JP2011115164A - Receptacle promoter - Google Patents

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Kazuyoshi Furuta
和義 古田
Noriko Tabayashi
紀子 田林
Haiko Kagaya
羽衣子 加賀谷
Mika Kawahara
美可 川原
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Hokusan Co Ltd
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  • Breeding Of Plants And Reproduction By Means Of Culturing (AREA)
  • Micro-Organisms Or Cultivation Processes Thereof (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a receptacle promoter having transcriptive activity in a receptacle as a constituent of a fruit (pseudocarp) and expressing an aimed gene in the fruit, and to provide a method for creating a recombinant plant that produces a recombinant protein in the receptacle. <P>SOLUTION: A gene encoding a protein highly accumulated in the receptacle constituting a pseudocarp and/or a gene highly expressed in the receptacle is(are) identified; the 5' transcriptional control region that controls the expression of the gene(s) is analyzed; and the base sequence of a promoter region is determined; subsequently, the activity of a reporter gene is measured using transitory expression analysis or a gene-recombinant plant, and the activity of the promoter is examined, thus obtaining the receptacle promoter. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、花托プロモーターに関するものであり、該プロモーターは遺伝子組換え技術を利用した植物の新品種の開発や組換えタンパク質を生産させる植物開発に利用される。  The present invention relates to a floret promoter, and the promoter is used for the development of a new variety of plants using a gene recombination technique and the development of a plant for producing a recombinant protein.

既存の品種に外来遺伝子を発現させ、除草剤耐性や病害虫耐性などの形質を付加した遺伝子組換え技術による植物の品種改良が既に実用化されている。また、色素合成などの代謝系を導入した外来遺伝子で操作し、通常の交配育種では作出が不可能であった新品種の開発も行われている。さらには、有用タンパク質やペプチド(以下、単に「有用タンパク質」とする)を組換え植物で発現させる試みに注目が集まっている。組換え植物で発現させる有用タンパク質は、植物性のものに限らず、動物性タンパク質の生産も可能である。特にワクチン、抗体、サイトカイン類といった医療用タンパク質生産への応用が進んでいる。  Plant cultivar improvement has already been put into practical use by gene recombination technology in which foreign genes are expressed in existing varieties and traits such as herbicide resistance and pest resistance are added. In addition, new varieties that have been manipulated with foreign genes into which metabolic systems such as pigment synthesis have been introduced and that could not be produced by ordinary cross breeding have been developed. Furthermore, attention has been focused on attempts to express useful proteins and peptides (hereinafter simply referred to as “useful proteins”) in recombinant plants. Useful proteins to be expressed in recombinant plants are not limited to plant proteins, and animal proteins can also be produced. In particular, the application to the production of medical proteins such as vaccines, antibodies and cytokines is progressing.

組換え植物による有用タンパク質の生産では、微生物や培養細胞を用いた生産と比べ、生産コストが低いこと、栽培環境の調整で生産規模の管理が容易であること、ウイルス等の動物由来病原体の混入が無く安全性が高いといった多くの利点がある。また、植物の可食部に有用タンパク質を発現させれば、これを植物体から精製せず、可食部を直接摂取する経口投与が可能となる。精製コストの削減に加え、精製物の侵襲性投与によるストレスを回避することも期待できる。  In the production of useful proteins by recombinant plants, the production cost is lower than in production using microorganisms and cultured cells, the production scale is easily controlled by adjusting the cultivation environment, and contamination with animal-derived pathogens such as viruses There are many advantages such as no safety and high safety. In addition, if a useful protein is expressed in the edible part of a plant, it can be orally administered without directly purifying the edible part from the plant body. In addition to reducing purification costs, it can be expected to avoid stress due to invasive administration of purified products.

植物種に応じて様々な可食部が存在するが、代表的なものとして、葉、果実、種子、根(塊根、球根)、茎(塊茎)などが挙げられる。経口投与に適した有用タンパク質を組換え植物で生産するには、可食部に適切な量の有用タンパク質を発現させることが必要である。さらには、タンパク質の熱変性を回避する観点から、生食可能な組織・器官に有用タンパク質を発現させることも求められる。  There are various edible parts depending on the plant species, but typical examples include leaves, fruits, seeds, roots (tuberous roots, bulbs), stems (tubers), and the like. In order to produce useful proteins suitable for oral administration in recombinant plants, it is necessary to express an appropriate amount of useful proteins in the edible part. Furthermore, from the viewpoint of avoiding thermal denaturation of proteins, it is also required to express useful proteins in tissues and organs that can be eaten raw.

有用タンパク質を特定の組織・器官で生産するには、有用タンパク質をコードする遺伝子を目的の組織・器官で発現させることが必要である。その遺伝子発現制御において重要な役割を担うのがプロモーターである。プロモーターには発現制御の様式によって、構成的、誘導的、組織・器官特異的または時期的なものに大別することができる。なかでも生食可能な組織・器官において、組換え遺伝子を高発現制御する構成的なプロモーターや、組織・器官特異的に発現制御するプロモーターの利用が有効である。  In order to produce a useful protein in a specific tissue / organ, it is necessary to express a gene encoding the useful protein in the target tissue / organ. A promoter plays an important role in controlling the gene expression. Promoters can be broadly classified into constitutive, inducible, tissue / organ-specific, or temporal depending on the mode of expression control. In particular, it is effective to use a constitutive promoter that controls the high expression of a recombinant gene or a promoter that specifically controls the expression of a tissue or organ in a tissue or organ that can be eaten live.

ところで、植物の可食部のうち生食可能なものとして、葉、果実或いは種子が挙げられる。その中でも果実や種子は貯蔵性にも優れており、有用タンパク質の生産と蓄積に適した組織である。さらに、果実は生食可能なものが多いので、有用タンパク質の経口投与に最も適した組織・器官といえる。種子は花における有性生殖の結果形成され、被子植物においては種子を包む様々な器官が成熟して果実を形成する。果実は、雌しべの子房が成熟した真果と、子房以外の花托などが成熟・肥大化した偽果に大別することができる。真果に分類される果実には、トマト、ブドウ、カキ、カンキツ類やマメ類を挙げることができる。一方、偽果に分類される果実には、イチゴ、リンゴ、ナシなど主要な作物が含まれている。真果と偽果は、一般的には共に果実として扱われるが、植物組織学上ではそれぞれ異なる組織・器官である。  By the way, a leaf, a fruit, or a seed is mentioned as what can be eaten raw among the edible parts of a plant. Among them, fruits and seeds are excellent in storability, and are suitable for production and accumulation of useful proteins. Furthermore, since many fruits are edible, it can be said to be the most suitable tissue / organ for oral administration of useful proteins. Seeds are formed as a result of sexual reproduction in flowers, and in angiosperms, various organs that wrap seeds mature to form fruits. Fruits can be broadly classified into fruit that has matured pistil ovary and fruit that has matured and enlarged other than ovary. Examples of fruits classified as fruits include tomatoes, grapes, oysters, citrus fruits and legumes. On the other hand, fruits classified as false fruits include main crops such as strawberries, apples, and pears. Although fruits and false fruits are generally treated as fruits, they are different tissues and organs in plant histology.

これまでに果実特異的若しくは種子特異的プロモーターは、多々報告されている。しかし、果実特異的プロモーターとされるものの多くは、真果特異的プロモーターに分類されるものである(特許文献1)。真果と偽果は、前述のとおり植物組織学上は異なる組織で構成されるため、真果特異的プロモーターを偽果に適用しても、所望する組織・器官において組換えタンパク質の蓄積は果せない。また、さらに種子特異的プロモーターでは、リンゴやナシ等のナシ状果のように種子が食用に適さない植物種の果実では、可食部に組換えタンパク質が蓄積しない。また、イチゴ等で特徴的な小粒状の種子が表面に存在するイチゴ状果のように、種子が食用可能であっても消化されにくいものでは、種子中のタンパク質を摂取することが困難もしくは極めて効率が悪い。そのため、偽果に分類される果実に組換えタンパク質を生産させるためには、偽果を構成する花托等で転写活性を有するプロモーターの利用が重要となる。  Many fruit-specific or seed-specific promoters have been reported so far. However, most of the fruit-specific promoters are classified as fruit-specific promoters (Patent Document 1). Since fruits and false fruits are composed of different tissues in plant histology as described above, even if a true fruit-specific promoter is applied to the false fruits, the accumulation of the recombinant protein in the desired tissue / organ is not effective. I wo n’t. Furthermore, with a seed-specific promoter, the recombinant protein does not accumulate in the edible part in the fruit of a plant species whose seed is not edible, such as pear fruits such as apples and pears. In addition, if the seeds are edible and difficult to digest, such as strawberries with characteristic small-grain seeds such as strawberries on the surface, it is difficult or very difficult to consume the protein in the seeds. ineffective. Therefore, in order to produce a recombinant protein in a fruit classified as a false fruit, it is important to use a promoter having transcription activity in a flower bud constituting the false fruit.

偽果の代表例ともいえるイチゴにおいて、果実もしくは花托特異的に発現する遺伝子や、これら遺伝子の発現を制御するプロモーターの解析が行われている。イチゴの花托と痩果で発現する遺伝子をマイクロアレイで網羅的に解析し、特に花托で高発現する遺伝子を同定した報告があるが、痩果発現遺伝子との比較解析にとどまる(非特許文献1)。イチゴend−β−1,4−glucanaseが果実で高発現することから、当該遺伝子のプロモーター(FaEG1、2)の発現解析について報告がある。しかし、汎用されているカリフラワーモザイクウイルス(以下CaMV)35Sプロモーターと同程度の転写活性であった(非特許文献2)。イチゴ果実由来のD−galacturonaseのプロモーター(GgalUR promoter)が、果実特異的に機能することが報告されている。しかし、光要求性であることや、転写活性が対照のCaMV35Sプロモーターと最大でも同程度しかないことが報告されている。加えて、トマト果実プロモーターの転写活性はイチゴ果実では極めて低いことも検証されている(非特許文献3)。また、ペチュニア由来の花托高発現プロモーターであるFBPプロモーターのイチゴ果実における転写活性を評価した報告もあるが、形質転換イチゴ果実における当該プロモーターの転写活性は対照のCaMV35Sプロモーターに劣る結果となっている(非特許文献4)。この報告は、花托高発現プロモーターであっても、花托が肥大化しない植物種に由来するものでは、イチゴ等の偽果を構成する植物種の花托には適用できない、もしくは適用できたとしても既存のプロモーター以上の転写活性は期待できないことを示唆する。そのため、花托を含む花の組織や器官で機能するプロモーターの先行技術にあって、肥大化して偽果を構成する花托における転写活性を検証していないものは、当該器官に適用しうるプロモーターを開示したことにはならない(特許文献2、3)。  In strawberry, which can be said to be a representative example of false fruits, analysis of genes that are specifically expressed in fruits or florets and promoters that control the expression of these genes has been conducted. There are reports that comprehensively analyze genes expressed in strawberry buds and fruits with microarrays, and in particular, identify genes that are highly expressed in florets, but only comparative analysis with fruits expressed genes (Non-patent Document 1). Since strawberry end-β-1,4-glucanase is highly expressed in fruits, there is a report on expression analysis of the promoter (FaEG1, 2) of the gene. However, the transcriptional activity was comparable to that of the commonly used cauliflower mosaic virus (hereinafter CaMV) 35S promoter (Non-patent Document 2). It has been reported that a D-galacturonase promoter (GgalUR promoter) derived from strawberry fruit functions in a fruit-specific manner. However, it has been reported that it is photorequiring and that its transcriptional activity is at most similar to that of the control CaMV35S promoter. In addition, it has been verified that the transcription activity of the tomato fruit promoter is extremely low in strawberry fruit (Non-patent Document 3). In addition, although there is a report evaluating the transcriptional activity of the FBP promoter, a petunia-derived flower bud high expression promoter, in the strawberry fruit, the transcriptional activity of the promoter in the transformed strawberry fruit is inferior to the control CaMV35S promoter ( Non-patent document 4). This report does not apply to flower buds that constitute false fruits, such as strawberries, even if they are promoters with high expression of flower buds, even if they can be applied. This suggests that transcriptional activity higher than that of the promoter cannot be expected. Therefore, prior art of promoters that function in floral tissues and organs including flower buds that have not been verified for transcriptional activity in flower buds that are enlarged and constitute false fruits disclose promoters that can be applied to that organ (Patent Documents 2 and 3).

このような技術背景をふまえ、本発明者らは、イチゴ(Fragaria×ananassa)を対象に、その内在性遺伝子から花托にて高い転写活性を有するプロモーターを単離すべく検討を行った。まず、イチゴ花托のタンパク質をプロテオーム解析して、複数種のイチゴ花托高蓄積タンパク質を分離・同定するに至った。イチゴ花托高蓄積タンパク質をコードする遺伝子を同定し、当該遺伝子の5’転写調節を解析すれば、花托高発現プロモーターを単離することが期待できる。同定したイチゴ花托高蓄積タンパク質の一種は、カルコン合成酵素(Chalcone synthase、CHS)であることが判明した(非特許文献5)。これまでにイチゴ以外の植物種において、CHSおよびCHSプロモーターの研究・開発は多岐にわたる。近年では、植物のエピジェネティクス研究におけるCHS遺伝子のコサプレッションなどが挙げられる(非特許文献6)。また、イチゴのCHSに関しては、四季成品種からのCHS遺伝子の単離報告(非特許文献7)や、一過性発現系を利用した果実におけるイチゴCHSのRNAi報告などが挙げられる(非特許文献8)。また、イチゴCHSは、イチゴ果実の色素合成に関与することから、特に果実の成熟後期に花托で高発現することが報告されているが、痩果の発現比較のみであることや、高発現する時期が限定されることが示唆されている(非特許文献1)。すなわち、これらの研究成果において、イチゴCHSのプロモーター解析や、その花托における転写活性の評価などは検討されていない。そのため、本発明者は、イチゴCHSプロモーターの花托プロモーターとしての評価検討を実施した。  Based on such a technical background, the present inventors examined strawberry (Fragaria × ananassa) to isolate a promoter having high transcriptional activity in the floret from its endogenous gene. First, proteomic analysis of strawberry florets proteins has led to the separation and identification of multiple types of strawberry florets highly accumulated proteins. If a gene encoding a strawberry flower bud high accumulation protein is identified and the 5 'transcriptional regulation of the gene is analyzed, it is expected to isolate a flower bud high expression promoter. It was found that one of the identified strawberry florets highly accumulating proteins was chalcone synthase (CHS) (Non-patent Document 5). So far, research and development of CHS and CHS promoters are diverse in plant species other than strawberries. In recent years, co-suppression of the CHS gene in epigenetics research of plants is mentioned (Non-patent Document 6). Regarding strawberry CHS, there are reports of isolation of CHS genes from seasonal varieties (Non-patent Document 7) and RNAi reports of strawberry CHS in fruits using a transient expression system (Non-patent Documents). 8). In addition, strawberry CHS is involved in pigment synthesis of strawberry fruits, so it has been reported that strawberry CHS is highly expressed in flower buds, especially at the later stage of fruit ripening. Has been suggested to be limited (Non-Patent Document 1). That is, in these research results, promoter analysis of strawberry CHS, evaluation of transcriptional activity in the flower bud, etc. have not been studied. Therefore, the present inventor conducted an evaluation study as a flower bud promoter of a strawberry CHS promoter.

特許第3539961号公報Japanese Patent No. 35399961 特許第4113952号公報Japanese Patent No. 4113952 特許第4134281号公報Japanese Patent No. 4134281

Aharoni et al.(2002)Journal of Experimental Botany,Vol.53,No.377,pp.2073−2087「Gene expression analysis of strawberry achene and receptacle maturation using DNA microarrays」Aharoni et al. (2002) Journal of Experimental Botany, Vol. 53, no. 377, pp. 2073-2087 “Gene expression analysis of strawberry achene and receptor maturation using DNA microarrays” Spolaore et al.(2003)Journal of Experimental Botany,Vol.54,No.381,pp.271−277「Isolation and promoter analysis of two genes encoding different endo−b−1,4−glucanases in the non−climacteric strawberry」Spoleore et al. (2003) Journal of Experimental Botany, Vol. 54, no. 381, pp. 271-277 “Isolation and promoter analysis of two genes encoding differential endo-b-1, 4-glucoses in the non-clinical strawberry” Agius et al.(2005)Journal of Experimental Botany,Vol.56,No.409,pp.37−46「Functional analysis of homologous and heterologous promoters in strawberry fruits using transient expression」Agius et al. (2005) Journal of Experimental Botany, Vol. 56, no. 409, pp. 37-46 “Functional analysis of homologous and heterologous promoters in strawberry fruits using transient expression” Schaart et al.(2002)Plant Cell Rep,21,pp313−319「Tissue−specific expression of the β−glucuronidase reporter gene in transgenic strawberry(Fragaria × ananassa)plants」Schaart et al. (2002) Plant Cell Rep, 21, pp 313-319 “Tissue-specific expression of the β-glyconidase reporter in transgenic strawberry (Fragalia x ananasas)” 古田ら(2008)「イチゴ花托高発現遺伝子の単離と転写調節世領域の解析」、BMB2008(第31回日本分子生物学会年会・第81回日本生化学会大会合同大会)講演要旨集2P−1359Furuta et al. (2008) "Isolation of Strawberry Flower Highly Expressed Gene and Analysis of Transcriptional Regulatory Region", BMB2008 (31st Annual Meeting of the Molecular Biology Society of Japan and 81st Annual Meeting of the Biochemical Society of Japan) 2P- 1359 島本功ら監修(2008)細胞工学別冊植物細胞工学シリーズ24「植物のエピジエネティクス」Supervised by Isao Shimamoto et al. (2008) Cell Engineering Separate Volume Plant Cell Engineering Series 24 “Plant Epigenetics” Sakurai et al.(1997)Plant Biotechnology,14(3),183−185「Isolation and characterization of a cDNA for chalcone synthase from cultured cells of the strawberry Fragaria ananassa,cv Shikinari」Sakurai et al. (1997) Plant Biotechnology, 14 (3), 183-185, “Isolation and charac- terization of a cDNA for charcone synthase cultivated cells of the stur- bers of fragrance. Hoffman et al.(2006)The Plant Journal 48,818−826「RNAi−induced silencing of gene expression in strawberry fruit(Fragaria×ananassa)by agroinfiltration:a rapid assay for gene function analysis」Hoffman et al. (2006) The Plant Journal 48, 818-826 "RNAi-induced silencing of genera ration of affiliation: agroinfiltration:

本発明は、偽果を構成する花托において転写活性を有し、偽果に目的とする遺伝子を発現させる花托プロモーター、および花托で組換えタンパク質を生産する組換え植物を作出する方法を提供するものである。  The present invention provides a floret promoter that has transcriptional activity in a floret constituting a false fruit and expresses a target gene in the false fruit, and a method for producing a recombinant plant that produces a recombinant protein in the flower bud. It is.

本発明者らは、上記課題を解決すべく研究を進め、イチゴCHSプロモーターが花托において既存で汎用されているCaMV35Sプロモーターより数倍高い転写活性を有することを見出し、本発明の完成に至った。
すなわち本発明は、以下の(a)、(b)または(c)に記載のDNAからなる、花托プロモーター
(a)配列番号:1に記載の塩基配列からなるDNA
(b)配列番号:1に記載の塩基配列において1もしくは数個の核酸の挿入、欠損または置換を有する塩基配列からなり、かつ花托プロモーター機能を有するDNA
(c)配列番号:1に記載の塩基配列と相補的な塩基配列からなるDNAとストリンジェントな条件でハイブリダイズし、かつ花托プロモーター機能を有するDNA
に関するものである。
The present inventors have advanced research to solve the above problems, and found that the strawberry CHS promoter has transcription activity several times higher than the CaMV35S promoter that is already widely used in florets, and has completed the present invention.
That is, the present invention relates to a flower promoter (a) comprising the DNA described in (a), (b) or (c) below,
(B) DNA having a base sequence having insertion, deletion or substitution of one or several nucleic acids in the base sequence described in SEQ ID NO: 1 and having a flower promoter function
(C) DNA that hybridizes under stringent conditions with DNA consisting of a base sequence complementary to the base sequence described in SEQ ID NO: 1 and has a flower promoter function
It is about.

さらに本発明は、配列番号:2で示される塩基配列より選択される連続した部分配列であって、かつ配列番号:2の4509位〜4648位の塩基配列(配列番号:1)をコアプロモーター領域として含有することを特徴とするDNAからなる花托プロモーターに関するものである。  Furthermore, the present invention provides a continuous partial sequence selected from the base sequence represented by SEQ ID NO: 2, and the nucleotide sequence (SEQ ID NO: 1) at positions 4509 to 4648 of SEQ ID NO: 2 is used as the core promoter region. It is related with the floret promoter which consists of DNA characterized by containing as follows.

また、本発明は、前記塩基配列において、もしくは数個の核酸の挿入、欠損または置換を有し、かつ花托プロモーター機能を有するDNAからなる花托プロモーターに関するものである。加えて、前記塩基配列と相補的な塩基配列からなるDNAとストリンジェントな条件でハイブリダイズし、かつ花托プロモーター機能を有するDNAからなる花托プロモーターに関する。  The present invention also relates to a floret promoter composed of DNA having the above-mentioned base sequence or having several nucleic acid insertions, deletions or substitutions and having a floret promoter function. In addition, the present invention relates to a floret promoter composed of DNA that hybridizes under stringent conditions with DNA consisting of a base sequence complementary to the above base sequence and has a floret promoter function.

また本発明は、以下の(a)、(b)または(c)に記載のDNAからなる花托プロモーター
(a)配列番号:25から27のいずれかに記載の塩基配列からなるDNA
(b)配列番号:25から27のいずれかに記載の塩基配列において1もしくは数個の核酸の挿入、欠損または置換を有する塩基配列からなり、かつ花托プロモーター機能を有するDNA
(c)配列番号:25から27のいずれかに記載の塩基配列と相補的な塩基配列からなるDNAとストリンジェントな条件でハイブリダイズし、かつ花托プロモーター機能を有するDNA
に関する。
The present invention also relates to a flower bud promoter comprising the DNA of the following (a), (b) or (c) (a) a DNA comprising the nucleotide sequence of any one of SEQ ID NOs: 25 to 27
(B) DNA comprising a base sequence having insertion, deletion or substitution of one or several nucleic acids in the base sequence of SEQ ID NO: 25 to 27 and having a flower promoter function
(C) DNA that hybridizes under stringent conditions with a DNA consisting of a base sequence complementary to the base sequence of SEQ ID NO: 25 to 27 and has a flower promoter function
About.

さらに本発明は、前記プロモーターと、当該プロモーターの転写制御下にある任意の遺伝子とを含む、植物発現カセットに関する。また本発明は、前記植物発現カセットを含む植物発現ベクターに関する。さらに本発明は前記植物発現カセットを保持した形質転換植物細胞に関する。また本発明は、前記植物発現ベクターが導入された形質転換植物細胞に関する。さらに本発明は、前記細胞が保持された形質転換植物に関する。また、本発明は、前記形質転換植物の子孫またはクローンである、形質転換植物に関する。  Furthermore, the present invention relates to a plant expression cassette comprising the promoter and an arbitrary gene under the transcriptional control of the promoter. The present invention also relates to a plant expression vector comprising the plant expression cassette. Furthermore, this invention relates to the transformed plant cell holding the said plant expression cassette. The present invention also relates to a transformed plant cell into which the plant expression vector has been introduced. Furthermore, this invention relates to the transformed plant with which the said cell was hold | maintained. The present invention also relates to a transformed plant that is a descendant or clone of the transformed plant.

さらに本発明は、下記の(a)、(b)および(c)の工程を含む、任意の遺伝子を植物に導入して形質転換植物を作出する方法
(a)前記の植物発現カセットまたは前記の植物発現ベクターを植物細胞に導入する工程
(b)該植物細胞から植物体を再生する工程
(c)導入した任意の遺伝子が花托において発現している該植物体を選抜する工程
に関する。
Furthermore, the present invention provides a method for producing a transformed plant by introducing an arbitrary gene into a plant, comprising the following steps (a), (b) and (c): (a) the plant expression cassette described above or the above A step of introducing a plant expression vector into a plant cell; (b) a step of regenerating a plant from the plant cell; and (c) a step of selecting the plant in which the introduced gene is expressed in the floret.

さらに本発明は、細胞がイチゴからの細胞である前記の形質転換植物細胞に関する。また本発明は、植物がイチゴである前記の形質転換植物に関する。また本発明は、植物がイチゴである前記の方法に関する。  Furthermore, the present invention relates to the transformed plant cell, wherein the cell is a cell from strawberry. Moreover, this invention relates to the said transformed plant whose plant is a strawberry. The present invention also relates to the above method wherein the plant is a strawberry.

本発明によれば、花托で転写活性を有するプロモーターを提供することができ、イチゴ等の偽果を構成する花托において組換え遺伝子を発現させることが可能となる。さらに、本発明の花托プロモーターと有用タンパク質の遺伝子を利用することで、植物に有用タンパク質を生産させることができる。  ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the promoter which has transcription activity in a flower bud can be provided, and it becomes possible to express a recombinant gene in the flower bud which comprises false fruits, such as a strawberry. Furthermore, a useful protein can be produced by a plant by using the flower bud promoter and the gene of the useful protein of the present invention.

組換え植物による有用タンパク質生産では、微生物や培養細胞を用いた生産とくらべ生産コストが低く、栽培環境の調整で生産規模の管理を容易にすることができる。また、ウイルス等の動物由来の病原体の汚染を回避することができるため、安全性も確保できる。偽果など植物の可食部で有用タンパク質を生産することができるので、植物体からの精製を必要とせず、そのまま経口によって該有効タンパク質を摂取することを可能とする  In useful protein production by recombinant plants, production costs are lower than production using microorganisms and cultured cells, and the production scale can be easily controlled by adjusting the cultivation environment. Moreover, since contamination with pathogens derived from animals such as viruses can be avoided, safety can be ensured. Since useful proteins can be produced in the edible part of plants such as spices, it is possible to ingest the effective protein as it is without requiring purification from the plant body.

従来は注射等による侵襲性投与が行われた有用タンパク質においては、非侵襲性の投与を可能とし、侵襲ストレスを回避も可能とする。加熱処理を必要としないイチゴ等の生食可能な植物種を選択することで、熱変性による有用タンパク質の失活を回避することもできる。  Conventionally, useful proteins that have been invasively administered by injection or the like can be noninvasively administered and can avoid invasive stress. By selecting plant species that can be eaten raw such as strawberries that do not require heat treatment, it is possible to avoid inactivation of useful proteins due to heat denaturation.

また、本発明によれば、花托に任意の遺伝子発現を可能とするため、花托や偽果における代謝工学を解析する有効なツールとしても活用することができる。  In addition, according to the present invention, since any gene expression can be performed in the floret, it can be utilized as an effective tool for analyzing metabolic engineering in the floret or false fruit.

イチゴ花托タンパク質の二次元電気泳動像と、CHSのタンパク質スポットを示す。A two-dimensional electrophoresis image of strawberry flower protein and a protein spot of CHS are shown. 花托プロモーターディレーションフラグメントを示す。The floret promoter delation fragment is shown. 植物発現用ベクターの構成の概略を示す。The outline of the structure of the vector for plant expression is shown. 一過性発現解析によるイチゴ果実でのプロモーター活性の評価結果を示す。The evaluation result of the promoter activity in the strawberry fruit by a transient expression analysis is shown. 花托プロモーター形質転換イチゴの果実におけるGUS染色像を示す。The GUS dyeing | staining image in the fruit of a flower bud promoter transformed strawberry is shown. 花托プロモーター形質転換イチゴの果実におけるGUS染色像を示す。The GUS dyeing | staining image in the fruit of a flower bud promoter transformed strawberry is shown. 花托プロモーター形質転換イチゴFACP21系統の果実の生育段階毎のGUS活性を示す。The GUS activity for every growth stage of the fruit of the strawberry promoter-transformed strawberry FACP21 line is shown. 花托プロモーター形質転換イチゴの葉と果実におけるGUS活性の定量的解析結果を示す。The quantitative analysis result of the GUS activity in the leaf and fruit of a strawberry promoter transformed strawberry is shown. 花托プロモーター形質転換イチゴの葉と果実におけるGUS活性の定量的解析結果を示す。The quantitative analysis result of the GUS activity in the leaf and fruit of a strawberry promoter transformed strawberry is shown. 花托プロモーター形質転換イチゴの果実におけるGUS活性の定量的解析結果を示す。The quantitative analysis result of GUS activity in the fruit of a flower bud promoter transformed strawberry is shown.

本明細書において「植物」または「植物種」とは、植物界に属する生物全般をさし、代表的なものは顕花植物をいう。単子葉植物と双子葉植物のいずれも含む。好ましくは可食部を有する植物である。さらに好ましくは、可食部が生食可能な植物である。具体例としては、バラ科植物等を挙げることができる。そのほかに、イチゴ、リンゴ、ナシ、カンキツ、モモ、バナナ、パイナップル、イチジクなどが挙げられるが、これらに限定するものではない。  In the present specification, “plant” or “plant species” refers to all organisms belonging to the plant kingdom, and representative ones refer to flowering plants. Includes both monocotyledonous and dicotyledonous plants. A plant having an edible part is preferable. More preferably, the edible part is a plant that can be eaten raw. Specific examples include rose family plants. Other examples include, but are not limited to, strawberries, apples, pears, citrus, peaches, bananas, pineapples and figs.

本明細書において「可食部」とは、主にヒトなどの動物がその植物を摂取する際に、食することが出来る部分をいい、植物種によって可食部は異なるが、代表的なものとして、葉、花(花托を含む)、果実、種子、根(塊根、球根を含む)、茎(塊茎を含む)などを挙げることができる。「生食可能」とは、植物の可食部を摂取する際に、加熱処理等を経ずに、そのまま摂取可能であることをいう。  In the present specification, the “edible part” means a part that can be eaten mainly by animals such as humans when ingesting the plant, and the edible part differs depending on the plant species, but is representative. Examples thereof include leaves, flowers (including flower buds), fruits, seeds, roots (including tuberous roots and bulbs), stems (including tubers), and the like. The term “can be eaten raw” means that when an edible part of a plant is ingested, it can be ingested as it is without being subjected to heat treatment or the like.

本明細書において「プロモーター機能を有する」とは、プロモーターとして転写活性を有することをいう。プロモーターの転写活性は、プロモーターとレポーター遺伝子を融合し、植物体に導入して形質転換体を作出し、そのレポーターの活性等を検定することで、評価することができる。レポーター遺伝子としては、β−glucronidase(GUS)遺伝子、ルシフェラーゼ(LUC)遺伝子、Green fluorescent protein(GFP)遺伝子等を利用することができ、各遺伝子に応じたレポーター活性の評価方法は、当該分野において周知である。  In this specification, “having a promoter function” means having a transcription activity as a promoter. The transcriptional activity of a promoter can be evaluated by fusing a promoter and a reporter gene, introducing the gene into a plant, producing a transformant, and testing the activity of the reporter. As the reporter gene, β-gluconidase (GUS) gene, luciferase (LUC) gene, Green fluorescein protein (GFP) gene and the like can be used, and reporter activity evaluation methods according to each gene are well known in the art. It is.

本明細書において「花托プロモーター」とは、植物における花の形成部位の一つである花托において、転写活性またはプロモーター機能を有するDNAからなるプロモーターをいう。また、花托に高蓄積しているタンパク質をコードする遺伝子の発現を制御するプロモーターや、花托高発現遺伝子の発現を制御するプロモーターであることが望ましい。なお、「花托に高蓄積しているタンパク質」は花托で発現しているタンパク質のプロテオーム解析等により、花托タンパク質の組成で高濃度に蓄積しているタンパク質より選ばれうるものであり、「花托高蓄積タンパク質」ともいう。また、花托高蓄積タンパク質をコードする遺伝子を「花托高発現遺伝子」といい、花托で発現しているcDNAより該花托高蓄積タンパク質cDNAを取得し、その5’非転写領域等の解析より、さらに花托で発現頻度の高いものを選抜することで選ばれうるものをいう。  In the present specification, the “floral promoter” refers to a promoter composed of DNA having transcriptional activity or promoter function in a floral bud which is one of the flower formation sites in a plant. In addition, a promoter that controls expression of a gene encoding a protein highly accumulated in the floret or a promoter that controls expression of a highly expressed gene of the floret is desirable. “Protein highly accumulated in florets” can be selected from proteins accumulated in high concentrations in the composition of florets by proteomic analysis of proteins expressed in florets. Also called “accumulated protein”. Further, a gene encoding a flower bud highly accumulating protein is referred to as a “flower bud highly expressing gene”, and the flower bud highly accumulated protein cDNA is obtained from the cDNA expressed in the flower bud, and further analysis of its 5 ′ non-transcribed region, etc. This refers to those that can be selected by selecting flower buds with high expression frequency.

花托プロモーターには、花托特異的プロモーターのほか、花托以外にも活性を有する構成的なプロモーターも含まれる。構成的なプロモーターにあっては、例えば葉組織と比較して花托の転写活性が高いことや、既存の例えばCaMV35Sプロモーターと比較して花托の転写活性が高いことが望ましい。また、花托は特に限定するものではないが、イチゴやリンゴといった植物種で観察されるような花が受粉後に肥大化などの発達を経て偽果を構成する花托において、転写活性を有することが特に望ましい。  The floret promoter includes a constitutive promoter having activity in addition to the floret-specific promoter. For a constitutive promoter, it is desirable that, for example, the transcriptional activity of florets is higher than that of leaf tissue, or the transcriptional activity of florets is higher than that of, for example, the existing CaMV35S promoter. In addition, the florets are not particularly limited, but the flowers that are observed in plant species such as strawberries and apples have transcriptional activity in the florets that constitute false fruits through development such as enlargement after pollination. desirable.

本発明の花托プロモーターの一つの態様は、配列番号:1の塩基配列で示されるDNAからなる花托プロモーターである。配列番号:1で示される塩基配列は、イチゴCHS遺伝子の5’上流領域に由来し、イチゴCHS遺伝子を制御する領域である。別の態様において、花托プロモーター機能を有する限り、配列番号:1に記載の塩基配列において、1もしくは数個の核酸の挿入、欠損または置換を有するDNAからなる花托プロモーターであってもよい。また、花托プロモーター機能を有する限り、配列番号:1に記載の塩基配列と相補的な塩基配列からなるDNAとストリンジェントな条件でハイブリダイズするDNAからなる花托プロモーターであってもよい。  One embodiment of the floret promoter of the present invention is a floret promoter comprising the DNA represented by the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1. The base sequence represented by SEQ ID NO: 1 is derived from the 5 'upstream region of the strawberry CHS gene and is a region that controls the strawberry CHS gene. In another embodiment, as long as it has a floret promoter function, it may be a floret promoter composed of DNA having insertion, deletion or substitution of one or several nucleic acids in the nucleotide sequence set forth in SEQ ID NO: 1. Moreover, as long as it has the floret promoter function, it may be a floret promoter composed of DNA that hybridizes under stringent conditions with DNA composed of a base sequence complementary to the base sequence shown in SEQ ID NO: 1.

また、別の態様において、本発明の花托プロモーターは、以下のDNAからなる。すなわち、配列番号:2で示される塩基配列より選択される連続した部分配列であって、かつ
配列番号:2の4509位〜4648位の塩基配列(配列番号:1)をコアプロモーター領域として含有することを特徴とするDNAからなる花托プロモーター
In another embodiment, the flower promoter of the present invention consists of the following DNA. That is, it is a continuous partial sequence selected from the base sequence shown in SEQ ID NO: 2 and contains the base sequence from position 4509 to 4648 of SEQ ID NO: 2 (SEQ ID NO: 1) as a core promoter region. Flower bud promoter comprising DNA

配列番号:2で示される塩基配列は、イチゴCHS遺伝子の5’上流領域に由来し、イチゴCHS遺伝子を制御する領域である。第4509位から第4648位までの配列からなるコアプロモーター領域は、配列番号:1に示した塩基配列と一致する。  The base sequence represented by SEQ ID NO: 2 is derived from the 5 'upstream region of the strawberry CHS gene and is a region that controls the strawberry CHS gene. The core promoter region consisting of the sequence from the 4509th position to the 4648th position matches the base sequence shown in SEQ ID NO: 1.

また、配列番号:2で示される塩基配列より選択される連続した部分配列であって、かつ配列番号:2の4509位〜4648位の塩基配列(配列番号:1)をコアプロモーター領域として含有することを特徴とするDNAにおいて、花托プロモーター機能を有する限り、1もしくは数個の核酸の挿入、欠損または置換を有してもよい。また、同様に、花托プロモーター機能を有する限り、配列番号:2で示される塩基配列より選択される連続した部分配列であって、かつ配列番号:2の4509位〜4648位の塩基配列(配列番号:1)をコアプロモーター領域として含有することを特徴とする塩基配列と相補的な塩基配列からなるDNAとストリンジェントな条件でハイブリダイズするDNAからなる領域であってもよい。  Moreover, it is a continuous partial sequence selected from the base sequence represented by SEQ ID NO: 2 and contains the base sequence from position 4509 to 4648 of SEQ ID NO: 2 (SEQ ID NO: 1) as a core promoter region. The DNA characterized by the above may have insertion, deletion or substitution of one or several nucleic acids as long as it has a flower promoter function. Similarly, as long as it has the flower promoter function, it is a continuous partial sequence selected from the base sequence represented by SEQ ID NO: 2, and the base sequence from position 4509 to 4648 of SEQ ID NO: 2 (SEQ ID NO: 2 1) as a core promoter region, it may be a region consisting of DNA that hybridizes under stringent conditions with DNA consisting of a base sequence complementary to the base sequence.

ここでいう「配列番号:2で示される塩基配列より選択される連続した部分配列」とは、配列番号:2から選択される連続した配列であり配列長は当業者によって自由に選択することができる塩基配列をいい、最大配列長は4767塩基である。コアプロモーター領域を含有し、鎖長を140塩基で選択した場合は、コアプロモーター領域のみを選択したものと同義である。  The “continuous partial sequence selected from the base sequence represented by SEQ ID NO: 2” herein is a continuous sequence selected from SEQ ID NO: 2, and the sequence length can be freely selected by those skilled in the art. This is a base sequence that can be produced, and the maximum sequence length is 4767 bases. When the core promoter region is contained and the chain length is selected with 140 bases, it is synonymous with the case where only the core promoter region is selected.

本発明のプロモーターにおける「コアプロモーター領域」とは、転写活性に必要な最小の領域であり、その領域中に必須のcis−elementとしてTATA−boxを含む領域である。本発明の花托プロモーターのコアプロモーター領域は、具体的には配列番号:1または配列番号:2の第4509位から第4648位の塩基配列からなる領域である。当該領域において、1もしくは数個の核酸の挿入、欠損または置換があってもプロモーター機能を有する限り、これら塩基配列もコアプロモーター領域に含まれる。  The “core promoter region” in the promoter of the present invention is a minimum region necessary for transcriptional activity, and is a region containing TATA-box as an essential cis-element in the region. The core promoter region of the floret promoter of the present invention is specifically a region consisting of the nucleotide sequence from position 4509 to position 4648 of SEQ ID NO: 1 or SEQ ID NO: 2. In this region, these nucleotide sequences are also included in the core promoter region as long as they have a promoter function even if one or several nucleic acids are inserted, deleted or substituted.

また、配列番号:1または配列番号:2の第4509位から第4648位の塩基配列と相補的な塩基配列からなるDNAとストリンジェントな条件でハイブリダイズする領域も、プロモーター活性を有する限り、コアプロモーター領域に含まれる。  In addition, as long as a region that hybridizes under stringent conditions with a DNA comprising a base sequence complementary to the base sequence from position 4509 to position 4648 of SEQ ID NO: 1 or SEQ ID NO: 2 is also a core, Contained in the promoter region.

また、別の態様において、本発明の花托プロモーターは、以下のDNAからなる。
すなわち、
配列番号:2で示される塩基配列より選択される連続した部分配列であって、かつ
配列番号:2の4509位〜4648位の塩基配列(配列番号:1)をコアプロモーター領域として含有することを特徴とする塩基配列において、1若しくは数個の核酸の挿入、欠損または置換を湯有する塩基配列からなり、かつ花托プロモーター機能を有するDNA。
In another embodiment, the flower promoter of the present invention consists of the following DNA.
That is,
A continuous partial sequence selected from the nucleotide sequence represented by SEQ ID NO: 2 and containing the nucleotide sequence (SEQ ID NO: 1) at positions 4509 to 4648 of SEQ ID NO: 2 as a core promoter region A DNA comprising a nucleotide sequence having hot, insertion, deletion or substitution of one or several nucleic acids, and having a flower promoter function.

また、別の態様において、本発明の花托プロモーターは、以下のDNAからなる。
すなわち、
配列番号:2で示される塩基配列より選択される連続した部分配列であって、かつ
配列番号:2の4509位〜4648位の塩基配列(配列番号:1)をコアプロモーター領域として含有することを特徴とする塩基配列と相補的な塩基配列からなるDNAとストリンジェントな条件でハイブリダイズし、かつ花托プロモーター機能を有するDNA。
In another embodiment, the flower promoter of the present invention consists of the following DNA.
That is,
A continuous partial sequence selected from the nucleotide sequence represented by SEQ ID NO: 2 and containing the nucleotide sequence (SEQ ID NO: 1) at positions 4509 to 4648 of SEQ ID NO: 2 as a core promoter region A DNA that hybridizes under stringent conditions with a DNA comprising a base sequence complementary to a characteristic base sequence and has a flower promoter function.

さらに別の態様において、本発明の花托プロモーターは、以下のDNAからなる。
すなわち、
以下の(a)、(b)または(c)に記載のDNAからなる花托プロモーター
(a)配列番号:25から27のいずれかに記載の塩基配列からなるDNA
(b)配列番号:25から27のいずれかに記載の塩基配列において1もしくは数個の核酸の挿入、欠損または置換を有する塩基配列からなり、かつ花托プロモーター機能を有するDNA
(c)配列番号:25から27のいずれかに記載の塩基配列と相補的な塩基配列からなるDNAとストリンジェントな条件でハイブリダイズし、かつ花托プロモーター機能を有するDNA。
In still another embodiment, the flower promoter of the present invention consists of the following DNA.
That is,
The floret promoter comprising the DNA of the following (a), (b) or (c) (a) the DNA comprising the base sequence of any one of SEQ ID NOs: 25 to 27
(B) DNA comprising a base sequence having insertion, deletion or substitution of one or several nucleic acids in the base sequence of SEQ ID NO: 25 to 27 and having a flower promoter function
(C) DNA that hybridizes under stringent conditions with a DNA comprising a nucleotide sequence complementary to the nucleotide sequence of any one of SEQ ID NOs: 25 to 27 and has a flower promoter function.

上記の塩基配列からなるDNAは、例えば配列番号:1や配列番号:2の配列を基に合成オリゴヌクレオチドを合成し、これをPolymerase Chain Reaction法のプライマーとして供し、例えばゲノムDNAを鋳型としてPCR法にて獲得することができる。さらに、ポイントミューテーション法などにより、核酸の挿入、欠損または置換といった変異を導入することも可能である。また、配列番号:1および配列番号:2に基づき、化学合成によって、あるいは該配列を有する核酸断片をプローブとしてハイブリダイズさせることによって、所望の植物のゲノムDNAライブラリーから得ることもできる。  The DNA comprising the above base sequence is synthesized, for example, based on the sequence of SEQ ID NO: 1 or SEQ ID NO: 2, and this is used as a primer for Polymerase Chain Reaction method. For example, PCR is performed using genomic DNA as a template. You can earn at. Furthermore, it is possible to introduce mutations such as insertion, deletion or substitution of nucleic acids by a point mutation method or the like. It can also be obtained from a genomic DNA library of a desired plant by chemical synthesis based on SEQ ID NO: 1 and SEQ ID NO: 2, or by hybridizing a nucleic acid fragment having the sequence as a probe.

本発明におけるストリンジェントな条件とは、いわゆる特異的なハイブリッドが形成され、非特異的なハイブリッドが形成されない条件をいう。かかる条件は、塩基配列の鎖長や塩基組成によって決定しうるもので、当業者であれば理解するものである。例えば、ハイブリダイズの温度条件が50℃で、緩衝液(0.1×SSC、0.1%SDSなど)による50℃での洗浄処理にて、相補的な配列を有する核酸と検査対象の核酸とを反応させる条件をいう。  The stringent condition in the present invention refers to a condition in which a so-called specific hybrid is formed and a non-specific hybrid is not formed. Such conditions can be determined by the chain length and base composition of the base sequence and will be understood by those skilled in the art. For example, a hybridization temperature condition is 50 ° C., and a nucleic acid having a complementary sequence and a nucleic acid to be tested are subjected to a washing treatment with a buffer solution (0.1 × SSC, 0.1% SDS, etc.) at 50 ° C. And the reaction conditions.

本発明の「発現カセット」は、少なくとも転写開始を制御するプロモーターとその転写制御下にある遺伝子および転写終結を制御するターミネーターで構成される。プロモーター、遺伝子、ターミネーターのほか、転写効率を上げるエンハンサーまたは転写された遺伝子の翻訳を促進する翻訳エンハンサーなどの領域を含んでいても良い。  The “expression cassette” of the present invention is composed of at least a promoter that controls transcription initiation, a gene under the transcription control, and a terminator that controls transcription termination. In addition to a promoter, gene, and terminator, a region such as an enhancer that enhances transcription efficiency or a translation enhancer that promotes translation of a transcribed gene may be included.

本発明の「植物発現用ベクター」の構築には、pBI系、pUC系ベクターなど植物発現ベクターとして使用されているベクターが好適に利用できる。  For the construction of the “plant expression vector” of the present invention, vectors used as plant expression vectors such as pBI and pUC vectors can be suitably used.

植物発現カセットおよび植物発現ベクターには、形質転換体を効率よく選抜するために、選抜マーカーをコードする遺伝子とその発現を制御するプロモーターやターミネーターを含んでも良い。選抜マーカーとしては、上述したレポーター遺伝子のほか、薬剤耐性遺伝子が好適に用いられる。薬剤耐性遺伝子の具体例として、カナマイシン耐性を付与するためのネオマイシンホスホトランスフェラーゼII(npt II)遺伝子や、ハイグロマイシン耐性を付与するハイグロマイシンホスホトランスフェラーゼ遺伝子(hpt)など挙げることができる。  The plant expression cassette and the plant expression vector may contain a gene encoding a selection marker and a promoter or terminator for controlling the expression in order to efficiently select transformants. As a selection marker, in addition to the reporter gene described above, a drug resistance gene is preferably used. Specific examples of drug resistance genes include neomycin phosphotransferase II (npt II) gene for imparting kanamycin resistance, hygromycin phosphotransferase gene (hpt) for imparting hygromycin resistance, and the like.

本発明において植物発現カセットや植物発現ベクターにおいて、「転写制御下にある」とは、任意の遺伝子が、プロモーターの制御下で発現するように、プロモーターの下流側に連結された状態をいう。任意の遺伝子をプロモーターの下流側に連結する方法は、当該分野においては周知技術である。  In the present invention, in a plant expression cassette or a plant expression vector, “under transcriptional control” means a state in which an arbitrary gene is linked to the downstream side of a promoter so that the gene is expressed under the control of the promoter. A method for linking an arbitrary gene to the downstream side of a promoter is a well-known technique in the art.

また、本発明において、花托プロモーターの転写制御下にある任意の遺伝子は、公知の遺伝子であれば特に限定されるものではない。例えばタンパク質をコードする遺伝子のほか、そのアンチセンス鎖なども含まれる。有用タンパク質をコードする遺伝子としては、ワクチン遺伝子、抗体をコードする遺伝子、抗原ペプチドをコードする遺伝子、各種サイトカイン類をコードする遺伝子、各種アディポサイトカイン類をコードする遺伝子など、医薬品となるタンパク質をコードするものなどを挙げることができる。  In the present invention, any gene under the transcriptional control of the floret promoter is not particularly limited as long as it is a known gene. For example, in addition to a gene encoding a protein, its antisense strand is also included. Genes that encode useful proteins encode proteins that serve as pharmaceuticals, such as vaccine genes, genes encoding antibodies, genes encoding antigenic peptides, genes encoding various cytokines, genes encoding various adipocytokines, etc. The thing etc. can be mentioned.

本発明において、「形質転換細胞」とは、形質転換によって作出された形質転換体のうち細胞をいい、「形質転換植物」とは、形質転換によって作出された形質転換細胞を保持する植物である。「再生」とは、個体の一部分から個体の全体が復元されることをいう。植物体において、個体の一部分には細胞も含まれ、そのほかには葉、葉柄、根、カルス等の組織片も含まれる。再生の方法は、植物種によって最適条件は異なるが、当該分野においては周知の技術である。  In the present invention, a “transformed cell” refers to a cell among transformants produced by transformation, and a “transformed plant” is a plant that holds a transformed cell produced by transformation. . “Regeneration” means that the whole individual is restored from a part of the individual. In a plant body, a part of an individual includes cells, and in addition, tissue pieces such as leaves, petiole, roots, and callus are also included. The method of regeneration is a well-known technique in the art, although the optimum conditions differ depending on the plant species.

形質転換植物を作出する方法や、植物細胞に植物発現カセットや植物発現ベクターを導入する方法は、特に限定されない。エレクトロポレーション法、パーティクルガン法、アグロバクテリウム法などが挙げられるが、植物種や細胞に応じた各種形質転換法を選択することができ、これら方法は当該分野において周知である。
以下に本発明を実施例により、さらに詳細に説明するが、本発明は、これらの態様に限定されるものではない。
A method for producing a transformed plant and a method for introducing a plant expression cassette or a plant expression vector into plant cells are not particularly limited. An electroporation method, a particle gun method, an Agrobacterium method, and the like can be mentioned. Various transformation methods can be selected according to plant species and cells, and these methods are well known in the art.
The present invention will be described in more detail with reference to the following examples, but the present invention is not limited to these embodiments.

1.花托高蓄積タンパク質の単離と同定
イチゴ花托高蓄積タンパク質を単離するためプロテオーム解析を実施した。イチゴ品種‘エッチエス−138’を栽培して、開花から完熟までを6期に分けた生育ステージ毎にイチゴ果実を収穫した。収穫したイチゴ果実から蔕および痩果を除去し、花托よりタンパク質を抽出し、これを一次元目に等電点電気泳動を、二次元目にはSDS−PAGEを行う二次元電気泳動法にて分離した。泳動後のゲルを銀染色法で染色して、タンパク質スポットパターンを得た。タンパク質スポット解析は、解析ソフトImageMaster(GE Healthcare社)を用いて実施した。花托各生育ステージのタンパク質スポットのマッチング解析や、同時期に採取した葉および蔕のタンパク質の蓄積量の比較解析により、花托で高濃度に蓄積しているタンパク質を検出した(図1)。花托高蓄積タンパク質スポットを二次元電気泳動法にて分取し、N末端アミノ酸配列を解析したところ、カルコン合成酵素(Chalcone synthase、CHS)が同定された(配列番号:3)。
1. Isolation and identification of highly accumulated protein of florets A proteome analysis was performed to isolate highly accumulated proteins of strawberry florets. Strawberry cultivar 'H-ES-138' was cultivated, and strawberry fruits were harvested for each growth stage divided from flowering to ripeness into 6 stages. The strawberries and fruits are removed from the harvested strawberry fruits, the protein is extracted from the flower buds, and this is separated by two-dimensional electrophoresis using isoelectric focusing in the first dimension and SDS-PAGE in the second dimension. did. The gel after electrophoresis was stained by a silver staining method to obtain a protein spot pattern. The protein spot analysis was performed using analysis software ImageMaster (GE Healthcare). Proteins accumulated at high concentrations in the florets were detected by matching analysis of protein spots at each growth stage of the florets and comparative analysis of accumulated amounts of leaf and cocoon proteins collected at the same time (FIG. 1). When a flower bud highly accumulated protein spot was separated by two-dimensional electrophoresis and the N-terminal amino acid sequence was analyzed, chalcone synthase (CHS) was identified (SEQ ID NO: 3).

2.花托高蓄積タンパク質のcDNAクローニング
同定されたCHSについて、決定したアミノ酸配列に基づき縮重プライマーを合成した(配列番号:4、配列番号:5)。イチゴ花托および葉から全RNAを抽出し、GeneRacer Kit(Invitrogen社)を用いて、5’アダプター配列(配列番号:6)および3’アダプター配列(配列番号:7)を付加したcDNA(Race−ready cDNA)合成を行った。このcDNAを鋳型核酸として、縮重プライマー、3’primer(配列番号:8)(Invitrogen社)および3’nested primer(配列番号:9)(Invitrogen社)を用いてnested PCRを行い、3’RACE法によって、cDNAを増幅した。PCR酵素はAccuPrime Taq(Invitrogen社)を使用した。TA cloning kit(Invitrogen社)を使用してPCR産物をプラスミドベクターpCR2.1に導入し、大腸菌(INVαF’)のtransformationはTA cloning kit(Invitrogen社)記載の方法に従い実施し、獲得した形質転換体からQIAquick miniprep kit(QIAGEN社)を用いてプラスミド抽出を行った。得られたプラスミドクローンのシークエンス反応を行い、花托および葉のCHScDNAの塩基配列を決定した。シークエンス反応は、蛍光色素(IRD700およびIRD800)標識したM13プライマーとSequiTherm Excel II DNA sequencing Kit(EPICENTRE)を用いて行い、反応産物はDNA sequencer LONGREADIR 4200(LI−COR)にて解析を行った。
2. CDNA Cloning of Highly Accumulated Proteins of Flowers The degenerate primers were synthesized based on the determined amino acid sequence for the identified CHS (SEQ ID NO: 4, SEQ ID NO: 5). Total RNA was extracted from strawberry florets and leaves, and using GeneRacer Kit (Invitrogen), 5 'adapter sequence (SEQ ID NO: 6) and 3' adapter sequence (SEQ ID NO: 7) added cDNA (Race-ready) cDNA) synthesis was performed. Using this cDNA as a template nucleic acid, nested PCR was performed using a degenerate primer, 3 ′ primer (SEQ ID NO: 8) (Invitrogen) and 3 ′ nested primer (SEQ ID NO: 9) (Invitrogen), and 3 ′ RACE. The cDNA was amplified by the method. As the PCR enzyme, AccuPrime Taq (Invitrogen) was used. The PCR product was introduced into the plasmid vector pCR2.1 using TA cloning kit (Invitrogen), and transformation of E. coli (INVαF ′) was performed according to the method described in TA cloning kit (Invitrogen), and the obtained transformant. Was extracted with QIAquick miniprep kit (QIAGEN). The obtained plasmid clone was subjected to a sequencing reaction, and the base sequences of CHS cDNAs for florets and leaves were determined. Sequencing reaction was performed using fluorescent dye (IRD700 and IRD800) -labeled M13 primer and SequiTherm Excel II DNA sequencing Kit (EPICENTRE), and the reaction product was analyzed with DNA sequencer LONGREADIR 4200 (LI-COR).

3.花托高発現遺伝子の同定
CHS転写開始点の確定と、花托高発現CHS遺伝子を同定するため、さらに、5’RACEによりCHSmRNAの5’非翻訳領域(5’UTR)の決定を試みた。3’RACEにて決定した塩基配列に基づき、5’RACE用プライマーを設計した(配列番号:10、11)。花托および葉からRNA抽出し、これを鋳型としてRace−ready cDNA合成した。このcDNAを鋳型核酸として、5’primer(配列番号:12)(Invitrogen社)、5’nested−primer(配列番号:13)(Invitrogen社)および上記イチゴCHS由来の5’RACE用プライマーを用いてnested PCRを行い、5’RACE法によって、cDNAを増幅した。PCR酵素はAccuPrime Taq(Invitrogen社)を使用した。5’RACEで得たPCR産物のTAクローニング&シークエンスを実施した。花托および葉由来の総計80種のcDNAクローンの塩基得配列を決定し、マルチプルアライメントによる比較解析を行い、花托で最も発現頻度の高いCHS 5’UTR配列を決定した(配列番号:14)。決定したCHS 5’UTRに基づきcDNAプローブを調整し、次のゲノミッククローン選抜に使用した。
3. Identification of flower bud highly expressed gene In order to determine the CHS transcription start site and to identify the flower bud highly expressed CHS gene, we further attempted to determine the 5 ′ untranslated region (5′UTR) of CHS mRNA by 5 ′ RACE. Based on the base sequence determined by 3 ′ RACE, primers for 5 ′ RACE were designed (SEQ ID NOs: 10 and 11). RNA was extracted from florets and leaves, and Race-ready cDNA was synthesized using this as a template. Using this cDNA as a template nucleic acid, 5 ′ primer (SEQ ID NO: 12) (Invitrogen), 5 ′ nested-primer (SEQ ID NO: 13) (Invitrogen) and the strawberry CHS-derived 5 ′ RACE primer Nested PCR was performed, and cDNA was amplified by the 5 ′ RACE method. As the PCR enzyme, AccuPrime Taq (Invitrogen) was used. TA cloning & sequencing of the PCR product obtained by 5′RACE was performed. The base sequence of a total of 80 cDNA clones derived from flower buds and leaves was determined and subjected to comparative analysis by multiple alignment to determine the CHS 5′UTR sequence with the highest expression frequency in flower buds (SEQ ID NO: 14). Based on the determined CHS 5′UTR, a cDNA probe was prepared and used for the next genomic clone selection.

4.イチゴゲノミックライブラリーの作製と、花托高発現遺伝子のクローン選抜
イチゴ(品種‘エッチエス−138’)の葉よりゲノムDNA抽出を行い、約1mgのゲノムDNAをλファージライブラリー作製に供した。ライブラリー作製は、Lambda DASH II/BamHI Vector kit(STRATGENE社)を用いて実施した。作製したライブラリー1μl用いて、宿主大腸菌としてMRA(P2)に接種し、タイターを測定した。その結果、8.8×10pfu/μlであり、ライブラリーの全タイターは1.2×10であった。また、独立した36個のプラークからLA−PCR(TAKARA社)を行い、PCR産物をアガロース電気泳動で確認した。31クローンで増幅が認められ、平均インサートサイズは約13Kbであった。ゲノミックライブラリー(λファージ)を希釈して、約6×104pfuのファージを10本調整し、これを宿主大腸菌と共に14×10cm角型シャーレ10枚にて培養・プラーク形成を行い、スクリーニング用ファージプレートを作製した。各プレートにつき2枚のHybond−N+(GE Healthcare社)にプラークリフティングし、アルカリ変性処理の後80℃・2時間の乾燥を行った。Gene Images AlkPhos Direct Labeling and Detection System(GE Healthcare社)を用いてcDNAプローブを調整し、ハイブリダイゼーションを行った。シグナルは、VersaDoc5000(BIO−RAD社)を用いて化学発光法にて検出した。シグナルが検出されたプラークを特定し、シングルプラークを単離し、花托高発現CHSゲノミッククローンを単離した。
4). Preparation of a strawberry genomic library and selection of clones of high expression genes for florets Genomic DNA was extracted from the leaves of a strawberry (variety 'H-ES-138'), and about 1 mg of genomic DNA was used for preparation of a λ phage library. Library preparation was performed using Lambda DASH II / BamHI Vector kit (STRATGENE). 1 μl of the prepared library was used to inoculate MRA (P2) as a host E. coli, and the titer was measured. The result was 8.8 × 10 2 pfu / μl, and the total titer of the library was 1.2 × 10 6 . In addition, LA-PCR (TAKARA) was performed from 36 independent plaques, and the PCR product was confirmed by agarose electrophoresis. Amplification was observed in 31 clones, and the average insert size was about 13 Kb. A genomic library (λ phage) is diluted to prepare 10 phages of approximately 6 × 104 pfu, and this is cultured and plaque-formed with 10 14 × 10 cm square petri dishes together with host E. coli, and a phage plate for screening Was made. Each plate was subjected to a plastic lift to 2 Hybond-N + (GE Healthcare), followed by alkali denaturation treatment and drying at 80 ° C. for 2 hours. A cDNA probe was prepared using Gene Images AlkPhos Direct Labeling and Detection System (GE Healthcare), and hybridization was performed. The signal was detected by chemiluminescence using VersaDoc5000 (BIO-RAD). Plaques in which signal was detected were identified, single plaques were isolated, and floret highly expressing CHS genomic clones were isolated.

5.花托高蓄積タンパク質の転写調節領域の解析とプロモーター領域の選抜
単離したCHSゲノミッククローン(λファージ)をプレートライセート法にて増殖し、QIAGEN Lambda Kit(QIAGEN社)を用いてDNA抽出した。花托高発現CHS遺伝子の5’側に設計したプライマーとT7(配列番号:15)若しくはT3プライマー(配列番号:16)にてPCRを行い、5’上流領域のサブクローニングを行った。PCR酵素はAccuPrimeTaq High−fiedilty(Invitrogen社)を使用し、増幅断片はTA cloning kit(Invitrogen社)を用いてクローニングを行った。獲得したサブクローンより5’上流領域の塩基配列を解析し、花托高発現CHS遺伝子の5’UTRを含む5’転写調節領域4767ntの配列を決定した(配列番号:2)。
5. Analysis of transcriptional regulatory region of flower bud accumulating protein and selection of promoter region An isolated CHS genomic clone (λ phage) was propagated by the plate lysate method, and DNA was extracted using QIAGEN Lambda Kit (QIAGEN). PCR was performed with a primer designed on the 5 ′ side of the CHS gene highly expressing flower buds and T7 (SEQ ID NO: 15) or T3 primer (SEQ ID NO: 16), and the 5 ′ upstream region was subcloned. PCR PrimeTaq High-fidelity (Invitrogen) was used as the PCR enzyme, and the amplified fragment was cloned using TA cloning kit (Invitrogen). The nucleotide sequence of the 5 ′ upstream region from the obtained subclone was analyzed, and the sequence of the 5 ′ transcription regulatory region 4767nt containing the 5 ′ UTR of the highly expressed CHS gene was determined (SEQ ID NO: 2).

5.花托高発現CHSプロモーターのディレーションフラグメントのクローニング
花托高発現CHS遺伝子の5’転写調節領域の塩基配列に基づきプライマーを設計した(表1)。プライマーの5’末端には、それぞれ制限酵素認識部位を挿入した。花托高発現CHS遺伝子ゲノミッククローン(λ−DNA)を鋳型とし、PCR法でプロモーター様配列のディレーションフラグメント(ragarina×nanassaHSromoter:FACP12、13、21および61)を増幅した(図2)。これらのフラグメントをTA cloning kit(Invitrogen社)を用いてプラスミドベクターpCR2.1にクローニングし、それぞれのプラスミドクローンを獲得した(それぞれ、pCR2.1−FACP12、13、21および61とした)。
5. Cloning of fragrance fragment of highly expressed CHS promoter Primers were designed based on the base sequence of the 5 'transcriptional regulatory region of the highly expressed CHS gene (Table 1). A restriction enzyme recognition site was inserted into the 5 'end of each primer. Torus high expression CHS gene genomic clones (lambda-DNA) as a template, dilation fragment of the promoter-like sequence by PCR (F ragarina × a nanassa C HS P romoter: FACP12,13,21 and 61) was amplified (Figure 2). These fragments were cloned into the plasmid vector pCR2.1 using TA cloning kit (Invitrogen) to obtain respective plasmid clones (referred to as pCR2.1-FACP12, 13, 21, and 61, respectively).

6.β−グルクロニダーゼ遺伝子(GUS)発現ベクターの作製
pCR2.1−FACP12,13、21および61をそれぞれのプライマー部位に付加した制限酵素認識部位に応じた酵素で処理し、ディレーションフラグメントを回収した。これを、各ディレーションフラグメントの末端と同じ制限酵素処理したpBI101(Jefferson et al.(1987)The EMBO Journal vol.6 no13.pp3901−3907)と混和してライゲーション反応を行い、植物発現用GUS発現プラスミドベクターpBI−FACP12、13、21および61を作製した(図3)。pBI−FACPに挿入されている各CHSプロモーターのディレーションフラグメントは、GUS遺伝子の5’上流に配置され、pBI−FACP12は配列番号:1、pBI−FACP13は配列番号:25、pBI−FACP21は配列番号:26、またpBI−FACP61は配列番号:27にそれぞれ示した塩基配列をプロモーター配列として有する。また、一過性発現用ベクターとして、pBI−FACP12、13、21、および61それぞれのGUS遺伝子内のSnaB Iサイトに、イチゴquinone oxidoreductase由来のイントロン配列を挿入した。イントロン配列は、イチゴゲノムDNAを鋳型としてイチゴquinone oxidoreductase配列(Genbank AY158836)に基づき合成したFWプライマー(配列番号:23)とRVプライマー(配列番号:24)プライマーのPCR法で増幅した。これは、Agoroinfiltration法による一過性発現解析に際して、アグロバクテリウム内でのGUS遺伝子の発現を抑制させるためのものである。すなわち、イチゴ遺伝子由来のイントロン配列をGUS遺伝子内に挿入することで、植物のスプライシング機構を持たないアグロバクテリウムの菌体内で、GUS遺伝子の成熟したmRNA形成を阻害し、植物組織内の転写活性を測定可能とする(Vancanneyt et al.(1990)Mol Gen Genet 220:245−250、Hoffman et al.(2006)The Plant Journal 48,818−826)。イントロン配列を挿入したpBI−FACPベクターは、それぞれpBI−FACP12int、pBI−FACP13int、pBI−FACP21intおよびpBI−FACP61intと表記した(図3)。
6). Preparation of β-glucuronidase gene (GUS) expression vector pCR2.1-FACP12, 13, 21 and 61 were treated with the enzyme corresponding to the restriction enzyme recognition site added to each primer site, and the dilation fragment was recovered. This was mixed with pBI101 (Jefferson et al. (1987) The EMBO Journal vol. 6 no13.pp3901-3907) treated with the same restriction enzyme as the end of each dilation fragment to perform GUS expression for plant expression. Plasmid vectors pBI-FACP12, 13, 21, and 61 were prepared (FIG. 3). The dilation fragment of each CHS promoter inserted into pBI-FACP is located 5 ′ upstream of the GUS gene, pBI-FACP12 is SEQ ID NO: 1, pBI-FACP13 is SEQ ID NO: 25, and pBI-FACP21 is a sequence. No. 26, and pBI-FACP61 has the base sequence shown in SEQ ID NO: 27 as a promoter sequence. In addition, as a transient expression vector, an intron sequence derived from strawberry quinone oxidoreductase was inserted into the SnaB I site in each of the GUS genes of pBI-FACP12, 13, 21, and 61. The intron sequence was amplified by the PCR method of FW primer (SEQ ID NO: 23) and RV primer (SEQ ID NO: 24) primer synthesized based on the strawberry quinone oxidoreductase sequence (Genbank AY1588836) using strawberry genomic DNA as a template. This is for suppressing the expression of the GUS gene in Agrobacterium during the transient expression analysis by the Agoroinfiltration method. That is, by inserting an intron sequence derived from the strawberry gene into the GUS gene, it inhibits the formation of mature mRNA of the GUS gene in the body of Agrobacterium which does not have a plant splicing mechanism, and transcription activity in plant tissues (Vancanyet et al. (1990) Mol Gen Genet 220: 245-250, Hoffman et al. (2006) The Plant Journal 48, 818-826). The pBI-FACP vectors into which intron sequences were inserted were designated as pBI-FACP12int, pBI-FACP13int, pBI-FACP21int and pBI-FACP61int, respectively (FIG. 3).

7.Agroinfiltration法による一過性発現解析
前記6で作製した一過性発現用pBI−FACPintベクター4種を、直接導入法にてアグロバクテリウム(菌株LBA4404)に導入した。獲得したカナマイシン耐性株を用いて、Agroinfiltration法による果実の一過性発現解析を実施した。Agroinfiltraion法は、Spolaoreらの方法(Spolaore et al.(2001)Journal of Experimental Botany,vol.52,No.357pp.845−850)に従い実施した。pBI−FACPintベクターを保持するアグロバクテリウムの菌液をイチゴに接種、22℃16時間の光条件で静置した。静置後のイチゴ果実より横断面の切片を切り出し、これをGUS染色液((1mM X−Gluc、100mMリン酸緩衝液(pH7.0)、0.1% Triton X−100、10mM K(CN)、10mMK(CN)、10mM EDTA、20%メタノール)に浸漬して、37℃で12時間暗所に静置した。静置後は、染色液を70%エタノールに置換し、発色反応を停止した。果実切片の染色の程度によりGUS活性を確認した。FACP12、13、21、61のいずれからもGUS活性を示す発色が認められた。特にFACP12では、対照として供試したCaMV35Sプロモーターを有するpBI121:GUS(Jefferson et al.(1987)The EMBO Journal vol.6 no13.pp3901−3907)を導入したアグロバクテリウム接種区(一過性発現用にイチゴ遺伝子由来イントロン配列をGUS遺伝子内に挿入済み:pBI121int)より強い発色が認められた(図4)。この結果から、FACP12に含まれる140塩基の塩基配列に花托プロモーター活性があることが確認できた。
7). Transient expression analysis by Agroinfiltration method Four types of pBI-FACPint vectors for transient expression prepared in the above 6 were introduced into Agrobacterium (strain LBA4404) by the direct introduction method. Using the acquired kanamycin resistant strain, a transient expression analysis of the fruit by the Agroinfiltration method was performed. The Agroinfiltration method was carried out according to the method of Spoleore et al. (Spoleore et al. (2001) Journal of Experimental Botany, vol. 52, No. 357 pp. 845-850). Strains of Agrobacterium carrying the pBI-FACPint vector were inoculated on strawberries and allowed to stand under light conditions at 22 ° C. for 16 hours. A section of a cross section was cut out from the strawberry fruit after standing, and this was cut into a GUS staining solution ((1 mM X-Gluc, 100 mM phosphate buffer (pH 7.0), 0.1% Triton X-100, 10 mM K 3 ( CN) 6 , 10 mM K 4 (CN) 6 , 10 mM EDTA, 20% methanol) and allowed to stand in the dark for 12 hours at 37 ° C. After standing, the staining solution was replaced with 70% ethanol, The color reaction was stopped, and GUS activity was confirmed by the degree of staining of the fruit slices, and color development showing GUS activity was observed from any of FACP12, 13, 21, and 61. Especially in FACP12, CaMV35S used as a control was tested. PBI121 with promoter: GUS (Jefferson et al. (1987) The EMBO Journal vol. 6 no 13. Stronger color was observed than in the Agrobacterium-inoculated section into which pp3901-3907) was introduced (the strawberry gene-derived intron sequence was inserted into the GUS gene for transient expression: pBI121int) (FIG. 4). From the results, it was confirmed that the 140-base sequence contained in FACP12 has flower bud promoter activity.

8.形質転換イチゴFACP系統の作製
前記6で作製したpBI−FACPベクター4種を、直接導入法にてアグロバクテリウム(菌株LBA4404)に導入した。獲得したカナマイシン耐性株を用いて、イチゴ(品種’エッチエス−138’)を形質転換した。カナマイシン添加培地を用いてカルス誘導と再分化を行い、カナマイシン耐性の形質転換イチゴを得た。形質転換イチゴの葉からDNAを抽出して、GUS遺伝子の導入をPCRで確認した。対照としてpBI121:GUS((Jefferson et al.(1987)The EMBO Journal vol.6 no13.pp3901−3907)を導入した、CaMV35Sプロモーターで転写制御されたGUS発現形質転換イチゴも作製した。
8). Production of Transformed Strawberry FACP Line Four pBI-FACP vectors produced in the above 6 were introduced into Agrobacterium (strain LBA4404) by the direct introduction method. The acquired kanamycin resistant strain was used to transform a strawberry (variety 'HSS-138'). Callus induction and redifferentiation were performed using a kanamycin-added medium to obtain a transformed strawberry resistant to kanamycin. DNA was extracted from the leaves of the transformed strawberry, and introduction of the GUS gene was confirmed by PCR. As a control, a GUS-expressing transformed strawberry that was transcriptionally controlled by the CaMV35S promoter, into which pBI121: GUS ((Jefferson et al. (1987) The EMBO Journal vol. 6 no13.pp3901-3907) was introduced was also prepared.

9.形質転換イチゴ果実のGUS染色によるプロモーター活性の確認
前記7で得られたFACP各系統の培養苗を特定網室内にて馴化し、培養土に移植して果実栽培を行った。赤熟果を収穫の対象とし、FACP21およびFACP61系統の果実を採取した。収穫した果実より切片を切り出し、GUS染色液に浸漬し、37℃で12時間暗所に静置した。静置後は、染色液を70%エタノールに置換し、発色反応を停止した。果実切片の染色の程度によりGUS活性を確認した。カリフラワーモザイクウイルス35SプロモーターとGUS遺伝子を導入した形質転換体(35S:GUS系統)より採取したイチゴ果実と非組換えイチゴ果実を比較対照として用いた。FACP21系統とFACP61系統の果実で発色が認められた。なかでも、FACP21系統で強い発色が認められた。発色は皮層、維管束、髄、中心柱と花托組織全域に認められたが、特に維管束で強い発色をする傾向があった。なお、痩果表皮の一部にも発色が認められた。FACP61系統は35S:GUS系統と同程度の発色が認められた(図5)。
9. Confirmation of Promoter Activity by GUS Staining of Transformed Strawberry Fruit The cultured seedlings of each FACP line obtained in 7 above were acclimated in a specific net room and transplanted to a culture soil for fruit cultivation. The fruits of FACP21 and FACP61 were collected with red ripe fruits as the target for harvesting. A section was cut out from the harvested fruit, immersed in a GUS stain, and allowed to stand in the dark at 37 ° C. for 12 hours. After standing, the staining solution was replaced with 70% ethanol to stop the color reaction. GUS activity was confirmed by the degree of staining of the fruit slices. Strawberry fruits and non-recombinant strawberry fruits collected from a transformant (35S: GUS strain) introduced with cauliflower mosaic virus 35S promoter and GUS gene were used as comparative controls. Color development was observed in the fruits of FACP21 and FACP61. In particular, strong color development was observed in the FACP21 line. Color development was observed in the cortex, vascular bundle, pith, central column and all areas of the floret tissue, but there was a tendency to develop strong color especially in the vascular bundle. In addition, coloring was recognized also in a part of strawberry fruit skin. The FACP61 line showed the same color development as the 35S: GUS line (FIG. 5).

続いて、FACP12およびFACP13系統の果実を採取し、前記と同様に果実のGUS染色を行った。両系統の果実で、FACP21系統と比べると発色程度は劣るが、GUS活性を示す発色がみとめられた(図6)。  Subsequently, the fruits of FACP12 and FACP13 were collected and GUS staining of the fruits was performed in the same manner as described above. In both fruits, the color development was inferior to that of the FACP21 strain, but a color showing GUS activity was observed (FIG. 6).

最も発色が強かったFACP21系統について、赤熟果の他、果実成熟初期の緑色果と、成熟中期の白色果のGUS染色を行った。その結果、緑色果と白色果共にGUS染色が認められた。このことから花托高発現CHSプロモーターは、果実の成熟過程の全般にわたり花托において転写活性を有することがわかった(図7)。  For the FACP21 line that showed the strongest color development, GUS staining was performed for red fruits and green fruits at the early stage of fruit ripening and white fruits at the middle stage of ripening. As a result, GUS staining was observed for both green and white fruits. This indicates that the highly flowering CHS promoter has transcriptional activity in florets throughout the fruit ripening process (FIG. 7).

10.形質転換イチゴ果実の定量的GUS活性の測定とプロモーター評価−1
花托におけるGUS活性を定量的に評価するため、Jeffersonらの方法(Jefferson et al.(1987)The EMBO Journal vol.6no13.pp3901−3907)に従って4−MU生成反応を指標とした蛍光法による測定を行った。FACP21系統より採取したイチゴ果実より蔕を除去し(痩果を含む花托)、これを5倍量(w/v)のGUS抽出緩衝液(50mMリン酸ナトリウム緩衝液(pH7.0)、10mM EDTA、0.1% Triton X−100、0.1%サルコシル、10mM β−メルカプトエタノール、Complete protease inhibitor cooktail(Roche社))で、乳棒と乳鉢を用いて磨砕し、磨砕液を遠心分離し、上清を回収しタンパク質抽出液とした。上清10μlを分取し、蛍光基質溶液(1mM MUG)500ulに添加・混和し、37℃15分間反応を行った。反応液は100ulを分取し、0.2M炭酸ナトリウム900ulに添加し反応を停止した。停止後の反応液に含まれる4−MUの蛍光を測定し(365nm励起、455nm発光)、GUS活性を算出した。また、タンパク質抽出液のタンパク質濃度をプロテインアッセイキット(BIO−RAD社)で定量した。FACP21系統と35S:GUS系統の果実におけるGUS活性の測定結果を図8に示す。35S:GUS系統の葉において、最も高いGUS活性が観察されたが、果実のGUS活性は葉と比べ著しく減少した。FACP21系統の果実では、35S:GUS系統の果実の5倍弱のGUS活性が認められた。35S:GUS系統では、果実より葉のGUS活性が高い結果となったが、FACP21系統では逆転して葉より果実の方が高いGUS活性が認められた。
10. Measurement of quantitative GUS activity and promoter evaluation of transformed strawberry fruit-1
In order to quantitatively evaluate GUS activity in flower buds, measurement by a fluorescence method using 4-MU production reaction as an index according to the method of Jefferson et al. (Jefferson et al. (1987) The EMBO Journal vol. 6no13.pp3901-3907) went. Strawberries are removed from the strawberry fruit collected from the FACP21 strain (flower buds containing berries), and this is 5 times (w / v) GUS extraction buffer (50 mM sodium phosphate buffer (pH 7.0), 10 mM EDTA, 0.1% Triton X-100, 0.1% sarkosyl, 10 mM β-mercaptoethanol, Complete protease inhibitor cooktail (Roche)) using a pestle and mortar, centrifuging the milled liquid, The supernatant was recovered and used as a protein extract. 10 μl of the supernatant was collected, added to and mixed with 500 ul of a fluorescent substrate solution (1 mM MUG), and reacted at 37 ° C. for 15 minutes. 100 ul of the reaction solution was collected and added to 900 ul of 0.2 M sodium carbonate to stop the reaction. The fluorescence of 4-MU contained in the reaction solution after stopping was measured (excitation at 365 nm, emission at 455 nm), and GUS activity was calculated. The protein concentration of the protein extract was quantified with a protein assay kit (BIO-RAD). The measurement results of GUS activity in the fruits of the FACP21 line and the 35S: GUS line are shown in FIG. The highest GUS activity was observed in the leaves of the 35S: GUS line, but the GUS activity of the fruits was significantly reduced compared to the leaves. In the fruit of FACP21 line, GUS activity 5 times less than that of the fruit of 35S: GUS line was observed. In the 35S: GUS line, the GUS activity of the leaf was higher than that of the fruit, but in the FACP21 line, the GUS activity was reversed and the fruit was higher than the leaf.

同じ実験を、別途採取した試料を用いて行った。FACP21系統と35S:GUS系統の果実・葉におけるGUS活性の測定結果を図9に示す。前記の結果と同様の結果が得られた。FACP21系統では、葉より果実のGUS活性が高く、35S:GUS系統の果実の2倍弱の活性が認められた。以上から花托高発現CHS由来のプロモーターは、花托において既存で汎用されている35Sプロモーターより高い転写活性を有することがわかった。  The same experiment was performed using a sample collected separately. The measurement results of GUS activity in the fruits and leaves of the FACP21 line and the 35S: GUS line are shown in FIG. Similar results to those described above were obtained. In the FACP21 line, the GUS activity of the fruit was higher than that of the leaf, and an activity almost twice as high as that of the fruit of the 35S: GUS line was observed. From the above, it was found that the promoter derived from CHS highly expressing CHS has higher transcriptional activity than the 35S promoter that is already widely used in florets.

11.形質転換イチゴ果実の定量的GUS活性の測定とプロモーター評価−2
果実色によりイチゴ果実の成熟段階を3つに分けて、各段階のGUS活性を測定してプロモーター活性の推移を評価した。果実成熟初期を緑色果「Green]とし、成熟中期を白色果「White」とし、成熟後期を赤熟果「Red」とした。GUS活性の測定方法は前段の方法と同様。35S:GUS系統、FACP21系統およびFACP61系統で比較をおこなった。結果を図10に示す。35S:GUS系統とFACP21系統で高いGUS活性が認められ、また成熟初期の活性が高かった。FACP21系統で、概ね35S:GUS系統よりも高い活性が認められたことから、高校発現CHS由来のプロモーターは、花托において既存の35Sプロモーターよりも高い転写活性を有することがわかった。
11. Measurement of quantitative GUS activity and promoter evaluation of transformed strawberry fruit-2
The maturation stage of strawberry fruit was divided into three according to the fruit color, and the transition of the promoter activity was evaluated by measuring the GUS activity at each stage. The early stage of fruit ripening was green fruit “Green”, the middle ripening stage was white fruit “White”, and the late ripening stage was red ripened fruit “Red”. The method for measuring GUS activity is the same as the previous method. 35S: Comparison was made between the GUS line, the FACP21 line, and the FACP61 line. The results are shown in FIG. 35S: GUS activity and FACP21 strain showed high GUS activity, and the activity at the early stage of maturation was high. Since the FACP21 line generally showed higher activity than the 35S: GUS line, it was found that the high school-expressed CHS-derived promoter had higher transcriptional activity than the existing 35S promoter in florets.

本発明によれば、花托で転写活性を有するプロモーターを提供することができ、イチゴ等の偽果を構成する花托において組換え遺伝子を発現させることが可能となる。さらに、本発明の花托プロモーターと有用タンパク質の遺伝子を利用することで、植物に有用タンパク質を生産させることができる。組換え植物による有用タンパク質生産では、微生物や培養細胞を用いた生産とくらべ生産コストが低く、栽培環境の調整で生産規模の管理を容易にすることができる。また、ウイルス等動物由来の病原体の汚染を回避することができるため、安全性も確保できる。果実に有用タンパク質を生産することができるので、植物体からの精製を必要とせず、そのまま経口によって該有効タンパク質を摂取することを可能とする。従来は注射等による侵襲性投与が行われた有用タンパク質においては、非侵襲性の投与を可能とし、侵襲ストレスを回避も可能とする。加熱処理を必要としないイチゴ等の生食可能な植物種を選択することで、熱変性による有用タンパク質の失活を回避することもできる。  ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the promoter which has transcription activity in a flower bud can be provided, and it becomes possible to express a recombinant gene in the flower bud which comprises false fruits, such as a strawberry. Furthermore, a useful protein can be produced by a plant by using the flower bud promoter and the gene of the useful protein of the present invention. In useful protein production by recombinant plants, production costs are lower than production using microorganisms and cultured cells, and the production scale can be easily controlled by adjusting the cultivation environment. Further, since contamination with animal-derived pathogens such as viruses can be avoided, safety can be ensured. Since useful protein can be produced in the fruit, it is possible to ingest the effective protein as it is, without requiring purification from the plant body. Conventionally, useful proteins that have been invasively administered by injection or the like can be noninvasively administered and can avoid invasive stress. By selecting plant species that can be eaten raw such as strawberries that do not require heat treatment, it is possible to avoid inactivation of useful proteins due to heat denaturation.

Claims (15)

以下の(a)、(b)または(c)に記載のDNAからなる、花托プロモーター
(a)配列番号:1に記載の塩基配列からなるDNA
(b)配列番号:1に記載の塩基配列において1もしくは数個の核酸の挿入、欠損または置換を有する塩基配列からなり、かつ花托プロモーター機能を有するDNA
(c)配列番号:1に記載の塩基配列と相補的な塩基配列からなるDNAとストリンジェントな条件でハイブリダイズし、かつ花托プロモーター機能を有するDNA
The DNA comprising the DNA sequence described in (a), (b) or (c) below, and the DNA sequence comprising the base sequence described in SEQ ID NO: 1
(B) DNA having a base sequence having insertion, deletion or substitution of one or several nucleic acids in the base sequence described in SEQ ID NO: 1 and having a flower promoter function
(C) DNA that hybridizes under stringent conditions with DNA consisting of a base sequence complementary to the base sequence described in SEQ ID NO: 1 and has a flower promoter function
配列番号:2で示される塩基配列より選択される連続した部分配列であって、かつ
配列番号:2の4509位〜4648位の塩基配列(配列番号:1)をコアプロモーター領域として含有することを特徴とするDNAからなる花托プロモーター
A continuous partial sequence selected from the nucleotide sequence represented by SEQ ID NO: 2 and containing the nucleotide sequence (SEQ ID NO: 1) at positions 4509 to 4648 of SEQ ID NO: 2 as a core promoter region Flower bud promoter consisting of characteristic DNA
請求項2に記載の塩基配列において、1もしくは数個の核酸の挿入、欠損または置換を有し、かつ花托プロモーター機能を有するDNAからなる花托プロモーターThe floret promoter comprising DNA having insertion, deletion or substitution of one or several nucleic acids and having a floret promoter function in the base sequence according to claim 2. 請求項2に記載の塩基配列と相補的な塩基配列からなるDNAとストリンジェントな条件でハイブリダイズし、かつ花托プロモーター機能を有するDNAからなる花托プロモーターA flower bud promoter comprising a DNA hybridized under stringent conditions with a DNA comprising a base sequence complementary to the base sequence of claim 2 and having a flower bud promoter function. 以下の(a)、(b)または(c)に記載のDNAからなる花托プロモーター
(a)配列番号:25から27のいずれかに記載の塩基配列からなるDNA
(b)配列番号:25から27のいずれかに記載の塩基配列において1もしくは数個の核酸の挿入、欠損または置換を有する塩基配列からなり、かつ花托プロモーター機能を有するDNA
(c)配列番号:25から27のいずれかに記載の塩基配列と相補的な塩基配列からなるDNAとストリンジェントな条件でハイブリダイズし、かつ花托プロモーター機能を有するDNA
The floret promoter comprising the DNA of the following (a), (b) or (c) (a) the DNA comprising the base sequence of any one of SEQ ID NOs: 25 to 27
(B) DNA comprising a base sequence having insertion, deletion or substitution of one or several nucleic acids in the base sequence of SEQ ID NO: 25 to 27 and having a flower promoter function
(C) DNA that hybridizes under stringent conditions with a DNA consisting of a base sequence complementary to the base sequence of SEQ ID NO: 25 to 27 and has a flower promoter function
請求項1、2、3、4、または5に記載の花托プロモーターと、当該プロモーターの転写制御下にある任意の遺伝子とを含む、植物発現カセットA plant expression cassette comprising the floret promoter according to claim 1, 2, 3, 4, or 5, and an arbitrary gene under transcriptional control of the promoter. 請求項6に記載の植物発現カセットを含む植物発現ベクター。A plant expression vector comprising the plant expression cassette according to claim 6. 請求項6に記載の植物発現カセットを保持した形質転換植物細胞。A transformed plant cell holding the plant expression cassette according to claim 6. 請求項7に記載の植物発現ベクターが導入された形質転換植物細胞。A transformed plant cell into which the plant expression vector according to claim 7 has been introduced. 請求項8または請求項9に記載の細胞が保持された形質転換植物。A transformed plant in which the cell according to claim 8 or 9 is retained. 請求項10に記載された形質転換植物の子孫またはクローンである、形質転換植物。A transformed plant which is a descendant or clone of the transformed plant of claim 10. 下記の(a)、(b)および(c)の工程を含む、任意の遺伝子を植物に導入して形質転換植物を作出する方法。
(a)請求項6に記載の植物発現カセットまたは請求項7に記載の植物発現ベクターを植物細胞に導入する工程
(b)該植物細胞から植物体を再生する工程
(c)導入した任意の遺伝子が花托において発現している該植物体を選抜する工程
A method for producing a transformed plant by introducing an arbitrary gene into a plant, comprising the following steps (a), (b) and (c):
(A) a step of introducing the plant expression cassette according to claim 6 or a plant expression vector according to claim 7 into a plant cell (b) a step of regenerating a plant from the plant cell (c) any gene introduced Selecting the plant that is expressed in the floret
細胞がイチゴからの細胞である請求項8または請求項9に記載の形質転換植物細胞The transformed plant cell according to claim 8 or 9, wherein the cell is a cell from strawberry. 植物がイチゴである請求項10または請求項11に記載の形質転換植物The transformed plant according to claim 10 or 11, wherein the plant is a strawberry. 植物がイチゴである請求項12に記載の方法The method according to claim 12, wherein the plant is a strawberry.
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