JP2011182759A - Gene increasing oil and fat productivity of plant and use method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、所定の遺伝子を導入した、又は内在する当該遺伝子の発現制御領域を改変した植物体、及び所定の遺伝子を導入する又は内在する当該遺伝子の発現制御領域を改変することによる油脂生産性を増大させる方法、油脂生産性が増大した植物体の製造方法に関する。 The present invention relates to a plant in which a predetermined gene has been introduced or a modified expression control region of the endogenous gene, and an oil / fat productivity by introducing the predetermined gene or by modifying the endogenous expression control region of the gene. The present invention relates to a method for increasing the amount of oil and fat, and a method for producing a plant having increased productivity.
植物は、その一部の組織自体(種子、根、葉茎など)を目的として栽培されたり、油脂などの種々の物質生産を目的として栽培されたりする。例えば、植物が生産する油脂としては、大豆油、ごま油、オリーブ油、椰子油、米油、綿実油、ひまわり油、コーン油、べに花油、パーム油及び菜種油等が古来より知られており、家庭用途や工業用途に広く利用されている。また、植物が生産する油脂は、バイオディーゼル燃料やバイオプラスチックの原料としても使用され、石油代替エネルギーとして適用性が広がっている。 Plants are cultivated for the purpose of producing a part of the tissue itself (seed, root, leaf stem, etc.) or for the purpose of producing various substances such as fats and oils. For example, as fats and oils produced by plants, soybean oil, sesame oil, olive oil, coconut oil, rice oil, cottonseed oil, sunflower oil, corn oil, bean flower oil, palm oil, rapeseed oil, etc. have been known since ancient times. Widely used in industrial applications. In addition, oils and fats produced by plants are also used as raw materials for biodiesel fuel and bioplastics, and their applicability is expanding as petroleum alternative energy.
非特許文献1には、シロイヌナズナにおけるトリアシルグリセロール(TAG)合成遺伝子(DGAT1遺伝子)過剰発現株は種子における油脂含量及び種子重量の増加をもたらすことが報告されている。DGAT1遺伝子は、TAG合成の最終ステップの律速酵素の遺伝子である。DGAT1遺伝子の発現を活性化する転写因子などを同定できれば、種子における油脂貯蔵量を増大させることができ、油脂の生産性を向上できることが期待される。また、本技術を応用すればナタネなどの実用植物においても、油脂の生産性を向上できることが期待される。
Non-patent
ところが、現在までDGAT1遺伝子の発現を活性化させるような技術は開発されておらず、DGAT1遺伝子の発現強化に基づく油脂の生産性向上技術は知られていなかった。そこで、上述したような実情に鑑み、植物における油脂生産性を大幅に向上させる新規な機能を有する遺伝子を探索し、植物における油脂生産性を大幅に増大できる技術を提供することを目的とする。 However, no technology that activates the expression of the DGAT1 gene has been developed so far, and no technology for improving fat productivity based on enhanced expression of the DGAT1 gene has been known. Then, in view of the above situation, it aims at searching the gene which has a novel function which improves the fats and oils productivity in a plant significantly, and providing the technique which can increase fats and oils productivity in a plant significantly.
上述した目的を達成するため、本発明者らが鋭意検討した結果、機能未知ではあるものの所定の遺伝子を導入する、又は内在する当該遺伝子の発現制御領域を改変することで、植物における油脂生産性を大幅に増大できるといった新規知見を見いだし、本発明を完成するに至った。 As a result of intensive studies by the present inventors to achieve the above-mentioned object, by introducing a predetermined gene although its function is unknown, or by altering the expression control region of the gene concerned, oil and fat productivity in plants As a result, the present inventors have completed the present invention.
すなわち、本発明に係る植物体は、At3g19990遺伝子若しくは当該遺伝子に機能的に等価な遺伝子を導入した、又は内在する当該遺伝子の発現制御領域を改変したものである。 That is, the plant body according to the present invention is one obtained by introducing the At3g19990 gene or a gene functionally equivalent to the gene, or by modifying the expression control region of the gene concerned.
また、本発明に係る油脂生産性を増大させる方法は、At3g19990遺伝子若しくは当該遺伝子に機能的に等価な遺伝子を導入する、又は内在する当該遺伝子の発現制御領域を改変する方法である。 In addition, the method for increasing fat and oil productivity according to the present invention is a method for introducing an At3g19990 gene or a gene functionally equivalent to the gene, or modifying an expression control region of the gene concerned.
さらに、本発明に係る植物体の製造方法は、At3g19990遺伝子若しくは当該遺伝子に機能的に等価な遺伝子を導入した、又は内在する当該遺伝子の発現制御領域を改変した形質転換植物を準備する工程と、前記形質転換植物の後代植物の油脂生産性を測定し、油脂生産性が有意に向上した系統を選抜する工程とを含む方法である。 Furthermore, the method for producing a plant according to the present invention includes a step of preparing a transformed plant into which an At3g19990 gene or a gene functionally equivalent to the gene is introduced, or in which an expression control region of the gene is modified, Measuring the fat and oil productivity of a progeny plant of the transformed plant, and selecting a line having significantly improved fat and oil productivity.
本発明において、上記遺伝子は、以下の(a)〜(c)のいずれかのタンパク質をコードするものであることが好ましい。 In the present invention, the gene preferably encodes any of the following proteins (a) to (c).
(a)配列番号2に示すアミノ酸配列を含むタンパク質
(b)配列番号2に示すアミノ酸配列において1又は複数個のアミノ酸が欠失、置換、付加又は挿入されたアミノ酸配列を含み、種子に特異的に発現し、種子内の種子合成に関与する機能を有するタンパク質
(c)配列番号1に示す塩基配列の相補的な塩基配列からなるポリヌクレオチドに対してストリンジェントな条件下においてハイブリダイズするポリヌクレオチドによってコードされ、種子に特異的に発現し、種子内の種子合成に関与する機能を有するタンパク質
(A) a protein comprising the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2 (b) containing an amino acid sequence in which one or more amino acids are deleted, substituted, added or inserted in the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2 and specific for seeds A protein that has a function involved in seed synthesis in seeds (c) a polynucleotide that hybridizes under stringent conditions to a polynucleotide comprising a base sequence complementary to the base sequence shown in SEQ ID NO: 1 Is a protein that has a function of being specifically expressed in seeds and involved in seed synthesis in seeds.
また、本発明において、上記機能的に等価な遺伝子は、シロイヌナズナ以外の生物由来であって、種子に特異的に発現し、種子内の種子合成に関与する機能を有するタンパク質をコードする遺伝子を挙げることができる。 In the present invention, the functionally equivalent gene is a gene derived from an organism other than Arabidopsis thaliana, which expresses specifically in the seed and encodes a protein having a function related to seed synthesis in the seed. be able to.
本発明において対象とする植物は、双子葉植物、例えばアブラナ科植物、アブラナ科植物の中でもシロイヌナズナやナタネを挙げることができる。一方、本発明において対象とする植物は、単子葉植物、例えばイネ科植物、イネ科植物の中でもイネやサトウキビを挙げることができる。 Examples of plants to be used in the present invention include dicotyledonous plants such as Arabidopsis plants and Brassicaceae plants. On the other hand, the target plant in the present invention includes monocotyledonous plants such as rice and sugar cane among grasses and gramineous plants.
本発明に係る植物体は、野生型と比較して種子一粒あたりの油脂含量及び種子の大きさが有意に増大するといった特徴を示すため油脂生産性が顕著に向上したものとなる。また、本発明に係る油脂生産性を増大させる方法は、対象とする植物の野生型と比較して、種子一粒あたりの油脂含量及び種子の大きさを大幅に増大することができる。さらに、本発明に係る植物体の製造方法は、野生型と比較して油脂生産性が大幅に向上した植物体を製造することができる。したがって、本発明を適用することによって、例えば、植物に含まれる油脂を生産物としたとき及び/又は種子を生産物としたときの生産性の向上を達成することができる。 The plant according to the present invention has a characteristic that the fat content per seed and the seed size are significantly increased as compared to the wild type, and therefore the fat productivity is remarkably improved. Moreover, the method for increasing the fat productivity according to the present invention can greatly increase the fat content and seed size per seed grain as compared to the wild type of the target plant. Furthermore, the manufacturing method of the plant body which concerns on this invention can manufacture the plant body which fat and oil productivity improved significantly compared with the wild type. Therefore, by applying the present invention, it is possible to achieve an improvement in productivity when, for example, oils and fats contained in plants are used as products and / or seeds are used as products.
以下、本発明を詳細に説明する。 Hereinafter, the present invention will be described in detail.
本発明に係る植物体は、シロイヌナズナAt3g19990遺伝子若しくは当該遺伝子に機能的に等価な遺伝子を植物体内に導入したもの、又は内在する当該遺伝子の発現制御領域を改変したものであり、野生型と比較して油脂生産性が有意に増大したものである。対象とする遺伝子を外来的に植物体内に導入するか、内在する遺伝子の発現制御領域を改変することによって、対象とする遺伝子の発現量を野生型における発現量と比較して有意に大とすることができる。本発明に係る植物体としては、上記At3g19990遺伝子を植物組織の全体に亘って発現させたものであっても良いが、植物組織の少なくとも一部において発現させたものであっても良い。ここで植物組織とは、葉、茎、種子、根及び花等の植物器官を含む意味である。特に、上記At3g19990遺伝子を種子において特異的に発現させることが好ましい。 The plant according to the present invention is an Arabidopsis thaliana At3g19990 gene or a gene functionally equivalent to the gene introduced into the plant, or a modified expression control region of the gene of interest, compared to the wild type. Therefore, the oil productivity is significantly increased. Significantly increase the expression level of the target gene compared to the wild-type expression level by introducing the target gene exogenously into the plant or modifying the expression control region of the endogenous gene be able to. The plant according to the present invention may be one in which the At3g19990 gene is expressed throughout the plant tissue, or may be expressed in at least a part of the plant tissue. Here, the plant tissue is meant to include plant organs such as leaves, stems, seeds, roots and flowers. In particular, it is preferable to specifically express the At3g19990 gene in seeds.
また、発現制御領域とは、RNAポリメラーゼが結合するプロモーター領域及びその他の転写因子が結合する領域を含む意味である。転写制御領域の改変としては、内在する転写制御領域のうち例えばプロモーター領域を、より高発現が可能なプロモーター領域に置換することが好ましい。 The expression control region means a promoter region to which RNA polymerase binds and a region to which other transcription factors bind. As a modification of the transcription control region, it is preferable to replace, for example, the promoter region in the endogenous transcription control region with a promoter region capable of higher expression.
ここで、油脂生産性が増大するとは、種子一粒あたりに含まれる油脂量が増大すると言い換えることができる。また、油脂生産性が増大するとは、種子の大きさが増大すると言い換えることができる。すなわち、本発明に係る植物体は、At3g19990遺伝子若しくは当該遺伝子に機能的に等価な遺伝子を植物体内に導入したもの、又は内在する当該遺伝子の発現制御領域を改変したものであり、野生型と比較して種子一粒あたりに含まれる油脂量及び種子の大きさが有意に増大したものであると言い換えることができる。 Here, the increase in fat and oil productivity can be paraphrased as an increase in the amount of fat and oil contained per seed. Moreover, it can be paraphrased that oil-and-oil productivity increases that the magnitude | size of a seed increases. That is, the plant according to the present invention is a product obtained by introducing the At3g19990 gene or a gene functionally equivalent to the gene into the plant, or a modified expression control region of the endogenous gene, compared with the wild type. In other words, it can be said that the amount of fats and oils and the size of seeds contained per seed are significantly increased.
At3g19990遺伝子
本発明において、植物体には、シロイヌナズナAt3g19990遺伝子を導入する。ここで、At3g19990遺伝子におけるコーディング領域の塩基配列を配列番号1に示し、At3g19990遺伝子によりコードされるタンパク質のアミノ酸配列を配列番号2に示す。また、本発明において、At3g19990遺伝子と機能的に等価な遺伝子を植物体内に導入しても良い。ここで機能的に等価な遺伝子とは、例えばシロイヌナズナ以外の生物由来であって、At3g19990遺伝子に相当する遺伝子の意味である。
At3g19990 gene In the present invention, an Arabidopsis At3g19990 gene is introduced into a plant. Here, the base sequence of the coding region in the At3g19990 gene is shown in SEQ ID NO: 1, and the amino acid sequence of the protein encoded by the At3g19990 gene is shown in SEQ ID NO: 2. In the present invention, a gene functionally equivalent to the At3g19990 gene may be introduced into the plant body. Here, the functionally equivalent gene means, for example, a gene derived from an organism other than Arabidopsis thaliana and corresponding to the At3g19990 gene.
上記シロイヌナズナ以外の生物に由来するAt3g19990遺伝子と機能的に等価な遺伝子は、特に限定されず、種々の生物に関する遺伝子配列を格納したデータベースを検索することで特定することができる。すなわち、配列番号1に示した塩基配列又は配列番号2に示した塩基配列をクエリー配列として、例えばDDBJ/EMBL/GenBank国際塩基配列データベースやSWISS-PROTデータベースを検索し、公知のデータベースから容易に検索・同定することができる。 A gene functionally equivalent to the At3g19990 gene derived from organisms other than the above Arabidopsis thaliana is not particularly limited, and can be identified by searching a database storing gene sequences relating to various organisms. That is, using the base sequence shown in SEQ ID NO: 1 or the base sequence shown in SEQ ID NO: 2 as a query sequence, for example, search the DDBJ / EMBL / GenBank international base sequence database or SWISS-PROT database, and easily search from known databases -Can be identified.
なお、本発明においてAt3g19990遺伝子としては、上述したような配列番号で特定される塩基配列及びアミノ酸配列からなる遺伝子に限定されるものではない。すなわち、At3g19990遺伝子としては、配列番号2で特定されるアミノ酸配列において1又は複数個のアミノ酸配列が欠失、置換、付加又は挿入されたアミノ酸配列を含み、且つ、種子特異的に発現し、種子内の種子合成に関与する機能を有するタンパク質であっても良い。ここで、複数個のアミノ酸としては、例えば、1から40個、好ましくは1から20個、より好ましくは1から10個、さらに好ましくは1個から5個、特に好ましくは1個から3個を意味する。なお、アミノ酸の欠失、置換若しくは付加は、上記At3g19990遺伝子を当該技術分野で公知の手法によって改変することによって行うことができる。塩基配列に変異を導入するには、Kunkel法またはGapped duplex法等の公知手法又はこれに準ずる方法により行うことができ、例えば部位特異的突然変異誘発法を利用した変異導入用キット(例えばMutant-KやMutant-G(何れも商品名、TAKARA Bio社製))等を用いて、あるいはLA PCR in vitro Mutagenesisシリーズキット(商品名、TAKARA Bio社製)を用いて変異が導入される。また、変異導入方法としては、EMS(エチルメタンスルホン酸)、5-ブロモウラシル、2-アミノプリン、ヒドロキシルアミン、N-メチル-N’-ニトロ-Nニトロソグアニジン、その他の発ガン性化合物に代表されるような化学的変異剤を使用する方法でも良いし、X線、アルファ線、ベータ線、ガンマ線、イオンビームに代表されるような放射線処理や紫外線処理による方法でも良い。 In the present invention, the At3g19990 gene is not limited to the gene consisting of the base sequence and amino acid sequence specified by the sequence numbers as described above. That is, the At3g19990 gene includes an amino acid sequence in which one or a plurality of amino acid sequences are deleted, substituted, added or inserted in the amino acid sequence specified by SEQ ID NO: 2, and is expressed specifically in seeds. It may be a protein having a function involved in seed synthesis. Here, as the plurality of amino acids, for example, 1 to 40, preferably 1 to 20, more preferably 1 to 10, still more preferably 1 to 5, particularly preferably 1 to 3 means. Amino acid deletion, substitution or addition can be performed by modifying the above At3g19990 gene by a technique known in the art. Mutation can be introduced into a base sequence by a known method such as Kunkel method or Gapped duplex method or a method according thereto, for example, a mutation introduction kit (for example, Mutant-) using site-directed mutagenesis. Mutations are introduced using K, Mutant-G (both trade names, manufactured by TAKARA Bio) or the like, or using LA PCR in vitro Mutagenesis series kits (trade name, manufactured by TAKARA Bio). In addition, as a method for introducing mutations, EMS (ethyl methanesulfonic acid), 5-bromouracil, 2-aminopurine, hydroxylamine, N-methyl-N'-nitro-N nitrosoguanidine, and other carcinogenic compounds are representative. A method using a chemical mutagen such as that described above may be used, or a method using radiation treatment or ultraviolet treatment represented by X-rays, alpha rays, beta rays, gamma rays and ion beams may be used.
また、At3g19990遺伝子としては、上述したような配列番号で特定される塩基配列及びアミノ酸配列からなるAt3g19990遺伝子の相同遺伝子であってもよい。ここで、相同遺伝子とは、一般的に、共通の祖先遺伝子から進化分岐した遺伝子を意味しており、2種類の種の相同遺伝子(オルソログ(ortholog))及び同一種内で重複分岐により生じた相同遺伝子(パラログ(paralog))を含む意味である。換言すると、上述した「機能的に等価な遺伝子」にはオルソログやパラログといった相同遺伝子を含む意味である。但し、上述した「機能的に等価な遺伝子」には、共通遺伝子から進化せず、単に類似した機能を有する遺伝子も含まれている。 Further, the At3g19990 gene may be a homologous gene of the At3g19990 gene consisting of the base sequence and amino acid sequence specified by the sequence numbers as described above. Here, the homologous gene generally means a gene that has evolved and branched from a common ancestral gene, and is generated by two kinds of homologous genes (ortholog) and duplicated branching within the same species. It means to include homologous genes (paralog). In other words, the above-mentioned “functionally equivalent gene” includes homologous genes such as orthologs and paralogs. However, the above-mentioned “functionally equivalent genes” include genes that do not evolve from a common gene but simply have similar functions.
上述したような配列番号1の塩基配列及び配列番号2のアミノ酸配列で特定されるAt3g19990遺伝子に類似する遺伝子としては、これらアミノ酸配列に対する類似度(Similarity)が例えば70%以上、好ましくは80%以上、より好ましくは90%以上、最も好ましくは95%以上であるアミノ酸配列を有し、種子特異的に発現し、種子内の種子合成に関与する機能を有するタンパク質をコードする遺伝子を挙げることができる。ここで、類似度の値は、BLAST(Basic Local Alignment Search Tool)プログラムを実装したコンピュータプログラム及び遺伝子配列情報を格納したデータベースを用いてデフォルトの設定で求められる値を意味する。 As a gene similar to the At3g19990 gene specified by the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1 and the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2 as described above, the similarity (Similarity) to these amino acid sequences is, for example, 70% or more, preferably 80% or more And a gene encoding a protein having an amino acid sequence of 90% or more, most preferably 95% or more, expressed in a seed-specific manner, and having a function involved in seed synthesis in the seed. . Here, the value of similarity means a value obtained by default setting using a computer program in which a BLAST (Basic Local Alignment Search Tool) program is installed and a database storing gene sequence information.
また、配列番号1の塩基配列及び配列番号2のアミノ酸配列で特定されるAt3g19990遺伝子に類似する遺伝子は、植物ゲノム情報が明らかとなっていない場合には、対象となる植物からゲノムを抽出するか或いは対象となる植物のcDNAライブラリーを構築し、配列番号1の塩基配列からなるポリヌクレオチドの少なくとも一部に対して、ストリンジェントな条件下でハイブリダイズするゲノム領域或いはcDNAを単離することで同定することができる。ここで、ストリンジェントな条件とは、いわゆる特異的なハイブリッドが形成され、非特異的なハイブリッドが形成されない条件をいう。例えば、45℃、6×SSC(塩化ナトリウム/クエン酸ナトリウム)でのハイブリダイゼーション、その後の50〜65℃、0.2〜1×SSC、0.1%SDSでの洗浄が挙げられ、或いはそのような条件として、65〜70℃、1×SSCでのハイブリダイゼーション、その後の65〜70℃、0.3×SSCでの洗浄を挙げることができる。ハイブリダイゼーションは、J. Sambrook et al. Molecular Cloning, A Laboratory Manual, 2nd Ed., Cold Spring Harbor Laboratory(1989)に記載されている方法等、従来公知の方法で行うことができる。 If the gene similar to the At3g19990 gene specified by the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1 and the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2 is not known, is the genome extracted from the target plant? Alternatively, by constructing a cDNA library of the target plant and isolating a genomic region or cDNA that hybridizes under stringent conditions to at least a part of the polynucleotide comprising the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1. Can be identified. Here, stringent conditions refer to conditions under which so-called specific hybrids are formed and non-specific hybrids are not formed. For example, hybridization at 45 ° C. and 6 × SSC (sodium chloride / sodium citrate), followed by washing at 50 to 65 ° C., 0.2 to 1 × SSC, 0.1% SDS, or such conditions And hybridization at 65 to 70 ° C. and 1 × SSC, and subsequent washing at 65 to 70 ° C. and 0.3 × SSC. Hybridization can be performed by a conventionally known method such as the method described in J. Sambrook et al. Molecular Cloning, A Laboratory Manual, 2nd Ed., Cold Spring Harbor Laboratory (1989).
本発明に係る植物体は、At3g19990遺伝子若しくは当該遺伝子に機能的に等価な遺伝子を植物体内に導入するか、内在する当該遺伝子の発現制御領域を改変することによって、油脂生産性(種子一粒あたりの油脂含量及び種子の大きさ)が野生型と比較して有意に向上したものとなる。このAt3g19990遺伝子を植物体内に導入する手法としては、植物体内で発現を可能とするプロモーターの制御下に外因性のAt3g19990遺伝子を配置した発現ベクターを導入する手法をあげることができる。内在する当該遺伝子の発現制御領域を改変する手法としては、対象とする植物体における内在性のAt3g19990遺伝子のプロモーターを改変する手法を挙げることができる。 The plant body according to the present invention introduces the At3g19990 gene or a gene functionally equivalent to the gene into the plant body, or modifies the expression control region of the gene concerned, thereby improving the oil productivity (per seed grain). Oil content and seed size) are significantly improved compared to the wild type. As a method for introducing the At3g19990 gene into a plant, a method for introducing an expression vector in which an exogenous At3g19990 gene is arranged under the control of a promoter capable of expression in the plant can be mentioned. Examples of the technique for modifying the expression control region of the gene of interest include a technique for modifying the promoter of the endogenous At3g19990 gene in the target plant body.
一例としては、植物体内で発現を可能とするプロモーターの制御下に上述したAt3g19990遺伝子を配置した発現ベクターを対象の植物体に導入する手法が好ましい。 As an example, a method of introducing an expression vector in which the above-described At3g19990 gene is placed under the control of a promoter that enables expression in a plant is preferable.
発現ベクター
発現ベクターは、植物体内で発現を可能とするプロモーターと、上述したAt3g19990遺伝子とを含むように構築する。発現ベクターの母体となるベクターとしては、従来公知の種々のベクターを用いることができる。例えば、プラスミド、ファージ、またはコスミド等を用いることができ、導入される植物細胞や導入方法に応じて適宜選択することができる。具体的には、例えば、pBR322、pBR325、pUC19、pUC119、pBluescript、pBluescriptSK、pBI系のベクター等を挙げることができる。特に、植物体へのベクターの導入法がアグロバクテリウムを用いる方法である場合には、pBI系のバイナリーベクターを用いることが好ましい。pBI系のバイナリーベクターとしては、具体的には、例えば、pBIG、pBIN19、pBI101、pBI121、pBI221等を挙げることができる。
The expression vector expression vector is constructed so as to contain a promoter that enables expression in a plant and the above-described At3g19990 gene. Various vectors known in the art can be used as the base vector for the expression vector. For example, a plasmid, phage, cosmid or the like can be used, and can be appropriately selected according to the plant cell to be introduced and the introduction method. Specific examples include pBR322, pBR325, pUC19, pUC119, pBluescript, pBluescriptSK, and pBI vectors. In particular, when the method for introducing a vector into a plant is a method using Agrobacterium, it is preferable to use a pBI binary vector. Specific examples of the pBI binary vector include pBIG, pBIN19, pBI101, pBI121, pBI221, and the like.
プロモーターは、植物体内でAt3g19990遺伝子を発現させることが可能なプロモーターであれば特に限定されるものではなく、公知のプロモーターを好適に用いることができる。かかるプロモーターとしては、例えば、カリフラワーモザイクウイルス35Sプロモーター(CaMV35S)、各種アクチン遺伝子プロモーター、各種ユビキチン遺伝子プロモーター、ノパリン合成酵素遺伝子のプロモーター、タバコのPR1a遺伝子プロモーター、ナピン遺伝子プロモーター、オレオシン遺伝子プロモーター等を挙げることができる。この中でも、カリフラワーモザイクウイルス35Sプロモーター、アクチン遺伝子プロモーター又はユビキチン遺伝子プロモーターをより好ましく用いることができる。上記各プロモーターを用いれば、植物細胞内に導入されたときに任意の遺伝子を強く発現させることが可能となる。 The promoter is not particularly limited as long as it can express the At3g19990 gene in plants, and a known promoter can be preferably used. Examples of such promoters include cauliflower mosaic virus 35S promoter (CaMV35S), various actin gene promoters, various ubiquitin gene promoters, nopaline synthase gene promoters, tobacco PR1a gene promoter, napin gene promoter, oleosin gene promoter and the like. Can do. Among these, cauliflower mosaic virus 35S promoter, actin gene promoter, or ubiquitin gene promoter can be more preferably used. When each of the above promoters is used, any gene can be strongly expressed when introduced into a plant cell.
また、プロモーターとしては、植物における部位特異的に発現させる機能を有するものを使用することもできる。このようなプロモーターとしては、従来公知の如何なるプロモーターを使用することができる。このようなプロモーターを使用して、上記At3g19990遺伝子を部位特異的に発現させることによって、発現した植物器官を野生型と比較して増大させることができる。特に、種子特異的プロモーターを使用することによって、上記At3g19990遺伝子を種子において発現させることができ、種子に含まれる油脂含量及び種子の大きさを増大させることができる。 In addition, a promoter having a function of expressing in a site-specific manner in a plant can also be used. As such a promoter, any conventionally known promoter can be used. By using such a promoter and expressing the At3g19990 gene in a site-specific manner, the expressed plant organ can be increased compared to the wild type. In particular, by using a seed-specific promoter, the At3g19990 gene can be expressed in seeds, and the oil content and seed size contained in seeds can be increased.
なお、発現ベクターは、プロモーター及び上記At3g19990遺伝子に加えて、さらに他のDNAセグメントを含んでいてもよい。当該他のDNAセグメントは特に限定されるものではないが、ターミネーター、選別マーカー、エンハンサー、翻訳効率を高めるための塩基配列等を挙げることができる。また、上記組換え発現ベクターは、さらにT−DNA領域を有していてもよい。T−DNA領域は特にアグロバクテリウムを用いて上記組換え発現ベクターを植物体に導入する場合に遺伝子導入の効率を高めることができる。 The expression vector may further contain other DNA segments in addition to the promoter and the At3g19990 gene. The other DNA segment is not particularly limited, and examples thereof include a terminator, a selection marker, an enhancer, and a base sequence for improving translation efficiency. The recombinant expression vector may further have a T-DNA region. The T-DNA region can increase the efficiency of gene transfer particularly when Agrobacterium is used to introduce the recombinant expression vector into a plant body.
転写ターミネーターは転写終結部位としての機能を有していれば特に限定されるものではなく、公知のものであってもよい。例えば、具体的には、ノパリン合成酵素遺伝子の転写終結領域(Nosターミネーター)、カリフラワーモザイクウイルス35Sの転写終結領域(CaMV35Sターミネーター)等を好ましく用いることができる。この中でもNosターミネーターをより好ましく用いることできる。上記組換えベクターにおいては、転写ターミネーターを適当な位置に配置することにより、植物細胞に導入された後に、不必要に長い転写物を合成し、強力なプロモーターがプラスミドのコピー数を減少させるといった現象の発生を防止することができる。 The transcription terminator is not particularly limited as long as it has a function as a transcription termination site, and may be a known one. For example, specifically, the transcription termination region (Nos terminator) of the nopaline synthase gene, the transcription termination region of the cauliflower mosaic virus 35S (CaMV35S terminator) and the like can be preferably used. Of these, the Nos terminator can be more preferably used. In the above recombinant vector, the transcription terminator is placed at an appropriate position, and after being introduced into a plant cell, an unnecessarily long transcript is synthesized, and a strong promoter reduces the copy number of the plasmid. Can be prevented.
形質転換体選別マーカーとしては、例えば薬剤耐性遺伝子を用いることができる。かかる薬剤耐性遺伝子の具体的な一例としては、例えば、ハイグロマイシン、ブレオマイシン、カナマイシン、ゲンタマイシン、クロラムフェニコール等に対する薬剤耐性遺伝子を挙げることができる。これにより、上記抗生物質を含む培地中で生育する植物体を選択することによって、形質転換された植物体を容易に選別することができる。 As a transformant selection marker, for example, a drug resistance gene can be used. Specific examples of such drug resistance genes include drug resistance genes for hygromycin, bleomycin, kanamycin, gentamicin, chloramphenicol and the like. Thereby, the transformed plant body can be easily selected by selecting the plant body growing in the medium containing the antibiotic.
翻訳効率を高めるための塩基配列としては、例えばタバコモザイクウイルス由来のomega配列を挙げることができる。このomega配列をプロモーターの非翻訳領域(5’UTR)に配置させることによって、上記融合遺伝子の翻訳効率を高めることができる。このように、上記組換え発現ベクターには、その目的に応じて、さまざまなDNAセグメントを含ませることができる。 Examples of the base sequence for increasing the translation efficiency include an omega sequence derived from tobacco mosaic virus. By placing this omega sequence in the untranslated region (5′UTR) of the promoter, the translation efficiency of the fusion gene can be increased. As described above, the recombinant expression vector can contain various DNA segments depending on the purpose.
組換え発現ベクターの構築方法についても特に限定されるものではなく、適宜選択された母体となるベクターに、上記プロモーター、上記At3g19990遺伝子、および転写抑制転換ポリヌクレオチド、並びに必要に応じて上記他のDNAセグメントを所定の順序となるように導入すればよい。例えば、上記At3g19990遺伝子とプロモーターと(必要に応じて転写ターミネーター等)とを連結して発現カセットを構築し、これをベクターに導入すればよい。発現カセットの構築では、例えば、各DNAセグメントの切断部位を互いに相補的な突出末端としておき、ライゲーション酵素で反応させることで、当該DNAセグメントの順序を規定することが可能となる。なお、発現カセットにターミネーターが含まれる場合には、上流から、プロモーター、上記At3g19990遺伝子、ターミネーターの順となっていればよい。また、発現ベクターを構築するための試薬類、すなわち制限酵素やライゲーション酵素等の種類についても特に限定されるものではなく、市販のものを適宜選択して用いればよい。 The method for constructing the recombinant expression vector is not particularly limited, and the promoter, the At3g19990 gene, the transcriptional repression conversion polynucleotide, and other DNAs as necessary may be selected as appropriate base vectors. What is necessary is just to introduce a segment so that it may become a predetermined order. For example, an expression cassette may be constructed by linking the above At3g19990 gene and a promoter (such as a transcription terminator if necessary) and introduced into a vector. In the construction of the expression cassette, for example, the order of the DNA segments can be defined by setting the cleavage sites of each DNA segment as complementary protruding ends and reacting with a ligation enzyme. When the terminator is included in the expression cassette, the promoter, the above At3g19990 gene, and the terminator may be in order from the upstream. Further, the types of reagents for constructing the expression vector, that is, the types of restriction enzymes and ligation enzymes are not particularly limited, and commercially available ones may be appropriately selected and used.
また、上記発現ベクターの増殖方法(生産方法)も特に限定されるものではなく、従来公知の方法を用いることができる。一般的には大腸菌をホストとして当該大腸菌内で増殖させればよい。このとき、ベクターの種類に応じて、好ましい大腸菌の種類を選択してもよい。 Further, the method for propagating the above expression vector (production method) is not particularly limited, and a conventionally known method can be used. In general, Escherichia coli may be used as a host and propagated in the E. coli. At this time, a preferred E. coli type may be selected according to the type of vector.
形質転換
上述した発現ベクターは、一般的な形質転換方法によって対象の植物内に導入される。発現ベクターを植物細胞に導入する方法(形質転換方法)は特に限定されるものではなく、植物細胞に応じた適切な従来公知の方法を用いることができる。具体的には、例えば、アグロバクテリウムを用いる方法や直接植物細胞に導入する方法を用いることができる。アグロバクテリウムを用いる方法としては、例えば、Bechtold, E., Ellis, J. and Pelletier, G. (1993) In Planta Agrobacterium-mediated gene transfer by infiltration of adult Arabidopsis plants. C.R. Acad. Sci. Paris Sci. Vie, 316, 1194-1199. あるいは、Zyprian E, Kado Cl, Agrobacterium-mediated plant transformation by novel mini-T vectors in conjunction with a high-copy vir region helper plasmid. Plant Molecular Biology, 1990, 15(2), 245-256.に記載された方法を用いることができる。
Transformation The expression vector described above is introduced into a target plant by a general transformation method. The method (transformation method) for introducing the expression vector into the plant cell is not particularly limited, and any conventionally known method suitable for the plant cell can be used. Specifically, for example, a method using Agrobacterium or a method of directly introducing into plant cells can be used. Examples of methods using Agrobacterium include Bechtold, E., Ellis, J. and Pelletier, G. (1993) In Planta Agrobacterium-mediated gene transfer by infiltration of adult Arabidopsis plants. CR Acad. Sci. Paris Sci. Vie, 316, 1194-1199. Or Zyprian E, Kado Cl, Agrobacterium-mediated plant transformation by novel mini-T vectors in conjunction with a high-copy vir region helper plasmid.Plant Molecular Biology, 1990, 15 (2), The method described in 245-256 can be used.
発現ベクターを直接植物細胞に導入する方法としては、例えば、マイクロインジェクション法、エレクトロポレーション法(電気穿孔法)、ポリエチレングリコール法、パーティクルガン法、プロトプラスト融合法、リン酸カルシウム法等を用いることができる。 As a method for directly introducing an expression vector into a plant cell, for example, a microinjection method, an electroporation method (electroporation method), a polyethylene glycol method, a particle gun method, a protoplast fusion method, a calcium phosphate method, or the like can be used.
また、DNAを直接植物細胞に導入する方法を採るなら、対象とする遺伝子の発現に必要な転写ユニット、例えばプロモーターや転写ターミネーターと、対象とする遺伝子を含んだDNAであれば十分であり、ベクター機能は必須ではない。さらに、転写ユニットを有さない対象とする遺伝子のタンパク質コード領域のみを含むDNAであっても、宿主の転写ユニット内にインテグレートし、対象となる遺伝子を発現することができればよい。 In addition, if a method of directly introducing DNA into a plant cell is adopted, a transcription unit necessary for expression of the target gene, such as a promoter or transcription terminator, and DNA containing the target gene is sufficient, and a vector Function is not essential. Furthermore, even if it is DNA which contains only the protein coding region of the gene of interest which does not have a transcription unit, it can be integrated into the transcription unit of the host to express the gene of interest.
上記発現ベクターや、発現ベクターを含まず対象となる遺伝子を含んだ発現カセットが導入される植物細胞としては、例えば、花、葉、根等の植物器官における各組織の細胞、カルス、懸濁培養細胞等を挙げることができる。ここで、発現ベクターは、生産しようとする種類の植物体に合わせて適切なものを適宜構築してもよいが、汎用的な発現ベクターを予め構築しておき、それを植物細胞に導入してもよい。 Examples of the plant cell into which the expression vector or the expression cassette containing the gene of interest without the expression vector is introduced include, for example, cells of each tissue in plant organs such as flowers, leaves, roots, callus, suspension culture, etc. A cell etc. can be mentioned. Here, the expression vector may be appropriately constructed according to the type of plant to be produced, but a general-purpose expression vector is constructed in advance and introduced into plant cells. Also good.
発現ベクターの導入対象となる植物、換言すると油脂生産性(種子一粒あたりの油脂含量及び種子の大きさ)を増大させる対象の植物としては、特に限定されない。すなわち、上述したAt3g19990を発現させることによって、あらゆる植物体について油脂生産性(種子一粒あたりの油脂含量及び種子の大きさ)の増大効果を期待することができる。対象となる植物としては、例えば、双子葉植物、単子葉植物、例えばアブラナ科、イネ科、ナス科、マメ科、ヤナギ科等に属する植物(下記参照)が挙げられるが、これらの植物に限定されるものではない。 There are no particular limitations on the plant to which the expression vector is to be introduced, in other words, the plant on which the oil / fat productivity (fat content / seed size and seed size) is increased. That is, by expressing the above-mentioned At3g19990, it is possible to expect an effect of increasing the oil productivity (oil content and seed size per seed) for all plants. Examples of the target plant include dicotyledonous plants and monocotyledonous plants, for example, plants belonging to the family Brassicaceae, Gramineae, Eggplant, Legume, Willow, etc. (see below), but are limited to these plants. Is not to be done.
アブラナ科:シロイヌナズナ(Arabidopsis thaliana)、キャベツ(Brassica oleracea var. capitata)、ナタネ(Brassica rapa、Brassica napus)、ハクサイ(Brassica rapa var. pekinensis)、チンゲンサイ(Brassica rapa var. chinensis)、カブ(Brassica rapa var. rapa)、ノザワナ(Brassica rapa var. hakabura)、ミズナ(Brassica rapa var. lancinifolia)、コマツナ(Brassica rapa var. peruviridis)、パクチョイ(Brassica rapa var. chinensis)、ダイコン(Raphanus sativus)、ワサビ(Wasabia japonica)など。 Brassicaceae: Arabidopsis thaliana, cabbage (Brassica oleracea var. Capitata), rapeseed (Brassica rapa, Brassica napus), Chinese cabbage (Brassica rapa var. Pekinensis), Chingen rhinoceros (Brassica rapa var. Chinensis), turnip rapa), Nozawana (Brassica rapa var. hakabura), Mizuna (Brassica rapa var. lancinifolia), Komatsuna (Brassica rapa var. peruviridis), Pakchoi (Brassica rapa var. chinensis), Japanese radish (Raphanus sativus), Wasabi (Wasa p )Such.
ナス科:タバコ(Nicotiana tabacum)、ナス(Solanum melongena)、ジャガイモ(Solanum tuberosum)、トマト(Lycopersicon lycopersicum)、トウガラシ(Capsicum annuum)、ペチュニア(Petunia)など。 Eggplant family: tobacco (Nicotiana tabacum), eggplant (Solanum melongena), potato (Solanum tuberosum), tomato (Lycopersicon lycopersicum), capsicum (Capsicum annuum), petunia (Petunia) and the like.
マメ科:ダイズ(Glycine max)、エンドウ(Pisum sativum)、ソラマメ(Vicia faba)、フジ(Wisteria floribunda)、ラッカセイ(Arachis. hypogaea)、ミヤコグサ(Lotus corniculatus var. japonicus)、インゲンマメ(Phaseolus vulgaris)、アズキ(Vigna angularis)、アカシア(Acacia)など。 Legumes: Soybean (Glycine max), pea (Pisum sativum), broad bean (Vicia faba), wisteria (Wisteria floribunda), groundnut (Arachis. Hypogaea), Lotus corniculatus var. Japonicus, common bean (Phaseolus vulgaris) (Vigna angularis), Acacia, etc.
キク科:キク(Chrysanthemum morifolium)、ヒマワリ(Helianthus annuus)など。
ヤシ科:アブラヤシ(Elaeis guineensis、Elaeis oleifera)、ココヤシ(Cocos nucifera)、ナツメヤシ(Phoenix dactylifera)、ロウヤシ(Copernicia)
ウルシ科:ハゼノキ(Rhus succedanea)、カシューナットノキ(Anacardium occidentale)、ウルシ(Toxicodendron vernicifluum)、マンゴー(Mangifera indica)、ピスタチオ(Pistacia vera)
Asteraceae: Chrysanthemum morifolium, sunflower (Helianthus annuus), etc.
Palms: oil palm (Elaeis guineensis, Elaeis oleifera), coconut (Cocos nucifera), date palm (Phoenix dactylifera), wax palm (Copernicia)
Ursiaceae: Rhis succedanea, Cashew nutcrest (Anacardium occidentale), Urushi (Toxicodendron vernicifluum), mango (Mangifera indica), pistachio (Pistacia vera)
ウリ科:カボチャ(Cucurbita maxima、Cucurbita moschata、Cucurbita pepo)、キュウリ(Cucumis sativus)、カラスウリ(Trichosanthes cucumeroides)、ヒョウタン(Lagenaria siceraria var. gourda) Cucurbitaceae: pumpkins (Cucurbita maxima, Cucurbita moschata, Cucurbita pepo), cucumbers (Cucumis sativus), callas (Trichosanthes cucumeroides), gourds (Lagenaria siceraria var. Gourda)
バラ科:アーモンド(Amygdalus communis)、バラ(Rosa)、イチゴ(Fragaria)、サクラ(Prunus)、リンゴ(Malus pumila var. domestica)など。
ナデシコ科:カーネーション(Dianthus caryophyllus)など。
ヤナギ科:ポプラ(Populus trichocarpa、Populus nigra、Populus tremula)
イネ科:トウモロコシ(Zea mays)、イネ(Oryza sativa)、オオムギ(Hordeum vulgare)、コムギ(Triticum aestivum)、タケ(Phyllostachys)、サトウキビ(Saccharum officinarum)、ネピアグラス(Pennisetum pupureum)、エリアンサス(Erianthus ravenae)、ミスキャンタス(ススキ)(Miscanthus virgatum)、ソルガム(Sorghum)スイッチグラス(Panicum)など。
ユリ科:チューリップ(Tulipa)、ユリ(Lilium)など。
Rosaceae: Almond (Amygdalus communis), Rose (Rosa), Strawberry (Fragaria), Sakura (Prunus), Apple (Malus pumila var. Domestica), etc.
Dianthus: Carnation (Dianthus caryophyllus).
Willow: Poplar (Populus trichocarpa, Populus nigra, Populus tremula)
Gramineae: corn (Zea mays), rice (Oryza sativa), barley (Hordeum vulgare), wheat (Triticum aestivum), bamboo (Phyllostachys), sugar cane (Saccharum officinarum), napiergrass (Pennisetum pupureum), elian raven (Erian) ), Miscanthus virgatum, Sorghum switch glass (Panicum), etc.
Lily family: Tulip (Tulipa), Lily (Lilium), etc.
なかでも、ナタネ等の油脂生産の原料となりうる作物を対象とすることが好ましい。植物由来の種子生産の低コスト化を実現できるからである。 Among these, it is preferable to target crops that can be used as raw materials for oil production such as rapeseed. This is because the cost reduction of plant-derived seed production can be realized.
また、上述したように、本発明で使用可能なAt3g19990遺伝子は、種々の植物から単離して使用することができるが、油脂生産性(種子一粒あたりの油脂含量及び種子の大きさ)を増大する対象の植物の種類に応じて、適宜選択して用いることができる。すなわち、油脂生産性(種子一粒あたりの油脂含量及び種子の大きさ)を増産する対象の植物が単子葉植物である場合には、At3g19990遺伝子として単子葉植物から単離したものを発現させることが好ましい。 In addition, as described above, the At3g19990 gene that can be used in the present invention can be isolated from various plants and used, but increases fat production (fat content and seed size per seed). Depending on the type of plant to be used, it can be appropriately selected and used. That is, if the target plant to increase the production of fats and oils (fat content and seed size per seed) is a monocotyledonous plant, the one isolated from the monocotyledonous plant should be expressed as the At3g19990 gene. Is preferred.
なお、本発明においては、油脂生産性(種子一粒あたりの油脂含量及び種子の大きさ)を増大する対象の植物が単子葉植物であったとしても、双子葉植物由来のAt3g19990遺伝子を導入しても良い。すなわち、例えば、シロイヌナズナ由来のAt3g19990遺伝子(配列番号1)は、双子葉植物に限らず、広く単子葉植物に分類される植物に発現するように導入されてもよい。 In the present invention, the At3g19990 gene derived from a dicotyledonous plant is introduced even if the target plant for increasing the fat productivity (oil content and seed size per seed) is a monocotyledonous plant. May be. That is, for example, the At3g19990 gene (SEQ ID NO: 1) derived from Arabidopsis thaliana may be introduced so as to be expressed not only in dicotyledonous plants but also in plants widely classified as monocotyledonous plants.
その他の工程、その他の方法
上述した形質転換処理後、植物体のなかから適切な形質転換体を選抜する選抜工程を、従来公知の方法で行うことができる。選抜の方法は特に限定されるものではなく、例えば、ハイグロマイシン耐性等の薬剤耐性を基準として選抜してもよいし、形質転換体を育成した後に、植物体そのもの、または任意の器官や組織の重量を測定して野生型と比較して有意に増産しているものを選抜してもよい。
Other Steps and Other Methods After the transformation treatment described above, a selection step for selecting an appropriate transformant from among plant bodies can be performed by a conventionally known method. The selection method is not particularly limited. For example, the selection may be performed on the basis of drug resistance such as hygromycin resistance, and after growing the transformant, the plant itself, or any organ or tissue You may select the thing which measured weight and has increased significantly compared with the wild type.
また、形質転換処理で得られた形質転換植物から定法に従って後代植物を得ることができる。上記At3g19990遺伝子が導入された形質又は内在する当該At3g19990遺伝子の発現制御領域が改変された形質を保持した後代植物を、その油脂生産性(種子一粒あたりの油脂含量及び種子の大きさ)を基準として選抜することによって、上記形質を有することで油脂生産性(種子一粒あたりの油脂含量及び種子の大きさ)が増大した安定的な植物系統を作出することができる。なお、形質転換植物やその子孫から、植物細胞や種子、果実、株、カルス、塊茎、切穂、塊等の繁殖材料を得て、これらを基に上記形質を有することで油脂生産性(種子一粒あたりの油脂含量及び種子の大きさ)が増大した安定的な植物系統を量産することも可能である。 In addition, a progeny plant can be obtained from a transformed plant obtained by the transformation treatment according to a conventional method. Based on the fat productivity (oil content and seed size per seed) of a progeny plant that retains the trait introduced with the above At3g19990 gene or the trait in which the expression control region of the underlying At3g19990 gene is modified By selecting as above, it is possible to produce a stable plant line having the above characteristics and having increased oil productivity (oil content and seed size per seed). It should be noted that plant cells, seeds, fruits, strains, callus, tubers, cuttings, clumps, and other propagation materials are obtained from the transformed plants and their progeny, and by having the above traits based on these, fat and oil productivity (seed It is also possible to mass-produce stable plant lines with increased fat content and seed size per grain).
なお、本発明における植物体とは、成育した植物個体、植物細胞、植物組織、カルス、種子の少なくとも何れかが含まれる。つまり、本発明では、最終的に植物個体まで成育させることができる状態のものであれば、全て植物体とみなす。また、上記植物細胞には、種々の形態の植物細胞が含まれる。かかる植物細胞としては、例えば、懸濁培養細胞、プロトプラスト、葉の切片等が含まれる。これらの植物細胞を増殖・分化させることにより植物体を得ることができる。なお、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、従来公知の方法を用いて行うことができる。 The plant body in the present invention includes at least one of a grown plant individual, a plant cell, a plant tissue, a callus, and a seed. That is, in this invention, if it is a state which can be made to grow finally to a plant individual, all will be considered as a plant body. The plant cells include various forms of plant cells. Such plant cells include, for example, suspension culture cells, protoplasts, leaf sections and the like. Plants can be obtained by growing and differentiating these plant cells. In addition, the reproduction | regeneration of the plant body from a plant cell can be performed using a conventionally well-known method according to the kind of plant cell.
以上説明したように、本発明によれば、At3g19990遺伝子を植物体内に導入する、又は内在する当該At3g19990遺伝子の発現制御領域を改変することで、野生型の植物体と比較して、油脂生産性(種子一粒あたりの油脂含量及び種子の大きさ)が有意に増大した植物体を提供することができる。ここで、油性量が有意に増大するとは、野生型と比較して一個体あたりに生産される油脂の総重量又は種子一粒に含まれる油脂の総重量が統計的に有意に大となっていることを意味する。また、種子の大きさが有意に増大するとは、野生型と比較して種子一粒の表面積が統計的に有意に大となっていることを意味する。 As described above, according to the present invention, by introducing the At3g19990 gene into the plant body, or by modifying the expression control region of the endogenous At3g19990 gene, compared with the wild-type plant body, oil productivity It is possible to provide a plant having significantly increased (oil content and seed size per seed grain). Here, a significant increase in the amount of oil means that the total weight of fats and oils produced per individual or the total weight of fats and oils contained in one seed grain is statistically significantly larger than that of the wild type. Means that In addition, that the seed size is significantly increased means that the surface area of one seed is statistically significantly larger than that of the wild type.
本発明によれば、植物体の油脂生産性(種子一粒あたりの油脂含量及び種子の大きさ)が増大するため、例えば、種子に含まれる油脂を生産目的とした場合、作付け面積あたりで回収できる油脂量を大幅に向上させることができる。ここで油脂としては、特に限定されず、例えば、大豆油、ごま油、オリーブ油、椰子油、米油、綿実油、ひまわり油、コーン油、べに花油及び菜種油等の植物由来の油脂(トリアシルグリセロール、中性脂肪)を例示することができる。また、製造した油脂は、家庭用途や工業用途に広く利用することができ、更にはバイオディーゼル燃料の原料としても使用することができる。すなわち、本発明によれば上記At3g19990遺伝子が導入された、又は内在する当該At3g19990遺伝子の発現制御領域が改変された植物体を利用することによって、上述した家庭用途又は工業用途の油脂や、バイオディーゼル燃料等を低コストに製造することができる。 According to the present invention, the oil and fat productivity of the plant body (oil content and seed size per seed) is increased. For example, when the oil and fat contained in the seed is intended for production, it is recovered per planted area. The amount of fats and oils that can be produced can be greatly improved. Here, the fats and oils are not particularly limited. For example, oils derived from plants such as soybean oil, sesame oil, olive oil, coconut oil, rice oil, cottonseed oil, sunflower oil, corn oil, benflower oil and rapeseed oil (triacylglycerol, medium Sexual fat). Moreover, the manufactured fats and oils can be widely used for household use and industrial use, and can also be used as a raw material for biodiesel fuel. That is, according to the present invention, by using the plant body into which the At3g19990 gene is introduced or the expression control region of the underlying At3g19990 gene is modified, the above-mentioned fats and oils for home use or industrial use, and biodiesel Fuel etc. can be manufactured at low cost.
以下、実施例により本発明をより詳細に説明するが、本発明の技術的範囲はこれら実施例に限定されるものではない。 EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention in detail, the technical scope of this invention is not limited to these Examples.
〔実施例1〕
DGAT1p::LUC導入植物の作製
シロイヌナズナで予測されている4つのTAG合成酵素遺伝子DGAT1、DGAT2、PDAT1、PDAT2-likeの内、種子成熟過程で最も強く発現しているDGAT1に着目し、DGAT1を直接転写活性化する因子の探索を行った。生きたまま観察可能な生物発光を指標としてスクリーニングを行うために、DGAT1p::LUC導入植物を作製した。DGAT1p::LUC導入植物を使用することにより、内在DGAT1遺伝子のmRNAの挙動をLUC発光レベルで追跡することが可能である。
[Example 1]
Production of DGAT1p :: LUC-introduced plants Of the four TAG synthase genes DGAT1, DGAT2, PDAT1, and PDAT2-like predicted in Arabidopsis We searched for factors that activate transcription. A DGAT1p :: LUC-introduced plant was prepared in order to perform screening using bioluminescence that can be observed while alive. By using a DGAT1p :: LUC-introduced plant, it is possible to follow the behavior of the mRNA of the endogenous DGAT1 gene at the LUC luminescence level.
先ず、DGAT1遺伝子(At2g19450)の翻訳開始点上流+1から+2076を含むようCol-0のゲノムを鋳型にPrimeSTAR (TAKARA Bio社製)を使用してDGAT1遺伝子のプロモーター領域をPCR増幅した。PCR増幅にはTAG1p(Xba)attB1(ggggACAAGTTTGTACAAAAAAGCAGGCTctagattaatattccacttactacttcc:配列番号3)及びTAG1p-attab2(ggggACCACTTTGTACAAGAAAGCTGGGTtcgccatttcgaaaagggttg:配列番号4)をプライマーとして使用した。 First, the promoter region of the DGAT1 gene was PCR amplified using PrimeSTAR (manufactured by TAKARA Bio) using the Col-0 genome as a template so as to include +2076 upstream of the translation start point of the DGAT1 gene (At2g19450). For PCR amplification, TAG1p (Xba) attB1 (ggggACAAGTTTGTACAAAAAAGCAGGCTctagattaatattccacttactacttcc: SEQ ID NO: 3) and TAG1p-attab2 (ggggACCACTTTGTACAAGAAAGCTGGGTtcgccatttcgaaaagggttg: SEQ ID NO: 4) were used as primers.
増幅したDNA断片及びInvitorogen社のGATEWAYシステムを利用して、エントリークローンを得た。バイナリーベクターpGWB435(GenBank AB294498)( Nakagawa, T. et al., (2007) Biosci. Biotechnol. Biochem. 71, 2095-2100参照)とともに反応させ、DGAT1p::LUCバイナリープラスミドを作製した。DGAT11p::LUC バイナリープラスミドをエレクトロポレーションにより、アグロバクテリウムC58C1株に導入し、Floral dip法にてシロイヌナズナCol-0をDGAT11p::LUCで形質転換した。 Entry clones were obtained using the amplified DNA fragment and Invitorogen's GATEWAY system. Reaction was performed with a binary vector pGWB435 (GenBank AB294498) (see Nakagawa, T. et al., (2007) Biosci. Biotechnol. Biochem. 71, 2095-2100) to prepare a DGAT1p :: LUC binary plasmid. DGAT11p :: LUC binary plasmid was introduced into Agrobacterium C58C1 strain by electroporation, and Arabidopsis thaliana Col-0 was transformed with DGAT11p :: LUC by the Floral dip method.
DGAT1p::LUCを導入した植物体からとれた種子(T1:T-DNA挿入へテロ)を抗生物質カナマイシン(Km)耐性で選抜し、生育させてT2種子(T-DNA挿入ホモ、ヘテロ、なしの混合)を得た。T2種子をKm培地で発芽させ、抗生物質耐性がおよそ3:1の比になるラインからさらに数個体ずつを生育させ、T3種子を得た。T3種子がすべてKm耐性を示したラインをT-DNA挿入ホモライン、DGAT1p::LUC導入植物として用いた。得られたDGAT1p::LUC導入植物のLUC遺伝子に基づく蛍光を測定した結果を図1に示した。 Seeds taken from plants with DGAT1p :: LUC (T1: T-DNA insertion hetero) selected for resistance to the antibiotic kanamycin (Km), grown and T2 seeds (T-DNA insertion homo, hetero, none) Obtained). T2 seeds were germinated in Km medium, and several more individuals were grown from a line having an antibiotic resistance ratio of approximately 3: 1 to obtain T3 seeds. A line in which all T3 seeds showed Km resistance was used as a T-DNA insertion homoline, DGAT1p :: LUC-introduced plant. The result of measuring the fluorescence based on the LUC gene of the obtained DGAT1p :: LUC-introduced plant is shown in FIG.
DGAT1p::LUC導入植物のアクティベーションタグラインの作製
DGAT1p::LUC 導入植物に対して、バイナリーベクターpPCVICEn4HPT(H. Hayashi et al., Science 258, 1350 (1992))を保有するアグロバクテリウム(GV3101(pMP90RK) 株)を用いFloral dip法で感染させ、DGAT1p::LUC導入植物のアクティベーションタグラインを作製した。なお、pPCVICEn4HPTは、ハイグロマイシン(Hyg)耐性遺伝子及び4コピーのエンハンサーを含んでいる。その結果、エンハンサーT-DNAがゲノム中にランダムに挿入されたアクティベーションタグライン(形質転換植物)を多数作製することができた。
Creation of activation tag lines for DGAT1p :: LUC-introduced plants
DGAT1p :: LUC-introduced plants were infected by the floral dip method using Agrobacterium (GV3101 (pMP90RK) strain) carrying the binary vector pPCVICEn4HPT (H. Hayashi et al., Science 258, 1350 (1992)). , The activation tag line of DGAT1p :: LUC-introduced plant was prepared. PPCVICEn4HPT contains a hygromycin (Hyg) resistance gene and 4 copies of an enhancer. As a result, a large number of activation tag lines (transformed plants) in which enhancer T-DNA was randomly inserted into the genome could be produced.
これらのうちLUC活性が高い候補株について、インバースPCR法によりエンハンサー挿入位置決定した。このうち、1つの変異株は、次世代の芽生えのLUC発光レベルが約3倍と高く、芽生えのmRNA解析の結果、エンハンサー近傍の遺伝子の活性化と、DGAT1p::LUCのみならず内在のDGAT1の活性化を確認できた。また、当該変異株において、活性化されていたエンハンサー近傍遺伝子には、種子特異的に発現するものが存在していた。 Among these, candidate inserts having a high LUC activity were subjected to determination of enhancer insertion positions by inverse PCR. Among these mutants, one mutant has a high LUC luminescence level of the next generation, about 3 times higher. As a result of the mRNA analysis of the seedling, activation of the gene near the enhancer and not only DGAT1p :: LUC but also the endogenous DGAT1 The activation of was confirmed. In addition, in the mutant strains, there were seed-specific expressed genes near the enhancer that had been activated.
35Sp::AOTA1を導入したDGAT1p::LUC導入植物の作製
全長cDNAのクローニング
この上記変異株において特定された種子特異的発現をする機能未知遺伝子(At3g19990)をAOTA1遺伝子(Activator of TAG Synthesis)と称する。AOTA1遺伝子の全長cDNA断片を、シロイヌナズナCol-0植物体の葉および果実のtotal RNAを鋳型とし、Pyrobest(TAKARA Bio社製)酵素により増幅した。増幅反応には、AT3g19990-B1(GGGGACAAGTTTGTACAAAAAAGCAGGCTAAATGGGTTCATCATCATCTCCATCC:配列番号5)及びAT3g19990-B2(GGGGACCACTTTGTACAAGAAAGCTGGGTAGCGCACGAGACCCAAGTT:配列番号6)をプライマーとして使用した。
Production of DGAT1p :: LUC-introduced plants with 35Sp :: AOTA1
Cloning of the full-length cDNA The gene with unknown function (At3g19990), which is identified in the mutant strain and has a seed-specific expression, is referred to as AOTA1 gene (Activator of TAG Synthesis). A full-length cDNA fragment of the AOTA1 gene was amplified with Pyrobest (TAKARA Bio) enzyme using the total RNA of leaves and fruits of Arabidopsis Col-0 plants as a template. In the amplification reaction, AT3g19990-B1 (GGGGACAAGTTTGTACAAAAAAGCAGGCTAAATGGGTTCATCATCATCTCCATCC: SEQ ID NO: 5) and AT3g19990-B2 (GGGGACCACTTTGTACAAGAAAGCTGGGTAGCGCACGAGACCCAAGTT: SEQ ID NO: 6) were used as primers.
増幅したDNA断片、pDONR201(Invitrogen社製)及びBP Clonase II酵素(Invitrogen社製)を用いてエントリークローンを得た。 An entry clone was obtained using the amplified DNA fragment, pDONR201 (Invitrogen) and BP Clonase II enzyme (Invitrogen).
35Sp::AOTA1の調整
上記エントリークローン、pGWB502Ω(35SプロモーターとΩ配列を持つGATEWAYバイナリベクター)及びBP Clonase II酵素(Invitrogen社製)を反応させ、35Sp::AOTA1バイナリープラスミドを作製した。
Adjustment of 35Sp :: AOTA1 The above entry clone, pGWB502Ω (GATEWAY binary vector having 35S promoter and Ω sequence) and BP Clonase II enzyme (Invitrogen) were reacted to prepare a 35Sp :: AOTA1 binary plasmid.
DGAT1::LUC導入植物への導入
35Sp::AOTA1バイナリープラスミドをエレクトロポレーションによりアグロバクテリウム(C58C1株)に導入し、Floral dip法にてDGAT1p::LUC導入植物を形質転換した。
Introduction to DGAT1 :: LUC introduction plant
A 35Sp :: AOTA1 binary plasmid was introduced into Agrobacterium (C58C1 strain) by electroporation, and a DGAT1p :: LUC-introduced plant was transformed by the Floral dip method.
過剰発現株の作製
上記アグロバクテリウム感染後の植物から取れた種子を1% ショ糖、MS、0.3% Gerlite、ハイグロマイシン20mg/L培地で選抜した。薬剤耐性を示す株をバーミキュライト、6cm鉢、連続光条件下で生育させ種子を取得した。
Production of Overexpression Strains Seeds obtained from the plants after Agrobacterium infection were selected with 1% sucrose, MS, 0.3% Gerlite, and hygromycin 20 mg / L medium. Strains exhibiting drug resistance were grown under vermiculite, 6 cm pots and continuous light conditions to obtain seeds.
TGA量の評価
得られたシロイヌナズナ種子20粒をマルチビーズショッカー(安井器械社製、2000rpm 30秒x2)で破砕し、クロロホルム:メタノール(2:1)200μlに溶解させ、1.5 mlチューブに回収し、15.000rpmで5分遠心した。上清100μlを新しいチューブに回収し、真空ポンプにて溶媒を揮発させた。ペレットを20μlエタノールに溶解後、水80μlを加え、4μlをTAG定量に使用した。トリアシルグリセリド(TAG)スタンダードには、1mg/mlコーン油を0、1、2、3、4、5、6μl使用し、試料にクオリジェントTG(第一化学社製)の酵素溶液(1)120μlを加え、37℃で15分間反応させ、酵素液(2)を40μl分注し、さらに37℃で15分間反応させ、600nmの吸光度を測定し、種子あたりのTAG量を算出した。1株由来種子について、4連で行った。
Evaluation of TGA amount Twenty Arabidopsis seeds obtained were crushed with a multi-bead shocker (Yasui Kikai Co., Ltd., 2000 rpm 30 seconds x2), dissolved in chloroform: methanol (2: 1) 200 μl, and collected in a 1.5 ml tube. Centrifugation was performed at 15.000 rpm for 5 minutes. 100 μl of the supernatant was collected in a new tube, and the solvent was evaporated using a vacuum pump. After dissolving the pellet in 20 μl ethanol, 80 μl of water was added and 4 μl was used for TAG quantification. Triacylglyceride (TAG) standard uses 1 mg / ml corn oil at 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6 μl, and the sample is an enzyme solution of Qualient TG (Daiichi Kagaku) (1) 120 μl was added, reacted at 37 ° C. for 15 minutes, 40 μl of the enzyme solution (2) was dispensed, further reacted at 37 ° C. for 15 minutes, the absorbance at 600 nm was measured, and the amount of TAG per seed was calculated. The seeds derived from one strain were used in quadruplicate.
種子の体積の測定
得られたシロイヌナズナ種子を顕微鏡下で観察し、デジタル画像を取得し、画像解析アプリケーションソフトImage Jにより、種子の写真を白黒2階調化し、100粒分の種子の形から、面積を算出した。
Measurement of seed volume The obtained Arabidopsis seeds are observed under a microscope, a digital image is obtained, and the image analysis application software Image J is used to convert the photograph of the seed into black and white, and from the shape of 100 seeds, The area was calculated.
結果
種子に含まれるTAG量を測定した結果を図2A及びBに示した。図2Aは、AOTA1過剰発現株10個体(#1〜#10)について、各個体から採取した種子20粒に含まれるTAG量を、コントロールの平均を100%として示している(N=4)。また、図2Bは、コントロール2個体の平均を100%としたときの、AOTA1過剰発現株10個体のTGA含有量を相対値として示している。
Results The results of measuring the amount of TAG contained in the seeds are shown in FIGS. FIG. 2A shows the amount of TAG contained in 20 seeds collected from each individual for 10 AOTA1 overexpressing strains (# 1 to # 10) (N = 4). FIG. 2B shows the relative TGA content of 10 AOTA1-overexpressing strains when the average of the 2 control individuals is 100%.
図2A及びBから判るように、AOTA1遺伝子(At3g19990)を35Sプロモーターの発現制御下に導入したシロイヌナズナにおいては、種子に含まれるTGA量がコントロールと比較して有意に増大していることが明らかとなった。 As can be seen from FIGS. 2A and 2B, in Arabidopsis thaliana introduced with the AOTA1 gene (At3g19990) under the control of 35S promoter expression, it is clear that the amount of TGA contained in the seed is significantly increased compared to the control. became.
また、種子の大きさを測定した結果を図3A及びBに示した。図3Aは、AOTA1過剰発現株10個体(#1〜#10)について、各個体から採取した種子100粒の平均面積を、コントロールの平均を100%として示している(N=4)。また、図3Bは、コントロール2個体の平均を100%としたときの、AOTA1過剰発現株10個体から採取した種子の平均面積を相対値として示している。 Moreover, the result of having measured the size of the seed was shown to FIG. FIG. 3A shows the average area of 100 seeds collected from each individual of 10 AOTA1 overexpressing strains (# 1 to # 10), where the average of the control is 100% (N = 4). FIG. 3B shows the average area of seeds collected from 10 AOTA1-overexpressing strains as a relative value when the average of the two control individuals is 100%.
図3A及びBから判るように、AOTA1遺伝子(At3g19990)を35Sプロモーターの発現制御下に導入したシロイヌナズナにおいては、種子の大きさがコントロールと比較して有意に増大していることが明らかとなった。 As can be seen from FIGS. 3A and B, in Arabidopsis thaliana in which the AOTA1 gene (At3g19990) was introduced under the control of the 35S promoter expression, the seed size was significantly increased compared to the control. .
以上の結果から、AOTA1遺伝子(At3g19990)を導入する、又は内在するAOTA1遺伝子(At3g19990)の発現制御領域を改変して、AOTA1遺伝子(At3g19990)の発現量を増強することによって、植物の油脂生産性(種子一粒あたりの油脂含量及び種子の大きさ)を有意に増大できることが明らかとなった。 Based on the above results, by introducing the AOTA1 gene (At3g19990) or modifying the expression control region of the endogenous AOTA1 gene (At3g19990) to enhance the expression level of the AOTA1 gene (At3g19990), the oil and fat productivity of the plant It was revealed that (oil content and seed size per seed grain) can be significantly increased.
Claims (18)
(a)配列番号2に示すアミノ酸配列を含むタンパク質
(b)配列番号2に示すアミノ酸配列において1又は複数個のアミノ酸が欠失、置換、付加又は挿入されたアミノ酸配列を含み、種子に特異的に発現し、種子内の種子合成に関与する機能を有するタンパク質
(c)配列番号1に示す塩基配列の相補的な塩基配列からなるポリヌクレオチドに対してストリンジェントな条件下においてハイブリダイズするポリヌクレオチドによってコードされ、種子に特異的に発現し、種子内の種子合成に関与する機能を有するタンパク質 The plant according to claim 1, wherein the gene encodes any one of the following proteins (a) to (c).
(A) a protein comprising the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2 (b) containing an amino acid sequence in which one or more amino acids are deleted, substituted, added or inserted in the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2 and specific for seeds A protein that has a function involved in seed synthesis in seeds (c) a polynucleotide that hybridizes under stringent conditions to a polynucleotide comprising a base sequence complementary to the base sequence shown in SEQ ID NO: 1 Is a protein that has a function of being specifically expressed in seeds and involved in seed synthesis in seeds.
(a)配列番号2に示すアミノ酸配列を含むタンパク質
(b)配列番号2に示すアミノ酸配列において1又は複数個のアミノ酸が欠失、置換、付加又は挿入されたアミノ酸配列を含み、種子に特異的に発現し、種子内の種子合成に関与する機能を有するタンパク質
(c)配列番号1に示す塩基配列の相補的な塩基配列からなるポリヌクレオチドに対してストリンジェントな条件下においてハイブリダイズするポリヌクレオチドによってコードされ、種子に特異的に発現し、種子内の種子合成に関与する機能を有するタンパク質 The method according to claim 7, wherein the gene encodes any one of the following proteins (a) to (c).
(A) a protein comprising the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2 (b) containing an amino acid sequence in which one or more amino acids are deleted, substituted, added or inserted in the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2 and specific for seeds A protein that has a function involved in seed synthesis in seeds (c) a polynucleotide that hybridizes under stringent conditions to a polynucleotide comprising a base sequence complementary to the base sequence shown in SEQ ID NO: 1 Is a protein that has a function of being specifically expressed in seeds and involved in seed synthesis in seeds.
前記形質転換植物の後代植物の油脂生産性を測定し、当該油脂生産性が有意に向上した系統を選抜する工程とを含む、植物体の製造方法。 A step of preparing a transformed plant in which an At3g19990 gene or a gene functionally equivalent to the gene is introduced, or in which an expression control region of the gene of interest is modified, and the fat productivity of a progeny plant of the transformed plant is measured. And a step of selecting a line in which the oil and fat productivity is significantly improved.
(a)配列番号2に示すアミノ酸配列を含むタンパク質
(b)配列番号2に示すアミノ酸配列において1又は複数個のアミノ酸が欠失、置換、付加又は挿入されたアミノ酸配列を含み、種子に特異的に発現し、種子内の種子合成に関与する機能を有するタンパク質
(c)配列番号2に示す塩基配列の相補的な塩基配列からなるポリヌクレオチドに対してストリンジェントな条件下においてハイブリダイズするポリヌクレオチドによってコードされ、種子に特異的に発現し、種子内の種子合成に関与する機能を有するタンパク質 The method according to claim 13, wherein the gene encodes any one of the following proteins (a) to (c).
(A) a protein comprising the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2 (b) containing an amino acid sequence in which one or more amino acids are deleted, substituted, added or inserted in the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2 and specific for seeds A protein that has a function of being involved in seed synthesis in seeds (c) and that hybridizes under stringent conditions to a polynucleotide comprising a base sequence complementary to the base sequence shown in SEQ ID NO: 2 Is a protein that has a function of being specifically expressed in seeds and involved in seed synthesis in seeds.
The production method according to any one of claims 13 to 15, which is Arabidopsis thaliana or rapeseed.
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