝子のプロモーターとして登録された塩基配列の相補鎖に対して、ストリンジェントな条件下でハイブリダイズすることができ、且つ、プロモーターとして機能するポリヌクレオチドを、ペプチド伸長因子遺伝子のプロモーターとして本発明において使用することができる。ここで、ストリンジェントな条件としては、例えばMolecular Cloning: A Laboratory Manual (Third Edition)等を参照して容易に設定することができる。   Further, it can hybridize under stringent conditions to the base sequence shown in SEQ ID NO: 1 or a complementary strand of a base sequence registered as a promoter of a peptide elongation factor gene in a public database, and A polynucleotide that functions as a promoter can be used in the present invention as a promoter of a peptide elongation factor gene. Here, stringent conditions can be easily set with reference to, for example, Molecular Cloning: A Laboratory Manual (Third Edition).

特に、形質転換対象をイネとする場合には、イネ由来のペプチド伸長因子遺伝子プロモーターを使用することが好ましく、イネ以外の植物についても当該植物由来のペプチド伸長因子遺伝子プロモーターを使用することが好ましい。   In particular, when the subject of transformation is rice, it is preferable to use a rice-derived peptide elongation factor gene promoter, and it is also preferable to use a plant-derived peptide elongation factor gene promoter for plants other than rice.

また、デカプレニルジホスフェート合成酵素遺伝子とは、デカプレニル2リン酸合成酵素遺伝子とも呼称され、10ユニットのイソプレン鎖を合成する活性を有する酵素をコードする遺伝子を意味する。デカプレニルジホスフェート合成酵素遺伝子としては、特に限定されず従来公知の遺伝子を使用することができる。例えば、デカプレニルジホスフェート合成酵素遺伝子としては、グルコン酸菌(Gluconobacter suboxydans)由来のddsA(decaprenyl diphosphate synthase:デカプレニル2リン酸合成酵素)遺伝子を使用することができる。また、デカプレニルジホスフェート合成酵素遺伝子としては、グルコン酸菌由来のddsA遺伝子の他に、例えば、アグロバクテリウム由来のデカプレニルジホスフェート合成酵素遺伝子、分裂酵母由来のdps1遺伝子,ヒト由来のDPS1遺伝子、アスペルギルス・クラバタス由来のデカプレニルジホスフェート合成酵素遺伝子、ブレオマイセス・アルバス由来のデカプレニルジホスフェート合成酵素遺伝子、ロイコスポリディウム・スコティ由来のデカプレニルジホスフェート合成酵素遺伝子、ロドバクター・カプスラタス由来のデカプレニルジホスフェート合成酵素遺伝子、サイトエラ・コンプリカータ由来のデカプレニルジホスフェート合成酵素遺伝子、パラコッカス・デニトリフィカンス由来のデカプレニルジホスフェート合成酵素遺伝子等を使用することができる。   The decaprenyl diphosphate synthase gene is also called a decaprenyl diphosphate synthase gene and means a gene encoding an enzyme having an activity of synthesizing 10 units of isoprene chain. The decaprenyl diphosphate synthase gene is not particularly limited, and a conventionally known gene can be used. For example, as the decaprenyl diphosphate synthase gene, a ddsA (decaprenyl diphosphate synthase) gene derived from Gluconobacter suboxydans can be used. The decaprenyl diphosphate synthase gene includes, for example, Agrobacterium-derived decaprenyl diphosphate synthase gene, fission yeast-derived dps1 gene, human-derived DPS1 gene, in addition to the ddsA gene derived from gluconic acid bacteria , Decaprenyl diphosphate synthase gene from Aspergillus clavatas, decaprenyl diphosphate synthase gene from Bleomyces albus, decaprenyl diphosphate synthase gene from Leukospodium skoti, decaprenyl from rhodobacter capsulatus Uses diphosphate synthase gene, decaprenyl diphosphate synthase gene from Cytoela complicator, decaprenyl diphosphate synthase gene from Paracoccus denitrificans, etc. can do.

一例として、グルコン酸菌(Gluconobacter suboxydans)由来のデカプレニルジホスフェート合成酵素遺伝子(ddsA遺伝子)の塩基配列を配列番号2に示し、ddsA遺伝子によりコードされるデカプレニルジホスフェート合成酵素のアミノ酸配列を配列番号3に示す。なお、上述した種々の生物由来のデカプレニルジホスフェート合成酵素遺伝子の塩基配列及びアミノ酸配列は、Genbank及びSwiss-Prot等の塩基配列情報を格納した公的データベースから容易に取得することができる。   As an example, the base sequence of the decaprenyl diphosphate synthase gene (ddsA gene) derived from Gluconobacter suboxydans is shown in SEQ ID NO: 2, and the amino acid sequence of the decaprenyl diphosphate synthase encoded by the ddsA gene is sequenced The number 3 is shown. In addition, the base sequence and amino acid sequence of the decaprenyl diphosphate synthase genes derived from various organisms described above can be easily obtained from public databases storing base sequence information such as Genbank and Swiss-Prot.

また、配列番号3に示したアミノ酸配列や、公的データベースにデカプレニルジホスフェート合成酵素として登録されたアミノ酸配列において、1又は複数のアミノ酸が欠失、置換、付加又は挿入されたアミノ酸配列からなり、且つ、デカプレニルジホスフェート合成酵素活性を示すタンパク質を、デカプレニルジホスフェート合成酵素として本発明において使用することができる。ここで複数のアミノ酸とは、例えば2〜30個のアミノ酸、好ましくは2〜20個のアミノ酸、より好ましくは2〜15個のアミノ酸、最も好ましくは2〜7個のアミノ酸を意味する。   In addition, the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 3 or an amino acid sequence registered as a decaprenyl diphosphate synthase in a public database consists of an amino acid sequence in which one or more amino acids are deleted, substituted, added or inserted. A protein exhibiting decaprenyl diphosphate synthase activity can be used in the present invention as decaprenyl diphosphate synthase. A plurality of amino acids here means, for example, 2 to 30 amino acids, preferably 2 to 20 amino acids, more preferably 2 to 15 amino acids, and most preferably 2 to 7 amino acids.

また、配列番号2に示した塩基配列や、公的データベースにデカプレニルジホスフェート合成酵素遺伝子として登録された塩基配列の相補鎖に対して、ストリンジェントな条件下でハイブリダイズすることができ、且つ、デカプレニルジホスフェート合成酵素活性を有するタンパク質をコードするポリヌクレオチドを、デカプレニルジホスフェート合成酵素遺伝子として本発明において使用することができる。ここで、ストリンジェントな条件としては、例えばMolecular Cloning: A Laboratory Manual (Third Edition)等を参照して容易に設定することができる。   Further, it can hybridize under stringent conditions to the base sequence shown in SEQ ID NO: 2 or the complementary strand of the base sequence registered as a decaprenyl diphosphate synthase gene in a public database, and A polynucleotide encoding a protein having decaprenyl diphosphate synthase activity can be used in the present invention as a decaprenyl diphosphate synthase gene. Here, stringent conditions can be easily set with reference to, for example, Molecular Cloning: A Laboratory Manual (Third Edition).

一方、ペプチド伸長因子遺伝子のプロモーターと、当該プロモーターの制御下に発現可能なデカプレニルジホスフェート合成酵素遺伝子とを有する発現カセットは、当該プロモーター及び遺伝子の他に、選抜マーカー遺伝子及び発現調節領域等を有するものであっても良い。選抜マーカー遺伝子としては、従来公知のものを使用することができる。例えば、選抜マーカー遺伝子としては、栄養要求性マーカー遺伝子、薬剤耐性マーカー遺伝子及び除草剤耐性マーカー遺伝子等を挙げることができる。特に、選抜マーカー遺伝子としては、bispyribac-sodium, pyrithiobac-sodium及びpyriminobac等のピリミジニルカルボキシ系除草剤に対する抵抗性を付与することができる変異型アセト乳酸シンターゼをコードする遺伝子を使用することが好ましい。この変異型アセト乳酸シンターゼ遺伝子については、日本国特許第4091429号及び米国特許7,119,256を参照して、適宜使用することができる。   On the other hand, an expression cassette having a promoter of a peptide elongation factor gene and a decaprenyl diphosphate synthase gene that can be expressed under the control of the promoter includes a selection marker gene and an expression regulatory region in addition to the promoter and gene. You may have. As the selection marker gene, a conventionally known one can be used. For example, examples of selection marker genes include auxotrophic marker genes, drug resistance marker genes, and herbicide resistance marker genes. In particular, as a selection marker gene, it is preferable to use a gene encoding a mutant acetolactate synthase capable of imparting resistance to pyrimidinylcarboxy-based herbicides such as bispyribac-sodium, pyrithiobac-sodium and pyriminobac. This mutant acetolactate synthase gene can be appropriately used with reference to Japanese Patent No. 4091429 and US Pat. No. 7,119,256.

また、発現調節領域としては、例えば、器官特異的に局在性を付与するペプチドをコードする領域、転写終結領域(ターミーネーター遺伝子)を挙げることができる。例えば発現調節領域としては、ミトコンドリア局在化シグナルペプチドや小胞体局在化シグナルペプチドをコードする遺伝子を挙げることができる。特に、発現調節領域としては、ミトコンドリア局在化シグナルペプチド遺伝子を使用することが好ましい。換言すれば、上述したデカプレニルジホスフェート合成酵素をミトコンドリアに局在させることによって、種子内におけるCoQ10の蓄積量をより大幅に向上させることができる。   Examples of the expression regulatory region include a region encoding a peptide that imparts localization specific to an organ and a transcription termination region (terminator gene). For example, examples of the expression regulatory region include a gene encoding a mitochondrial localization signal peptide or an endoplasmic reticulum localization signal peptide. In particular, it is preferable to use a mitochondrial localization signal peptide gene as the expression regulatory region. In other words, by accumulating the above-described decaprenyl diphosphate synthase in mitochondria, the amount of CoQ10 accumulated in seeds can be greatly improved.

以上のように構成される発現カセットを形質転換対象の植物に導入することで、種子内にCoQ10を高蓄積する形質転換植物を作製することができる。発現カセットを植物に導入する手法としては、従来公知の如何なる手法をも適用することができる。例えば、アグロバクテリウム(Agrobacterium tumefaciens)を用いて外来遺伝子を標的植物細胞に導入する手法を使用することができる。   By introducing the expression cassette configured as described above into a plant to be transformed, a transformed plant that highly accumulates CoQ10 in seeds can be produced. Any conventionally known technique can be applied as a technique for introducing an expression cassette into a plant. For example, a technique of introducing a foreign gene into a target plant cell using Agrobacterium tumefaciens can be used.

また、発現カセットは、従来公知の発現ベクターにドライブし、上述したデカプレニルジホスフェート合成酵素遺伝子をペプチド伸長因子遺伝子のプロモーターの制御下に発現可能な発現ベクターとして植物に導入しても良い。具体的には、アグロバクテリウムのTiプラスミドのT-DNA配列を含んでいるバイナリーベクターに上述した発現カセットを挿入する。このTiプラスミドを大腸菌等に形質転換する。次に、大腸菌等で増殖させたバイナリーベクターを、ヘルパープラスミドを含んでいるアグロバクテリウム菌に形質転換する。そして、このアグロバクテリウム菌を、標的とする植物に感染させた後、形質転換植物を同定する。同定された形質転換植物が培養細胞の場合には、従来公知の手法により、その植物細胞を完全な植物に再生させることができる。   Alternatively, the expression cassette may be driven into a conventionally known expression vector, and the above-described decaprenyl diphosphate synthase gene may be introduced into a plant as an expression vector that can be expressed under the control of a peptide elongation factor gene promoter. Specifically, the above-described expression cassette is inserted into a binary vector containing the T-DNA sequence of Agrobacterium Ti plasmid. This Ti plasmid is transformed into E. coli and the like. Next, a binary vector grown in Escherichia coli or the like is transformed into Agrobacterium containing a helper plasmid. Then, after the target plant is infected with this Agrobacterium, the transformed plant is identified. When the identified transformed plant is a cultured cell, the plant cell can be regenerated into a complete plant by a conventionally known technique.

また、上述した発現カセット又は当該発現カセットを含むベクターは、従来公知の手法を用いて直接的に植物に導入してもよい。さらに、上述した発現カセット又は当該発現カセットを含むベクターを用いて形質転換する方法としては、ポリエチレングリコール法、エレクトロポーレーション法、パーティクルガン法等を使用することができる。   In addition, the expression cassette described above or a vector containing the expression cassette may be directly introduced into a plant using a conventionally known technique. Furthermore, a polyethylene glycol method, an electroporation method, a particle gun method, or the like can be used as a method for transformation using the above-described expression cassette or a vector containing the expression cassette.

以上のように作製された形質転換植物は、その種子内にCoQ10を高蓄積している。したがって、形質転換植物から採取した種子は、CoQ10を高蓄積した種子として、そのまま或いは種々の加工を施した後、医薬用途に加えてサプリメントや化粧品として使用することができる。若しくは、形質転換植物から採取した種子からCoQ10を分離・精製することによって、CoQ10を製造してもよい。   The transformed plant produced as described above has a high accumulation of CoQ10 in its seeds. Therefore, seeds collected from transformed plants can be used as supplements or cosmetics in addition to pharmaceutical applications as seeds with high accumulation of CoQ10, or after being subjected to various processing. Alternatively, CoQ10 may be produced by separating and purifying CoQ10 from seeds collected from the transformed plant.

種子からCoQ10を製造する方法としては、形質転換植物から採取した種子を粉末化し、その後、有機溶媒により溶媒抽出する。ここで、種子を粉砕化する手法としては、特に限定されないが、乳鉢を用いて粉末化する方法、ボールミル装置を用いて粉末化する方法といった各種の粉末化方法を挙げることができる。また、有機溶媒による抽出工程に先立って、水処理、オートクレーブ処理、酵素処理を予備的に行ってもよい。例えば、酵素処理としては、粉末化した種子をセルロース加水分解酵素を含む緩衝液で処理する方法を挙げることができる。ここで、セルロース加水分解酵素とは、セルラーゼと称される一群の酵素と同義であり、分子内部から切断するエンドグルカナーゼ(EC 3.2.1.4)と、糖鎖の還元末端と非還元末端のいずれから分解してセロビオースを遊離するエキソグルカナーゼ(EC 3.2.1.91)の両者を含む意味である。セルロース加水分解酵素としては、例えば、Aspergillus niger由来のセルラーゼ等を使用することができる。   As a method for producing CoQ10 from seeds, seeds collected from a transformed plant are pulverized and then extracted with an organic solvent. Here, the method for pulverizing the seed is not particularly limited, and various pulverization methods such as a method of pulverizing using a mortar and a method of pulverizing using a ball mill apparatus can be exemplified. In addition, prior to the extraction step with an organic solvent, water treatment, autoclave treatment, and enzyme treatment may be performed in advance. For example, examples of the enzyme treatment include a method of treating powdered seeds with a buffer containing cellulose hydrolase. Here, cellulose hydrolase is synonymous with a group of enzymes called cellulases, and it can be derived from endoglucanase (EC 3.2.1.4) that cleaves from the inside of the molecule, and from either the reducing end or non-reducing end of the sugar chain. It is meant to include both exoglucanases (EC 3.2.1.91) that decompose and release cellobiose. As the cellulose hydrolase, for example, cellulase derived from Aspergillus niger can be used.

有機溶媒を利用したCoQ10の抽出処理において有機溶媒としては、例えば、ペンタン、ヘキサン、ヘプタン、オクタン等の低極性有機溶媒を使用することが好ましく、特にヘキサンが好ましい。有機溶媒の量は、特に限定されないが、種子の粉体20mgに対して5〜25ml、好ましくは10〜20ml、より好ましくは12〜16mlとする。   In the extraction process of CoQ10 using an organic solvent, as the organic solvent, for example, a low-polar organic solvent such as pentane, hexane, heptane, and octane is preferably used, and hexane is particularly preferable. The amount of the organic solvent is not particularly limited, but is 5 to 25 ml, preferably 10 to 20 ml, more preferably 12 to 16 ml with respect to 20 mg of seed powder.

以上の方法により、上述した形質転換植物の種子からCoQ10を製造することができる。製造されたCoQ10は、何ら限定されることなく医薬用途に加えてサプリメントや化粧品として使用することができる。特に、上述した形質転換植物の種子においては、例えば、デカプレニルジホスフェート合成酵素遺伝子を通常の恒常発現ベクター(例えば、カリフラワーモザイクウイルス由来のS35プロモーター)の制御下に導入した形質転換植物の種子と比較して、CoQ10の蓄積量が有意に上昇している。したがって、上述した形質転換植物を使用することによって、単位作付面積当たりのCoQ10生産量を大幅に向上させることができる。   By the above method, CoQ10 can be produced from the seeds of the above-described transformed plant. The manufactured CoQ10 can be used as a supplement or a cosmetic product in addition to a pharmaceutical use without any limitation. In particular, in the seed of the transformed plant described above, for example, a seed of a transformed plant in which a decaprenyl diphosphate synthase gene is introduced under the control of a normal constitutive expression vector (for example, S35 promoter derived from cauliflower mosaic virus) In comparison, the accumulated amount of CoQ10 is significantly increased. Therefore, by using the above-described transformed plant, the production amount of CoQ10 per unit acreage can be greatly improved.

以下、実施例を用いて本発明をより詳細に説明するが、本発明の技術的範囲は以下の実施例に限定されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, although this invention is demonstrated in detail using an Example, the technical scope of this invention is not limited to a following example.

<材料及び方法>
1. イネ形質転換用バイナリーベクタープラスミド
1-1 Takahashiらの方法で使用されたバイナリーベクタープラスミド
Takahashiらの方法(S. Takahashi et al., FEBS Letters, 580, 955-959 (2006))で使われたバイナリーベクタープラスミドのコンストラクトを図1に示した。なお、本バイナリーベクタープラスミドを持つアグロバクテリム菌により形質転換されたイネ種子のホモ個体(S14ddsA91-1)を、以下の実験の比較対照として使用した。
<Materials and methods>
1. Binary vector plasmid for rice transformation
1-1 Binary vector plasmid used by Takahashi et al.
The binary vector plasmid construct used in the method of Takahashi et al. (S. Takahashi et al., FEBS Letters, 580, 955-959 (2006)) is shown in FIG. A rice seed homozygote (S14ddsA91-1) transformed with Agrobacterium having this binary vector plasmid was used as a comparative control in the following experiments.

1-2 ALSプロモーターでドライブしたddsAを持つバイナリーベクタープラスミド
本バイナリーベクタープラスミドの作製方法は特願2007-218986号で報告した。そのコンストラクトを図2に示した。特願2007-218986号においては、本バイナリーベクタープラスミドを持つアグロバクテリム菌で形質転換されたイネの後代種子(T1)のCoQ10含量を記述した。本明細書においては、その後代種子のCoQ10含量を記載した。
1-2 Binary vector plasmid with ddsA driven by ALS promoter The method for preparing this binary vector plasmid was reported in Japanese Patent Application No. 2007-218986. The construct is shown in FIG. In Japanese Patent Application No. 2007-218986, the CoQ10 content of a progeny seed (T 1 ) of rice transformed with Agrobacterium having this binary vector plasmid was described. In the present specification, the CoQ10 content of the progeny seeds is described.

1-3 EFプロモーターでドライブしたddsAを持つバイナリベクタープラスミド
イネエロンゲーションファクター(EF)βプロモーター、イネミトコンドリアリボソームタンパクのミトコンドリア局在化シグナルペプチドをコードする0044NAであるS14Signal、酢酸菌の一種であるグルコン酸菌(Gluconobacter suboxydans)由来デカプレニルジホスフェート合成酵素遺伝子(ddsA、アクセッション番号AB006850)、P10T(イネプロラミン10ターミネーター遺伝子)並びに植物形質転換用に開発されたバイナリーベクター(pPALS PSR-03(クミアイ化学工業株式会社製))を利用して、EF-1β pro:: S14 Signal::ddsA::P10Tカセットを持つバイナリーベクターのpPALS R-3を作出した。
1-3 Binary vector plasmid with ddsA driven by EF promoter Rice longevity factor (EF) β promoter, S14Signal, which is a mitochondrial localization signal peptide of rice mitochondrial ribosomal protein, Glucon, a kind of acetic acid bacteria Gluconobacter suboxydans decaprenyl diphosphate synthase gene (ddsA, accession number AB006850), P10T (riceprolamin 10 terminator gene) and binary vector developed for plant transformation (pPALS PSR-03 (Kumiai chemistry) The binary vector pPALS R-3 having the EF-1β pro :: S14 Signal :: ddsA :: P10T cassette was produced using the same).

具体的には、図3-1及び図3-2に示す方法で作製した。35Spro::S14 Signal::ddsA::NOSterカセットが組込まれたpUC18ベクターをNot I処理/Klenow Fragmentによるblunt化後、Sal I処理を行ないS14 Signal::ddsA部分を単離した。一方、pUC18ベクターをSal I / Sma I処理し、平滑末端及びSal I突出末端を持つS14 Signal::ddsAフラグメントとライゲートし大腸菌HB101株に形質転換した。この段階でpUC18上にS14 Signal::ddsAカセットが乗る形となった[pUC18(S14::ddsA)]。   Specifically, it was produced by the method shown in FIGS. 3-1 and 3-2. The pUC18 vector in which the 35Spro :: S14 Signal :: ddsA :: NOSter cassette was incorporated was treated with Not I / blunted with Klenow Fragment, followed by Sal I treatment to isolate the S14 Signal :: ddsA portion. On the other hand, the pUC18 vector was treated with Sal I / Sma I, ligated with an S14 Signal :: ddsA fragment having a blunt end and a Sal I protruding end, and transformed into E. coli strain HB101. At this stage, the S14 Signal :: ddsA cassette was put on pUC18 [pUC18 (S14 :: ddsA)].

他方、pPALS R-3をBam HI/Eco RI処理しALS::P10T部分を切り出し、pUC19ベクター上のBam HI/Eco RI部位に組込み大腸菌HB101株に形質転換した。この段階でpUC19上にALS::P10Tカセットが乗る形となった[pUC19(ALS::P10T)]。   On the other hand, pPALS R-3 was treated with Bam HI / Eco RI, and the ALS :: P10T portion was excised, incorporated into the Bam HI / Eco RI site on the pUC19 vector, and transformed into E. coli strain HB101. At this stage, the ALS :: P10T cassette was put on pUC19 [pUC19 (ALS :: P10T)].

先のpUC18(S14::ddsA)ベクターをHind III/Sac I処理しS14 Signal::ddsA部分を切り出した。次にpUC19(ALS::P10T)ベクターもHind III/Sac I処理しALS部分を除去し、S14 Signal::ddsAフラグメントをライゲートションし大腸菌HB101株に形質転換した。この段階でpUC19上にS14 Signal::ddsA::P10Tカセットが乗る形になった[pUC19(S14::ddsA::P10T)]。   The previous pUC18 (S14 :: ddsA) vector was treated with Hind III / Sac I to excise the S14 Signal :: ddsA portion. Next, the pUC19 (ALS :: P10T) vector was also treated with Hind III / Sac I to remove the ALS portion, and the S14 Signal :: ddsA fragment was ligated and transformed into E. coli strain HB101. At this stage, the S14 Signal :: ddsA :: P10T cassette was put on pUC19 [pUC19 (S14 :: ddsA :: P10T)].

pUC19(S14::ddsA::P10T)ベクターをBlp I処理/ T4 DNA polymeraseによるblunt化後、Sal I処理を行なった。一方、EF-1βプロモーターが組み込まれたpUC19ベクター(KLB-150) をBgl II処理/ T4 DNA polymeraseによるblunt化後、Sal I処理を行いEF-1βプロモーター断片を取得し、平滑末端及びSal I突出末端を持つpUC19(S14::ddsA::P10T)ベクターとライゲートし大腸菌HB101株に形質転換した。この段階でpUC19上にEF-1βpro::S14 Signal::ddsA:: P10Tカセットが乗る形となった(KLB-175)。   The pUC19 (S14 :: ddsA :: P10T) vector was treated with Blp I / blunted with T4 DNA polymerase and then treated with Sal I. On the other hand, pUC19 vector (KLB-150) in which EF-1β promoter was incorporated was treated with Bgl II / blunted with T4 DNA polymerase and then treated with Sal I to obtain an EF-1β promoter fragment. The plasmid was ligated with a pUC19 (S14 :: ddsA :: P10T) vector having an end and transformed into E. coli strain HB101. At this stage, the EF-1βpro :: S14 Signal :: ddsA :: P10T cassette was put on pUC19 (KLB-175).

次に、EF-1βpro::S14 Signal::ddsA:: P10Tカセットが組み込まれたpUC19ベクター(KLB-175)を鋳型にEF:S14:ddsA:P10-1(5'-AAAAAAGAATTCCCGATGTTCAATGACCGAACGA-3'、下線Eco RI認識配列)/EF:S14:ddsA:P10-2(5'-AAAAAACCTGCAGGTGTACAGCATGGCTTTCAAGAGGG-3'、下線Sse8387I認識配列)のプライマーセットでPhusion DNA polymerase(Finnzymes社)を用いPCRを行い{反応条件、98℃(5min)→[98℃(30sec)→60℃(30sec)→72℃(75sec)、25cycles]→72℃(7min)}、EF-1βプロモーターの5’-末端からP10ターミネーターの3’-末端に至る領域を増幅した。これらのプライマーにはそれぞれEco RIとSse8387I認識配列を付与してあったので、このPCR生成物とpPALS R-3ベクターを同制限酵素で消化後、ライゲーションし、大腸菌HB101株に導入した。この段階でpPALS R-3上にEF-1βpro::S14 Signal::ddsA:: P10Tカセットが乗る形となった(KLB-183)。得られたKLB-183の全塩基配列を配列番号1に示した。 Next, EF: S14: ddsA: P10-1 (5′-AAAAAA GAATTC CCGATGTTCAATGACCGAACGA-3 ′) using the pUC19 vector (KLB-175) in which the EF-1βpro :: S14 Signal :: ddsA :: P10T cassette was incorporated as a template Underlined Eco RI recognition sequence) / EF: S14: ddsA: P10-2 (5'-AAAAAA CCTGCAGG TGTACAGCATGGCTTTCAAGAGGG-3 ', underlined Sse8387I recognition sequence) Reaction conditions, 98 ° C. (5 min) → [98 ° C. (30 sec) → 60 ° C. (30 sec) → 72 ° C. (75 sec), 25 cycles] → 72 ° C. (7 min)}, P10 terminator from 5′-end of EF-1β promoter The region leading to the 3′-end of was amplified. Since these primers were given Eco RI and Sse8387I recognition sequences, the PCR product and the pPALS R-3 vector were digested with the same restriction enzymes, ligated, and introduced into E. coli strain HB101. At this stage, EF-1βpro :: S14 Signal :: ddsA :: P10T cassette was put on pPALS R-3 (KLB-183). The entire base sequence of the obtained KLB-183 is shown in SEQ ID NO: 1.

2. EFプロモーターでドライブしたddsAを持つバイナリーベクターのアグロバクテリウム菌への導入
エレクトロポレーション用アグロバクテリウムコンピテントセルの作成方法を以下に示した。
2. Introduction of Binary Vector with ddsA Driven by EF Promoter into Agrobacterium The method for preparing Agrobacterium competent cells for electroporation is shown below.

1mlのYM液体培地(12.5ppm リファンピシン、25ppm クロラムフェニコール含有)でアグロバクテリウム(EHA105株)を27℃で24時間前培養した。前培養液1mlを、300ml容三角フラスコに入れた150mlのYM液体培地(12.5ppm リファンピシン、25ppm クロラムフェニコール含有)に加え、27℃で24時間本培養を行った (OD600=1.0〜1.5)。培養液を500ml容遠心管に移して10000 rpm、4℃で20分間程度遠心し、菌体を沈殿させた。その後、上清を捨て、氷上で40 mlの氷冷した10% グリセロール(滅菌済み)を加え、菌体を再懸濁した後、10000 rpm、4℃で12分間遠心した。この操作を2回行った後、氷上で20 mlの氷冷した10% グリセロール(滅菌済み)を加え、菌体を再懸濁した後、50ml容遠心管に移して10000 rpm、4℃で12分間遠心した。遠心後、上清を捨て、2 mlの氷冷した10% グリセロールに懸濁した後、20μlの懸濁液を1.5mlエッペンチューブに分注して-80℃で保存した。   Agrobacterium (EHA105 strain) was pre-cultured at 27 ° C. for 24 hours in 1 ml of YM liquid medium (containing 12.5 ppm rifampicin and 25 ppm chloramphenicol). 1 ml of the preculture was added to 150 ml of YM liquid medium (containing 12.5 ppm rifampicin and 25 ppm chloramphenicol) in a 300 ml Erlenmeyer flask, and main culture was performed at 27 ° C. for 24 hours (OD600 = 1.0 to 1.5) . The culture solution was transferred to a 500 ml centrifuge tube and centrifuged at 10,000 rpm and 4 ° C. for about 20 minutes to precipitate the cells. Thereafter, the supernatant was discarded, 40 ml of ice-cooled 10% glycerol (sterilized) was added on ice, the cells were resuspended, and then centrifuged at 10,000 rpm and 4 ° C. for 12 minutes. After performing this operation twice, add 20 ml of ice-cold 10% glycerol (sterilized) on ice, resuspend the cells, transfer to a 50 ml centrifuge tube, and transfer to 10000 rpm at 4 ° C. Centrifuge for minutes. After centrifugation, the supernatant was discarded and suspended in 2 ml of ice-cold 10% glycerol, and 20 μl of the suspension was dispensed into a 1.5 ml Eppendorf tube and stored at −80 ° C.

エレクトロポーレーションおよびpPALSベクター導入アグロバクテリウムの選抜方法を以下に示した。   A method for selecting electroporation and pPALS vector-introduced Agrobacterium is shown below.

pPALSベクタープラスミド(100ng)を氷上で溶解した20μlのエレクトロポレーション用アグロバクテリウムコンピテントセルに加え、穏やかに混和した。コンピテントセル混合液を、氷冷したキュベットに移し、Gene Pulser Xcell(バイオラッド ラボラトリーズ社製)を用いて25μF、1.8kV、200Ωの条件でエレクトロポレーションを行った。その後、速やかに1mlのYM液体培地(培地1L中に0.4g yeast extract(DIFCO社製)、10g mannitol、0.1g NaCl、0.1g MgSO4、0.5g K2HPO4.3H2Oを含む。pHは7.0に調整した。)をキュベットに加え混合した後、全量を1.5ml エッペンチューブに移して、27℃、250rpmで3時間振盪培養を行った。培養終了後、YM寒天培地(12.5ppm リファンピシン、25ppm クロラムフェニコール、50ppm テトラサイクリン含有)に全量を塗布し、25℃で4日間振盪培養を行った。 pPALS vector plasmid (100 ng) was added to 20 μl of Agrobacterium competent cells for electroporation dissolved on ice and mixed gently. The competent cell mixture was transferred to an ice-cooled cuvette and electroporated using Gene Pulser Xcell (manufactured by Bio-Rad Laboratories) under the conditions of 25 μF, 1.8 kV, and 200Ω. Then, immediately 1ml of YM liquid medium (Medium 1L in the 0.4 g yeast the Extract (DIFCO Co.), 10g mannitol, 0.1g NaCl, 0.1g MgSO 4, .pH containing 0.5g K 2 HPO 4 .3H 2 O Was adjusted to 7.0.) Was added to the cuvette and mixed, and the whole amount was transferred to a 1.5 ml Eppendorf tube, and cultured with shaking at 27 ° C. and 250 rpm for 3 hours. After completion of the culture, the whole amount was applied to a YM agar medium (containing 12.5 ppm rifampicin, 25 ppm chloramphenicol, 50 ppm tetracycline), and cultured with shaking at 25 ° C. for 4 days.

3. EFプロモーターでドライブしたddsAを持つバイナリーベクターを保持するアグロバクテリウム菌によるイネ形質転換
(種子の滅菌)
イネの種子を70%エタノールで30秒、続けて2.5%次亜塩素酸ナトリウム溶液で20分間滅菌した後、滅菌水で洗浄した。
3. Rice transformation with Agrobacterium carrying a binary vector with ddsA driven by EF promoter (sterilization of seeds)
Rice seeds were sterilized with 70% ethanol for 30 seconds, followed by 2.5% sodium hypochlorite solution for 20 minutes, and then washed with sterile water.

(アグロバクテリウムを感染させるイネ種子の前培養)
滅菌したイネの種子を、2,4-Dを含むN6D培地に置床し、34℃明条件下で5日間前培養しアグロバクテリウムによる感染に供した。
(Pre-culture of rice seeds infected with Agrobacterium)
Sterilized rice seeds were placed on N6D medium containing 2,4-D, pre-cultured for 5 days under light conditions at 34 ° C., and subjected to infection with Agrobacterium.

(アグロバクテリウムの前培養)
感染3日前に、アグロバクテリウムをリファンピシン(25mg/L)、クロラムフェニコール (25mg/L)、カナマイシン(50mg/L)を含むAB培地に塗布し、24℃、暗所で3日間培養した。
(Agrobacterium preculture)
Three days before infection, Agrobacterium was applied to AB medium containing rifampicin (25 mg / L), chloramphenicol (25 mg / L), and kanamycin (50 mg / L), and cultured at 24 ° C in the dark for 3 days .

(アグロバクテリウムの感染と共存培養)
5日間培養したイネ種子から誘導された胚盤由来カルスのシュートと胚乳部分を除去し、N6D培地に仮置きした。50mlのファルコンチューブにAAM溶液を40ml入れ、アセトシリンゴンDMSO溶液を20mg/l(最終濃度)になるように加えた。アセトシリンゴン溶液は0.1gのアセトシリンゴンを1mlのDMSOに溶解した後、フィルター滅菌を行って調製した。前培養したアグロバクテリウムを滅菌済ミクロスパーテルで1/4匙程度かきとり、AAM溶液に懸濁し、アグロバクテリウムの塊が残らないようにピペットでゆるやかにピペッティングした。N6D培地に仮置きしたカルスを新しい50mlファルコンチューブに入れ、ここに上述したアグロバクテリウム懸濁液を加え、1.5分間ゆっくりと転倒混和した。その後、懸濁液をカルスごと滅菌済茶こしへ注いだ。カルスが入った茶こしを滅菌済キムタオルの上において余分な水分を除去した後、2N6-AS培地にカルス同士が接触しないように置床し、24℃の暗所で3日間共存培養した。
(Agrobacterium infection and co-culture)
The shoot and endosperm portion of the scutellum-derived callus derived from the rice seeds cultured for 5 days were removed and temporarily placed in N6D medium. 40 ml of AAM solution was placed in a 50 ml falcon tube, and acetosyringone DMSO solution was added to 20 mg / l (final concentration). The acetosyringone solution was prepared by dissolving 0.1 g of acetosyringone in 1 ml of DMSO and sterilizing by filter. The pre-cultured Agrobacterium was scraped about 1/4 mm with sterilized microspartel, suspended in AAM solution, and gently pipetted with a pipette so that no Agrobacterium lumps remained. Callus temporarily placed in N6D medium was placed in a new 50 ml falcon tube, and the above-mentioned Agrobacterium suspension was added thereto, and the mixture was gently mixed by inversion for 1.5 minutes. Then, the suspension was poured into a sterilized tea strainer with callus. After excess water was removed from the tea strainer containing the callus on a sterilized Kim towel, it was placed on the 2N6-AS medium so that the callus did not touch each other, and co-cultured for 3 days in the dark at 24 ° C.

(アグロバクテリウムの除去と選抜)
3日間アグロバクテリウムと共存培養したカルスを50ml容ファルコンチューブへ移し、カルベニシリン(500mg/l)を含む滅菌水で洗浄液が濁らなくなるまで洗浄した。カルスを滅菌済キムワイプに移し余分な水分を除去した後、カルベニシリン400mg/lと選抜試薬0.5μM ピリミノバック(以下PMと記す)を含むN6D培地に、1プレートに14カルスとなるように置床した。その後、34℃、明所で一ヶ月間培養した。なお、2週間経過した時点で継代培養を行った。
(Agrobacterium removal and selection)
The callus co-cultured with Agrobacterium for 3 days was transferred to a 50 ml Falcon tube and washed with sterile water containing carbenicillin (500 mg / l) until the washing solution was no longer cloudy. The callus was transferred to a sterilized Kimwipe to remove excess water, and then placed on N6D medium containing 400 mg / l carbenicillin and 0.5 μM pyriminobag (hereinafter referred to as PM) so that there were 14 calli on one plate. Thereafter, the cells were cultured at 34 ° C. in a light place for one month. In addition, subculture was performed when 2 weeks passed.

(形質転換体の再分化および鉢上げ)
N6D選抜培地上で増殖が認められたカルスはPMを含まない再分化培地(RE-III)に移植した。再分化した植物体は根の成長を促進するためさらにホルモンフリー培地で生育し、土に移植し成熟させた。形質転換植物のT0世代は自家受粉させ、T1種子を得た。使用した培地の組成は表1に記載した。
(Redifferentiation and potting of transformants)
Callus that grew on the N6D selection medium were transplanted to a regeneration medium (RE-III) containing no PM. The re-differentiated plant was further grown on a hormone-free medium to promote root growth, transplanted to soil and matured. The T0 generation of transformed plants was self-pollinated to obtain T1 seeds. The composition of the medium used is shown in Table 1.

Figure 2010046043
*以外の成分濃度はmg/Lで示した。
Figure 2010046043
Ingredient concentrations other than * are shown in mg / L.

4. イネへのT-DNA領域の導入確認
DNAをDNeasy Plant Mini Kit(Qiagen社製)を用いて葉から抽出し、PCR解析に供した。ALSとP10ターミネーターの連結部を確認するために、フォワードプライマーとして(3-1-4、5'-AGGTGTCACAGTTGTTG-3':配列番号6)、リバースプライマーとして(pTN3、5'-GCACACGATAGTATGCAACACC-3':配列番号7)を使用した。ddsAとp10ターミネーターの連結部を確認するためには、フォワードプライマーとして(ddsA3S、5'-TGGGAGCGCGTCATTGGAGAAG-3':配列番号8)、リバースプライマーとしてpTN3を使用した。PCR反応は95℃で2分行った後、95℃で30秒、54℃で1分、72℃で1分を35サイクル行い、最終伸張反応は72℃で10分行った。
4. Confirmation of introduction of T-DNA region into rice
DNA was extracted from leaves using DNeasy Plant Mini Kit (Qiagen) and subjected to PCR analysis. As a forward primer (3-1-4, 5′-AGGTGTCACAGTTGTTG-3 ′: SEQ ID NO: 6) and a reverse primer (pTN3, 5′-GCACACGATAGTATGCAACACC-3 ′) to confirm the junction of ALS and P10 terminator: SEQ ID NO: 7) was used. In order to confirm the junction between ddsA and p10 terminator, pTN3 was used as a reverse primer (ddsA3S, 5′-TGGGAGCGCGTCATTGGAGAAG-3 ′: SEQ ID NO: 8). The PCR reaction was carried out at 95 ° C. for 2 minutes, followed by 35 cycles of 95 ° C. for 30 seconds, 54 ° C. for 1 minute and 72 ° C. for 1 minute, and the final extension reaction was carried out at 72 ° C. for 10 minutes.

5. コエンザイムQ10の抽出および定量
玄米1粒を乳鉢で粉砕した後、1.5 mlのエッペンドルフチューブに入れ、そこにpH 5.0の酢酸buffer (1 ml)に溶解させたセルラーゼ(Aspergillus nigar由来、SIGMA社製)を添加した。添加後、37℃の温浴にエッペンドルフチューブが完全に漬かるように横に寝かせて入れ遮光して24時間静置した。反応終了後、内部標準物質としてビタミンK1を加え、暗所でヘキサン4 mlを加え、30秒間撹拌した後、2000rpmで2分間遠心を行い、ヘキサン層を3 ml回収した。さらにヘキサン4 mlで2回(合計3回)同様に抽出を行った。抽出したヘキサン層をナス型フラスコに集め、エバポレーターで濃縮乾固した。残渣をアセトニトリル:メタノール= 1:1の混合溶液2 mlに溶解し、その50μlをHPLCに注入した。HPLC分析はHP-1100 (Hewlett Packard社製)によりCAPCELL PACK C8 (資生堂社製)カラムを用いて行った。移動相にはメタノール/アセトニトリル混合溶液を使用し、メタノール:アセトニトリル(60:40)から流速1.0 ml/minで15分かけてメタノール:アセトニトリル(90:10)まで変化させた。コエンザイムQ10の検出は可変波長型UV-VIS(測定波長 275nm)の条件で行った。
5. Extraction and quantification of coenzyme Q10 One brown rice was crushed in a mortar, then placed in a 1.5 ml Eppendorf tube, and cellulase (from Aspergillus nigar, SIGMA, dissolved in pH 5.0 acetate buffer) ) Was added. After the addition, the eppendorf tube was placed on a side so that the Eppendorf tube could be completely immersed in a 37 ° C. bath, and then allowed to stand for 24 hours with light shielding. After completion of the reaction, vitamin K1 was added as an internal standard substance, 4 ml of hexane was added in the dark, and the mixture was stirred for 30 seconds and then centrifuged at 2000 rpm for 2 minutes to recover 3 ml of the hexane layer. Furthermore, extraction was performed in the same manner with 4 ml of hexane twice (total 3 times). The extracted hexane layer was collected in an eggplant-shaped flask and concentrated to dryness with an evaporator. The residue was dissolved in 2 ml of a mixed solution of acetonitrile: methanol = 1: 1, and 50 μl thereof was injected into HPLC. HPLC analysis was performed using a CAPCELL PACK C8 (manufactured by Shiseido) column with HP-1100 (manufactured by Hewlett Packard). A methanol / acetonitrile mixed solution was used as the mobile phase, and the methanol: acetonitrile (60:40) was changed from methanol: acetonitrile (90:10) over 15 minutes at a flow rate of 1.0 ml / min. Coenzyme Q10 was detected under the condition of variable wavelength UV-VIS (measurement wavelength: 275 nm).

6. イネ葉部及びカルスを用いたin vivo ALS検定
以下の方法に従ってイネ葉部を処理し、ALS活性を測定した。先ず、形質転換イネから約150mgの葉を採取し細かく刻んでシャーレに入れた。ここに処理溶液(25%MS培地用混合塩類、500μM(最終濃度) 1,1-cyclopropanedicarboxilic acid(CPCA)、5μg Triton X-100 、0.5μM(最終濃度)ピリミノバック(PM)を加え30℃、明条件(14000lux)で1日静置した。反応後、処理葉を1.5mlマイクロチューブに入れ、0.025%Triton X-100を含む蒸留水200μlを加えた。60℃で5分間静置した後、超音波(周波数40kHz)で20分抽出した。200μlの上清を別のチューブに移し、20μlの5%(v/v)の硫酸を加え、60℃で30分間静置した。その後、100μlの0.5%(w/v)クレアチン溶液および2.5N NaOH溶液に溶かした100μlの5%(w/v)1―ナフトール溶液(用時調製)を加え37℃で30分間静置した後、530nmの吸光度を測定した。
6. In vivo ALS assay using rice leaf and callus Rice leaf was treated according to the following method, and ALS activity was measured. First, about 150 mg of leaves were collected from the transformed rice, finely chopped, and placed in a petri dish. Treatment solution (mixed salt for 25% MS medium, 500μM (final concentration) 1,1-cyclopropanedicarboxilic acid (CPCA), 5μg Triton X-100, 0.5μM (final concentration) pyrimino back (PM) was added at 30 ℃, bright After the reaction, the treated leaves were placed in a 1.5 ml microtube, and 200 μl of distilled water containing 0.025% Triton X-100 was added. Extracted with sonic waves (frequency 40 kHz) for 20 minutes, transferred 200 μl of supernatant to another tube, added 20 μl of 5% (v / v) sulfuric acid and allowed to stand at 60 ° C. for 30 minutes, then 100 μl of 0.5 Add 100 μl of 5% (w / v) 1-naphthol solution (prepared when used) dissolved in 2% (w / v) creatine solution and 2.5N NaOH solution and let stand at 37 ° C for 30 minutes. It was measured.

カルスの場合は次の方法でALS活性を測定した。形質転換カルスの一部(50mg程度)を500μM 1,1-cyclopropanedicarboxylic acid (CPCA)及び0.5μM PMを含むN6D培地に置床し、30℃、暗条件で24時間静置した。反応後、処理カルスを1.5mlマイクロチューブに入れ、0.025%Triton X-100を含む蒸留水220μlを加えた。60℃で5分間静置した後、超音波(周波数40kHz)で25分抽出した。200μlの上清を別のチューブに移し、20μlの5%(v/v)の硫酸を加え、60℃で30分間静置した。その後、100μlの0.5%(w/v)クレアチン溶液および2.5NNaOH溶液に溶かした100μlの5%(w/v)1-ナフトール溶液(用時調製)を加え37℃で30分間静置した後、530nmの吸光度を測定した。   In the case of callus, ALS activity was measured by the following method. A part of the transformed callus (about 50 mg) was placed on an N6D medium containing 500 μM 1,1-cyclopropanedicarboxylic acid (CPCA) and 0.5 μM PM, and allowed to stand at 30 ° C. for 24 hours in the dark. After the reaction, the treated callus was placed in a 1.5 ml microtube, and 220 μl of distilled water containing 0.025% Triton X-100 was added. After leaving still at 60 degreeC for 5 minutes, it extracted for 25 minutes with the ultrasonic wave (frequency 40kHz). 200 μl of the supernatant was transferred to another tube, 20 μl of 5% (v / v) sulfuric acid was added, and the mixture was allowed to stand at 60 ° C. for 30 minutes. Then, 100 μl of 0.5% (w / v) creatine solution and 100 μl of 5% (w / v) 1-naphthol solution (prepared when used) dissolved in 2.5N NaOH solution were added and left at 37 ° C. for 30 minutes. Absorbance at 530 nm was measured.

なお、500μM CPCA及び0.5μM PMを含むN6D培地は以下の操作に従って作製した。CHUの粉(1袋)、ミオイノシトール100mg、ニコチン酸0.5mg、ピリドキシン塩酸塩0.5mg、チアミン塩酸塩1mg、2,4-D 2mg、カザミノ酸300mg、グリシン2mg、L-プロリン2.8g、スクロース30g、ゲルライト4gを1Lの蒸留水に溶かしpH5.8に調整した。オートクレーブ滅菌をした後、55℃まで培地を冷まし500μM CPCA(最終濃度)及び0.5μM PM(最終濃度)を加えた。シャーレに培地を30mlずつ分注し500μMCPCA及び0.25μM PSを含むN6D培地を作製した。   An N6D medium containing 500 μM CPCA and 0.5 μM PM was prepared according to the following operation. CHU powder (1 bag), myo-inositol 100mg, nicotinic acid 0.5mg, pyridoxine hydrochloride 0.5mg, thiamine hydrochloride 1mg, 2,4-D 2mg, casamino acid 300mg, glycine 2mg, L-proline 2.8g, sucrose 30g Then, 4 g of gellite was dissolved in 1 L of distilled water and adjusted to pH 5.8. After autoclaving, the medium was cooled to 55 ° C. and 500 μM CPCA (final concentration) and 0.5 μM PM (final concentration) were added. 30 ml of the medium was dispensed into the petri dish to prepare an N6D medium containing 500 μMCPCA and 0.25 μM PS.

7. ピリチオバックナトリウム塩(PS)に対する形質転換イネの感受性試験
形質転換イネの種子を5%過塩素酸ナトリウムに浸漬し、引き続き蒸留水で数回洗浄した。洗浄後、蒸留水に27℃で3日間浸漬して発芽させた。発芽した種子は所定濃度のPSを含むHoagland培地に播種し、27℃で7日間栽培を行い、7日後に生育を観察した。
7. Sensitivity test of transformed rice to pyrithiobac sodium salt (PS) The seeds of transformed rice were immersed in 5% sodium perchlorate and subsequently washed several times with distilled water. After washing, it was allowed to germinate by being immersed in distilled water at 27 ° C. for 3 days. The germinated seeds were sown in a Hoagland medium containing a predetermined concentration of PS, cultivated at 27 ° C. for 7 days, and the growth was observed after 7 days.

8. RT-PCR解析
上記のALSプロモーターでドライブしたddsAを持つバイナリーベクターで形質転換したイネ(ALSCoQ6-4とALSCoQ28-5)及び陰性対象として野生型イネ、陽性対象としてPSR-04-7-9(ALSプロモーターでW548L/S627I 2点変異型イネALSをドライブした形質転換ホモ接合体)を隔離温室で栽培し、4-5葉期に成長した植物の4葉からRNeasy Plant Mini Kit(キアゲン)を使用して total RNAを抽出した。PrimeScript RT reagent Kit(タカラバイオ)を使用して、逆転写反応により各2μgのtotal RNAからcDNAを合成した。逆転写反応は37℃で15分の条件で行い、続いて85℃、5秒で逆転写酵素を熱失活させた。定量RT-PCRはThermal Cycler Dice TP800(タカラバイオ)を使用してSYBR premix Ex Taq(タカラバイオ)を用いて行った。反応条件は、95℃で10秒の初期変性後、95℃で5秒、60℃で30秒での40サイクル行った。内部標準遺伝子としてActin1遺伝子を使用した。使用したプライマーセットは以下に記載した。
ALS遺伝子(アクセッション番号:AB049822)増幅プライマー(134bp DNA断片)
フォワードプライマー(ALS-q1S:5'-GTGCACATTGACATTGATC-3':配列番号9)
リバースプライマー(ALS-q1A:5'-ATCAGAACTTGTCTTTGTTGTGCTC-3':配列番号10)
ddsA遺伝子(アクセッション番号:AB006850)増幅プライマー(101bp DNA断片)
フォワードプライマー(ddsA-q1S:5'-TGGAGCGGTTTGGCACCAATC-3':配列番号11)
リバースプライマー(ddsA-q1A:5'-ATCACCAACGGTCTTGCCCAAA-3':配列番号12)
Actin-1遺伝子(アクセッション番号:AK100267)増幅プライマー(116bp DNA断片)
フォワードプライマー(Act-q1S:5'-CCCAAGAATGCTAAGCCAAGAG-3':配列番号13)
リバースプライマー(Act-q1A:5'-TGATAACAGATAGGCCGGTTGAA-3':配列番号14)
8. RT-PCR analysis Rice (ALSCoQ6-4 and ALSCoQ28-5) transformed with binary vector with ddsA driven by the above ALS promoter, wild-type rice as negative target, PSR-04-7-9 as positive target (Transformation homozygote that drives W548L / S627I two-point mutant rice ALS with ALS promoter) was cultivated in an isolated greenhouse and RNeasy Plant Mini Kit (Qiagen) was obtained from 4 leaves of plants grown at 4-5 leaf stage. To extract total RNA. Using PrimeScript RT reagent Kit (Takara Bio), cDNA was synthesized from 2 μg of total RNA by reverse transcription reaction. The reverse transcription reaction was carried out at 37 ° C. for 15 minutes, followed by heat inactivation of the reverse transcriptase at 85 ° C. for 5 seconds. Quantitative RT-PCR was performed using SYBR premix Ex Taq (Takara Bio) using Thermal Cycler Dice TP800 (Takara Bio). The reaction conditions were initial denaturation at 95 ° C. for 10 seconds, followed by 40 cycles of 95 ° C. for 5 seconds and 60 ° C. for 30 seconds. Actin1 gene was used as an internal standard gene. The primer sets used are described below.
ALS gene (Accession number: AB049822) Amplification primer (134 bp DNA fragment)
Forward primer (ALS-q1S: 5'-GTGCACATTGACATTGATC-3 ': SEQ ID NO: 9)
Reverse primer (ALS-q1A: 5'-ATCAGAACTTGTCTTTGTTGTGCTC-3 ': SEQ ID NO: 10)
ddsA gene (Accession number: AB006850) Amplification primer (101 bp DNA fragment)
Forward primer (ddsA-q1S: 5'-TGGAGCGGTTTGGCACCAATC-3 ': SEQ ID NO: 11)
Reverse primer (ddsA-q1A: 5'-ATCACCAACGGTCTTGCCCAAA-3 ': SEQ ID NO: 12)
Actin-1 gene (Accession number: AK100267) Amplification primer (116 bp DNA fragment)
Forward primer (Act-q1S: 5'-CCCAAGAATGCTAAGCCAAGAG-3 ': SEQ ID NO: 13)
Reverse primer (Act-q1A: 5'-TGATAACAGATAGGCCGGTTGAA-3 ': SEQ ID NO: 14)

<結果>
1. ALSプロモーターでドライブしたddsAを持つバイナリーベクターで形質転換したイネの結果
1-1.T1種子中のCoQ10含量
各組換え個体の種子10粒以上から1粒毎にCoQを抽出してHPLCで定量した。その中で最も多くのCoQ10蓄積が認められた種子でのCoQ10含有量を表2に示した。検定を行った22個体すべてに、CoQ10の蓄積が認められ、このうち、ALSCoQ-6で最も多くのCoQ10の蓄積が認められた(10.5μg/g dry weight)。
<Result>
1. Result of rice transformed with binary vector with ddsA driven by ALS promoter
1-1. CoQ10 content in T1 seeds CoQ was extracted from 10 or more seeds of each recombinant plant and quantified by HPLC. Table 2 shows the content of CoQ10 in the seeds with the largest accumulation of CoQ10. All 22 individuals tested showed accumulation of CoQ10, of which ALSCoQ-6 showed the most accumulation of CoQ10 (10.5 μg / g dry weight).

Figure 2010046043
Figure 2010046043

1-2 T2種子のCoQ10含量
ALSCoQ-6およびALSCoQ-28のT1種子をポットに播種し、隔離温室で栽培を行った。草丈が10cm程度に生育した時点で、実験方法に記載したALSとP10ターミネーターの連結部を増幅する 3-1-4/pTN3のプライマーセットでPCRによる導入遺伝子の確認を行った。その結果、PCRで目的のサイズのDNA断片が検出され、ALSCoQ-6のホモまたはヘテロ接合体と判定された6個体(ALSCoQ-6-1〜6)およびヌル個体と判定された1個体(ALSCoQ-6-7)とALSCoQ-28のホモまたはヘテロ接合体と判定された6個体(ALSCoQ-28-1〜6)のT1植物を選抜した後、1/5000ワグネルポットに移植して隔離温室で栽培し、T2種子を得た。得られた種子からカルスを誘導して0.5μMのPM存在下でin vivo ALS検定を行った。その結果、ALSCoQ-6-4とALSCoQ-28-5の種子から誘導されたカルスはすべてPM抵抗性を示したことからホモ接合体と判断された。一方、PCRの結果からヌル個体と判断されたALSCoQ-6-7の種子から誘導されたカルスはすべてPM感受性を示した。その他の個体ではすべてPM抵抗性を示すカルスと感受性を示すカルスが3:1の割合で分離したことからヘテロ接合体と判断された(表3)。
1-2 CoQ10 content of T2 seed
The T 1 seeds were sown in pots ALSCoQ-6 and ALSCoQ-28, was grown in an isolated greenhouse. When the plant height grew to about 10 cm, the transgene was confirmed by PCR with the 3-1-4 / pTN3 primer set that amplifies the junction of ALS and P10 terminator described in the experimental method. As a result, a DNA fragment of the desired size was detected by PCR, and 6 individuals (ALSCoQ-6-1 to 6) determined to be homozygous or heterozygous for ALSCoQ-6 and 1 individual (ALSCoQ) determined to be a null individual. -6-7) and was selected to T 1 plants ALSCoQ-28 homo- or heterozygous been judged 6 individuals (ALSCoQ-28-1~6), isolated greenhouse and transplanted into 1/5000 Wagner pots in the cultivation, to obtain T 2 seeds. Callus was induced from the obtained seeds and in vivo ALS assay was performed in the presence of 0.5 μM PM. As a result, all callus derived from the seeds of ALSCoQ-6-4 and ALSCoQ-28-5 showed PM resistance and thus were judged to be homozygous. On the other hand, all callus derived from ALSCoQ-6-7 seeds judged to be null individuals from the PCR results showed PM sensitivity. All other individuals were judged to be heterozygous because callus showing PM resistance and callus showing sensitivity were separated at a ratio of 3: 1 (Table 3).

Figure 2010046043
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次にホモ接合体と判断されたALSCoQ-6-4と28-5、ヘテロ接合体と判断されたALSCoQ-6-1、6-2および28-1、ヌル個体と判断されたALSCoQ-6-7の種子でのCoQ10含量を定量した(図4)。その結果、ALSCoQ-6-4と28-5は検定したすべての種子でCoQ10の蓄積が確認され、ホモ接合体であることが明らかとなった。他の個体のCoQ10の蓄積もin vivo ALS検定の結果と一致するものであった。すなわち、ヘテロ接合体と判断された系統(ALSCoQ-6-1、6-2、28-1)はCoQ10を蓄積した種子と蓄積しない種子に分離し、ヌルと判断された系統(ALSCoQ-6-7)はすべての種子でCoQ10の蓄積が認められなかった。ホモ接合体であることが明らかとなったALSCoQ-6-4と28-5においても種子間でCoQ10含量のばらつきは認められたが、平均するとそれぞれ9.9μg/g dry weight、9.5μg/g dry weightのCoQ10を蓄積しており、T1種子で予測した含量(ALSCoQ6、10.5 μg/g dry weight;ALSCoQ28、8.1 μg/g dry weight)に近い値を示した(図4)。この含量は、Takahashiらの方法によって作出された35SプロモーターでddsA遺伝子を過剰発現した形質転換体中、もっとも高いCoQ10を蓄積した系統のT2ホモ接合体の種子(S14ddsA91-1)を用いて同様の手法で測定した結果(11.2μg /g dry weight)とほぼ同程度であった(表2)。なお、図4に表として示した結果は、8粒の平均値±標準偏差である。 Next, ALSCoQ-6-4 and 28-5 determined to be homozygous, ALSCoQ-6-1, 6-2 and 28-1 determined to be heterozygous, ALSCoQ-6- determined to be a null individual The CoQ10 content in 7 seeds was quantified (FIG. 4). As a result, ALSCoQ-6-4 and 28-5 were found to be homozygous by confirming the accumulation of CoQ10 in all seeds tested. The accumulation of CoQ10 in other individuals was consistent with the results of the in vivo ALS assay. That is, lines determined to be heterozygotes (ALSCoQ-6-1, 6-2, 28-1) were separated into seeds that accumulated CoQ10 and seeds that did not accumulate, and lines that were determined to be null (ALSCoQ-6- In 7), no accumulation of CoQ10 was observed in all seeds. ALSCoQ-6-4 and 28-5, which were found to be homozygotes, also showed variation in CoQ10 content among seeds, but averaged 9.9 μg / g dry weight and 9.5 μg / g dry, respectively. has accumulated CoQ10 of weight, content predicted by T 1 seeds; showed values close to (ALSCoQ6,10.5 μg / g dry weight ALSCoQ28,8.1 μg / g dry weight) ( Fig. 4). This content is transformants overexpressing the ddsA gene 35S promoter were generated by Takahashi et al. Method, similarly with the seeds of highest CoQ10 T 2 homozygotes of accumulated strains with (S14ddsA91-1) It was almost the same as the result (11.2μg / g dry weight) measured by this method (Table 2). In addition, the result shown as a table | surface in FIG. 4 is an average value +/- standard deviation of 8 grains.

1-3. T2ホモ接合体のPC系除草剤感受性試験
ALSCoQ-6-4とALSCoQ-28-5のALS阻害剤に対する感受性を調べるために、それぞれの種子を、ピリチオバックナトリウム塩(以下PSと記載)を含む培地に播種し7日間栽培を行った後、生育を観察した。その結果、試験した最低濃度(0.01μM)でも薬剤無添加区に比べて生育抑制が認められ、0.1μMのPS存在下では茎葉部、根部ともに強い生育抑制が観察された。1μM 以上のPS存在下では完全に生育が抑制された。これら形質転換体の薬剤に対する感受性は野生型イネと同じであった(図5-1及び図5-2)。この結果、ddsA遺伝子と同時にイネに導入された選抜マーカー遺伝子はカルス特異的プロモーターにより植物体では発現していないと考えられた。
1-3. PC herbicide sensitivity test of T 2 homozygote
In order to examine the sensitivity of ALSCoQ-6-4 and ALSCoQ-28-5 to ALS inhibitors, each seed was sown in a medium containing pyrithiobac sodium salt (hereinafter referred to as PS) and cultivated for 7 days. Later, growth was observed. As a result, growth inhibition was observed even at the lowest concentration tested (0.01 μM) compared to the group without the addition of a drug, and strong growth inhibition was observed in the foliage and roots in the presence of 0.1 μM PS. Growth was completely suppressed in the presence of 1 μM or more of PS. The sensitivity of these transformants to drugs was the same as that of wild-type rice (FIGS. 5-1 and 5-2). As a result, it was considered that the selection marker gene introduced into rice simultaneously with the ddsA gene was not expressed in the plant body by the callus-specific promoter.

1-4. T2ホモ接合体でのALSおよびddsAの発現
ALSCoQ-6-4とALSCoQ-28-5でのS627I OsALSタンパク質の発現を確認するため、葉を用いたin vivo ALS検定を行った。その結果、PM非添加区では赤色発色が認められたのに対して、内在性のALSが阻害された0.15μM PM添加区では野生型イネと同様に赤色発色が認められなかった。なお、同様に検定したPSR04-7-9(ALSプロモーターでW548L/S627I OsALSをドライブした形質転換ホモ接合体)はPM添加区でも赤色発色が認められた。これらの結果からALSCoQ-6-4とALSCoQ-28-5は植物体ではS627I OsALSタンパク質が発現していないことが確認された(表4)。
1-4. ALS and ddsA expression in T 2 homozygotes
In order to confirm the expression of S627I OsALS protein in ALSCoQ-6-4 and ALSCoQ-28-5, an in vivo ALS assay using leaves was performed. As a result, red color development was observed in the PM-free group, whereas red color development was not observed in the 0.15 μM PM-added group in which endogenous ALS was inhibited, as in the case of wild-type rice. In addition, PSR04-7-9 (transformed homozygote in which W548L / S627I OsALS was driven by an ALS promoter), which was similarly tested, showed red coloration even in the PM addition group. From these results, it was confirmed that ALSCoQ-6-4 and ALSCoQ-28-5 did not express S627I OsALS protein in plants (Table 4).

Figure 2010046043
Figure 2010046043

次に、ALS遺伝子及びddsA遺伝子の発現を、リアルタイムPCRを用いて確認した。その結果、陽性対象のPSR04-7-9では野生型の約7倍のALS遺伝子の発現が認められたのに対して、ALSCoQ-6および28のALS遺伝子の発現は野生型と変わらなかった。従って、RNAレベルでも変異ALS遺伝子が発現していないことが明らかとなった。一方、野生型およびPSR04-7-9でのddsA遺伝子の発現は確認されなかったのに対してALScoQ-6および28では有意な発現が確認された。したがって、形質転換体でddsA遺伝子が発現してCoQ10が蓄積していることが明確となった(図6)。なお、図6に示した棒グラフは、3回の独立した試験の平均を示し、エラーバーは標準偏差を示している。   Next, the expression of ALS gene and ddsA gene was confirmed using real-time PCR. As a result, the positive target PSR04-7-9 showed about 7 times the expression of the ALS gene as compared with the wild type, whereas the expression of the ALSCoQ-6 and 28 ALS genes was not different from the wild type. Therefore, it was revealed that the mutant ALS gene was not expressed even at the RNA level. On the other hand, expression of the ddsA gene in the wild type and PSR04-7-9 was not confirmed, whereas significant expression was confirmed in ALScoQ-6 and 28. Therefore, it was clarified that the ddsA gene was expressed in the transformant and CoQ10 was accumulated (FIG. 6). In addition, the bar graph shown in FIG. 6 shows the average of 3 independent tests, and the error bar shows the standard deviation.

2. EFプロモーターでドライしたddsAを持つバイナリーベクターで形質転換したイネの結果
2-1 EFプロモーター::S14::ddsA::P10ターミネーターカセットを持つR-3でのイネ形質転換
EFプロモーター::S14::ddsA::P10ターミネーターカセットを持つR-3でイネ形質転換を行い、0.5μM ピリミノバック(PM)含有N6D培地での選抜を行った。その結果、約1ヶ月半の選抜で57%のカルス(126粒の種子から誘導したカルスのうち72カルス)で増殖が認められ遺伝子が導入されたと考えられた。増殖が認められたカルスはすべて再分化培地に移動し、最終的に58系統の再分化個体(再分化効率64%)を得た。これらはすべてホルモンフリー培地上でシュートおよび根の生育が認められた。このうち任意の30個体でALSとPT10ターミネーターの間を増幅するプライマーセット(3-1-4/pTN3)及びddsAとPT10ターミネーターの間を増幅するプライマーセット(ddsA 3S/pTN3)を用いてPCRを行い、すべての個体で目的の塩基数に相当するPCR産物(428bpおよび289bp)を確認した(図7及び8)。
2. Result of rice transformed with binary vector with ddsA dried by EF promoter
2-1 Rice transformation with R-3 with EF promoter :: S14 :: ddsA :: P10 terminator cassette
Rice transformation was performed with R-3 having an EF promoter :: S14 :: ddsA :: P10 terminator cassette, and selection was performed in N6D medium containing 0.5 μM pyriminobac (PM). As a result, it was considered that 57% callus (72 out of 126 calli derived from 126 seeds) grew and the gene was introduced after selection for about one and a half months. All the callus in which proliferation was observed moved to the regeneration medium, and finally 58 lines of redifferentiated individuals (regeneration efficiency 64%) were obtained. All of these showed growth of shoots and roots on hormone-free medium. PCR was performed using a primer set (3-1-4 / pTN3) that amplifies between ALS and PT10 terminator in any 30 individuals and a primer set (ddsA 3S / pTN3) that amplifies between ddsA and PT10 terminator. The PCR products (428 bp and 289 bp) corresponding to the desired number of bases were confirmed in all individuals (FIGS. 7 and 8).

なお、図7において、LBはレフトボーダーを意味し、RBはライトボーダーを意味し、callus sp proはカルス特異的プロモーターを意味し、S627IOsALSはS627I変異ALS遺伝子を意味し、P10Tは10Kdaプロラミンターミネーターを意味し、EFproはイネEFプロモーターを意味し、S14はイネrps14遺伝子のミトコンドリア移行シグナルを意味し、DdsAはデカプレニル2リン酸合成酵素を意味する。また、図7において太線部分はゲノムDNAに導入されたT-DNAを確認するためPCRで増幅した領域を示す。   In FIG. 7, LB means left border, RB means right border, callus sp pro means callus specific promoter, S627IOsALS means S627I mutant ALS gene, P10T means 10Kda prolamin terminator. Meaning, EFpro means rice EF promoter, S14 means mitochondrial translocation signal of rice rps14 gene, DdsA means decaprenyl diphosphate synthase. In FIG. 7, the bold line indicates a region amplified by PCR to confirm T-DNA introduced into the genomic DNA.

なお、図8において、Mレーンは100bp DNA マーカーを示し、No.1-6レーンは0.5μM ピリミノバック(PM)で選抜された形質転換イネを示し、No.7レーンは野生型イネを示し、M’レーンは200bp DNA マーカーを示す。   In FIG. 8, M lane indicates a 100 bp DNA marker, No. 1-6 lane indicates transformed rice selected with 0.5 μM pyriminobac (PM), No. 7 lane indicates wild type rice, 'Lane indicates a 200 bp DNA marker.

2-2. T1種子でのCoQ10含量の測定
作出した形質転換当代の植物を1/5000ワグネルポットに移植して隔離温室で栽培し、T1種子を採種した。得られたT1種子を各系統10粒ずつ1粒毎にCoQを抽出してHPLCで定量した。その結果、野生型イネがCoQ9と微量のCoQ10を含んでいるのに対して、形質転換体では解析したすべての系統(22系統)で野生型とは対照的に微量のCoQ9とCoQ9をはるかに上回るCoQ10が蓄積していることが確認された(図9)。なお、図9においてAは野生型を示し、Bは形質転換体を示す。各系統とも1粒ごとにCoQ10の蓄積にばらつきが認められ、CoQ10の蓄積が認められない種子も存在した(図10)。なお図10に示した結果は各系統10粒の種子を1粒ごとに定量した結果である。このばらつきは、導入された遺伝子を同一遺伝子座に一対持つホモ接合体(homo)、1個しか持たないヘテロ接合体(hetero)、又は全く持たないヌル(null)の3種のT1種子が混在することによるものであり、上述したように、各系統の最も多くの蓄積が認められた種子でのCoQ10含量が最終的なホモ個体での蓄積に相当すると判断された。そこで、各系統で最も高いCoQ10の蓄積が確認された種子で比較したところ、20μg/g dry weight 以上のCoQ10を蓄積した系統が3系統(EFCoQ-21、26、28)確認された(表5)。
2-2. T 1 transformants contemporary plants measured production of CoQ10 content in seeds were grown in an isolated greenhouse were transplanted to 1/5000 Wagner pots were seed the T 1 seed. The obtained T 1 seeds were quantified by HPLC after extracting CoQ for each 10 grains of each line. As a result, wild-type rice contains CoQ9 and a small amount of CoQ10, whereas in the transformant, all the analyzed lines (22 lines) have much less CoQ9 and CoQ9 in contrast to the wild type. It was confirmed that more CoQ10 was accumulated (Fig. 9). In FIG. 9, A indicates the wild type, and B indicates the transformant. In each line, variation was observed in the accumulation of CoQ10 for each grain, and there were seeds in which no accumulation of CoQ10 was observed (FIG. 10). In addition, the result shown in FIG. 10 is the result of quantifying the seeds of 10 grains from each line. This variation is caused by three T 1 seeds: a homozygote (homo) having a pair of introduced genes at the same locus, a heterozygote (hetero) having only one gene, or a null having no gene at all. As described above, it was determined that the CoQ10 content in the seeds where the most accumulation of each line was observed was equivalent to the accumulation in the final homo individuals. Therefore, comparing the seeds with the highest accumulation of CoQ10 in each line, 3 lines (EFCoQ-21, 26, 28) that accumulated more than 20μg / g dry weight were confirmed (Table 5). ).

Figure 2010046043
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最も高いCoQ10の蓄積が確認されたEFCoQ-21のCoQ10含量(24.2μg/g dry weight)はALSまたはCaMV35Sプロモーターでドライブした形質転換体で最も高い蓄積を示した系統(ALSCoQ-6及びS14ddsA91-1)の2.2〜2.3倍に達した。また、全体的にEFプロモーターでドライブした形質転換体でのCoQ10含量がALSプロモーターでドライブした形質転換体より高いことからEFプロモーターを使用することによってCoQ10含量を増加できることが明確となった(図11)。   CoQ10 content (24.2 μg / g dry weight) of EFCoQ-21 with the highest accumulation of CoQ10 was confirmed in the lines (ALSCoQ-6 and S14ddsA91-1) that showed the highest accumulation in transformants driven by ALS or CaMV35S promoter. ) 2.2 to 2.3 times. Moreover, since the CoQ10 content in the transformant driven with the EF promoter was generally higher than that of the transformant driven with the ALS promoter, it became clear that the CoQ10 content can be increased by using the EF promoter (FIG. 11). ).

なお、図11においてAは、ALSpro::S14::ddsAカセットを導入した形質転換体の22系統で1粒ごとに定量した結果である。また、図11においてBは、EFpro::S14::ddsAカセットを導入した形質転換体の22系統で1粒ごとに定量した結果である。   In FIG. 11, A is the result of quantification for each grain in 22 lines of transformants into which the ALSpro :: S14 :: ddsA cassette was introduced. Moreover, in FIG. 11, B is the result of quantifying each grain in 22 lines of transformants into which the EFpro :: S14 :: ddsA cassette was introduced.

<考察>
イネALSプロモーターは未熟種子のような未成熟で細胞分裂が盛んな器官において強く発現することが明らかになっている(Osakabe et al., Mol. Breed. 16: 313-320 (2005))。一方、CoQの生合成も細胞分裂の盛んな器官や組織で促進されると考えられる。したがって、ALSプロモーターによって発現制御されたddsA遺伝子がCoQ10の生合成の活発な時期に効率的に発現することによって種子におけるCoQ10の蓄積量が、植物形質転換で汎用的に利用されているCaMV35Sプロモーターにより発現制御した場合に比べて増大することが期待された。しかしながら、イネALSプロモーターを使用した場合には、ホモ接合体の種子におけるCoQ10含量の増加までは成し得ず、CaMV35Sプロモーターを使用した場合とほぼ同等のCoQ10が種子に蓄積した。
<Discussion>
It has been shown that the rice ALS promoter is strongly expressed in immature and vigorous organs such as immature seeds (Osakabe et al., Mol. Breed. 16: 313-320 (2005)). On the other hand, the biosynthesis of CoQ is thought to be promoted by organs and tissues with high cell division. Therefore, the accumulated amount of CoQ10 in seeds is expressed by the CaMV35S promoter, which is widely used in plant transformation, because the ddsA gene whose expression is controlled by the ALS promoter is efficiently expressed during the active period of CoQ10 biosynthesis. It was expected to increase compared to the case where expression was controlled. However, when the rice ALS promoter was used, it was not possible to increase the CoQ10 content in the homozygous seeds, and CoQ10 almost equal to that obtained when the CaMV35S promoter was accumulated in the seeds.

一方、EFプロモーターで発現制御したddsA遺伝子を持つバイナリーベクターで形質転換したイネの中で、最も高いCoQ10の蓄積が認められたEFCoQ-21は、種子1gあたり約24μgのCoQ10を含んでいた。これはT1種子での結果ではあるが、前述したように、ホモ接合体の蓄積量と大きな隔たりはないと考えられた。この蓄積量はTakahashiらの方法で作出された組換えイネの約2倍量に相当し、EFプロモーターで発現制御したddsA遺伝子を利用すれば、従来法よりも多くのCoQ10をイネ種子中に蓄積できることが明らかとなった。 On the other hand, among the rice transformed with the binary vector having the ddsA gene whose expression was controlled by the EF promoter, EFCoQ-21, which showed the highest accumulation of CoQ10, contained about 24 μg of CoQ10 per 1 g of seed. Although this is a result of T 1 seeds, as described above, it was considered that there was no significant difference from the accumulated amount of homozygote. This accumulated amount is equivalent to about twice the amount of recombinant rice produced by Takahashi et al., And if the ddsA gene whose expression is controlled by the EF promoter is used, more CoQ10 is accumulated in rice seeds than in the conventional method. It became clear that we could do it.

今後さらにCoQ10含量を増加させる方法としては次のようなものが考えられる。これまでに、酵母由来のポリプレニルトランスフェラーゼ(PPT)をタバコに導入することによってCoQ10含量が葉で約6倍増加することが報告されている(Ohara et al., Plant J. 40: 734-743 (2004))。PPTはポリプレニル2リン酸と4−ヒドロキシ安息香酸の結合を触媒するCoQ合成の律早酵素であることから(図13)、ddsA遺伝子と同時にppt遺伝子を導入することでCoQ10含量の増加が期待できる。またPPTは異なる長さのプレニル2リン酸に対して広い基質特異性を示すことから(Suzuki et al., Biosci. Biotechnol. Biochem. 58: 1814-1819 (1994))、イネにおいてデカプレニル2リン酸と4−ヒドロキシ安息香酸の結合を効率的に触媒するPPTを探索することによってCoQ10含量が増加する可能性も考えられる。イネPPTが近年報告されている(Ohara K et al., Plant Cell Physiol. 47: 581-590 (2006))ことから、ddsAと同時発現させることでCoQ10の蓄積量を更に向上させることが可能であると考えられる。   In the future, the following methods can be considered as methods for further increasing the CoQ10 content. So far, it has been reported that the introduction of polyprenyltransferase (PPT) from yeast increases the CoQ10 content in leaves by about 6-fold (Ohara et al., Plant J. 40: 734-743 (2004)). Since PPT is a rate-determining enzyme for CoQ synthesis that catalyzes the binding of polyprenyl diphosphate and 4-hydroxybenzoic acid (Fig. 13), an increase in CoQ10 content can be expected by introducing the ppt gene simultaneously with the ddsA gene. . PPT also exhibits broad substrate specificity for prenyl diphosphates of different lengths (Suzuki et al., Biosci. Biotechnol. Biochem. 58: 1814-1819 (1994)), so that decaprenyl diphosphate in rice It is also possible that CoQ10 content may be increased by searching for PPT that efficiently catalyzes the binding of 4-hydroxybenzoic acid. Since rice PPT has been reported recently (Ohara K et al., Plant Cell Physiol. 47: 581-590 (2006)), it is possible to further improve the amount of CoQ10 accumulated by co-expression with ddsA. It is believed that there is.

Takahashiらの方法(S. Takahashi et al., FEBS Letters, 580, 955-959 (2006))で使われたバイナリーベクタープラスミドのコンストラクトを示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the construction of the binary vector plasmid used by the method of Takahashi et al. (S. Takahashi et al., FEBS Letters, 580, 955-959 (2006)). イネALSプロモーターの発現制御下にddsA遺伝子を有するバイナリーベクタープラスミドのコンストラクトを示す模式図である。It is a schematic diagram showing a construct of a binary vector plasmid having a ddsA gene under the control of rice ALS promoter expression. イネエロンゲーションファクター(EF)βプロモーターの発現制御下にddsA遺伝子を有するバイナリーベクタープラスミドのコンストラクトを示す模式図である。FIG. 3 is a schematic diagram showing a construct of a binary vector plasmid having a ddsA gene under the expression control of the rice elongation factor (EF) β promoter. イネエロンゲーションファクター(EF)βプロモーターの発現制御下にddsA遺伝子を有するバイナリーベクタープラスミドのコンストラクトを示す模式図である。FIG. 3 is a schematic diagram showing a construct of a binary vector plasmid having a ddsA gene under the expression control of the rice elongation factor (EF) β promoter. イネALSプロモーターの発現制御下にddsA遺伝子を有するバイナリーベクタープラスミドで形質転換したT2種子のCoQ10含量を示す特性図である。It is a characteristic figure which shows CoQ10 content of the T2 seed transformed with the binary vector plasmid which has a ddsA gene under the expression control of a rice ALS promoter. イネALSプロモーターの発現制御下にddsA遺伝子を有するバイナリーベクタープラスミドで形質転換した植物体におけるPS感受性試験の結果を示す特性図である。It is a characteristic view which shows the result of the PS sensitivity test in the plant body transformed by the binary vector plasmid which has a ddsA gene under the expression control of a rice ALS promoter. イネALSプロモーターの発現制御下にddsA遺伝子を有するバイナリーベクタープラスミドで形質転換した植物体におけるPS感受性試験の結果を示す特性図である。It is a characteristic view which shows the result of the PS sensitivity test in the plant body transformed by the binary vector plasmid which has a ddsA gene under the expression control of a rice ALS promoter. イネALSプロモーターの発現制御下にddsA遺伝子を有するバイナリーベクタープラスミドで形質転換した形質転換体におけるALS遺伝子及びddsA遺伝子に対する定量的RT-PCRの結果を示す特性図である。It is a characteristic diagram which shows the result of quantitative RT-PCR with respect to ALS gene and ddsA gene in the transformant transformed with the binary vector plasmid which has ddsA gene under the expression control of a rice ALS promoter. イネエロンゲーションファクター(EF)βプロモーターの発現制御下にddsA遺伝子を有するバイナリーベクタープラスミドで形質転換した際にベクター導入を確認するためのPCRで増幅した領域を示す模式図である。FIG. 3 is a schematic diagram showing a region amplified by PCR for confirming vector introduction when transformed with a binary vector plasmid having a ddsA gene under the expression control of rice elongation factor (EF) β promoter. イネエロンゲーションファクター(EF)βプロモーターの発現制御下にddsA遺伝子を有するバイナリーベクタープラスミドで形質転換した際にベクター導入を確認するためのPCRの結果を示す電気泳動写真である。It is an electrophoresis photograph showing the results of PCR for confirming the introduction of a vector when transformed with a binary vector plasmid having a ddsA gene under the control of the expression of rice elongation factor (EF) β promoter. イネエロンゲーションファクター(EF)βプロモーターの発現制御下にddsA遺伝子を有するバイナリーベクタープラスミドで形質転換した植物及び野生型について、CoQ9及びCoQ10の蓄積をHPLCで確認した結果を示す特性図である。It is a characteristic figure which shows the result which confirmed the accumulation | storage of CoQ9 and CoQ10 by HPLC about the plant and wild type which were transformed with the binary vector plasmid which has a ddsA gene under the expression control of a rice elongation factor (EF) (beta) promoter. イネエロンゲーションファクター(EF)βプロモーターの発現制御下にddsA遺伝子を有するバイナリーベクタープラスミドで形質転換したT1種子についてCoQ10の蓄積をHPLCで確認した結果を示す特性図である。It is a characteristic view showing the result of confirming the accumulation of CoQ10 by HPLC on T1 seeds transformed with a binary vector plasmid having the ddsA gene under the expression control of the rice elongation factor (EF) β promoter. イネALSプロモーターの発現制御下にddsA遺伝子を有するバイナリーベクタープラスミドで形質転換したT1種子と、イネエロンゲーションファクター(EF)βプロモーターの発現制御下にddsA遺伝子を有するバイナリーベクタープラスミドで形質転換したT1種子についてCoQ10蓄積量を比較した結果を示す特性図である。T1 seed transformed with a binary vector plasmid having ddsA gene under the control of rice ALS promoter expression and T1 seed transformed with a binary vector plasmid having ddsA gene under the control of rice elongation factor (EF) β promoter expression It is a characteristic view which shows the result of having compared the amount of CoQ10 accumulation about. CoQ10とイソプレノイドの生合成経路を示す特性図である。It is a characteristic view which shows the biosynthetic pathway of CoQ10 and isoprenoid.

Claims (12)

ペプチド伸長因子遺伝子のプロモーターと、当該プロモーターの制御下に発現可能なデカプレニルジホスフェート合成酵素遺伝子とを有する発現カセットを導入してなり、種子中にユビキノン10を蓄積する形質転換植物。   A transformed plant in which an expression cassette having a promoter of a peptide elongation factor gene and a decaprenyl diphosphate synthase gene that can be expressed under the control of the promoter is introduced, and ubiquinone 10 is accumulated in seeds. 上記発現カセットは、上記デカプレニルジホスフェート合成酵素遺伝子の上流に、ミトコンドリア局在化シグナルペプチドをコードする領域を更に有することを特徴とする請求項1記載の形質転換植物。   The transformed plant according to claim 1, wherein the expression cassette further has a region encoding a mitochondrial localization signal peptide upstream of the decaprenyl diphosphate synthase gene. 選抜マーカーとして、変異型アセト乳酸合成酵素遺伝子が更に導入されていることを特徴とする請求項1記載の形質転換植物。   The transformed plant according to claim 1, wherein a mutant acetolactate synthase gene is further introduced as a selection marker. 形質転換イネであることを特徴とする請求項1記載の形質転換植物。   The transformed plant according to claim 1, which is transformed rice. ペプチド伸長因子遺伝子のプロモーターと、当該プロモーターの制御下に発現可能なデカプレニルジホスフェート合成酵素遺伝子とを有する発現カセットを導入する、種子中にユビキノン10を蓄積する形質転換植物の製造方法。   A method for producing a transformed plant that accumulates ubiquinone 10 in seeds, wherein an expression cassette having a promoter of a peptide elongation factor gene and a decaprenyl diphosphate synthase gene that can be expressed under the control of the promoter is introduced. 上記発現カセットは、上記デカプレニルジホスフェート合成酵素遺伝子の上流に、ミトコンドリア局在化シグナルペプチドをコードする領域を更に有することを特徴とする請求項5記載の形質転換植物の製造方法。   6. The method for producing a transformed plant according to claim 5, wherein the expression cassette further has a region encoding a mitochondrial localization signal peptide upstream of the decaprenyl diphosphate synthase gene. 選抜マーカーとして変異型アセト乳酸合成酵素遺伝子が更に導入され、ピリミジニルカルボキシ除草剤により上記発現カセットが導入された個体を選抜することを特徴とする請求項5記載の形質転換植物の製造方法。   6. The method for producing a transformed plant according to claim 5, wherein a mutant acetolactate synthase gene is further introduced as a selection marker, and an individual into which the expression cassette is introduced with a pyrimidinylcarboxy herbicide is selected. 形質転換イネであることを特徴とする請求項5記載の形質転換植物の製造方法。   6. The method for producing a transformed plant according to claim 5, wherein the plant is transformed rice. ペプチド伸長因子遺伝子のプロモーターと、当該プロモーターの制御下に発現可能なデカプレニルジホスフェート合成酵素遺伝子とを有する発現カセットを導入してなる形質転換植物から種子を採取する工程と、
採取した種子に含まれるユビキノン10を抽出する工程とを含むユビキノン10の製造方法。
A step of collecting seeds from a transformed plant obtained by introducing an expression cassette having a peptide elongation factor gene promoter and a decaprenyl diphosphate synthase gene that can be expressed under the control of the promoter;
And a step of extracting ubiquinone 10 contained in the collected seed.
上記発現カセットは、上記デカプレニルジホスフェート合成酵素遺伝子の上流に、ミトコンドリア局在化シグナルペプチドをコードする領域を更に有することを特徴とする請求項9記載のユビキノン10の製造方法。   The method for producing ubiquinone 10 according to claim 9, wherein the expression cassette further has a region encoding a mitochondrial localization signal peptide upstream of the decaprenyl diphosphate synthase gene. 上記形質転換植物は、選抜マーカーとして変異型アセト乳酸合成酵素遺伝子が更に導入されていることを特徴とする請求項9記載のユビキノン10の製造方法。   The method for producing ubiquinone 10 according to claim 9, wherein the transformed plant is further introduced with a mutant acetolactate synthase gene as a selection marker. 上記形質転換植物は形質転換イネであることを特徴とする請求項9記載のユビキノン10の製造方法。   The method for producing ubiquinone 10 according to claim 9, wherein the transformed plant is transformed rice.
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