JP2011101622A - Gene increasing fruit of plant body and utilization thereof - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、植物体の子実(種子、頴花又は果実を含む)を増大させる機能を有するイネ由来のタンパク質をコードするDNA、および該DNAを用いた子実収量(種子、頴花又は果実の収量のことをいう)の増加方法、子実収量の検出方法、子実収量が増加する植物体の育種方法に関する。 The present invention relates to a DNA encoding a protein derived from rice having a function of increasing the grain (including seeds, spikelets or fruits) of a plant body, and the grain yield (seed, spikelets or fruits) using the DNA. And a method for detecting grain yield, and a method for breeding a plant that increases grain yield.
世界人口が爆発的に増え作物(例えば穀物)の生産増が求められている。世界の年間人口増加率1.4%に対し、穀物生産増加率は1.0%と人口増加率に比べ低く、世界人口が80億を突破する2025年には作物需要は50%上昇すると予想され、食糧不足も一層加速していると予想される。作物生産量を上昇させるためには、収量増加と関与する遺伝子の特定と特定した遺伝子を利用した効率的な穀物育種が必須である。 The world population has exploded and there is a demand for increased production of crops (for example, grains). The global population growth rate is 1.4%, while the crop production growth rate is 1.0%, which is lower than the population growth rate. By 2025, when the world population exceeds 8 billion, crop demand is expected to rise by 50%. The food shortage is expected to accelerate further. In order to increase crop production, it is essential to identify the genes involved in yield increase and efficient grain breeding using the identified genes.
イネにおいて子実の粒サイズはシンクのキャパシティーを示す値であり、収量に直接関わる。これまでに、イネにおいて種子(粒)の大きさに関わる遺伝子として、GW2(非特許文献1)及びGS3(非特許文献2)がポジショナルクローニング法により単離されている。しかし、これらの遺伝子は収量増に貢献しない。また、plastchron 1遺伝子を発現させ粒を拡大したトランスジェニック植物とその利用方法(特許文献1)、改変した3量体Gタンパク質αサブユニット遺伝子を利用し巨大粒を結実させる方法(特許文献2)、及びイネの粒長を制御するLk3遺伝子およびその利用(特許文献3)が特許出願されている。さらに、本願発明者らによって、粒重ひいては収量を増加させる遺伝子(TGW6)が単離されている(特許文献4)。 The grain size of rice is a value indicating the capacity of the sink and directly affects the yield. So far, GW2 (Non-patent document 1) and GS3 (Non-patent document 2) have been isolated by the positional cloning method as genes related to seed (grain) size in rice. However, these genes do not contribute to increased yield. In addition, transgenic plants in which the plastchron 1 gene is expressed and the grains are enlarged, and a method for using the transgenic plants (Patent Document 1), and a method in which the modified trimer G protein α subunit gene is used to produce a large grain (Patent Document 2). Patent application has been filed for the Lk3 gene that controls the grain length of rice and its use (Patent Document 3). Furthermore, the present inventors have isolated a gene (TGW6) that increases the grain weight and thus the yield (Patent Document 4).
しかしながら、イネの種子を増大させるには、現在までに単離された遺伝子だけでは十分ではなかった。また、種を超えて子実を増大させる方法は明らかではなかった。
なお、本出願の発明に関連する先行技術文献情報を以下に示す。
However, genes isolated to date have not been sufficient to increase rice seeds. Also, it was not clear how to increase grain beyond species.
Prior art document information related to the invention of the present application is shown below.
本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、植物の子実粒形(頴花・果実・種子を含む)ひいては粒長の伸長に関する新規な遺伝子の単離・同定、並びに該遺伝子を利用した植物の子実(頴花・果実・種子を含む)の粒サイズを増加させる育種方法を提供することにある。 The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to isolate a novel gene related to the grain shape of a plant (including spikelets, fruits and seeds), and thus the elongation of the grain length. The object of the present invention is to provide a method for identification and breeding that increases the grain size of plant grains (including spikelets, fruits and seeds) using the gene.
発明者らは、これまで植物体の作物収量増加のため、単子葉植物のモデルであるイネを用いて直接的に収量増加を担う遺伝子、すなわち粒長の伸長に関する遺伝子の探索を試みてきた。粒長は複数の遺伝子の相互作用による量的形質として支配されている。 The inventors have so far attempted to search for genes responsible for yield increase directly, that is, genes related to elongation of grain length, using rice, which is a model of monocotyledonous plants, in order to increase crop yield of plants. The grain length is governed as a quantitative trait by the interaction of multiple genes.
発明者らは、まず、コシヒカリと、コシヒカリを遺伝的背景にGL5領域をカサラス型染色体に置換した準同質遺伝子系統NIL(GL5)との戻し交雑後代を用いて、連鎖解析を行った。GL5遺伝子座近傍のSNPマーカーを用いて連鎖解析を行った結果、GL5遺伝子座をSNPマーカーG1422とSNPマーカーG1491との間、約7kbpの範囲に特定した(図1)。次に、イネアノテーションプロジェクトにより公開された遺伝子予測データベースにより、遺伝子の発現量・発現部位からGL5遺伝子を1つの遺伝子(Os05g0187000)に絞り込み、本遺伝子は20Sプロテアソームのβ2サブユニットをコードしていることが明らかとなった(図2)。 The inventors first performed linkage analysis using backcross progenies of Koshihikari and a near-isogenic line NIL (GL5) in which Koshihikari was used as a genetic background and the GL5 region was replaced with a Kasaras chromosome. As a result of linkage analysis using the SNP marker near the GL5 locus, the GL5 locus was identified between the SNP marker G1422 and the SNP marker G1491 in the range of about 7 kbp (FIG. 1). Next, the gene prediction database published by the Rice Annotation Project narrows down the GL5 gene to one gene (Os05g0187000) from the gene expression level and expression site, and this gene encodes the β2 subunit of the 20S proteasome Became clear (Figure 2).
コシヒカリとカサラスのcDNA塩基配列解析の結果、GL5候補遺伝子(OsPBB1)のコーディング領域に2カ所のSNPを有していたが、これらはいずれもアミノ酸配列に変化を生じさせず、コシヒカリとカサラスのGL5候補遺伝子のアミノ酸配列は同一であることが明らかとなった(図3)。また、OsPBB1の推定プロモーター領域にもいくつかの変異が存在することが明らかとなった(図4)。 As a result of cDNA sequence analysis of Koshihikari and Kasalath, there were two SNPs in the coding region of the GL5 candidate gene (OsPBB1), but these did not cause any change in the amino acid sequence. The amino acid sequences of the candidate genes were found to be identical (Figure 3). It was also revealed that several mutations exist in the putative promoter region of OsPBB1 (Fig. 4).
次に、OsPBB1遺伝子の発現量を比較したところ、コシヒカリに比べてNIL(GL5)は、発現量が約2.8倍高いことが明らかとなった(図5)。 Next, when the expression level of the OsPBB1 gene was compared, it was revealed that the expression level of NIL (GL5) was about 2.8 times higher than that of Koshihikari (FIG. 5).
次に、コシヒカリと同等のOsPBB1発現量を持つ日本晴にOsPBB1を過剰発現させる形質転換体によりOsPBB1の機能証明を行ったところ、OsPBB1の過剰発現は玄米の長さを有意に増加させることが明らかとなった(図6)。 Next, when the function of OsPBB1 was demonstrated by a transformant that overexpresses OsPBB1 in Nipponbare, which has an OsPBB1 expression level equivalent to that of Koshihikari, it was found that overexpression of OsPBB1 significantly increased the length of brown rice. (Fig. 6).
GL5遺伝子(OsPBB1)の高発現がイネの粒長を増大させることが判明したことから、さらに他の植物種における同遺伝子高発現の効果を調べた。その結果、OsPBB1の高発現は、シロイヌナズナにおいても種子サイズを増大させることが明らかとなった(図8)。これによりGL5は単子葉植物であるイネのみならず双子葉植物であるシロイヌナズナにおいても種子サイズを増大させる効果があり、幅広い植物種で同様の効果を有する事が示唆された。 Since high expression of GL5 gene (OsPBB1) was found to increase the grain length of rice, the effect of high expression of this gene in other plant species was further investigated. As a result, it was revealed that high expression of OsPBB1 increases seed size even in Arabidopsis thaliana (FIG. 8). This suggests that GL5 has the effect of increasing seed size not only in rice, which is a monocotyledonous plant, but also in Arabidopsis, a dicotyledonous plant, and has the same effect in a wide range of plant species.
本発明におけるGL5遺伝子は粒長、粒長の伸長を介し収量特性を向上させる遺伝子として初めて特定されたものであり、GL5遺伝子を利用することで収量増、生産性の向上に利用できる。即ち、本発明者らは、植物体の粒形の増大に関与する新たな遺伝子を単離することに成功した。 The GL5 gene in the present invention was identified for the first time as a gene that improves yield characteristics through grain length and grain length elongation, and can be used to increase yield and improve productivity by using the GL5 gene. That is, the present inventors succeeded in isolating a new gene involved in the increase in the grain shape of the plant body.
本発明は、より具体的には以下の〔1〕〜〔19〕を提供するものである。
〔1〕下記(a)から(d)のいずれかに記載のDNAを含む、植物体の子実(種子、頴花又は果実を含む)の大きさを増大させた植物体。
(a)配列番号:6に記載の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:4又は5に記載の塩基配列のコード領域及び配列番号:1に記載の塩基配列のプロモーター領域を含むDNA、
(c)配列番号:6に記載のアミノ酸配列において1または複数のアミノ酸が置換、欠失、付加、および/または挿入されたアミノ酸配列からなるタンパク質をコードするDNA、又は
(d)配列番号:4又は5に記載の塩基配列からなるDNAとストリンジェントな条件下でハイブリダイズするDNA
〔2〕植物体が単子葉植物又は双子葉植物である、〔1〕に記載の植物体。
〔3〕下記(a)から(d)のいずれかに記載のDNAが発現するように導入されたベクター。
(a)配列番号:6に記載の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:4又は5に記載の塩基配列のコード領域及び配列番号:1に記載の塩基配列のプロモーター領域を含むDNA、
(c)配列番号:6に記載のアミノ酸配列において1または複数のアミノ酸が置換、欠失、付加、および/または挿入されたアミノ酸配列からなるタンパク質をコードするDNA、又は
(d)配列番号:4又は5に記載の塩基配列からなるDNAとストリンジェントな条件下でハイブリダイズするDNA
〔4〕〔3〕 に記載のベクターが導入された宿主細胞。
〔5〕〔4〕に記載のベクターが導入された植物細胞。
〔6〕〔5〕に記載の植物細胞を含む形質転換植物体。
〔7〕〔6〕に記載の形質転換植物体の子孫またはクローンである、形質転換植物体。
〔8〕〔6〕又は〔7〕に記載の形質転換植物体の繁殖材料。
〔9〕下記(a)から(d)のいずれかに記載のDNAを植物体の細胞内で過剰発現させる工程を含む、植物体の子実(種子、頴花又は果実を含む)の大きさを増大させる方法。
(a)配列番号:6に記載の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:4又は5に記載の塩基配列のコード領域及び配列番号:1に記載の塩基配列のプロモーター領域を含むDNA、
(c)配列番号:6に記載のアミノ酸配列において1または複数のアミノ酸が置換、欠失、付加、および/または挿入されたアミノ酸配列からなるタンパク質をコードするDNA、又は
(d)配列番号:4又は5に記載の塩基配列からなるDNAとストリンジェントな条件下でハイブリダイズするDNA
〔10〕植物体が単子葉植物又は双子葉植物である、〔9〕に記載の方法。
〔11〕被検植物体について、配列番号:1に記載のDNA領域に相当する部位、またはその周辺配列に存在する変異を含むDNAマーカーを検出することを特徴とする、被検植物体の子実(種子、頴花又は果実を含む)の収量を検出する方法。
〔12〕変異が一塩基多型である、〔11〕に記載の方法。
〔13〕以下の工程(a)及び(b)を含む、〔11〕に記載の方法。
(a)被検植物における配列番号:1に記載の塩基配列のコード領域及び配列番号:1に記載の塩基配列のプロモーター領域に相当する部位、またはその周辺配列に存在する多型部位の塩基種を決定する工程、及び
(b)(a)で決定された多型部位の塩基種において、配列番号:1またはその周辺配列と異なるアレルが検出された場合に、被検植物は子実(種子、頴花又は果実を含む)の収量が多いと判定する工程
〔14〕多型部位が、配列番号:1に記載の塩基配列における、32位、129位、161位、557位、839位、843位、976位又は1699位から選択される少なくとも一つの多型部位に相当する部位である、〔13〕に記載の方法。
〔15〕多型部位の塩基種の変異が、配列番号:1に記載の塩基配列における32位の塩基種のGからTへの変異、129位の塩基種のAからGへの変異、161位の塩基種のTからGへの変異、557位の塩基種のTからCへの変異、839位の塩基種のTの欠損、843位の塩基種のGの欠損、976位の塩基種のCからAへの変異、又は1699位の塩基種のCからTへの変異から選択される少なくとも一つの変異である場合には、子実(種子、頴花又は果実を含む)が増大すると判定する、〔14〕に記載の方法。
〔16〕配列番号:1に記載のDNAとストリンジェントな条件で特異的にハイブリダイズし、少なくとも15ヌクレオチドの鎖長を有するオリゴヌクレオチドを含む、被検植物の子実(種子、頴花又は果実を含む)の収量を検出するためのプライマー。
〔17〕〔14〕または〔15〕に記載の多型部位を含む領域を増幅するための、〔16〕に記載のプライマー。
〔18〕配列番号:1に記載のDNAとストリンジェントな条件で特異的にハイブリダイズし、少なくとも15ヌクレオチドの鎖長を有するオリゴヌクレオチドを含む、被検植物体の子実(種子、頴花又は果実を含む)の収量を検出するためのプローブ。
〔19〕〔14〕または〔15〕に記載の多型部位を含む領域に特異的にハイブリダイズする、〔18〕に記載のプローブ。
More specifically, the present invention provides the following [1] to [19].
[1] A plant having an increased size of seed (including seeds, spikelets or fruits) containing the DNA according to any one of (a) to (d) below.
(A) DNA encoding a protein consisting of the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 6;
(B) DNA comprising a coding region of the base sequence described in SEQ ID NO: 4 or 5 and a promoter region of the base sequence described in SEQ ID NO: 1,
(C) DNA encoding a protein consisting of an amino acid sequence in which one or more amino acids are substituted, deleted, added and / or inserted in the amino acid sequence of SEQ ID NO: 6, or (d) SEQ ID NO: 4 Or a DNA that hybridizes under stringent conditions with the DNA comprising the nucleotide sequence according to 5
[2] The plant according to [1], wherein the plant is a monocotyledonous plant or a dicotyledonous plant.
[3] A vector introduced so that the DNA according to any one of (a) to (d) below is expressed.
(A) DNA encoding a protein consisting of the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 6;
(B) DNA comprising a coding region of the base sequence described in SEQ ID NO: 4 or 5 and a promoter region of the base sequence described in SEQ ID NO: 1,
(C) DNA encoding a protein consisting of an amino acid sequence in which one or more amino acids are substituted, deleted, added and / or inserted in the amino acid sequence of SEQ ID NO: 6, or (d) SEQ ID NO: 4 Or a DNA that hybridizes under stringent conditions with the DNA comprising the nucleotide sequence according to 5
[4] A host cell into which the vector according to [3] has been introduced.
[5] A plant cell into which the vector according to [4] has been introduced.
[6] A transformed plant comprising the plant cell according to [5].
[7] A transformed plant that is a descendant or clone of the transformed plant according to [6].
[8] A propagation material for the transformed plant according to [6] or [7].
[9] Size of plant grains (including seeds, spikelets or fruits), comprising the step of overexpressing the DNA according to any one of (a) to (d) below in the cells of the plant body How to increase.
(A) DNA encoding a protein consisting of the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 6;
(B) DNA comprising a coding region of the base sequence described in SEQ ID NO: 4 or 5 and a promoter region of the base sequence described in SEQ ID NO: 1,
(C) DNA encoding a protein consisting of an amino acid sequence in which one or more amino acids are substituted, deleted, added and / or inserted in the amino acid sequence of SEQ ID NO: 6, or (d) SEQ ID NO: 4 Or a DNA that hybridizes under stringent conditions with the DNA comprising the nucleotide sequence according to 5
[10] The method according to [9], wherein the plant body is a monocotyledonous plant or a dicotyledonous plant.
[11] A child of a test plant characterized by detecting a DNA marker containing a mutation present in a site corresponding to the DNA region described in SEQ ID NO: 1 or a peripheral sequence of the test plant A method for detecting the yield of fruits (including seeds, spikelets or fruits).
[12] The method according to [11], wherein the mutation is a single nucleotide polymorphism.
[13] The method according to [11], comprising the following steps (a) and (b).
(A) The base type of the polymorphic site present in the site corresponding to the coding region of the base sequence described in SEQ ID NO: 1 and the promoter region of the base sequence described in SEQ ID NO: 1 or the surrounding sequence in the test plant And (b) in the base type of the polymorphic site determined in (a), when an allele different from SEQ ID NO: 1 or its surrounding sequence is detected, the test plant is a seed (seed (14), the polymorphic site is located at positions 32, 129, 161, 557, 839 in the nucleotide sequence set forth in SEQ ID NO: 1. [13] The method according to [13], which is a site corresponding to at least one polymorphic site selected from positions 843, 976, or 1699.
[15] The mutation of the base type at the polymorphic site is a mutation from the G-to-T base position at position 32 in the base sequence described in SEQ ID NO: 1, a mutation from the A-to-G base position at position 129, 161 Mutation of the base species at position T to G, mutation of the base species at position 557 from T to C, deletion of T at the position of 839 base, deletion of G at the position of base 843, base type at position 976 In the case of at least one mutation selected from a C to A mutation or a C to T mutation of the base species at position 1699, the grain (including seeds, spikelets or fruits) is increased. The method according to [14], wherein the determination is performed.
[16] Grains of seeds (seed, spikelets or fruits) that specifically hybridize with the DNA of SEQ ID NO: 1 under stringent conditions and contain an oligonucleotide having a chain length of at least 15 nucleotides For detecting the yield of
[17] The primer according to [16] for amplifying a region containing the polymorphic site according to [14] or [15].
[18] Grains of seeds (seed, spikelets or Probe for detecting the yield of fruits (including fruit).
[19] The probe according to [18], which specifically hybridizes to a region containing the polymorphic site according to [14] or [15].
連鎖解析により、植物の子実粒(種子、頴花又は果実を含む)の伸長ひいては収量の増加に関する遺伝子の単離・同定に成功した。また、該遺伝子を利用した植物の子実粒(種子、頴花又は果実を含む)の長さを増加させる育種手法も見出した。本発明は、植物の品種改良等の分野において有用である。 Through linkage analysis, we succeeded in isolating and identifying genes related to the growth of plant grains (including seeds, spikelets or fruits) and thus the yield. Moreover, the breeding method which increases the length of the seed grain (a seed, a bud, or a fruit) using this gene was also discovered. The present invention is useful in fields such as plant breed improvement.
本発明は、植物体の子実(種子、頴花又は果実を含む)の収量に関する遺伝子GL5を含む植物体、および該遺伝子を用いた子実収量(種子、頴花又は果実の収量のことをいう)の増加方法、子実収量の検出方法、子実収量が増加する植物体の育種方法を提供する。 The present invention relates to a plant containing the gene GL5 relating to the yield of seeds (including seeds, spikelets or fruits) of the plant, and grain yield (seed, spikelets or fruits) using the gene. A method for increasing the seed yield, a method for detecting the grain yield, and a method for breeding the plant body in which the grain yield increases.
本発明において子実の収量の増加とは、具体的には種子、頴花又は果実を増大させることによってもたらされる。本発明において子実が増大するとは、子実の大きさが増加することをいい、該遺伝子の発現量が低い植物体の子実と比較して、それぞれ30%以上、好ましくは20%以上、より好ましくは15%、10%、5%以上のサイズの増加をいう。 In the present invention, the increase in grain yield is specifically brought about by increasing seeds, spikelets or fruits. In the present invention, the increase in grain means that the size of the grain increases, compared to the grain of the plant body in which the expression level of the gene is low, each 30% or more, preferably 20% or more, More preferably, it means an increase in size of 15%, 10%, 5% or more.
本発明者らにより作物の子実収量との関係が明らかにされた、イネカサラスのGL5遺伝子のゲノムDNAの塩基配列を配列番号:4に、cDNAの塩基配列を配列番号:5に、これら遺伝子がコードするタンパク質のアミノ酸配列を配列番号:6に示す。 The base sequence of the genomic DNA of the GL5 gene of rice casalas, the base sequence of the cDNA of which is clarified by the present inventors in relation to the grain yield of the crop, is shown in SEQ ID NO: 5, and these genes are The amino acid sequence of the encoded protein is shown in SEQ ID NO: 6.
また、イネコシヒカリのGL5遺伝子のゲノムDNAの塩基配列を配列番号:1に、cDNAの塩基配列を配列番号:2に、これら遺伝子がコードするタンパク質のアミノ酸配列を配列番号:3に示す。 The nucleotide sequence of the genomic DNA of the GL5 gene of Yokoshihikari is shown in SEQ ID NO: 1, the nucleotide sequence of cDNA is shown in SEQ ID NO: 2, and the amino acid sequence of the protein encoded by these genes is shown in SEQ ID NO: 3.
本発明は、植物体の子実を増大させる機能を有するイネ由来のGL5遺伝子を含むベクターならびに形質転換植物細胞を提供する。 The present invention provides a vector containing a GL5 gene derived from rice having a function of increasing the grain of a plant body, and a transformed plant cell.
本発明のGL5遺伝子としては、具体的には、植物体の子実を増大させる機能を有するイネ由来のタンパク質をコードする、下記(a)から(d)のいずれかに記載のDNAが含まれる。
(a)配列番号:6に記載の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:4又は5に記載の塩基配列のコード領域及び配列番号:1に記載の塩基配列のプロモーター領域を含むDNA、
(c)配列番号:6に記載のアミノ酸配列において1または複数のアミノ酸が置換、欠失、付加、および/または挿入されたアミノ酸配列からなるタンパク質をコードするDNA、又は
(d)配列番号:4又は5に記載の塩基配列からなるDNAとストリンジェントな条件下でハイブリダイズするDNA
Specifically, the GL5 gene of the present invention includes the DNA described in any of (a) to (d) below, which encodes a rice-derived protein having a function of increasing the grain of a plant body. .
(A) DNA encoding a protein consisting of the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 6;
(B) DNA comprising a coding region of the base sequence described in SEQ ID NO: 4 or 5 and a promoter region of the base sequence described in SEQ ID NO: 1,
(C) DNA encoding a protein consisting of an amino acid sequence in which one or more amino acids are substituted, deleted, added and / or inserted in the amino acid sequence of SEQ ID NO: 6, or (d) SEQ ID NO: 4 Or a DNA that hybridizes under stringent conditions with the DNA comprising the nucleotide sequence according to 5
本発明において、本発明の遺伝子が由来する植物体としては、特に制限はないが、例えばイネ、コムギ、オオムギ、エンバク、トウモロコシ、ハトムギ、イタリアンライグラス、ペレニアルライグラス、チモシー、メドーフェスク、キビ、アワ、サトウキビ等の穀物、ダイズ、エンドウ、ピーナッツ等の豆類、カボチャ、トマト等のいわゆる実のなる野菜類、ゴマ、ナタネ、ヒマワリ等の油料作物、シロイヌナズナ等が挙げられる。本発明の遺伝子が由来する植物として、より好ましくは、イネを挙げることができる。 In the present invention, the plant from which the gene of the present invention is derived is not particularly limited. For example, rice, wheat, barley, oats, corn, pearl barley, Italian ryegrass, perennial ryegrass, timothy, meadow fescue, millet, millet, sugar cane Cereals such as soybeans, peas and peanuts, so-called fruit vegetables such as pumpkins and tomatoes, oil crops such as sesame, rapeseed and sunflower, Arabidopsis and the like. More preferably, rice can be mentioned as a plant from which the gene of the present invention is derived.
本発明の「GL5遺伝子」は、「GL5タンパク質」をコードしうるものであれば、その形態に特に制限はなく、「GL5遺伝子」には、cDNAの他、ゲノムDNA、化学合成DNAなども含まれる。また、GL5遺伝子はGL5タンパク質をコードするものであれば、遺伝暗号の縮重に基づく任意の塩基配列を有するDNAが含まれる。 The “GL5 gene” of the present invention is not particularly limited as long as it can encode a “GL5 protein”. The “GL5 gene” includes genomic DNA, chemically synthesized DNA, etc. in addition to cDNA. It is. In addition, as long as the GL5 gene encodes the GL5 protein, DNA having an arbitrary base sequence based on the degeneracy of the genetic code is included.
本発明の遺伝子のコード領域は、例えば、配列番号:5に記載の塩基配列における217位〜1035位の領域を挙げることができる。 Examples of the coding region of the gene of the present invention include a region at positions 217 to 1035 in the base sequence described in SEQ ID NO: 5.
ゲノムDNAおよびcDNAの調製は、当業者にとって常套手段を利用して行うことが可能である。ゲノムDNAは、例えば、植物からゲノムDNAを抽出し、ゲノミックライブラリー(ベクターとしては、プラスミド、ファージ、コスミド、BAC、PACなどが利用できる)を作成し、これを展開して、GL5遺伝子(例えば、配列番号:4または5のいずれかに記載のDNA)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あるいはプラークハイブリダイゼーションを行うことにより当該クローンを得、調製することが可能である。また、GL5遺伝子に特異的なプライマーを作成し、これを利用したPCRをおこな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、植物から抽出したmRNAを基にcDNAを合成し、これをλZAP等のベクターに挿入してcDNAライブラリーを作成し、これを展開して、上記と同様にコロニーハイブリダイゼーションあるいはプラークハイブリダイゼーションを行うことにより、また、PCRを行うことにより調製することが可能である。 Preparation of genomic DNA and cDNA can be performed by those skilled in the art using conventional means. For genomic DNA, for example, genomic DNA is extracted from a plant, a genomic library (a vector such as a plasmid, phage, cosmid, BAC, PAC, etc. can be used) is developed, and the GL5 gene (for example, The clones can be obtained and prepared by colony hybridization or plaque hybridization using a probe prepared based on the DNA described in SEQ ID NO: 4 or 5. It is also possible to prepare a primer specific for the GL5 gene and perform PCR using this primer. In addition, for example, cDNA is synthesized based on mRNA extracted from a plant, inserted into a vector such as λZAP to create a cDNA library, developed, and colony hybridization in the same manner as described above. Alternatively, it can be prepared by performing plaque hybridization or by performing PCR.
さらに、GL5遺伝子は広く穀物植物に存在すると考えられるため、GL5遺伝子には、種々の植物に存在する相同遺伝子も含まれる。ここで「相同遺伝子」とは、種々の植物において、イネにおける活性型GL5遺伝子産物と機能的に同等なタンパク質をコードする遺伝子を指す。このようなタンパク質には、例えば、活性型GL5タンパク質の変異体、アレル、バリアント、ホモログ、活性型GL5タンパク質の部分ペプチド、または、他のタンパク質との融合タンパク質などが挙げられるが、これらに限定されない。 Furthermore, since the GL5 gene is considered to be widely present in cereal plants, the GL5 gene includes homologous genes present in various plants. Here, the “homologous gene” refers to a gene encoding a protein functionally equivalent to the active GL5 gene product in rice in various plants. Examples of such proteins include, but are not limited to, active GL5 protein mutants, alleles, variants, homologs, partial peptides of active GL5 protein, or fusion proteins with other proteins. .
本発明における活性型GL5タンパク質の変異体としては、配列番号:6に記載のアミノ酸配列において1若しくは複数のアミノ酸が置換、欠失、挿入、および/または付加したアミノ酸配列からなる天然由来のタンパク質であって、配列番号:6に記載のアミノ酸配列からなるタンパク質のN末側活性断片と機能的に同等なタンパク質を挙げることが出来る。また、配列番号:4又は5に記載の塩基配列からなるDNAとストリンジェントな条件下でハイブリダイズする天然由来のDNAよりコードされるタンパク質であって、配列番号:6に記載のアミノ酸配列からなるタンパク質のN末側活性断片と機能的に同等なタンパク質も、活性型GL5タンパク質の変異体として挙げることができる。 The mutant of the active GL5 protein in the present invention is a naturally occurring protein consisting of an amino acid sequence in which one or more amino acids are substituted, deleted, inserted and / or added in the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 6. A protein functionally equivalent to the N-terminal active fragment of the protein consisting of the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 6 can be mentioned. A protein encoded by naturally-occurring DNA that hybridizes under stringent conditions with a DNA comprising the nucleotide sequence set forth in SEQ ID NO: 4 or 5, and comprising the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 6. Proteins functionally equivalent to the N-terminal active fragment of the protein can also be mentioned as mutants of the active GL5 protein.
また、本発明における活性型GL5タンパク質の変異体としては、配列番号:6に記載のアミノ酸配列において1若しくは複数のアミノ酸が置換、欠失、挿入、および/または付加したアミノ酸配列からなる天然由来のタンパク質であって、配列番号:6に記載のアミノ酸配列からなるタンパク質と機能的に同等なタンパク質を挙げることが出来る。また、配列番号:4又は5に記載の塩基配列からなるDNAとストリンジェントな条件下でハイブリダイズする天然由来のDNAよりコードされるタンパク質であって、配列番号:6に記載のアミノ酸配列からなるタンパク質と機能的に同等なタンパク質も、活性型GL5タンパク質の変異体として挙げることができる。 In addition, as a mutant of the active GL5 protein in the present invention, a naturally derived amino acid sequence consisting of an amino acid sequence in which one or more amino acids are substituted, deleted, inserted and / or added in the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 6. A protein that is functionally equivalent to the protein having the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 6 can be exemplified. A protein encoded by naturally-occurring DNA that hybridizes under stringent conditions with a DNA comprising the nucleotide sequence set forth in SEQ ID NO: 4 or 5, and comprising the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 6. Proteins functionally equivalent to the protein can also be mentioned as mutants of the active GL5 protein.
本発明において、変異するアミノ酸数は特に制限されないが、通常、30アミノ酸以内であり、好ましくは15アミノ酸以内であり、さらに好ましくは5アミノ酸以内(例えば、3アミノ酸以内)であると考えられる。変異するアミノ酸残基においては、アミノ酸側鎖の性質が保存されている別のアミノ酸に変異されることが望ましい(これは、保存的アミノ酸置換として知られている)。例えばアミノ酸側鎖の性質としては、疎水性アミノ酸(A、I、L、M、F、P、W、Y、V)および親水性アミノ酸(R、D、N、C、E、Q、G、H、K、S、T)の二種類に大別することができる。また、その側鎖の構造に基づいて、脂肪族側鎖を有するアミノ酸(G、A、V、L、I、P)、水酸基含有側鎖を有するアミノ酸(S、T、Y)、硫黄原子含有側鎖を有するアミノ酸(C、M)、カルボン酸及びアミド含有側鎖を有するアミノ酸(D、N、E、Q)、塩基含有側鎖を有するアミノ酸(R、K、H)、芳香族含有側鎖を有するアミノ酸(H、F、Y、W)などのようにアミノ酸を分類することもできる。さらに、例えば、変異マトリクス(mutational matrix)によってアミノ酸を分類することも周知である(Taylor 1986, J, Theor. Biol. 119, 205-218; Sambrook, J. et al., Molecular Cloning 3rd ed. A7.6-A7.9, Cold Spring Harbor Lab. Press, 2001)。この分類を以下に要約すると、脂肪族アミノ酸(L、I、V)、芳香族アミノ酸(H、W、Y、F)、荷電アミノ酸(D、E、R、K、H)、正荷電アミノ酸(R、K、H)、負荷電アミノ酸(D、E)、疎水性アミノ酸(H、W、Y、F、M、L、I、V、C、A、G、T、K)、極性アミノ酸(T、S、N、D、E、Q、R、K、H、W、Y)、小型アミノ酸(P、V、C、A、G、T、S、N、D)、微小アミノ酸(A、G、S)および大型(非小型)アミノ酸(Q、E、R、K、H、W、Y、F、M、L、I)が挙げられる(括弧内はいずれもアミノ酸の一文字標記を表す)。 In the present invention, the number of amino acids to be mutated is not particularly limited, but is usually within 30 amino acids, preferably within 15 amino acids, and more preferably within 5 amino acids (for example, within 3 amino acids). The amino acid residue to be mutated is preferably mutated to another amino acid whose amino acid side chain properties are conserved (this is known as a conservative amino acid substitution). For example, amino acid side chain properties include hydrophobic amino acids (A, I, L, M, F, P, W, Y, V) and hydrophilic amino acids (R, D, N, C, E, Q, G, H, K, S, T) can be broadly classified. In addition, based on the structure of the side chain, an amino acid having an aliphatic side chain (G, A, V, L, I, P), an amino acid having a hydroxyl group-containing side chain (S, T, Y), containing a sulfur atom Amino acids with side chains (C, M), amino acids with carboxylic acid and amide-containing side chains (D, N, E, Q), amino acids with base-containing side chains (R, K, H), aromatic-containing side Amino acids can also be classified such as amino acids having chains (H, F, Y, W). Furthermore, it is also well known to classify amino acids, for example, by a mutational matrix (Taylor 1986, J, Theor. Biol. 119, 205-218; Sambrook, J. et al., Molecular Cloning 3rd ed. A7 .6-A7.9, Cold Spring Harbor Lab. Press, 2001). This classification is summarized below: aliphatic amino acids (L, I, V), aromatic amino acids (H, W, Y, F), charged amino acids (D, E, R, K, H), positively charged amino acids ( R, K, H), negatively charged amino acids (D, E), hydrophobic amino acids (H, W, Y, F, M, L, I, V, C, A, G, T, K), polar amino acids ( T, S, N, D, E, Q, R, K, H, W, Y), small amino acids (P, V, C, A, G, T, S, N, D), small amino acids (A, G, S) and large (non-small) amino acids (Q, E, R, K, H, W, Y, F, M, L, I) are included (the parentheses indicate the single letter of amino acids) .
あるアミノ酸配列に対する1又は複数個のアミノ酸残基の欠失、付加及び/又は他のアミノ酸による置換により修飾されたアミノ酸配列を有するポリペプチドがその生物学的活性を維持することはすでに知られている。さらに、標的アミノ酸残基は、共通した性質をできるだけ多く有するアミノ酸残基に変異させることがより好ましい。 It is already known that a polypeptide having an amino acid sequence modified by deletion, addition and / or substitution by one or more amino acid residues to a certain amino acid sequence maintains its biological activity. Yes. Furthermore, the target amino acid residue is more preferably mutated to an amino acid residue having as many common properties as possible.
本発明において「機能的に同等」とは、対象となるタンパク質が、活性型GL5タンパク質と同等の生物学的機能や生化学的機能を有することを指す。本発明において、活性型GL5タンパク質の生物学的機能や生化学的機能としては、例えば穀物の種子を増大させる機能を挙げることができる。生物学的な性質には発現する部位の特異性や、発現量等も含まれる。 In the present invention, “functionally equivalent” means that the target protein has a biological function or biochemical function equivalent to that of the active GL5 protein. In the present invention, examples of the biological function and biochemical function of the active GL5 protein include a function of increasing seeds of grains. Biological properties include the specificity of the site to be expressed and the expression level.
相同遺伝子を単離するための当業者によく知られた方法としては、ハイブリダイゼーション技術(Southern, E. M., Journal of Molecular Biology, Vol. 98, 503, 1975)やポリメラーゼ連鎖反応(PCR)技術(Saiki, R. K., et al. Science, vol. 230, 1350-1354, 1985, Saiki, R. K. et al. Science, vol.239, 487-491,1988)が挙げられる。即ち、当業者にとっては、GL5遺伝子の塩基配列(例えば、配列番号:4又は5のいずれかに記載のDNA)もしくはその一部をプローブとして、またGL5遺伝子に特異的にハイブリダイズするオリゴヌクレオチドをプライマーとして、種々の植物からGL5遺伝子の相同遺伝子を単離することは通常行いうることである。 Methods well known to those skilled in the art for isolating homologous genes include hybridization techniques (Southern, EM, Journal of Molecular Biology, Vol. 98, 503, 1975) and polymerase chain reaction (PCR) techniques (Saiki). , RK, et al. Science, vol. 230, 1350-1354, 1985, Saiki, RK et al. Science, vol. 239, 487-491, 1988). That is, for those skilled in the art, an oligonucleotide that specifically hybridizes to the GL5 gene using a nucleotide sequence of the GL5 gene (for example, the DNA described in SEQ ID NO: 4 or 5) or a part thereof as a probe. As a primer, it is usually possible to isolate a homologous gene of GL5 gene from various plants.
このような相同遺伝子をコードするDNAを単離するためには、通常ストリンジェントな条件下でハイブリダイゼーション反応を行なう。ストリンジェントなハイブリダイゼーション条件は当業者であれば、適宜選択することができる。一例を示せば、25%ホルムアミド、より厳しい条件では50%ホルムアミド、4xSSC、50mM Hepes pH7.0、10×デンハルト溶液、20μg/ml変性サケ精子DNAを含むハイブリダイゼーション溶液中、42℃で一晩プレハイブリダイゼーションを行った後、標識したプローブを添加し、42℃で一晩保温することによりハイブリダイゼーションを行う。その後の洗浄における洗浄液および温度条件は、「1xSSC、0.1% SDS、37℃」程度で、より厳しい条件としては「0.5xSSC、0.1% SDS、42℃」程度で、さらに厳しい条件としては「0.2xSSC、0.1% SDS、65℃」程度で実施することができる。このようにハイブリダイゼーションの洗浄の条件が厳しくなるほどプローブ配列と高い相同性を有するDNAの単離を期待しうる。但し、上記SSC、SDSおよび温度の条件の組み合わせは例示であり、当業者であれば、ハイブリダイゼーションのストリンジェンシーを決定する上記若しくは他の要素(例えば、プローブ濃度、プローブの長さ、ハイブリダイゼーション反応時間など)を適宜組み合わせることにより、上記と同様のストリンジェンシーを実現することが可能である。 In order to isolate DNA encoding such a homologous gene, a hybridization reaction is usually carried out under stringent conditions. Those skilled in the art can appropriately select stringent hybridization conditions. One example is pretreatment overnight at 42 ° C. in a hybridization solution containing 25% formamide, 50% formamide under more severe conditions, 4 × SSC, 50 mM Hepes pH 7.0, 10 × Denhardt's solution, 20 μg / ml denatured salmon sperm DNA. After hybridization, a labeled probe is added and hybridization is performed by incubating overnight at 42 ° C. The cleaning solution and temperature conditions for the subsequent cleaning are about 1xSSC, 0.1% SDS, 37 ° C, more severe conditions are about 0.5xSSC, 0.1% SDS, 42 ° C, and more severe conditions are about 0.2xSSC. , 0.1% SDS, about 65 ° C. ”. Thus, isolation of DNA having high homology with the probe sequence can be expected as the conditions for washing hybridization are more severe. However, combinations of the above SSC, SDS, and temperature conditions are exemplary, and those skilled in the art will understand the above or other factors that determine the stringency of hybridization (eg, probe concentration, probe length, hybridization reaction). It is possible to achieve the same stringency as above by appropriately combining the time and the like.
単離されたDNAの相同性は、アミノ酸配列全体で、少なくとも50%以上、さらに好ましくは70%以上、さらに好ましくは90%以上(例えば、95%、96%、97%、98%、99%以上)の配列の同一性を有する。配列の相同性は、BLASTN(核酸レベル)やBLASTX(アミノ酸レベル)のプログラム(Altschul et al. J. Mol. Biol., 215: 403-410, 1990)を利用して決定することができる。該プログラムは、Karlin及びAltschulによるアルゴリズムBLAST (Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 87:2264-2268, 1990, Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 90: 5873-5877, 1993) に基づいている。BLASTNによって塩基配列を解析する場合には、パラメーターは例えばscore = 100、wordlength =12とする。また、BLASTXによってアミノ酸配列を解析する場合には、パラメーターは例えばscore = 50、wordlength = 3とする。また、Gapped BLASTプログラムを用いて、アミノ酸配列を解析する場合は、Altschulら(Nucleic Acids Res. 25: 3389-3402, 1997)に記載されているように行うことができる。BLASTとGapped BLASTプログラムを用いる場合には、各プログラムのデフォルトパラメーターを用いる。これらの解析方法の具体的な手法は公知である。 The homology of the isolated DNA is at least 50% or more, more preferably 70% or more, more preferably 90% or more (for example, 95%, 96%, 97%, 98%, 99%) in the entire amino acid sequence. And the like). Sequence homology can be determined using BLASTN (nucleic acid level) and BLASTX (amino acid level) programs (Altschul et al. J. Mol. Biol., 215: 403-410, 1990). The program is based on the algorithm BLAST by Karlin and Altschul (Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 87: 2264-2268, 1990, Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 90: 5873-5877, 1993). Yes. When analyzing a base sequence by BLASTN, parameters are set to score = 100 and wordlength = 12, for example. Further, when the amino acid sequence is analyzed by BLASTX, the parameters are, for example, score = 50 and wordlength = 3. When the amino acid sequence is analyzed using the Gapped BLAST program, it can be performed as described in Altschul et al. (Nucleic Acids Res. 25: 3389-3402, 1997). When using BLAST and Gapped BLAST programs, the default parameters of each program are used. Specific methods of these analysis methods are known.
本発明のベクターとしては、形質転換体作製のために細胞内で本発明のDNAを発現させるベクター、例えば形質転換植物体作製のために植物細胞内で本発明のDNAを発現させるためのベクターが含まれる。植物細胞の形質転換に用いられるベクターとしては、該細胞内で挿入遺伝子を発現させることが可能なものであれば特に制限はない。例えばプラスミド、ファージ、またはコスミドなどを例示することができる。 Examples of the vector of the present invention include a vector for expressing the DNA of the present invention in a cell for producing a transformant, for example, a vector for expressing the DNA of the present invention in a plant cell for preparing a transformed plant. included. The vector used for the transformation of plant cells is not particularly limited as long as the inserted gene can be expressed in the cells. For example, a plasmid, a phage, or a cosmid can be exemplified.
また上記「植物細胞」には、種々の形態の植物細胞、例えば、懸濁培養細胞、プロトプラスト、葉の切片、カルス等が含まれる。 The “plant cell” includes various forms of plant cells such as suspension culture cells, protoplasts, leaf sections, callus and the like.
本発明のベクターは、本発明のDNAを恒常的または誘導的に発現させるためのプロモーターを含有してもよい。 The vector of the present invention may contain a promoter for constitutively or inducibly expressing the DNA of the present invention.
当業者においては、所望のDNAを有するベクターを、一般的な遺伝子工学技術によって、適宜、作製することが可能である。通常、市販の種々のベクターを利用することができる。 Those skilled in the art can appropriately prepare a vector having a desired DNA by a general genetic engineering technique. Usually, various commercially available vectors can be used.
本発明のベクターは、宿主細胞内において本発明のDNAを保持したり、発現させるためにも有用である。 The vector of the present invention is also useful for retaining or expressing the DNA of the present invention in a host cell.
本発明におけるDNAは、通常、適当なベクターへ担持(挿入)され、宿主細胞へ導入される。即ち本発明は、本発明のDNAまたはベクターを保持する宿主細胞を提供する。該ベクターとしては、挿入したDNAを安定に保持するものであれば特に制限されず、例えば宿主に大腸菌を用いるのであれば、クローニング用ベクターとしてpBluescriptベクター(Stratagene社製)などが好ましいが、市販の種々のベクターを利用することができる。本発明のDNAを内在性遺伝子を有する細胞内に導入および発現させる目的としてベクターを用いる場合には、特に発現ベクターが有用である。発現ベクターとしては、試験管内、大腸菌内、培養細胞内、生物個体内でDNAを発現するベクターであれば特に制限されないが、例えば、試験管内発現であればpBESTベクター(プロメガ社製)、大腸菌であればpETベクター(Invitrogen社製)、培養細胞であればpME18S-FL3ベクター(GenBank Accession No. AB009864)、生物個体であればpME18Sベクター(Mol Cell Biol. 8:466-472(1988))、植物個体であればpBINPLUSベクター(van Engelen, F.A. et al., (1995). pBINPLUS: an improved plant transformation vector based on pBIN19. Transgenic Res. 4, 288-290.)などを例示することができる。ベクターへの本発明のDNAの挿入は、常法(Molecular Cloning, 5.61-5.63)により、例えば、制限酵素サイトを用いたリガーゼ反応により行うことができる。 The DNA in the present invention is usually carried (inserted) into an appropriate vector and introduced into a host cell. That is, the present invention provides a host cell carrying the DNA or vector of the present invention. The vector is not particularly limited as long as it can stably hold the inserted DNA. For example, if Escherichia coli is used as a host, a pBluescript vector (Stratagene) is preferred as a cloning vector, but commercially available. Various vectors can be used. An expression vector is particularly useful when a vector is used for the purpose of introducing and expressing the DNA of the present invention into a cell having an endogenous gene. The expression vector is not particularly limited as long as it is a vector that expresses DNA in vitro, in E. coli, in cultured cells, or in an individual organism. For example, in the case of in vitro expression, pBEST vector (manufactured by Promega), E. coli PET vector (manufactured by Invitrogen) if present, pME18S-FL3 vector (GenBank Accession No. AB009864) for cultured cells, pME18S vector (Mol Cell Biol. 8: 466-472 (1988)) for individual organisms, plants If it is an individual, a pBINPLUS vector (van Engelen, FA et al., (1995). PBINPLUS: an improved plant transformation vector based on pBIN19. Transgenic Res. 4, 288-290.) May be exemplified. The DNA of the present invention can be inserted into a vector by a conventional method (Molecular Cloning, 5.61-5.63), for example, by a ligase reaction using a restriction enzyme site.
上記宿主細胞としては特に制限はなく、目的に応じて種々の宿主細胞が用いられる。本発明のDNAを発現させるための細胞としては、例えば、細菌細胞(例:ストレプトコッカス、スタフィロコッカス、大腸菌、ストレプトミセス、枯草菌)、昆虫細胞(例:ドロソフィラS2、スポドプテラSF9)、動物細胞(例:CHO、COS、HeLa、C127、3T3、BHK、HEK293、Bowes メラノーマ細胞)および植物細胞を例示することができる。 There is no restriction | limiting in particular as said host cell, According to the objective, various host cells are used. Examples of the cells for expressing the DNA of the present invention include bacterial cells (eg, Streptococcus, Staphylococcus, E. coli, Streptomyces, Bacillus subtilis), insect cells (eg, Drosophila S2, Spodoptera SF9), animal cells ( Examples: CHO, COS, HeLa, C127, 3T3, BHK, HEK293, Bowes melanoma cells) and plant cells.
また、生体内で本発明のDNAを発現させる方法としては、本発明のDNAを適当なベクターに組み込み、例えば、ポリエチレングリコール法、エレクトロポレーション法、アグロバクテリウム法、リポソーム法、カチオニックリポソーム法、リン酸カルシウム沈殿法、電気パルス穿孔法(エレクトロポーレーション)(Current protocols in Molecular Biology edit. Ausubel et al. (1987) Publish. John Wiley & Sons.Section 9.1-9.9)、リポフェクション法(GIBCO-BRL社製)、マイクロインジェクション法、パーティクルガン法などの当業者に公知の方法により生体内に導入する方法などが挙げられる。 In addition, as a method for expressing the DNA of the present invention in vivo, the DNA of the present invention is incorporated into an appropriate vector, for example, polyethylene glycol method, electroporation method, Agrobacterium method, liposome method, cationic liposome method. , Calcium phosphate precipitation method, electric pulse perforation method (electroporation) (Current protocols in Molecular Biology edit. Ausubel et al. (1987) Publish. John Wiley & Sons. Section 9.1-9.9), lipofection method (GIBCO-BRL) ), A method of introducing into a living body by a method known to those skilled in the art, such as a microinjection method and a particle gun method.
植物体内への投与は、ex vivo法であっても、in vivo法であってもよい。 Administration into a plant may be an ex vivo method or an in vivo method.
また、植物体内へ本発明のDNAを導入する場合、DNAは、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、ポリエチレングリコール法等を用いて、植物細胞に直接導入することもできるが、植物への遺伝子導入用プラスミドに組込み、これをベクターとして、植物感染能のあるウイルスあるいは細菌を介して、間接的に植物細胞に導入することもできる。かかるウイルスとしては、例えば代表的なウイルスとして、カリフラワーモザイクウイルス、タバコモザイクウイルス、ジェミニウイルス等が挙げられ、細菌としては、アグロバクテリウム等が挙げられる。アグロバクテリウム法により、植物への遺伝子導入を行う場合には、市販のプラスミドを用いることができる。このようなベクターを用いて、植物体内へ本発明のDNAを導入する場合の方法としては、好ましくは、アグロバクテリウムを介して遺伝子を導入するリーフディスク法(Jorgensen, R.A. et al., (1996). Chalcone synthase cosuppression phenotypes in petunia flowers: comparison of sense vs. antisense constructs and single-copy vs. complex T-DNA sequences. Plant Mol. Biol. 31, 957-973.)が挙げられる。 In addition, when the DNA of the present invention is introduced into a plant body, the DNA can be directly introduced into a plant cell using a microinjection method, an electroporation method, a polyethylene glycol method, etc. It can also be introduced into a plant cell indirectly via a virus or bacterium capable of infecting a plant as a vector. Examples of such viruses include cauliflower mosaic virus, tobacco mosaic virus, gemini virus and the like as typical viruses, and Agrobacterium and the like as bacteria. When introducing a gene into a plant by the Agrobacterium method, a commercially available plasmid can be used. As a method for introducing the DNA of the present invention into a plant body using such a vector, the leaf disk method (Jorgensen, RA et al., (1996), preferably introducing a gene via Agrobacterium. ). Chalcone synthase cosuppression phenotypes in petunia flowers: comparison of sense vs. antisense constructs and single-copy vs. complex T-DNA sequences. Plant Mol. Biol. 31, 957-973.).
なおこれら上述の形質転換方法は、宿主となる植物などの種類(例えば単子葉植物又は双子葉植物)に応じて適宜選択することが好ましい。 These transformation methods described above are preferably selected as appropriate according to the type of plant or the like that serves as the host (for example, a monocotyledonous plant or a dicotyledonous plant).
本発明において「植物」とは、特に制限されないが、例えばイネ、コムギ、オオムギ、エンバク、トウモロコシ、ハトムギ、イタリアンライグラス、ペレニアルライグラス、チモシー、メドーフェスク、キビ、アワ、サトウキビ等の穀物、ダイズ、エンドウ、ピーナッツ等の豆類、カボチャ、トマト等のいわゆる実のなる野菜類、ゴマ、ナタネ、ヒマワリ等の油料作物、シロイヌナズナ等を挙げることができる。 In the present invention, `` plant '' is not particularly limited, for example, grains such as rice, wheat, barley, oat, corn, pearl barley, Italian ryegrass, perennial ryegrass, timothy, meadow fescue, millet, millet, sugar cane, soybeans, peas, Examples include beans such as peanuts, so-called fruit vegetables such as pumpkins and tomatoes, oil crops such as sesame, rapeseed and sunflower, and Arabidopsis.
また、本発明は、本発明のDNAまたは本発明のベクターを保持する植物細胞を提供する。さらに本発明は、本発明の植物細胞を含む形質転換植物体を提供する。本発明のDNAまたは本発明のベクターが導入される細胞には、形質転換植物体作製のための植物細胞が含まれる。植物細胞としては特に制限はない。 The present invention also provides a plant cell carrying the DNA of the present invention or the vector of the present invention. Furthermore, this invention provides the transformed plant body containing the plant cell of this invention. The cells into which the DNA of the present invention or the vector of the present invention is introduced include plant cells for producing transformed plants. There is no restriction | limiting in particular as a plant cell.
本発明の植物細胞には、培養細胞の他、植物体中の細胞も含まれる。また、プロトプラスト、苗条原基、多芽体、毛状根も含まれる。 The plant cells of the present invention include cultured cells as well as cells in the plant body. Also included are protoplasts, shoot primordia, multi-buds, and hairy roots.
形質転換植物細胞からの植物体の再生は、植物細胞の種類に応じて当業者に公知の方法で行うことが可能である。例えば、形質転換植物体を作出する手法については、ポリエチレングリコールによりプロトプラストへ遺伝子導入し植物体を再生させる方法、電気パルスによりプロトプラストへ遺伝子導入し植物体を再生させる方法、パーティクルガン法により細胞へ遺伝子を直接導入し、植物体を再生させる方法、およびアグロバクテリウムを介して遺伝子を導入し、植物体を再生させる方法などを挙げることができるが、特に制限されるものではない。いくつかの技術については既に確立し、本願発明の技術分野において広く用いられている。本発明においては、これらの方法を好適に用いることができる。 Regeneration of plant bodies from transformed plant cells can be performed by methods known to those skilled in the art depending on the type of plant cells. For example, with regard to the technique for producing a transformed plant body, a method for regenerating a plant body by introducing a gene into protoplasts using polyethylene glycol, a method for regenerating a plant body by introducing a gene into protoplasts using an electric pulse, or a gene for cells by a particle gun method. Can be mentioned, and a method for regenerating a plant body and a method for regenerating a plant body by introducing a gene via Agrobacterium are not particularly limited. Some techniques have already been established and are widely used in the technical field of the present invention. In the present invention, these methods can be suitably used.
本発明のDNAを含むベクターの導入により形質転換した植物細胞を効率的に選択するために、上記組み換えベクターは、適当な選抜マーカー遺伝子を含む、もしくは選抜マーカー遺伝子を含むプラスミドベクターと共に植物細胞へ導入することが好ましい。この目的に使用される選抜マーカー遺伝子は、例えば抗生物質カナマイシンまたはゲンタマイシンに耐性であるネオマイシンホスホトランスフェラーゼ遺伝子、ハイグロマイシンに耐性であるハイグロマイシンホスホトランスフェラーゼ遺伝子、および除草剤ホスフィノスリシンに耐性であるアセチルトランスフェラーゼ遺伝子等が挙げられる。 In order to efficiently select plant cells transformed by introduction of a vector containing the DNA of the present invention, the above recombinant vector contains an appropriate selection marker gene or is introduced into a plant cell together with a plasmid vector containing a selection marker gene. It is preferable to do. Selectable marker genes used for this purpose include, for example, the neomycin phosphotransferase gene that is resistant to the antibiotics kanamycin or gentamicin, the hygromycin phosphotransferase gene that is resistant to hygromycin, and the acetyl that is resistant to the herbicide phosphinothricin. Examples include transferase genes.
組み換えベクターを導入した植物細胞は、導入された選抜マーカー遺伝子の種類に従って適当な選抜用薬剤を含む公知の選抜用培地に置床し培養する。これにより形質転換された植物培養細胞を得ることができる。 Plant cells into which the recombinant vector has been introduced are placed on a known selection medium containing a suitable selection agent according to the type of the introduced selection marker gene and cultured. As a result, transformed plant cultured cells can be obtained.
形質転換された植物細胞は、再分化させることにより植物体を再生させることが可能である。再分化の方法は植物細胞の種類により異なるが、例えばイネであればFujimuraら(Plant Tissue Culture Lett. 2:74 (1995))の方法が挙げられ、トウモロコシであればShillitoら(Bio/Technology 7:581 (1989))の方法やGorden-Kammら(Plant Cell 2:603(1990))の方法が挙げられる。 Transformed plant cells can regenerate plant bodies by redifferentiation. The method of redifferentiation varies depending on the type of plant cell. For example, Fujimura et al. (Plant Tissue Culture Lett. 2:74 (1995)) can be used for rice, and Shillito et al. (Bio / Technology 7) for maize. : 581 (1989)) and Gorden-Kamm et al. (Plant Cell 2: 603 (1990)).
なお、このように再生され、かつ栽培した形質転換植物体中の導入された外来DNAの存在は、公知のPCR法やサザンハイブリダイゼーション法によって、または植物体中のDNAの塩基配列を解析することによって確認することができる。 In addition, the presence of introduced foreign DNA in a transformed plant that has been regenerated and cultivated in this way can be analyzed by a known PCR method or Southern hybridization method, or by analyzing the base sequence of the DNA in the plant body. Can be confirmed.
この場合、形質転換植物体からのDNAの抽出は、公知のJ.Sambrookらの方法(Molecular Cloning、第2版、Cold Spring Harbor Laboratory Press, 1989)に準じて実施することができる。 In this case, extraction of DNA from the transformed plant body can be performed according to a known method of J. Sambrook et al. (Molecular Cloning, 2nd edition, Cold Spring Harbor Laboratory Press, 1989).
再生させた植物体中に存在する本発明のDNAよりなる外来遺伝子を、PCR法を用いて解析する場合には、上記のように再生植物体から抽出したDNAを鋳型として増幅反応を行う。また、本発明のDNA、あるいは本発明により改変されたDNAの塩基配列に従って適当に選択された塩基配列をもつ合成したオリゴヌクレオチドをプライマーとして用い、これらを混合させた反応液中において増幅反応を行うこともできる。増幅反応においては、DNAの変性、アニーリング、伸張反応を数十回繰り返すと、本発明のDNA配列を含むDNA断片の増幅生成物を得ることができる。増幅生成物を含む反応液を例えばアガロース電気泳動にかけると、増幅された各種のDNA断片が分画されて、そのDNA断片が本発明のDNAに対応することを確認することが可能である。 When the foreign gene comprising the DNA of the present invention present in the regenerated plant body is analyzed using the PCR method, the amplification reaction is performed using the DNA extracted from the regenerated plant body as a template as described above. In addition, an amplification reaction is carried out in a reaction mixture in which the DNA of the present invention or a synthesized oligonucleotide having a base sequence appropriately selected according to the base sequence of the DNA modified according to the present invention is used as a primer. You can also In the amplification reaction, DNA denaturation, annealing, and extension reactions are repeated several tens of times to obtain an amplification product of a DNA fragment containing the DNA sequence of the present invention. When the reaction solution containing the amplification product is subjected to, for example, agarose electrophoresis, it is possible to confirm that the amplified DNA fragments are fractionated and the DNA fragments correspond to the DNA of the present invention.
一旦、ゲノム内に本発明のDNAが導入された形質転換植物体が得られれば、該植物体から有性生殖または無性生殖により子孫を得ることが可能である。また、該植物体やその子孫あるいはクローンから繁殖材料(例えば、種子、果実、切穂、塊茎、塊根、株、カルス、プロトプラスト等)を得て、それらを基に該植物体を量産することも可能である。本発明には、本発明のDNAまたはベクターが導入された植物細胞、該細胞を含む植物体、該植物体の子孫およびクローン、並びに該植物体、その子孫、およびクローンの繁殖材料が含まれる。 Once a transformed plant into which the DNA of the present invention is introduced into the genome is obtained, offspring can be obtained from the plant by sexual reproduction or asexual reproduction. It is also possible to obtain a propagation material (for example, seeds, fruits, cuttings, tubers, tuberous roots, strains, callus, protoplasts, etc.) from the plant body, its descendants or clones, and mass-produce the plant body based on them. Is possible. The present invention includes plant cells into which the DNA or vector of the present invention has been introduced, plant bodies containing the cells, progeny and clones of the plant bodies, and propagation materials for the plant bodies, their progeny, and clones.
このようにして作出された植物体は通常の穀物に比べて子実収量が増加することが期待される。 Plants produced in this way are expected to increase grain yield compared to normal grains.
上述のように、本発明のDNAもしくはベクターを植物細胞へ導入し、該植物細胞から植物体を再生させる工程を含む、形質転換植物体の製造方法もまた本発明に含まれる。 As described above, a method for producing a transformed plant comprising the steps of introducing the DNA or vector of the present invention into a plant cell and regenerating the plant from the plant cell is also included in the present invention.
本発明の子実収量が増加した植物体もしくはその種子は、育種法によっても作出することが可能である。 The plant body or its seeds with increased grain yield of the present invention can also be produced by a breeding method.
上記育種法としては、例えば、本発明のDNAを有する品種と交雑させることを特徴とする一般的な育種法(交雑育種法等)を挙げることができる。該方法によって、子実が増大した植物体もしくはその種子を作出することができる。 Examples of the breeding method include a general breeding method (cross breeding method or the like) characterized by crossing with a variety having the DNA of the present invention. By this method, it is possible to produce a plant body with increased grain or its seed.
育種法によって本発明の植物体もしくは種子を作製する際には、公知の種々の文献を参照して適宜実施することができる(細胞工学別冊・植物細胞工学シリーズ15「モデル植物の実験プロトコール」秀潤社、2001年、加藤鎌司著「2.1 イネ・コムギの交配」p.6-9; 高牟礼逸朗、佐野芳雄著「2. 交配法」p.46-48)。 When the plant body or seed of the present invention is produced by the breeding method, it can be appropriately carried out with reference to various known literatures (cell engineering separate volume, plant cell engineering series 15 “Experimental protocol for model plants” Junsha, 2001, Kato Koji, “2.1 Mating of Rice and Wheat”, p.6-9; Takahiro Retsuro, Sano, Yoshio “2. Mating Method”, p.46-48).
本発明の上記育種方法の好ましい態様としては、以下の(a)および(b)に記載の工程を含む方法である。
(a)子実が増大した植物と任意の機能を有する植物とが交配された品種を作製する工程、
(b)工程(a)で作製された植物の子実の収量を検出する工程
A preferred embodiment of the breeding method of the present invention is a method including the steps described in the following (a) and (b).
(A) producing a variety in which a plant having increased seeds and a plant having an arbitrary function are crossed,
(B) Detecting the yield of the plant seed produced in step (a)
本発明の植物体を育種する方法のより具体的な例としては、以下の(a)および(b)に記載の工程を含む方法が挙げられる。
(a)本発明のDNAを有する植物と交雑させる工程、
(b)前記DNAを有する植物改変体を選抜する工程
As a more specific example of the method for breeding the plant body of the present invention, a method including the steps described in the following (a) and (b) can be mentioned.
(A) a step of crossing with a plant having the DNA of the present invention,
(B) A step of selecting a plant variant having the DNA
本発明の上記植物体の作成方法を育種法によって実施する場合には、さらに具体的には、以下のような工程を含む方法を挙げることができる。
(a)植物Aと、本発明のDNAを有する他の植物Bを交雑させ、F1を作出する工程、
(b)前記F1と前記植物Aを交雑させる工程、
(c)前記DNAを有する植物を選抜する工程、
(d)工程(c)によって選抜された植物と、前記植物Aを交雑させる工程
More specifically, when the method for producing a plant body of the present invention is carried out by a breeding method, a method including the following steps can be mentioned.
(A) crossing plant A with other plant B having the DNA of the present invention to produce F1;
(B) crossing the F1 and the plant A,
(C) selecting a plant having the DNA,
(D) Crossing the plant selected in step (c) with the plant A
上記方法においては、本発明のDNAを有する植物Bと、子実収量を増加させたい植物もしくは子実を増大させたい植物(これら植物を「植物A」と記載する。)を交雑し、Bのもつ本発明のDNAが受け継がれ、かつ植物Aに近い個体を選抜し、これに植物Aによる交雑を重ねていく「戻し交雑」を行って、Bが有する本発明のDNAの形質を意図的に導入する。その際、一般的にゲノム育種に利用されるDNAマーカーを利用して本発明のDNAを有する植物を選抜することにより、上記「戻し交雑」による置換を効率的に行うことが可能である。その結果、育種期間の短縮に繋がり、また、余分なゲノム領域の混入を正確に除くことができる。通常、「戻し交雑」では、本発明のDNAと非常に強く連鎖する他のDNAに依存する形質がどうしても排除できないという現象が問題となることがあるが、本発明のDNAの近傍に存在するDNAマーカーを利用することにより、所望の植物の正確な選抜が可能となる。 In the above method, a plant B having the DNA of the present invention is crossed with a plant for which grain yield is to be increased or a plant for which grain is to be increased (these plants are referred to as “plant A”). The DNA of the present invention possessed by B is intentionally selected by selecting individuals that are inherited by the DNA of the present invention and having close proximity to the plant A, and then performing a “backcross” in which the crossing by the plant A is repeated. Introduce. At that time, by using a DNA marker generally used for genome breeding to select a plant having the DNA of the present invention, it is possible to efficiently perform the replacement by the “backcross”. As a result, the breeding period can be shortened, and extra genomic region contamination can be accurately removed. Usually, in "backcrossing", there is a problem that a trait that depends on other DNA that is very strongly linked to the DNA of the present invention cannot be excluded, but the DNA present in the vicinity of the DNA of the present invention may be a problem. By using the marker, it is possible to accurately select a desired plant.
上記方法においては、必要に応じて、本発明のDNA以外のゲノム全域が目的の遺伝形質でホモ固定するまで、繰り返して行うことができる。即ち、本発明の好ましい態様のおいては、上記工程(d)によって交雑された個体について、一般的なDNAマーカーを利用して、本発明のDNAを有し、かつ、ゲノム構造が植物Aに近い植物個体を選抜することができる。さらに、この選抜された植物個体は、必要に応じて、「戻し交雑」(イネ品種Aと交雑)させることができる。 The above method can be repeated as necessary until the entire genome other than the DNA of the present invention is homo-fixed with the desired genetic trait. That is, in a preferred embodiment of the present invention, the individuals crossed by the above step (d) have the DNA of the present invention using a general DNA marker and have a genome structure of plant A. Close plant individuals can be selected. Furthermore, the selected plant individual can be “backcrossed” (crossed with rice cultivar A) as necessary.
特にDNAマーカーを利用したゲノム育種方法では、置換率の高い個体を選抜して次の交雑に進むことができるため、世代を進めるほどに選抜効率が良くなる。また、本方法では、少ない個体数を扱えば済むので、省スペースでの育種が可能になる。さらに、温室や人工気象室を利用して1年に複数回もの交雑が可能になる。 In particular, in the genome breeding method using a DNA marker, individuals with a high replacement rate can be selected and proceed to the next cross, so that the selection efficiency increases as the generation progresses. In addition, in this method, since it is sufficient to handle a small number of individuals, it is possible to breed in a space-saving manner. Furthermore, it will be possible to cross multiple times a year using a greenhouse or climate chamber.
上記工程(c)において、DNAマーカーを用いて選抜するとは、当該DNAマーカーを特徴付ける塩基配列(例えば、多型等)についての塩基種の情報を基に、選抜を行うことを言う。例えば、本発明のDNAの近傍に多型変異が存在する場合、当該多型変異と同一の多型変異を有する個体を選抜すること等を言う。 In the above step (c), selecting using a DNA marker means selecting based on the base type information about the base sequence (for example, polymorphism) characterizing the DNA marker. For example, when a polymorphic mutation exists in the vicinity of the DNA of the present invention, it refers to selecting an individual having the same polymorphic mutation as the polymorphic mutation.
本発明の育種方法は、好ましくは、DNAマーカーを利用した「ゲノム育種」方法である。該「ゲノム育種」は「マーカー育種」とも呼ばれる。 The breeding method of the present invention is preferably a “genomic breeding” method using a DNA marker. The “genome breeding” is also called “marker breeding”.
本発明の育種方法において利用可能なDNAマーカーは、特に制限されず、一般的に知られている種々のDNAマーカーを好適に用いることができる。例えば、RFLP(制限酵素断片長多型)マーカー、SSR(単純反復配列)マーカー、SNP(一塩基多型)マーカー等を例示することができる。 The DNA marker that can be used in the breeding method of the present invention is not particularly limited, and various generally known DNA markers can be suitably used. For example, RFLP (restriction fragment length polymorphism) marker, SSR (simple repetitive sequence) marker, SNP (single nucleotide polymorphism) marker and the like can be exemplified.
本発明者らは、カサラス由来のGL5遺伝子をもつイネが種子を増大させる機能を有することを見出した。従って、コシヒカリ型とカサラス型のGL5遺伝子を判別することで被検植物の種子の収量を検出することができる。言い換えれば、コシヒカリ型に対するカサラス型の変異部位をDNAマーカーとすることで、上記育種方法に使用することができる。 The present inventors have found that rice having a GL5 gene derived from Kasalath has a function of increasing seeds. Therefore, the seed yield of the test plant can be detected by discriminating between the Koshihikari type and the Kasalath type GL5 gene. In other words, it can be used in the above breeding method by using a Kasalath type mutation site for Koshihikari type as a DNA marker.
上記の知見に基づき、本発明は、被検植物について、配列番号:1に記載のDNA領域(例えば配列番号:1に記載の塩基配列のコード領域及び配列番号:1に記載の塩基配列のプロモーター領域)に相当する部位、またはその周辺配列に存在する変異を含むDNAマーカーを検出することを特徴とする、被検植物の種子の収量を検出する方法を提供する。 Based on the above findings, the present invention relates to the DNA region described in SEQ ID NO: 1 (for example, the coding region of the base sequence described in SEQ ID NO: 1 and the promoter of the base sequence described in SEQ ID NO: 1) for the test plant. The present invention provides a method for detecting seed yield of a test plant, which comprises detecting a DNA marker comprising a mutation corresponding to a site corresponding to a region) or a peripheral sequence thereof.
本発明において、配列番号:1に記載のDNA領域に「相当する部位」とは、種々の植物において、当該植物に存在する上記遺伝子の相同遺伝子における対応する部位をいう。 In the present invention, the “corresponding site” in the DNA region described in SEQ ID NO: 1 refers to a corresponding site in a homologous gene of the above gene present in the plant in various plants.
本発明において「子実の収量を検出」とは、子実のサイズが増大するか否かを判定するための検査が含まれる。本発明の方法においては、上記配列番号:1に記載のDNA領域に相当する部位、またはその周辺配列において、配列番号:4と同型の変異が検出された場合には、子実のサイズは増大すると判定される。 In the present invention, “detecting grain yield” includes a test for determining whether or not the grain size increases. In the method of the present invention, when a mutation of the same type as SEQ ID NO: 4 is detected at the site corresponding to the DNA region described in SEQ ID NO: 1 or its peripheral sequence, the size of the seed increases. Then, it is determined.
本発明の方法により、被検植物における変異を検出することで、実際に子実を観察しなくても、被検植物の子実のサイズが増大するか否かを判定することができる。 By detecting the mutation in the test plant by the method of the present invention, it is possible to determine whether or not the grain size of the test plant increases without actually observing the grain.
本発明における「周辺配列」とは、通常、該遺伝子の近傍の染色体上の領域を指す。近傍とは、特に制限されるものではないが、通常、本発明の多型部位を含むDNA領域である。 The “peripheral sequence” in the present invention usually refers to a region on the chromosome in the vicinity of the gene. The vicinity is not particularly limited, but is usually a DNA region containing the polymorphic site of the present invention.
上記本発明の検出方法における「変異」の位置は、予め規定することは困難であるが、通常、上記遺伝子のORF中、あるいは上記遺伝子の発現を制御する領域(例えば、プロモーター領域、エンハンサー領域等)中に存在するが、これらに限定されるものではない。また、この「変異」とは、上記遺伝子の発現量を変化させる、mRNAの安定性等の性質を変化させる、あるいは上記遺伝子によってコードされるタンパク質の有する活性を変化させるような変異であることが多いが、特に制限されない。本発明の変異としては、例えば、塩基の付加、欠失、置換、挿入変異等を挙げることができる。 The position of the “mutation” in the detection method of the present invention is difficult to pre-define, but is usually in the ORF of the gene or a region that controls the expression of the gene (eg, promoter region, enhancer region, etc.) ), But is not limited thereto. In addition, the “mutation” is a mutation that changes the expression level of the gene, changes properties such as mRNA stability, or changes the activity of the protein encoded by the gene. Many, but not particularly limited. Examples of the mutation of the present invention include base addition, deletion, substitution, insertion mutation and the like.
本発明者らは、被検植物における、植物の子実収量を増加させる機能を有する植物由来のタンパク質をコードする配列番号:1のDNA領域において、植物の子実収量に対して有意に関連する多型変異を見出すことに成功した。 In the DNA region of SEQ ID NO: 1, which encodes a plant-derived protein having a function of increasing plant grain yield in the test plant, the present inventors are significantly related to the plant grain yield. We succeeded in finding polymorphic mutations.
本発明の子実収量を検出する方法における「多型部位」は、上記DNAのいずれかに記載の塩基配列もしくは該塩基配列の近傍DNA領域に存在する多型であれば、特に制限されない。具体的には、本発明の子実収量を検出する方法に利用可能な多型部位として、配列番号:1に記載の塩基における32位、129位、161位、557位、839位、843位、976位又は1699位から選択される少なくとも一つの多型部位に相当する部位を挙げることができる(なお、本明細書においては、これらの多型部位を単に『本発明の多型部位』と記載する場合がある)。 The “polymorphic site” in the method for detecting grain yield of the present invention is not particularly limited as long as it is a polymorphism present in the base sequence described in any of the above DNAs or a DNA region in the vicinity of the base sequence. Specifically, polymorphic sites that can be used in the method for detecting grain yield of the present invention include positions 32, 129, 161, 557, 839, 843 in the base set forth in SEQ ID NO: 1. , Position corresponding to at least one polymorphic site selected from position 976 or 1699 (in the present specification, these polymorphic sites are simply referred to as “polymorphic sites of the present invention”). May be listed).
上記表中に示した多型部位の塩基種は配列表に示した配列に対して相補鎖側にある塩基種を示している場合があるが、本明細書において記載された前後配列を用いれば異同を確認することは当業者にとって容易であり、検出を行うにあたってはプラス鎖とマイナス鎖のどちらを調べても必然的にもう一方の結果を決定することができる。 The base type of the polymorphic site shown in the above table may indicate a base type on the complementary strand side with respect to the sequence shown in the sequence table, but if the sequence before and after described in this specification is used, It is easy for those skilled in the art to confirm the difference, and when performing detection, the other result can be determined inevitably by examining either the plus strand or the minus strand.
本発明の好ましい態様においては、上述した多型部位における塩基種の変異が、配列番号:配列番号:1に記載の塩基配列における32位の塩基種のGからTへの変異、129位の塩基種のAからGへの変異、161位の塩基種のTからGへの変異、557位の塩基種のTからCへの変異、839位の塩基種のTの欠損、843位の塩基種のGの欠損、976位の塩基種のCからAへの変異、又は1699位の塩基種のCからTへの変異から選択される少なくとも一つの変異である場合に、子実が増大すると判定される。 In a preferred embodiment of the present invention, the mutation of the base species at the polymorphic site described above is a mutation from G to T of the base species at position 32 in the base sequence set forth in SEQ ID NO: SEQ ID NO: 1, base at position 129 Species A to G mutation, 161th base type T to G mutation, 557th base type T to C mutation, 839th base type T deletion, 843rd base type The seed is determined to increase when the G is deficient, at least one mutation selected from the C-to-A mutation of the base species at position 976, or the C-to-T mutation at position 1699 Is done.
以上のように、本発明により、子実収量に関連する遺伝子上の領域が明らかになったことにより、当業者に過度の負担を強いることなく、子実収量の検出を行うことができる。 As described above, according to the present invention, a region on a gene related to grain yield has been clarified, so that the grain yield can be detected without imposing an excessive burden on those skilled in the art.
本発明の多型部位における塩基種の決定は、当業者においては種々の方法によって行うことができる。一例を示せば、本発明の多型部位を含むDNAの塩基配列を直接決定することによって行うことができる。 A person skilled in the art can determine the base species in the polymorphic site of the present invention by various methods. For example, it can be performed by directly determining the base sequence of DNA containing the polymorphic site of the present invention.
本発明の検出方法に供する「被検植物」としては、特に制限されないが、好ましくはイネ、さらに好ましくはイネのコシヒカリ品種、カサラス品種が挙げられる。 The “test plant” to be subjected to the detection method of the present invention is not particularly limited, but preferably includes rice, more preferably rice Koshihikari varieties and Kasalath varieties.
本発明の検出方法に供する被検試料は、通常、予め被検植物から取得された生体試料であることが好ましい。生体試料としては、例えばDNA試料を挙げることができる。本発明におけるDNA試料は、例えば被検植物の組織または細胞等から抽出した染色体DNA、あるいはRNAを基に調製することができる。 In general, the test sample used in the detection method of the present invention is preferably a biological sample obtained in advance from a test plant. Examples of the biological sample include a DNA sample. The DNA sample in the present invention can be prepared based on, for example, chromosomal DNA extracted from tissues or cells of a test plant, or RNA.
即ち本発明は、通常、被検者由来の生体試料(予め被検植物から取得された生体試料)を被検試料として検査に供する方法である。 That is, the present invention is a method in which a biological sample derived from a subject (a biological sample obtained in advance from a test plant) is used as a test sample.
当業者においては、公知の技術を用いて、適宜、生体試料の調製を行うことができる。例えば、DNA試料は、本発明の多型部位を含むDNAにハイブリダイズするプライマーを用いて、染色体DNA、あるいはRNAを鋳型としたPCR等によって調製することができる。 A person skilled in the art can appropriately prepare a biological sample using a known technique. For example, a DNA sample can be prepared by PCR using a primer that hybridizes to DNA containing the polymorphic site of the present invention and chromosomal DNA or RNA as a template.
本方法においては、次いで、単離したDNAの塩基配列を決定する。単離したDNAの塩基配列の決定は、当業者においては、DNAシークエンサー等を用いて容易に実施することができる。 In this method, the base sequence of the isolated DNA is then determined. Those skilled in the art can easily determine the base sequence of the isolated DNA using a DNA sequencer or the like.
予め塩基のバリエーションが明らかにされている多型部位について、その塩基種を決定するための様々な方法が公知である。本発明の塩基種の決定方法は、特に限定されない。例えば、PCR法を応用した解析方法として、TaqMan PCR法、AcycloPrime法、およびMALDI-TOF/MS法等が実用化されている。またPCRに依存しない塩基種の決定法としてInvader法やRCA法が知られている。更にDNAアレイを使って塩基種を決定することもできる。ここに述べた方法は、いずれも本発明における多型部位の塩基種の決定に応用できる。 Various methods for determining the base type of a polymorphic site whose base variation has been clarified in advance are known. The method for determining the base species of the present invention is not particularly limited. For example, TaqMan PCR method, AcycloPrime method, MALDI-TOF / MS method and the like have been put to practical use as analysis methods applying the PCR method. Invader and RCA methods are known as methods for determining base types that do not depend on PCR. Furthermore, the base species can be determined using a DNA array. Any of the methods described herein can be applied to the determination of the base type of the polymorphic site in the present invention.
これらの方法はいずれも多量のサンプルを高速にジェノタイピングするために開発された方法である。MALDI-TOF/MSを除けば、通常、いずれの方法にも何らかの形で標識プローブなどを用意する必要がある。これに対して、標識プローブなどに頼らない塩基種決定法も古くから行われている。このような方法の一つとして、例えば、制限酵素断片長多型(Restriction Fragment Length Polymorphism/RFLP)を利用した方法やPCR-RFLP法等が挙げられる。 All of these methods have been developed for genotyping a large amount of samples at high speed. With the exception of MALDI-TOF / MS, it is usually necessary to prepare a labeled probe or the like in any way for either method. On the other hand, a method for determining a base type that does not rely on a labeled probe has been performed for a long time. As one of such methods, for example, a method using restriction fragment length polymorphism (RFLP), a PCR-RFLP method and the like can be mentioned.
RFLPは、制限酵素の認識部位の変異、あるいは制限酵素処理によって生じるDNA断片内における塩基の挿入または欠失が、制限酵素処理後に生じる断片の大きさの変化として検出できることを利用している。検出対象となる多型を含む塩基配列を認識する制限酵素が存在すれば、RFLPの原理によって多型部位の塩基を知ることができる。 RFLP utilizes the fact that a restriction enzyme recognition site mutation or a base insertion or deletion in a DNA fragment caused by restriction enzyme treatment can be detected as a change in the size of the fragment produced after the restriction enzyme treatment. If there is a restriction enzyme that recognizes the base sequence containing the polymorphism to be detected, the base of the polymorphic site can be known by the principle of RFLP.
また、CAPS (Cleaved Amplifeid Polymorphic Sequence)マーカーあるいはプライマーに変異を導入し、制限酵素サイトを作り出すdCAPS (derived CAPS)マーカーを使用することもできる。dCAPSマーカーは、PCRのプライマーにテンプレートのDNAとミスマッチを起こして、PCR産物上に制限酵素サイトを作り出すという手法である(特開2003-259898)。 Alternatively, a CAPS (Cleaved Amplifeid Polymorphic Sequence) marker or a primer can be used to introduce a mutation and a dCAPS (derived CAPS) marker that creates a restriction enzyme site. The dCAPS marker is a technique of creating a restriction enzyme site on a PCR product by causing a mismatch between a PCR primer and DNA of a template (Japanese Patent Laid-Open No. 2003-259898).
標識プローブを必要としない方法として、DNAの二次構造の変化を指標として塩基の違いを検出する方法も公知である。PCR-SSCPでは、1本鎖DNAの二次構造がその塩基配列の相違を反映することを利用している(Cloning and polymerase chain reaction-single-strand conformation polymorphism analysis of anonymous Alu repeats on chromosome 11. Genomics. 1992 Jan 1; 12(1): 139-146.、Detection of p53 gene mutations in human brain tumors by single-strand conformation polymorphism analysis of polymerase chain reaction products. Oncogene. 1991 Aug 1; 6(8): 1313-1318.、Multiple fluorescence-based PCR-SSCP analysis with postlabeling.、PCR Methods Appl. 1995 Apr 1; 4(5): 275-282.)。PCR-SSCP法は、PCR産物を1本鎖DNAに解離させ、非変性ゲル上で分離する工程により実施される。ゲル上の移動度は、1本鎖DNAの二次構造によって変動するので、もしも多型部位における塩基の相違があれば、移動度の違いとして検出することができる。 As a method that does not require a labeled probe, a method for detecting a difference in base using a change in the secondary structure of DNA as an index is also known. PCR-SSCP utilizes the fact that the secondary structure of single-stranded DNA reflects the difference in its nucleotide sequence (Cloning and polymerase chain reaction-single-strand conformation polymorphism analysis of anonymous Alu repeats on chromosome 11. Genomics 1992 Jan 1; 12 (1): 139-146., Detection of p53 gene mutations in human brain tumors by single-strand conformation polymorphism analysis of polymerase chain reaction products. Oncogene. 1991 Aug 1; 6 (8): 1313- 1318., Multiple fluorescence-based PCR-SSCP analysis with postlabeling., PCR Methods Appl. 1995 Apr 1; 4 (5): 275-282.). The PCR-SSCP method is performed by dissociating the PCR product into single-stranded DNA and separating it on a non-denaturing gel. Since the mobility on the gel varies depending on the secondary structure of the single-stranded DNA, if there is a difference in base at the polymorphic site, it can be detected as a difference in mobility.
その他、標識プローブを必要としない方法として、例えば、変性剤濃度勾配ゲル(denaturant gradient gel electrophoresis:DGGE法)等を例示することができる。DGGE法は、変性剤の濃度勾配のあるポリアクリルアミドゲル中で、DNA断片の混合物を泳動し、それぞれの不安定性の違いによってDNA断片を分離する方法である。ミスマッチのある不安定なDNA断片が、ゲル中のある変性剤濃度の部分まで移動すると、ミスマッチ周辺のDNA配列はその不安定さのために、部分的に1本鎖へと解離する。部分的に解離したDNA断片の移動度は、非常に遅くなり、解離部分のない完全な二本鎖DNAの移動度と差がつくことから、両者を分離することができる。 Other examples of methods that do not require a labeled probe include denaturant gradient gel electrophoresis (DGGE method). The DGGE method is a method in which a mixture of DNA fragments is run in a polyacrylamide gel having a concentration gradient of a denaturing agent, and the DNA fragments are separated depending on the instability of each. When a mismatched unstable DNA fragment migrates to a certain denaturant concentration in the gel, the DNA sequence around the mismatch is partially dissociated into single strands due to its instability. The mobility of a partially dissociated DNA fragment becomes very slow and can be separated from the mobility of a complete double-stranded DNA without a dissociated portion.
更にDNAアレイを使って塩基種を決定することもできる(細胞工学別冊「DNAマイクロアレイと最新PCR法」,秀潤社,2000.4/20発行,pp97-103「オリゴDNAチップによるSNPの解析」,梶江慎一)。DNAアレイは、同一平面上に配置した多数のプローブに対してサンプルDNA(あるいはRNA)をハイブリダイズさせ、当該平面をスキャンすることによって、各プローブに対するハイブリダイズが検出される。多くのプローブに対する反応を同時に観察することができることから、例えば、多数の多型部位について同時に解析するには、DNAアレイは有用である。 In addition, the DNA species can be used to determine the base species (Cell engineering separate volume “DNA microarray and the latest PCR method”, Shujunsha, published 2000.4 / 20, pp97-103 “SNP analysis using oligo DNA chip”, Sabae. Shinichi). In the DNA array, sample DNA (or RNA) is hybridized to a large number of probes arranged on the same plane, and the hybridization to each probe is detected by scanning the plane. Since responses to many probes can be observed simultaneously, for example, a DNA array is useful for analyzing a large number of polymorphic sites simultaneously.
上記の方法以外にも、特定部位の塩基を検出するために、アリル特異的オリゴヌクレオチド(Allele Specific Oligonucleotide/ASO)ハイブリダイゼーション法が利用できる。アリル特異的オリゴヌクレオチド(ASO)は、検出すべき多型部位が存在する領域にハイブリダイズする塩基配列で構成される。ASOを試料DNAにハイブリダイズさせるとき、多型によって多型部位にミスマッチが生じるとハイブリッド形成の効率が低下する。ミスマッチは、サザンブロット法や、特殊な蛍光試薬がハイブリッドのギャップにインターカレーションすることにより消光する性質を利用した方法等によって検出することができる。また、リボヌクレアーゼAミスマッチ切断法によって、ミスマッチを検出することもできる。 In addition to the above method, an allele specific oligonucleotide (ASO) hybridization method can be used to detect a base at a specific site. An allyl-specific oligonucleotide (ASO) is composed of a base sequence that hybridizes to a region where a polymorphic site to be detected is present. When ASO is hybridized to sample DNA, the hybridization efficiency decreases if a mismatch occurs at the polymorphic site due to the polymorphism. Mismatches can be detected by Southern blotting or a method that uses the property of quenching by intercalating a special fluorescent reagent into the hybrid gap. Mismatches can also be detected by the ribonuclease A mismatch cleavage method.
上記オリゴヌクレオチドのうち、配列番号:1に記載の塩基配列における、32位、129位、161位、557位、839位、843位、976位又は1699位から選択される少なくとも一つの多型部位に相当する部位のうち、いずれかの多型部位を含むDNAにハイブリダイズし、少なくとも15ヌクレオチドの鎖長を有するオリゴヌクレオチドは、子実収量を検出するための試薬(検査薬)として利用できる。これは遺伝子発現を指標とする検査、または遺伝子多型を指標とする検査に使用される。 Among the oligonucleotides, at least one polymorphic site selected from the 32, 129, 161, 557, 839, 843, 976, or 1699 position in the nucleotide sequence set forth in SEQ ID NO: 1. An oligonucleotide having a chain length of at least 15 nucleotides that hybridizes to DNA containing any one of the polymorphic sites among the sites corresponding to can be used as a reagent (test agent) for detecting the fruit yield. This is used for a test using gene expression as an index or a test using gene polymorphism as an index.
該オリゴヌクレオチドは、本発明の上記多型部位のいずれかの多型部位を含むDNAに特異的にハイブリダイズするものである。ここで「特異的にハイブリダイズする」とは、通常のハイブリダイゼーション条件下、好ましくはストリンジェントなハイブリダイゼーション条件下(例えば、サムブルックら,Molecular Cloning,Cold Spring Harbour Laboratory Press,New York,USA,第2版1989に記載の条件)において、他のタンパク質をコードするDNAとクロスハイブリダイゼーションを有意に生じないことを意味する。特異的なハイブリダイズが可能であれば、該オリゴヌクレオチドは、検出する遺伝子もしくは該遺伝子の近傍DNA領域における、上記植物の子実を増大させる機能を有する植物由来のタンパク質をコードするDNA塩基配列に対し、完全に相補的である必要はない。 The oligonucleotide specifically hybridizes to DNA containing any one of the polymorphic sites of the present invention. Here, “specifically hybridize” means normal hybridization conditions, preferably stringent hybridization conditions (for example, Sambrook et al., Molecular Cloning, Cold Spring Harbor Laboratory Press, New York, USA, In the condition described in the second edition 1989), it means that cross-hybridization does not occur significantly with DNA encoding other proteins. If the specific hybridization is possible, the oligonucleotide becomes a DNA base sequence encoding a plant-derived protein having a function of increasing the fruit of the plant in the gene to be detected or a DNA region in the vicinity of the gene. On the other hand, it need not be completely complementary.
該オリゴヌクレオチドは、上記本発明の検査方法におけるプローブやプライマーとして用いることができる。該オリゴヌクレオチドをプライマーとして用いる場合、その長さは、通常15bp〜100bpであり、好ましくは17bp〜30bpである。プライマーは、本発明の上記配列番号:1に記載の塩基配列における、32位、129位、161位、557位、839位、843位、976位又は1699位から選択される少なくとも一つの多型部位に相当する部位のうち、いずれかの多型部位を含むDNAの少なくとも一部を増幅しうるものであれば、特に制限されない。 The oligonucleotide can be used as a probe or primer in the test method of the present invention. When the oligonucleotide is used as a primer, the length is usually 15 bp to 100 bp, preferably 17 bp to 30 bp. The primer is at least one polymorphism selected from position 32, position 129, position 161, position 557, position 839, position 843, position 976 or position 1699 in the nucleotide sequence set forth in SEQ ID NO: 1 of the present invention. Of the sites corresponding to the sites, any DNA can be used as long as it can amplify at least a part of the DNA containing any polymorphic site.
本発明は、本発明の多型部位を含む領域を増幅するためのプライマー、および多型部位を含むDNA領域にハイブリダイズするプローブを提供する。 The present invention provides a primer for amplifying a region containing the polymorphic site of the present invention, and a probe that hybridizes to a DNA region containing the polymorphic site.
本発明において、多型部位を含む領域を増幅するためのプライマーには、多型部位を含むDNAを鋳型として、多型部位に向かって相補鎖合成を開始することができるプライマーも含まれる。該プライマーは、多型部位を含むDNAにおける、多型部位の3'側に複製開始点を与えるためのプライマーと表現することもできる。プライマーがハイブリダイズする領域と多型部位との間隔は任意である。両者の間隔は、多型部位の塩基の解析手法に応じて、好適な塩基数を選択することができる。たとえば、DNAチップによる解析のためのプライマーであれば、多型部位を含む領域として、20〜500、通常50〜200塩基の長さの増幅産物が得られるようにプライマーをデザインすることができる。当業者においては、多型部位を含む周辺DNA領域についての塩基配列情報を基に、解析手法に応じたプライマーをデザインすることができる。本発明のプライマーを構成する塩基配列は、ゲノムの塩基配列に対して完全に相補的な塩基配列のみならず、適宜改変することができる。 In the present invention, the primer for amplifying a region containing a polymorphic site also includes a primer that can initiate complementary strand synthesis toward the polymorphic site using DNA containing the polymorphic site as a template. The primer can also be expressed as a primer for providing a replication origin on the 3 ′ side of the polymorphic site in DNA containing the polymorphic site. The interval between the region where the primer hybridizes and the polymorphic site is arbitrary. For the interval between the two, a suitable number of bases can be selected according to the analysis method of the base at the polymorphic site. For example, in the case of a primer for analysis using a DNA chip, the primer can be designed so as to obtain an amplification product having a length of 20 to 500, usually 50 to 200 bases, as a region containing a polymorphic site. A person skilled in the art can design a primer according to the analysis method based on the base sequence information about the surrounding DNA region including the polymorphic site. The base sequence constituting the primer of the present invention can be appropriately modified as well as a base sequence completely complementary to the genomic base sequence.
本発明のプライマーには、ゲノムの塩基配列に相補的な塩基配列に加え、任意の塩基配列を付加することができる。例えば、IIs型の制限酵素を利用した多型の解析方法のためのプライマーにおいては、IIs型制限酵素の認識配列を付加したプライマーが利用される。このような、塩基配列を修飾したプライマーは、本発明のプライマーに含まれる。更に、本発明のプライマーは、修飾することができる。例えば、蛍光物質や、ビオチンまたはジゴキシンのような結合親和性物質で標識したプライマーが各種のジェノタイピング方法において利用される。これらの修飾を有するプライマーも本発明に含まれる。 In addition to the base sequence complementary to the genomic base sequence, an arbitrary base sequence can be added to the primer of the present invention. For example, in a primer for a polymorphism analysis method using a type IIs restriction enzyme, a primer to which a recognition sequence for a type IIs restriction enzyme is added is used. Such a primer with a modified base sequence is included in the primer of the present invention. Furthermore, the primer of the present invention can be modified. For example, a fluorescent substance or a primer labeled with a binding affinity substance such as biotin or digoxin is used in various genotyping methods. Primers having these modifications are also included in the present invention.
本発明は、上記プライマーを有効成分として含有する、本発明の多型部位の検査薬またはキットも提供する。 The present invention also provides a test agent or kit for the polymorphic site of the present invention, which contains the above primer as an active ingredient.
一方本発明において、多型部位を含む領域にハイブリダイズするプローブとは、多型部位を含む領域の塩基配列を有するポリヌクレオチドとハイブリダイズすることができるプローブを言う。より具体的には、プローブの塩基配列中に多型部位を含むプローブは本発明のプローブとして好ましい。あるいは、多型部位における塩基の解析方法によっては、プローブの末端が多型部位に隣接する塩基に対応するように、デザインされる場合もある。従って、プローブ自身の塩基配列には多型部位が含まれないが、多型部位に隣接する領域に相補的な塩基配列を含むプローブも、本発明における望ましいプローブとして示すことができる。 On the other hand, in the present invention, a probe that hybridizes to a region containing a polymorphic site refers to a probe that can hybridize to a polynucleotide having a base sequence of a region containing a polymorphic site. More specifically, a probe containing a polymorphic site in the base sequence of the probe is preferable as the probe of the present invention. Alternatively, depending on the base analysis method at the polymorphic site, the probe may be designed so that the end of the probe corresponds to a base adjacent to the polymorphic site. Therefore, although the polymorphic site is not included in the base sequence of the probe itself, a probe including a base sequence complementary to the region adjacent to the polymorphic site can also be shown as a desirable probe in the present invention.
言いかえれば、ゲノムDNA上の本発明の多型部位、または多型部位に隣接する部位にハイブリダイズすることができるプローブは、本発明のプローブとして好ましい。本発明のプローブには、プライマーと同様に、塩基配列の改変、塩基配列の付加、あるいは修飾が許される。例えば、Invader法に用いるプローブは、フラップを構成するゲノムとは無関係な塩基配列が付加される。このようなプローブも、多型部位を含む領域にハイブリダイズする限り、本発明のプローブに含まれる。本発明のプローブを構成する塩基配列は、ゲノムにおける本発明の多型部位の周辺DNA領域の塩基配列をもとに、解析方法に応じてデザインすることができる。 In other words, a probe capable of hybridizing to the polymorphic site of the present invention on genomic DNA or a site adjacent to the polymorphic site is preferred as the probe of the present invention. In the probe of the present invention, modification of the base sequence, addition of the base sequence, or modification is allowed in the same manner as the primer. For example, a probe used for the Invader method is added with a base sequence unrelated to the genome constituting the flap. Such a probe is also included in the probe of the present invention as long as it hybridizes to a region containing a polymorphic site. The base sequence constituting the probe of the present invention can be designed according to the analysis method based on the base sequence of the DNA region surrounding the polymorphic site of the present invention in the genome.
本発明のプライマーまたはプローブは、それを構成する塩基配列をもとに、任意の方法によって合成することができる。本発明のプライマーまたはプローブの、ゲノムDNAに相補的な塩基配列の長さは、通常15〜100、一般に15〜50、通常15〜30である。与えられた塩基配列に基づいて、当該塩基配列を有するオリゴヌクレオチドを合成する手法は公知である。更に、オリゴヌクレオチドの合成において、蛍光色素やビオチンなどで修飾されたヌクレオチド誘導体を利用して、オリゴヌクレオチドに任意の修飾を導入することもできる。あるいは、合成されたオリゴヌクレオチドに、蛍光色素などを結合する方法も公知である。 The primer or probe of the present invention can be synthesized by any method based on the base sequence constituting it. The length of the base sequence complementary to the genomic DNA of the primer or probe of the present invention is usually 15 to 100, generally 15 to 50, usually 15 to 30. A technique for synthesizing an oligonucleotide having the base sequence based on the given base sequence is known. Furthermore, in the synthesis of the oligonucleotide, any modification can be introduced into the oligonucleotide using a nucleotide derivative modified with a fluorescent dye or biotin. Alternatively, a method of binding a fluorescent dye or the like to a synthesized oligonucleotide is also known.
本発明のプローブの具体的な例としては、それぞれ配列番号:1に記載の塩基配列における32位の塩基種のGからTへの変異、129位の塩基種のAからGへの変異、161位の塩基種のTからGへの変異、557位の塩基種のTからCへの変異、839位の塩基種のTの欠損、843位の塩基種のGの欠損、976位の塩基種のCからAへの変異、又は1699位の塩基種のCからTへの変異から選択される少なくとも一つの変異いずれかの多型部位に相当する多型部位を含む領域にハイブリダイズするプローブであって、少なくとも15ヌクレオチドの鎖長を有するプローブが挙げられる。 Specific examples of the probe of the present invention include a G-to-T mutation at position 32 in the base sequence set forth in SEQ ID NO: 1, a A-to-G mutation at position 129, 161 Mutation of the base species at position T to G, mutation of the base species at position 557 from T to C, deletion of T at the position of 839 base, deletion of G at the position of base 843, base type at position 976 A probe that hybridizes to a region containing a polymorphic site corresponding to the polymorphic site of at least one mutation selected from a C to A mutation of C1 or a mutation of C1 to T of a base species at position 1699 And a probe having a chain length of at least 15 nucleotides.
本発明はまた、本発明の子実収量を検出する方法に使用するための試薬(検査薬)を提供する。本発明の試薬は、前記本発明のプライマーおよび/またはプローブを含む。子実収量の検出においては上記、本発明の多型部位のいずれかに記載の多型部位を含むDNAを増幅するためのプライマーおよび/またはプローブを用いる。 The present invention also provides a reagent (test agent) for use in the method for detecting grain yield of the present invention. The reagent of the present invention includes the primer and / or probe of the present invention. In the detection of grain yield, a primer and / or probe for amplifying DNA containing the polymorphic site described in any of the polymorphic sites of the present invention is used.
本発明の試薬には、塩基種の決定方法に応じて、各種の酵素、酵素基質、および緩衝液などを組み合わせることができる。酵素としては、DNAポリメラーゼ、DNAリガーゼ、あるいはIIs制限酵素などの、上記の塩基種決定方法として例示した各種の解析方法に必要な酵素を示すことができる。緩衝液は、これらの解析に用いる酵素の活性の維持に好適な緩衝液が、適宜選択される。更に、酵素基質としては、例えば、相補鎖合成用の基質等が用いられる。 Various reagents, enzyme substrates, buffers and the like can be combined with the reagent of the present invention depending on the method for determining the base species. As the enzyme, enzymes necessary for various analysis methods exemplified as the above-mentioned base species determination method such as DNA polymerase, DNA ligase, or IIs restriction enzyme can be shown. As the buffer solution, a buffer solution suitable for maintaining the activity of the enzyme used for these analyzes is appropriately selected. Furthermore, as the enzyme substrate, for example, a substrate for complementary strand synthesis is used.
さらに、本発明における試薬の別の態様は、本発明の多型部位を含むDNAとハイブリダイズするヌクレオチドプローブが固定された固相からなる、子実収量を検出するための試薬である。 Furthermore, another embodiment of the reagent in the present invention is a reagent for detecting grain yield, which comprises a solid phase on which a nucleotide probe that hybridizes with the DNA containing the polymorphic site of the present invention is immobilized.
これらは本発明の多型部位を指標とする検査に使用される。これらの調製方法に関しては、当業者に公知の方法で行なうことができる。 These are used for examinations using the polymorphic site of the present invention as an index. These preparation methods can be carried out by methods known to those skilled in the art.
なお、本明細書において引用された全ての先行技術文献は、参照として本明細書に組み入れられる。 In addition, all prior art documents cited in the present specification are incorporated herein by reference.
以下、本発明を実施例によりさらに具体的に説明するが本発明はこれら実施例に制限されるものではない。 EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples, but the present invention is not limited to these examples.
〔実施例1〕GL5遺伝子のポジショナルクローニング
連鎖解析によりGL5遺伝子の特定を行った。解析に用いた集団は、コシヒカリとコシヒカリを遺伝的背景にGL5領域をカサラス型染色体に置換した準同質遺伝子系統NIL(GL5)との戻し交雑後代を用いた。GL5領域がヘテロ型となった個体の自殖後代2,000個体から、GL5領域を挟み込む一塩基多型(SNP)マーカーG1358とSNPマーカーG1569を利用してGL5遺伝子座近傍で組換えが生じた個体を選抜した。GL5遺伝子座近傍のSNPマーカーを用いて連鎖解析を行った結果、GL5遺伝子座をSNPマーカーG1422とSNPマーカーG1491との間、約7kbpの範囲に特定した(図1)。
[Example 1] Positional cloning of GL5 gene The GL5 gene was identified by linkage analysis. The population used for the analysis used Koshihikari and Koshihikari as a genetic background and backcross progeny with a near-isogenic line NIL (GL5) in which the GL5 region was replaced with a Kasaras chromosome. Recombinant individuals in the vicinity of the GL5 locus using the single nucleotide polymorphism (SNP) marker G1358 and SNP marker G1569, which sandwich the GL5 region, from 2,000 individuals of the inbred progeny of individuals in which the GL5 region became heterozygous Selected. As a result of linkage analysis using the SNP marker near the GL5 locus, the GL5 locus was identified between the SNP marker G1422 and the SNP marker G1491 in the range of about 7 kbp (FIG. 1).
イネアノテーションプロジェクトにより公開された遺伝子予測データベース(http://rapdb.dna.affrc.go.jp/)により、SNPマーカーG1422とSNPマーカーG1491との間には、4つの遺伝子の存在が予測された。この4つの遺伝子の中から、遺伝子の発現量・発現部位からGL5遺伝子を1つの遺伝子(Os05g0187000)に絞り込んだ。この遺伝子は、20Sプロテアソームのβ2サブユニットをコードしていた。20Sプロテアソームのβ2サブユニットをコードする遺伝子は、イネには1つ(OsPBB1)しか存在しない(図2)。 The gene prediction database (http://rapdb.dna.affrc.go.jp/) published by the Rice Annotation Project predicted the presence of four genes between SNP marker G1422 and SNP marker G1491. . From these four genes, the GL5 gene was narrowed down to one gene (Os05g0187000) from the gene expression level and expression site. This gene encoded the β2 subunit of the 20S proteasome. There is only one gene (OsPBB1) in rice that encodes the β2 subunit of the 20S proteasome (Figure 2).
〔実施例2〕候補遺伝子の塩基配列と発現解析
コシヒカリとカサラスのcDNA塩基配列解析の結果、GL5候補遺伝子(OsPBB1)のコーディング領域に2カ所のSNP〔33位(配列番号:1の976位に相当)のCがA、267位(配列番号:1の1699位に相当)のCがT〕を有していたが、これらはいずれもアミノ酸配列に変化を生じさせず、コシヒカリとカサラスのGL5候補遺伝子のアミノ酸配列は同一であった(図3)。
[Example 2] Nucleotide sequence and expression analysis of candidate gene As a result of cDNA sequence analysis of Koshihikari and Kasalath, two SNPs [position 33 (position 976 in SEQ ID NO: 1) at the coding region of GL5 candidate gene (OsPBB1) C) was A, and C at position 267 (corresponding to position 1699 of SEQ ID NO: 1) had T]. The amino acid sequences of the candidate genes were identical (Figure 3).
OsPBB1の推定プロモーター領域(1kbp)には、SNPが3ヵ所〔-912位(配列番号:1の32位に相当)のGがT、-815位(配列番号:1の129位に相当)のAがG、-783位(配列番号:1の161位に相当)のTがG〕、一塩基欠損挿入が2カ所〔-105位(配列番号:1の839位に相当)のTが欠損、-101位(配列番号:1の843位に相当)のGが欠損〕あった(図4-1及び4-2)。そこでOsPBB1遺伝子の発現量を解析した。コシヒカリおよびNIL(GL5)から全長10 cmの幼穂を採取し、酸性フェノール法で抽出した全RNAを鋳型とし、WAKO社のAMV逆転写酵素反応によりcDNAを得た。得られたcDNAを鋳型としてプライマー(5’-GGCAATTCGTGGTGGTATCT-3’、配列番号:9および5’-ACCTTCGGCTTCAGTTGTGT-3’、配列番号:10)を用いてリアルタイムPCR法によりOsPBB1遺伝子の発現量を比較した。その結果、コシヒカリに比べてNIL(GL5)は、発現量が約2.8倍高かった(図5)。 In the putative promoter region (1 kbp) of OsPBB1, there are three SNPs [G at position -912 (corresponding to position 32 of SEQ ID NO: 1) T, position -815 (corresponding to position 129 of SEQ ID NO: 1) A is G, T at position −783 (corresponding to position 161 of SEQ ID NO: 1) is G], and a single base deletion insertion is missing at 2 positions [−105 (corresponding to position 839 of SEQ ID NO: 1)] , -101 position (corresponding to position 843 of SEQ ID NO: 1) was deleted] (FIGS. 4-1 and 4-2). Therefore, the expression level of the OsPBB1 gene was analyzed. Young panicles with a total length of 10 cm were collected from Koshihikari and NIL (GL5), and cDNA was obtained by the AMV reverse transcriptase reaction of WAKO using total RNA extracted by the acidic phenol method as a template. Using the obtained cDNA as a template, the expression level of the OsPBB1 gene was compared by a real-time PCR method using primers (5′-GGCAATTCGTGGTGGTATCT-3 ′, SEQ ID NO: 9 and 5′-ACCTTCGGCTTCAGTTGTGT-3 ′, SEQ ID NO: 10). . As a result, the expression level of NIL (GL5) was about 2.8 times higher than that of Koshihikari (FIG. 5).
〔実施例3〕GL5候補遺伝子(OsPBB1)の機能証明
OsPBB1の発現量がコシヒカリとNIL(GL5)の粒長を決定すると考えられた事から、コシヒカリと同等のOsPBB1発現量を持つ日本晴にOsPBB1を過剰発現させる形質転換体によりOsPBB1の機能証明を行った。
[Example 3] Function verification of GL5 candidate gene (OsPBB1)
Since the expression level of OsPBB1 was thought to determine the grain length of Koshihikari and NIL (GL5), the function of OsPBB1 was verified by a transformant that overexpresses OsPBB1 in Nipponbare, which has the same OsPBB1 expression level as Koshihikari. .
OsPBB1の完全長cDNA(AK103126)をトウモロコシ由来ユビキチン1プロモーターとノパリン合成酵素ターミネーターの間に連結させ過剰発現させた形質転換体(BM349)をイネFOXハンティングシステム(Nakamura et al. (2007) Plant Mol. Biol. 65, 357-371)より選抜した。この形質転換体T2世代植物から収穫した充実した種子を25度で2週間乾燥後、覆っている内穎と外穎を取り除き、玄米を得た。この玄米の粒長は有意(P=0.0039)に増加しており、OsPBB1の過剰発現は玄米の長さを有意に増加させた(図6)。これにより、OsPBB1がGL5遺伝子であることが証明された。 A transformant (BM349) in which OsPBB1 full-length cDNA (AK103126) was ligated between maize-derived ubiquitin 1 promoter and nopaline synthase terminator and overexpressed was transformed into rice FOX hunting system (Nakamura et al. (2007) Plant Mol. Biol. 65, 357-371). The solid seeds harvested from this transformant T2 generation plant were dried at 25 degrees for 2 weeks, and then the inner and outer pods were removed to obtain brown rice. The grain length of this brown rice increased significantly (P = 0.0039), and overexpression of OsPBB1 significantly increased the length of brown rice (FIG. 6). This proved that OsPBB1 is a GL5 gene.
〔実施例4〕他の植物種におけるGL5の効果
GL5遺伝子(OsPBB1)の高発現がイネの粒長を増大させることが判明したことから、他の植物種における同遺伝子高発現の効果を調べた。シロイヌナズナ(Arabidopsis thaliana)は、OsPBB1のホモログ遺伝子としてAtPBB1(配列番号:11)およびAtPBB2(配列番号:12)の2つの遺伝子を持ち、OspBB1とのアミノ酸レベルでの相同性は両者とも82.7%と高い相同性を持つ(図2、図7)。そこでイネ由来OsPBB1の高発現がシロイヌナズナにおいても種子サイズを増加させると仮説し、実証を試みた。
[Example 4] Effect of GL5 on other plant species
Since the high expression of GL5 gene (OsPBB1) was found to increase the grain length of rice, the effect of high expression of this gene in other plant species was examined. Arabidopsis thaliana has two genes, AtPBB1 (SEQ ID NO: 11) and AtPBB2 (SEQ ID NO: 12), as homologous genes for OsPBB1, both of which have high homology of 82.7% with OspBB1. It has homology (Figs. 2 and 7). Therefore, we hypothesized that high expression of rice-derived OsPBB1 would increase seed size even in Arabidopsis.
イネ由来OsPBB1の完全長cDNA(AK103126)の遺伝子コーディング領域をXbaIサイトを連結したプライマー(5’-CGCATCTAGACCGCGCGGGATGGCCGGAGC-3’、配列番号:13)とSacIサイトを連結したプライマー(5’-GTAAGAGCTCAAAATCACTCCTCCATTGCA-3’、配列番号:14)で増幅し、増幅産物をXbaIおよびSacIで処理してインサートを得た。このインサートをpSTARH301GバイナリーベクターのXbaI、SacIサイトにライゲーションして、OsPBB1の完全長cDNAをカリフラワーモザイクウイルス由来35Sプロモーターとノパリン合成酵素ターミネーターとの間に連結させたバイナリーベクター(pSTARH301G/GL5)を得た。pSTARH301G/GL5をエレクトロポレーション法によりアグロバクテリウム(Agrobacterium tumefaciens EHA101)へ導入し、さらにこのアグロバクテリウムを減圧浸潤法によりシロイヌナズナへ感染させ形質転換体T1種子を得た。この種子をハイグロマイシン50mg/lを含有するGM寒天培地で形質転換スクリーニングを行った。得られた形質転換体(T1世代)からT2種子を得て、再びハイグロマイシンを含む培地に播種し、3:1の分離比を示す系統を選択し、導入遺伝子が1遺伝子座に存在すると考えられる形質転換体を選抜した。この種子のサイズを測定したところ、OsPBB1のcDNAを含まないコントロールベクター系統に比べて種子の長径が有意に増加していた(図8)。OsPBB1の高発現は、シロイヌナズナにおいても種子サイズを増大させることが明らかとなった。これによりGL5は単子葉植物であるイネのみならず双子葉植物であるシロイヌナズナにおいても種子サイズを増大させる効果があり、幅広い植物種で同様の効果を有する事が示唆された。 Primer (5'-CGCATCTAGACCGCGCGGGATGGCCGGAGC-3 ', SEQ ID NO: 13) ligated to the gene coding region of rice-derived OsPBB1 full-length cDNA (AK103126) and SacI site (5'-GTAAGAGCTCAAAATCACTCCTCCATTGCA-3' , SEQ ID NO: 14), and the amplified product was treated with XbaI and SacI to obtain an insert. This insert was ligated into the XbaI and SacI sites of the pSTARH301G binary vector to obtain a binary vector (pSTARH301G / GL5) in which the full-length OsPBB1 cDNA was ligated between the cauliflower mosaic virus-derived 35S promoter and the nopaline synthase terminator. . pSTARH301G / GL5 was introduced into Agrobacterium (Agrobacterium tumefaciens EHA101) by electroporation, and further Agrobacterium was infected into Arabidopsis thaliana by reduced pressure infiltration method to obtain transformant T1 seeds. This seed was subjected to transformation screening on a GM agar medium containing 50 mg / l hygromycin. T2 seeds were obtained from the obtained transformants (T1 generation), sown again in a medium containing hygromycin, a line showing a 3: 1 segregation ratio was selected, and the transgene is considered to exist at one locus. Transformants obtained were selected. When the seed size was measured, the major axis of the seed was significantly increased as compared with the control vector line not containing the cDNA of OsPBB1 (FIG. 8). High expression of OsPBB1 was found to increase seed size even in Arabidopsis. This suggests that GL5 has the effect of increasing seed size not only in rice, which is a monocotyledonous plant, but also in Arabidopsis, a dicotyledonous plant, and has the same effect in a wide range of plant species.
Claims (19)
(a)配列番号:6に記載の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:4又は5に記載の塩基配列のコード領域及び配列番号:1に記載の塩基配列のプロモーター領域を含むDNA、
(c)配列番号:6に記載のアミノ酸配列において1または複数のアミノ酸が置換、欠失、付加、および/または挿入されたアミノ酸配列からなるタンパク質をコードするDNA、又は
(d)配列番号:4又は5に記載の塩基配列からなるDNAとストリンジェントな条件下でハイブリダイズするDNA The plant body which increased the magnitude | size of the seed of a plant body (a seed, a flower, or a fruit is included) containing the DNA in any one of (a) to (d) below.
(A) DNA encoding a protein consisting of the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 6;
(B) DNA comprising a coding region of the base sequence described in SEQ ID NO: 4 or 5 and a promoter region of the base sequence described in SEQ ID NO: 1,
(C) DNA encoding a protein consisting of an amino acid sequence in which one or more amino acids are substituted, deleted, added and / or inserted in the amino acid sequence of SEQ ID NO: 6, or (d) SEQ ID NO: 4 Or a DNA that hybridizes under stringent conditions with the DNA comprising the nucleotide sequence according to 5
(a)配列番号:6に記載の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:4又は5に記載の塩基配列のコード領域及び配列番号:1に記載の塩基配列のプロモーター領域を含むDNA、
(c)配列番号:6に記載のアミノ酸配列において1または複数のアミノ酸が置換、欠失、付加、および/または挿入されたアミノ酸配列からなるタンパク質をコードするDNA、又は
(d)配列番号:4又は5に記載の塩基配列からなるDNAとストリンジェントな条件下でハイブリダイズするDNA A vector introduced so that the DNA according to any one of (a) to (d) below is expressed.
(A) DNA encoding a protein consisting of the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 6;
(B) DNA comprising a coding region of the base sequence described in SEQ ID NO: 4 or 5 and a promoter region of the base sequence described in SEQ ID NO: 1,
(C) DNA encoding a protein consisting of an amino acid sequence in which one or more amino acids are substituted, deleted, added and / or inserted in the amino acid sequence of SEQ ID NO: 6, or (d) SEQ ID NO: 4 Or a DNA that hybridizes under stringent conditions with the DNA comprising the nucleotide sequence according to 5
(a)配列番号:6に記載の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:4又は5に記載の塩基配列のコード領域及び配列番号:1に記載の塩基配列のプロモーター領域を含むDNA、
(c)配列番号:6に記載のアミノ酸配列において1または複数のアミノ酸が置換、欠失、付加、および/または挿入されたアミノ酸配列からなるタンパク質をコードするDNA、又は
(d)配列番号:4又は5に記載の塩基配列からなるDNAとストリンジェントな条件下でハイブリダイズするDNA A method for increasing the size of seeds, spikelets or fruits of a plant comprising the step of overexpressing the DNA according to any one of (a) to (d) below in the cells of the plant.
(A) DNA encoding a protein consisting of the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 6;
(B) DNA comprising a coding region of the base sequence described in SEQ ID NO: 4 or 5 and a promoter region of the base sequence described in SEQ ID NO: 1,
(C) DNA encoding a protein consisting of an amino acid sequence in which one or more amino acids are substituted, deleted, added and / or inserted in the amino acid sequence of SEQ ID NO: 6, or (d) SEQ ID NO: 4 Or a DNA that hybridizes under stringent conditions with the DNA comprising the nucleotide sequence according to 5
(a)被検植物における配列番号:1に記載の塩基配列のコード領域及び配列番号:1に記載の塩基配列のプロモーター領域に相当する部位、またはその周辺配列に存在する多型部位の塩基種を決定する工程、及び
(b)(a)で決定された多型部位の塩基種において、配列番号:1またはその周辺配列と異なるアレルが検出された場合に、被検植物は子実(種子、頴花又は果実を含む)の収量が多いと判定する工程 The method according to claim 11, comprising the following steps (a) and (b):
(A) The base type of the polymorphic site present in the site corresponding to the coding region of the base sequence described in SEQ ID NO: 1 and the promoter region of the base sequence described in SEQ ID NO: 1 or the surrounding sequence in the test plant And (b) when an allele different from SEQ ID NO: 1 or its surrounding sequence is detected in the base type of the polymorphic site determined in (a), the test plant is a seed (seed , Including a flower or a fruit)
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