JP2013511980A - 植物培養細胞株を利用した標準物質の製造方法 - Google Patents

植物培養細胞株を利用した標準物質の製造方法 Download PDF

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Abstract

本発明は、遺伝子変形植物または遺伝子非変形植物の組職を組職培養して得た組職培養細胞株から遺伝子変形植物の試料内混入有無または混入率分析用標準物質を製造する方法及び、前記標準物質を利用して遺伝子変形植物の試料内混入有無または混入率を分析する方法に関する。本発明による遺伝子変形植物または遺伝子非変形植物を各々組職培養して得た組職培養細胞株を利用した遺伝子変形植物の試料内混入有無または混入率分析用標準物質は、組職培養を通じて遺伝形質が同一な個体を無数に得ることができるので、大量に培養容量を増加させると、バッチ間の不均質性を排除した均一な質の標準物質を大量に確保することができる。また、既存の穀物粉末を使用して製造する標準物質とは異なり、培養細胞株の純度が立証されることにより、純度が100%である遺伝子変形(GM)または遺伝子非変形(non−GM)の標準物質を確保することができるという長所がある。したがって、一定な造成の標準物質を常に均一で安定的に供給することができる。

Description

本発明は、遺伝子変形植物または遺伝子非変形植物の組職を組職培養して得た組職培養細胞株から遺伝子変形植物の試料内混入有無または混入率分析用標準物質を製造する方法及び、前記標準物質を利用して遺伝子変形植物の試料内混入有無または混入率を分析する方法に関する。
遺伝子変形植物(GMO:Genetically Modified Organism)とは、既存の作物育種による品種開発とは異なり、動植物または微生物の有用な遺伝子を人工的に分離、結合して生産性や機能性を増加させた生物体を総称するものである。一般的に、遺伝子変形植物の生産性を向上させて品質を強化するために除草剤抵抗性、耐虫性、耐病性、耐寒性、栄養増大などに関連された遺伝子を植物に導入している。
現在、世界的に一番多く商業化されている遺伝子変形植物では、トウモロコシ、豆があり、その他に、綿花、カノーラ、ジャガイモ、トマトなどの他の作物にも広く適用されている。しかし、遺伝子変形植物に対する安全性が科学的に検証されていないので、大韓民国の場合、遺伝子変形植物が3%以上混入された場合には、遺伝子変形植物であると表記するようにする表示制を施行しており、他の国でも混入許容値(threshold)の差はあるが類似な実情である。
したがって、遺伝子変形植物の混入有無を測定する定性的な分析法の以外にも、混入率を定量的に測定する分析技術が要求されている。
遺伝子変形植物の定量分析法は、大きくタンパク質分析法とDNA分析法の二つに分類される。一般的に、遺伝子変形植物に導入された遺伝子から発現されるタンパク質を対象とするELISA法は、検出強度がPCR法に比べて落ち、熱処理などでタンパク質の変性が生ずる恐れがあるので限界がある。したがって、現在はリアルタイムPCR(Real−Time PCR)法を利用して遺伝子変形植物に導入された遺伝子を定量する技術が主に利用されている。遺伝子変形植物の試料内の混入率をリアルタイムPCR法で定量するためには、遺伝子変形植物に導入された導入遺伝子のコピー数を比較することができる標準物質が必要である。
GMO表示制の施行によって、遺伝子変形植物の混入許容値に対する分析の正確度、精密性などが非常に重要になっており、混入許容値に対する正確で精密な分析のためには分析に使用した標準物質が一番重要である。標準物質は長期間の保存可能性とその自体の安定性(stability)及び均質性(homogeneity)も保障されなければならない。
現在、標準物質では、在来的な方式に基づいて各作物別遺伝子変形植物(GMO)及び遺伝子非変形植物(non−GMO)の種子粉砕物を一定量ずつ重量によって混合して作った標準物質または遺伝子変形植物及び遺伝子非変形植物が一定量混合された試料から抽出した内在遺伝子及び導入遺伝子のアンプリコン(amplicon)を挿入して作った標準プラスミドが使われている。しかし、これら標準物質に対する信頼度については多い部分が改善される必要があり、特に、標準物質の製造時、開始試料の純度に対する情報とこれを立証する技術的な方法がないという問題点があった。したがって、一層安定的で均質に利用可能な標準物質の開発が必要である。
したがって、本発明の目的は、開始試料の純度確保または立証の次元で、標準物質の信頼度を改善することで、本発明は、開始試料の純度が100%で立証されただけではなく均質性まで確保された遺伝子変形植物の試料内の混入率分析用標準物質の製造方法及びこれを利用した遺伝子変形植物の試料内混入率分析方法を提供することにある。
上記目的を達成するために、本発明は、遺伝子変形植物または遺伝子非変形植物を各々組職培養する段階と、各々の組職培養細胞株を分離する段階と、を含む遺伝子変形植物の試料内混入有無または混入率分析用標準物質の製造方法を提供する。
また、本発明は、遺伝子変形植物または遺伝子非変形植物を各々組職培養して得た各々の組職培養細胞株からゲノムDNA(genomic DNA)を抽出する段階を含む遺伝子変形植物の試料内混入有無または混入率分析用標準物質を製造する方法を提供する。
また、本発明は、遺伝子変形植物を組職培養して得た組職培養細胞株から抽出したゲノムDNAをテンプレートとして、導入遺伝子の塩基序列に特異的なプライマーを製作して分析試料のPCRを実行することを含む遺伝子変形植物の混入有無分析方法を提供する。
また、本発明は、遺伝子変形植物または遺伝子非変形植物を各々組職培養して得た組職培養細胞株から抽出したゲノムDNAを、遺伝子変形植物の混入率分析用標準物質として利用して試料から得たPCR産物と比較することを含む遺伝子変形植物の試料内混入率分析方法を提供する。
本発明による遺伝子変形植物または遺伝子非変形植物を各々組職培養して得た組職培養細胞株を利用した遺伝子変形植物の試料内混入有無または混入率分析用標準物質は、組職培養を通じて遺伝形質が同一な個体を無数に得ることができるので、大量に培養容量を増加させると、バッチ間の不均質性を排除した均一な質の標準物質を大量に確保することができる。また、既存の穀物粉末を使用して製造する標準物質とは異なり、培養細胞株の純度が立証されることにより、純度が100%である遺伝子変形(GM)または遺伝子非変形(non−GM)の標準物質を確保することができるという長所がある。したがって、一定な造成の標準物質を常に均一で安定的に供給することができる。
図1は、(a)は、発芽5日後に生成される大豆の子葉、(b)は、発芽7日後に生成される一次葉がある大豆植物体を示す。 図2は、大豆の葉組織から来由されたカルス(左)と大豆のカルスから来由された液体懸濁培養細胞株の細胞顕微鏡写真(右)を示す。 図3は、35S3FとNOS3R PCRプライマーを使用した導入遺伝子のPCR結果を示す(M:分子量マーカーDNA、G:GM大豆DNA、N:non−GM大豆)。 図4は、大豆のゲノムDNAの電気泳動結果を示す(M:分子量マーカーDNA、G:GM大豆DNA、N:non−GM大豆)。 図5は、Lec 3FとLec 1Rプライマーを使用した内在遺伝子のPCR結果を示す(M:分子量マーカーDNA、G:GM大豆DNA、N:non−GM大豆)。 図6は、常用化されたプラスミドDNA基準物質を使用してリアルタイム定量PCRを実行した結果を示す図である。 図7は、常用化されたプラスミドDNA基準物質を使用してリアルタイム定量PCRを実行した結果から得た標準曲線を示す図である。 図8は、自体製造したプラスミドDNA基準物質を使用してリアルタイム定量PCRを実行した結果を示す図である。 図9は、自体製造したプラスミドDNA基準物質を使用してリアルタイム定量PCRを実行した結果から得た標準曲線を示す図である。 図10は、GM懸濁培養細胞株のゲノムDNA基準物質を使用してアルタイム定量PCRを実行した結果を示す図である。 図11は、GM懸濁培養細胞株のゲノムDNA基準物質を使用してリアルタイム定量PCRを実行した結果から得た標準曲線を示す図である。
本発明で使われた「遺伝子変形植物の試料内混入率」とは、未知試料の全体量対比遺伝子変形植物が占める量の割合または特定作物の内在遺伝子と人為的に導入された変形遺伝子の割合を百分率(%)に換算して示した値を意味する。遺伝子変形植物の試料内混入率は、遺伝子変形植物に導入された導入遺伝子またはそれから発現されたタンパク質を利用して計算することができ、内在遺伝子またはそれから発現されたタンパク質に対する導入遺伝子の量またはコピー数、またはそれから発現されたタンパク質の割合を測定して、遺伝子変形植物が何%存在するかを相対的に測定することができる。「内在遺伝子」とは、各作物が本来から固有に保有している遺伝子を意味し、「導入遺伝子」とは、遺伝子変形植物に導入された外来遺伝子を意味する。
このような方法を通じて混入率を計算するので、標準物質を製造するにおいて使用する開始試料の純度がすべての定量結果に影響を及ぼしてバイアス(bias)を提供するようになる。したがって、標準物質の製造時に使用される開始試料の純度が非常に重要な不確実性要因で作用することは自明である。本発明の以前には種子などの粉末を使用して標準物質を製造したので、純度が保障されないという短所があるにもかかわらず、純度に対する問題が解決できる現実的な方法がなかった。これは種子の遺伝的全数調査以外には純度を確認できる特別な方法がなく、全数調査は現実的に不可能なので、純度を立証することができなかったからである。
したがって、本発明は、遺伝子変形植物または遺伝子非変形植物を各々組職培養して得た各々の組職培養細胞株またはそれから抽出したゲノムDNAを、遺伝子変形植物の試料内混入有無または混入率分析用標準物質で利用することにより、初期試料の均質性を立証して保障する方法で標準物質製造に使用される開始試料の純度を立証した。組職培養技法を利用すれば、遺伝形質が同一な個体を無数に得ることができるので、標準物質の製造時にバッチ間の不均質性を排除して初期試料の均質性と純度を保障することができる。
本発明は、遺伝子変形植物または遺伝子非変形植物を各々組職培養する段階と、各々の組職培養細胞株を分離する段階と、を含む遺伝子変形植物の試料内混入率分析用標準物質を製造する方法を提供する。
本発明で使われた「標準物質」とは、遺伝子変形植物の混入有無または混入率を測定するための基準になる試料として、100%遺伝子変形植物(100%GMO)で造成された試料や100%の遺伝子非変形植物(100%non−GMO)で造成された試料を各々意味し、遺伝子変形植物の混入率が既に所定割合で造成された試料を意味することもできる。
本発明の一具体例によれば、遺伝子変形植物の試料内混入有無または混入率分析用標準物質は、遺伝子変形植物または遺伝子非変形植物の特定組職を各々組職培養して得た純粋な遺伝子変形植物または遺伝子非変形植物の組職培養細胞株自体を、100%GMOまたは100%non−GMOの標準物質で使用することができる。この場合、前記遺伝子変形植物または遺伝子非変形植物各々の組職培養細胞株は、これに限定されるものではなで、例えば、凍結乾燥のような前処理後に保管または流通が可能である。
前記遺伝子変形植物または遺伝子非変形植物の特定組職を各々組職培養して得た純粋な遺伝子変形植物または遺伝子非変形植物の組職培養細胞株自体を純粋な形態で使用することもできるが、これらを所定割合で混合してそれを既知のGMO混入率を有する標準物質で製造しても良い。混入率が分かっている標準物質を製造し、これをリアルタイムPCRで増幅させて標準曲線を算出し、分析試料のリアルタイムPCR増幅結果を標準曲線と対比することにより、分析試料の遺伝子変形植物混入率を容易に分析することができる。このような標準物質の場合、これに限定されるものではないが、例えば、遺伝子変形植物の混入率が各々0%、0.1%、0.5%、1%、2%、3%または5%になるように製造することができる。
本発明の他の具体例によれば、遺伝子変形植物の試料内の混入率分析用標準物質を製造する方法は、前記分離された遺伝子変形植物または非遺伝子変形植物の組職培養細胞株を所定割合で混合する段階を追加で含むことができる。例えば、遺伝子変形植物または遺伝子非変形植物の特定組職を各々組職培養して遺伝子変形植物または遺伝子非変形植物の組職培養細胞株を得て、前記分離された遺伝子変形植物と遺伝子非変形植物の組職培養細胞株を所定割合で混合してそれを既知のGMO混入率を有する標準物質として使用することができる。また、後述のように、前記組職培養細胞株からゲノムDNAを抽出することにより、ゲノムDNAを遺伝子変形植物の試料内混入有無または混入率分析に利用することができる。
また、本発明は、遺伝子変形植物または比喩電子変形植物を各々組職培養して得た各々の組職培養細胞株からゲノムDNAを抽出する段階を含む遺伝子変形植物の試料内混入率分析用標準物質を製造する方法を提供する。
本発明の一具体例によれば、遺伝子変形植物の試料内混入有無または混入率分析用の標準物質は、遺伝子変形植物または遺伝子非変形植物の特定組職を各々組職培養して得た遺伝子変形植物または遺伝子非変形植物の組職培養細胞株から各々のゲノムDNAを抽出して100%GMOまたは100%non−GMOのゲノムDNAを標準物質で使用することができる。
前記遺伝子変形植物または遺伝子非変形植物の組職培養細胞株から抽出した各々のゲノムDNA自体を純粋な形態で使用することもできるが、これらを定量した後の所定割合で混合してそれを既知のGMO混入率を有する標準物質で製造してもよい。混入率が分かっている標準物質を製造し、これをリアルタイムPCRで増幅させて標準曲線を算出し、分析試料のリアルタイムPCR増幅結果を標準曲線と対比することにより、分析試料の遺伝子変形植物混入率を容易に分析することができる。このような標準物質の場合、これに限定されるものではないが、例えば、遺伝子変形植物の混入率が各々0%、0.1%、0.5%、1%、2%、3%または5%がなるように製造することができる。
本発明の他の具体例によれば、遺伝子変形植物の試料内混入率分析用標準物質を製造する方法は、前記各々のゲノムDNAAを一定な割合で混合する段階を追加で含むことができる。例えば、遺伝子変形植物または遺伝子非変形植物の特定組職を各々組職培養して得た遺伝子変形植物または遺伝子非変形植物の組職培養細胞株から抽出した各々のゲノムDNAを所定割合で混合し、これを標準物質で使用することができる。
現在主に使われている標準物質は、遺伝子変形植物と遺伝子非変形植物が一定量混合された粉末試料やこれらの内在遺伝子及び導入遺伝子のアンプリコン(amplicon)を挿入して作った標準プラスミドである。特に、標準プラスミドには、内在遺伝子と導入遺伝子のPCRアンプリコンが同一なプラスミド内に挿入されているので、前記標準プラスミドを大膓菌内で増殖させることにより、一定な状態の標準プラスミドを標準物質として無限供給することが可能である。しかし、粉末標準物質を使用する場合の純度に関する問題点は既に上述したようであり、プラスミドを大膓菌で増殖させる場合には、標準物質の製造に関するISO国際規格の‘標準物質’の厳密な定義に一致しないので問題になる。これは、いわゆる「matrix effect」と言う媒質効果に対する直接比較が不可能な異質的な二つの試料(植物DNAと大膓菌DNA)を比較するようになるからである。このような媒質効果が分析結果にどのような影響を及ぼすかは予測しにくいので、可能であれば類似な媒質の標準物質を使用するように勧奨している。このような点で、プラスミドDNAよりは本発明による植物から由来したゲノムDNA標準物質が媒質効果による異常結果の防止において有利であると言える。
さらに、本発明によって遺伝子変形植物または遺伝子非変形植物を各々組職培養して得た組職培養細胞株自体またはこれらからゲノムDNAを抽出して標準物質を製造する場合、直接該当植物の細胞から抽出した同一な遺伝形質を有する多数の培養細胞から均質な品質の標準物質を大量に製作することができる。したがって、一定で且つ均一な標準物質の供給が可能であり、これによって、純度が不確実な標準物質を使用した場合より正確な遺伝子変形植物の試料内混入率分析が可能である。
本発明の一実施形態によれば、本発明による組職培養は、遺伝子変形植物または遺伝子非変形植物の特定組職の一部を適切な栄養と植物生長調節物質が含有された液体培地で液体培養して培養細胞株(カルス)を生産し、前記培養細胞株を継代培養することにより行うことができる。前記組職培養は、好ましくは、無菌状態で行われる。
本発明において前記培養細胞株からDNAを抽出する方法は、当業界に公知されたどのような方法を使っても構わないが、これに限定されるものではないで、例えば、Method development in relation to regulatory requirements for the detection of GMOs in the food chain (Anklam et al. 2002, Journal of AOAC International. 85(3), 753)、またはValidation studies and proficiency testing (Anklam et al. 2002, Journal of AOAC International. 85(3), 809−815)に開示された方法により抽出することができる。
また、本発明は、遺伝子変形植物を組職培養して得た組職培養細胞株から抽出したゲノムDNAをテンプレートとして、導入遺伝子の塩基序列に特異的なプライマーを製作して分析試料のPCRを実行することを含む遺伝子変形植物の混入有無分析方法を提供する。
分析試料から導入遺伝子に該当するPCR産物が増幅されたか否かを確認することにより、導入遺伝子を含む遺伝子変形植物が混入されているか否を定性的に分析することができる。または、前記分析試料のPCR産物を、遺伝子変形植物または遺伝子非変形植物をテンプレートとして実行したPCR産物と比較分析することにより、遺伝子変形植物の混入有無を定性的に分析することもできる。
また、本発明は、遺伝子変形植物または遺伝子非変形植物を各々組職培養して得た組職培養細胞株から抽出したゲノムDNAを、遺伝子変形植物の混入率分析用標準物質で利用して分析試料から得たPCR産物と比較することを含む遺伝子変形植物の試料内混入率分析方法を提供する。
本発明の一具体例において、前記標準物質と分析試料から得たPCR産物とを比較する方法は、これに限定されるものではないが、リアルタイム重合酵素連鎖反応(以下、Real−Time PCR)を利用することができる。
Real−Time PCRを利用する場合、内在遺伝子及び導入遺伝子のDNAに特異的に結合する両方向プライマーと検出用プローブを利用してPCR増幅過程で発色される蛍光の量を測定することにより、内在及び導入遺伝子の量を算出することができる。この方法は、該当系統の植物が必ず有している内在遺伝子に対する外来導入遺伝子の相対的な割合を通じて遺伝子変形植物が何%含有されているかを分析する方法である。
この時、前記検出用プローブは、 Real−Time PCRの実行時に定量分析のために蛍光物質が塩基序列に導入されているプローブを意味する。検出用プローブの種類は、内在遺伝子及び導入遺伝子の種類によって当業者が適切に選択することができる。
本発明の一実施形態によれば、標準物質を検出用プローブと導入遺伝子検出用プライマー及び内在遺伝子検出用プライマーでReal−Time PCRを実行して蛍光を測定することにより、遺伝子コピー数に対するPCRサイクル数を示す標準曲線を算出し、これを分析試料から得たReal−Time PCR産物と比較することにより、遺伝子変形植物の試料内混入率を分析することができる。
本発明の一具体例において、前記標準曲線は、遺伝子変形植物を組職培養して得た組職培養細胞株から抽出したゲノムDNAを所定割合で希釈して相違である遺伝子コピー数を有する複数個の標準試料に対してReal−Time PCRを実行し、これから得た遺伝子コピー数に対するPCRサイクル数を適用して算出されるものであってもよい。
本発明の他の具体例において、前記標準曲線は、遺伝子変形植物または遺伝子非変形植物の組職培養細胞株から抽出した各々のゲノムDNAを所定割合で混合して相違である遺伝子コピー数を有する複数数の標準試料に対してReal−Time PCRを実行し、これから得た遺伝子コピー数に対するPCRサイクル数を適用して算出されるものであってもよい。
すなわち、遺伝子変形植物の試料内混入率が分かっている多数の標準物質を、一つの標準物質のDNAを適切に希釈してコピー数を一定な間隔で作るか、遺伝子変形植物と遺伝子非変形植物のDNAを所定割合で混合して一定な混入率を有するように製造した多数個の試料に対してReal−Time PCRを実行すれば、PCRサイクル数による蛍光の程度を測定することができる。この時、蛍光シグナルが増加し始める地点のサイクル数をCt(threshold cycle)と言う。この値は、試料の初期濃度(遺伝子コピー数)と一番再現性ある相関関係を示す時点として、Real−Time PCRを利用した定量的な分析において一番重要な数値である。Real−Time PCRにおいて標準曲線は、Ct値における標準物質の遺伝子コピー数をログ(log)値に換算した値をX軸、前記遺伝子コピー数に対するPCRサイクル数をY軸にして作成する。分析試料の蛍光量をこの標準曲線に適用すれば、分析試料の遺伝子コピー数が分かる。
より具体的に、本発明の一実施形態によれば、遺伝子変形植物の試料内混入率の分析は、100%遺伝子変形植物のDNAを検出用プローブ、導入遺伝子検出用プライマー及び内在遺伝子検出用プライマーでPCRを実行して測定した蛍光量を、前記標準曲線に代入して遺伝子コピー数を測定することにより、下記式により算出した補正係数を利用して一層正確に遺伝子変形植物の試料内混入率を測定することができる。一般的に、100%遺伝子変形植物内にはもとより内在遺伝子と導入遺伝子のコピー数が同一に存在することではないので、内在遺伝子と導入遺伝子の割合を利用して相対的な定量を行う時には、100%遺伝子変形植物における内在遺伝子と導入遺伝子のコピー数の割合とDNA抽出過程でPCR増幅効率に影響を及ぼすことができる要素などを補正するために補正係数(Cf:conversion factor)を使用する。補正係数とは、一つの遺伝子変形植物における導入遺伝子と内在遺伝子との間のDNAコピー数の割合を意味する。
Figure 2013511980
しかし、一つの遺伝子変形植物系統内にも多数の品種があり、遺伝子非変形植物にも多数の品種があるので、補正係数もどのような品種を利用したかによって影響を受けることができる。
より具体的に、本発明の一実施形態によれば、遺伝子変形植物の試料内混入率は、分析試料を検出用プローブ、導入遺伝子検出用プライマー及び内在遺伝子検出用プライマーでPCRを実行して測定した蛍光量を標準曲線に代入することにより測定することができ、より具体的には、下記混入率計算式により測定することができる。
Figure 2013511980
Real−Time PCRを通じた蛍光量の定量的な測定方法は、これに限定されるものではないが、例えば、SYBR Green I法、Taqman probe法、Molecular beacon probe法または Hybridization probe法を使用することができる。
SYBR Green I法は、PCR反応により生成されたPCR産物であるDNAの二重螺旋の副溝(minor groove)に結合して蛍光を放出する試薬であるSYBR Green Iを使用して、これにより発生する蛍光量を測定する方法である。検出される蛍光量は増幅されたDNAの量に比例するので、定量測定手段になることができる。
Taqman probe法は、プローブの5'末端にリポーター蛍光を付けて3 '末端にはクエンチャー(quencher)を付け、PCRが進行される時、5 '末端のリポーター蛍光が落ちながら出す固有の蛍光を定量する方式である。このプローブ序列は、ターゲットの固有の塩基序列として特定産物にのみ付いて、PCR反応がなければ、3 '末端のクエンチャーにより蛍光が抑制される。PCR反応に比例して蛍光の量も累積増加するので、定量測定手段になることができる。
Molecular beacon probe法は、珍しいヘアピン(hair−pin)のステムとループ(stem−and−loop)構造として、中心のループ部分はターゲットに相補的な塩基序列で構成され、両末端は各々4乃至7塩基対の相補的な塩基序列としてステム構造を形成する。5 '末端には、リポーター蛍光が付いており、3'末端にはクエンチャーでDABSYLが付いているので、これらヘアピン構造がターゲットに付いていない場合には、構造的にリポーターが蛍光を出すことができない一方、ターゲットに結合するようになれば、PCRの進行によって増加する特定産物にループ部位が付くようになり、ヘアピン構造がとけながらクエンチャーの影響圏から脱したリポーターが発散する蛍光を測定して定量する方法である。
Hybridization probe法は、ターゲット序列内のお互いに隣接した2個のプローブを使用する。この場合、一つのプローブの3 '末端には供与体形光が付いており、他のプローブの5'末端には収容体形光が付いているので、これらプローブがお互いに隣接する場合のみ、FRET(Fluorescence Resonance Energy Transfer)が発生して供与体の放射光(emission light)が収容体励起光(excitation light)で作用することができる。すなわち、近接した供与体形光から伝達されたエネルギーにより収容体蛍光が蛍光を発するようになり、その蛍光の量はPCR産物に付いたプローブの量に比例増大して間接的定量測定手段になることができる。
以下、本発明の好ましい実施形態について詳細に説明する。下記の実施形態は、本発明の内容を例示するだけで、本発明の範囲が下記実施形態に限定されるものではない。本発明の実施形態は、当業界で平均的な知識を有した者に本発明をより完全に説明するために提供するものである。
<実施例1> 組職培養細胞株の製造
GM大豆(Glycine max)が混合された米国産大豆を無作為で選別して発芽させて栽培した後、個体別、組職別に遺伝子分析を通じてGM大豆であるか否かを決定した。
暗所で大豆を発芽させて土壌に植えた後、培養室(明/暗:16/8時間、22/18℃、湿度80%)で1週程度成長させると、一次葉(primary leaf)が形成され、この植物体の葉を収穫して質量を測定して液体窒素で急冷させた後、ゲノムDNAを抽出してGMであるか否かを遺伝子増幅を通じて決定した。
GMであるか否かは、GM大豆の変形遺伝子であるグリホサート(glyphosate)系列の除草剤に対する抵抗性遺伝子(EPSPS:5−enolpyruvyl shikimate-3−phosphate synthase)を含むDNA試片をPCR増幅して決定した。GM DNAの同一なサイズのバンドが増幅された試料はGM大豆、同一なサイズのバンドが増幅されなかった試料はnon−GM大豆試料であることを確認したし、このような方法を通じてGM大豆またはnon−GM大豆の懸濁培養細胞株を確保して分離された細胞株で培養、維持した。各細胞株は、一つの葉から由来した後、個別的な容器内で培養して維持したので、他の細胞が混入されるか汚染される可能性が全くない。これを通じて、100%GM細胞のみで構成されたGM大豆の懸濁培養細胞株と100%non−GM細胞のみで構成されたnon−GM大豆の懸濁培養細胞株を確保した。
前記100%GM大豆と100%non−GM大豆から由来した葉を各々ブリーチ(bleach)と70%エタノールで表面殺菌して次のLS(Linsmaier & Skoog)培地(BAPは除外)でカルスを誘導したし、誘導されたカルスは次のLS固体培地で培養するかフィタゲル(phytagel)を除外した液体培地で懸濁培養した。
LS培地造成は次のようである。: LS塩4.4g/L、スクロース3%(30g/L)、BAP(6−benzylaminopurine)3mg/ml、2,4−D(2,4dichlorophenoxy−Acetic Acid)0.1mg/mL、Phytagel0.3%(3g/L)。
固体培地のカルスは、3〜4週に一回新しい培地に移し、懸濁培養細胞株は、10日に一回ずつ新しい培地に移した。これらの培養条件は、25℃、暗条件であり、懸濁培養細胞株は、200rpmで振湯培養した。
図1の(a)は、発芽5日後に生成される大豆の子葉、(b)は、発芽7日後に生成される一次葉がある大豆植物体を示す。
図2は、大豆の葉組織から来由されたカルス(左)と大豆のカルスから来由された液体懸濁培養細胞株の細胞顕微鏡写真(右)を示す。
図3は、GM DNAと表示した矢印にしたがって、同一サイズのバンドが増幅された試料は導入遺伝子を有するGM大豆であり、同一サイズのバンドが増幅されなかった試料は導入遺伝子がないnon−GM大豆であることを示す。
<実施例2> 組職培養細胞株からゲノムDNA抽出
ゲノムDNAの抽出は、多くの常用化された植物DNA抽出キットを、製造社(Qiagen、Promegaなど)が提案する方法のとおりに使用するかまたは多少変形させて使用するか、食品医薬品安全庁で告示した‘食品の基準及び規格 'のうち‘第10.一般試験法の中で遺伝資材組合食品の試験法'に記述されたCTAB方法を容量を減らした方法で変形して使用した。
抽出したゲノムDNAは、図4のような形態を示した。前記DNAは、紫外線での吸光度を測定して純度を確認した後に使用した(食品医薬品安全庁告示参照)。
<実験例1> 遺伝子変形植物の混入有無の定性分析
定性分析は、GM大豆の変形遺伝子であるグリホサート(glyphosate)系列の除草剤に対する抵抗性遺伝子(EPSPS:5−enolpyruvyl shikimate−3−phosphate synthase)を含むDNA試片をPCR増幅することにより実行した。
遺伝子増幅を通じて試料がGMであるか否かを判別することは、食品医薬品安全庁から告示された方法により行うか、次のような条件で実行した。次の条件で実行する場合には、増幅産物は、約2kb程度のサイズを示し、その外に陽性対照区では、内在遺伝子であるレクチン(lectin)を確認する方法を使用する。
導入遺伝子を確認しようとする場合には、PCRチューブに正方向プライマー35S 3F(AAGATGCCTCTGCCGACA、10μM)2μL、逆方向プライマーNOS 3R(ATGTATAATTGCGGGACTCTAATCA、10μM)2μL、dNTP(10mM)2μL、10xbuffer2μL、MgCl2(25mM)2μL、Taq polymerase(5U/μL)0.2μLを入れて、テンプレートDNAでゲノムDNAは、約50ngになるように添加し、残りは、蒸溜水で満たして総20μLを使用した。PCR反応は、変性段階(denaturation step)、94℃、3min; 35サイクルの増幅段階(amplification step)、(94℃、20sec; 60℃、30sec; 72℃、2min)、最終伸長段階(final elongation step)、72℃、10minの条件でgradient cyclerPTC−0225(MJ Research、Waltham、MA)を使用して実行した。
内在遺伝子を確認する場合には、擡頭に特異的なレクチン(lectin)遺伝子を使用したし、すべての条件は同一にしてプライマーだけを次のように使用した。正方向プライマーでは、Lec 3F(GACTAGAGTGCTACAAATGCTTATC)を、逆方向プライマーでは、Lec 1R(GGCATAGAAGGTGAAGTTGAAGGA)を使用した。
図3は、導入遺伝子のPCR実行結果を示す。GM DNAと同一なサイズのバンドが増幅された試料は、変形遺伝子を有するGM大豆であり、GM DNAと同一なサイズのバンドが増幅されなかった試料は、変形遺伝子がないnon−GM大豆である。
図5は、内在遺伝子のPCR実行結果を示す。内在遺伝子の場合、GMO、non-GMに関係なくいつも陽性のPCR結果が出る。
<実験例2> 組職培養細胞株から抽出したゲノムDNAの純度検証
本発明によるGM大豆の組職培養細胞株から抽出したゲノムDNAの純度を検証するために、遺伝子変形植物の混入率を定量分析するためのリアルタイム定量PCR(real−time PCR)を実行した。分析試料のGM混入率を決定するためには、上述のように内在遺伝子に対する導入遺伝子の相対的な割合を求めなければならないので、リアルタイムで遺伝子の増幅程度を観察するreal−time PCRを使用した。本実験例では、ABI 7900HTを使用してすべての実験を実行したし、実験の基本的なデザイン及びプライマー、プローブなどの実験構成要素は、食品医薬品安全庁の規格に出た内容によって使用した。
まず、既にコピー数が分かっている常用化されたプラスミドDNA(Nippon Gene、Japan)を標準曲線を描くための基準物質で使用し、実施例1及び実施例2によって、100%GM大豆の組職培養細胞株から抽出したゲノムDNAを分析試料で使用して、リアルタイム定量PCRを実行した。
図6は、既にコピー数が分かっている常用化されたプラスミドDNAを基準物質として濃度別に内在遺伝子を増幅した結果を示す。250000から20コピーの間でDNA基準物質を添加して濃度間の間隔が一定で且つ反復性がある結果を得た。これは、GM遺伝子の結果においても同一な傾向が見られた。
これに対して、100%GM大豆の組職培養細胞株から抽出したゲノムDNAを分析試料で使用して標準曲線から来由されたGM相対定量値が100%に近接した結果を得たかを確認した。
図7は、図6のDNA濃度から来由された標準曲線とそれにより計算された内在遺伝子の量(赤色xで表示)を示す実験結果として、3回反復実験を行った結果を示す。回帰線の連関性は0.99以上を示し、GM混入率は約108%±2.6%(相対標準偏差)を示したことから、よほど正確な結果であることを確認した。
次に、常用化されたプラスミド基準物質の代りに本発明者らが自体的に製造して既にコピー数が分かっているプラスミドDNAを補正曲線を描くための基準物質で使用し、実施例1及び実施例2によって、100%GM大豆の組職培養細胞株から抽出したゲノムDNAを分析試料で使用して、以前と同様にリアルタイム定量PCRを実行した。
図8は、本発明者らが自体的に製造してコピー数が既に分かっているプラスミドDNAを基準物質で使用して同一な実験を繰り返した結果を示す。1000000から1000コピーの間でDNA基準物質を添加して濃度間の間隔が一定で且つ反復性がある結果を得た。内在遺伝子の結果においても同一な傾向が見られた。
これに対して、100%GM大豆の組職培養細胞株から抽出したゲノムDNAを分析試料で使用して標準曲線から来由されたGM相対定量値が100%に近接した結果を得たかを確認した。
図9は、図8のDNA濃度から来由された標準曲線とそれにより計算されたGM遺伝子の量(赤色xで表示)を示す実験結果として、3回反復実験を行った結果を示す。回帰線の連関性は0.99以上を示し、GM混入率は約105%±5.5%(相対標準偏差)を示したことから、よほど正確な結果であることを確認した。
<実験例3> 組職培養細胞株から抽出したゲノムDNAを標準物質で使用した分析試料内の遺伝子変形植物の混入率定量分析
本発明による組職培養細胞株から抽出したゲノムDNAを標準物質で使用して、遺伝子変形植物の混入率を定量分析するためのリアルタイム定量PCR(real−time PCR)を実行した。実験方法は、実験例2と同一であり、但し、実験例2を通じて100%GM割合に近接したと検証された組職培養細胞株から抽出したゲノムDNAを標準物質で使用したし、既にGM混入率が分かっている試料(5%GM大豆ERM、IRMM−410S−5)を分析試料で使用した。
図10は、本発明による100%GM大豆の組職培養細胞株から抽出したゲノムDNAを標準物質として濃度別に内在遺伝子を増幅した結果を示す。DNA濃度10ng/μLから0.08ng/μLの間でDNAを添加して反復性のある結果を得た。
図11は、図10のゲノムDNA濃度から来由された標準曲線とそれにより計算されたGM遺伝子の量(赤色xで表示)を示す実験結果として、3回反復実験を行った結果、回帰線の連関性は約0.99を示した。該当ERMの認証値である4.76%±0.47%(相対標準偏差)と少しの差はあるが、GM混入率(%)が比較的近接した値である約4%を示した。多様な濃度を使用する実験を進行すれば、認証値に一層近接した混入率が得られると予想される。
<実験例4> 補正係数の算出
GM遺伝子変形植物は、各々の多様なコピー数の導入遺伝子を有しているので、内在遺伝子との関係において各GM遺伝子変形植物別に補正が必要である。遺伝子変形植物の混入率を決定するための補正係数は、リアルタイム定量PCR(real−time PCR)を実施して算出した。既にコピー数が分かっている常用化されたプラスミドDNA(Nippon Gene、Japan)と自体的に製造してコピー数が既に分かっているプラスミドDNAとを標準曲線を描くための基準物質で使用し、実施例1及び実施例2によって、100%GM大豆の顕濁培養細胞株から抽出したゲノムDNAを分析試料で使用したし、導入遺伝子検出用プライマー及び内在遺伝子検出用プライマーを使用してリアルタイム定量PCRを実施した。補正係数の算出に使われた内在遺伝子は、大豆に特異的なレクチン(lectin)遺伝子であり、内在遺伝子検出用正方向プライマーでは、Le1n02−5'(GCCCTCTACTCCACCCCCA)を使用し、逆方向プライマーでは、Le1n02−3'(GCCCATCTGCAAGCCTTTTT)を使用した。検出用プローブでは、Le1−Taq(FAM−AGCTTCGCCGCTTCCTTCAACTTCAC−TAMRA)を使用した。導入遺伝子は、RRS遺伝子であり、導入遺伝子検出用正方向プライマーでは、RRS01−5'(CCTTTAGGATTTCAGCATCAGTGG)を使用し、逆方向プライマーでは、RRS01−3'(GACTTGTCGCCGGGAATG)を使用し、検出用プローブでは、RRS−Taq(FAM−CGCAACCGCCCGCAAATCC−TAMRA)を使用した。
補正係数は、基準物質の標準曲線から分析試料の導入遺伝子と内在遺伝子のコピー数を求めた後、次の式により算出した。
Figure 2013511980
表1、既にコピー数が分かっている常用化されたプラスミドDNA(Nippon Gene、Japan)を基準物質で使用して算出した補正係数結果を示し、補正係数は1.08であった。
Figure 2013511980
表2は、自体的に製造した既にコピー数が分かっているプラスミドDNAを基準物質で使用して算出した補正係数結果を示し、補正係数は1.05であった。
Figure 2013511980
<実験例5> 補正係数の適用による分析試料のGM混入率決定
遺伝子変形植物の混入率を定量分析するために、既にコピー数が分かっている常用化されたプラスミドDNA(Nippon Gene、Japan)と自体的に製造してコピー数が既に分かっているプラスミドDNAとを標準曲線を描くための基準物質で使用し、100%GM大豆の顕濁培養細胞株から抽出したゲノムDNAを分析試料で使用してリアルタイム定量PCR(real−time PCR)を実行した。前記二つの基準物質の標準曲線から分析試料の導入遺伝子と内在遺伝子のコピー数を求めた後、実験例4から算出した補正係数を適用してGM混入率を決定し、100%に近接した結果を得たかを確認した。補正係数を適用してGM混入率を決定する計算式は次のようである。
Figure 2013511980
表3は、既にコピー数が分かっている常用化されたプラスミドDNA(Nippon Gene、Japan)を基準物質で使用し、実験例4から算出した補正係数1.08適用してGM混入率を決定した結果である。GM混入率は約100.03%として、GM相対定量値が100%によほど近接して出た結果であることを確認した。
Figure 2013511980
表4は、自体的に製造した既にコピー数が分かっているプラスミドDNAを基準物質で使用し、実験例4から算出した補正係数1.05を適用してGM混入率を決定した結果である。GM混入率は約99.8%として、GM相対定量値が100%によほど近接に出た結果であることを確認した。
Figure 2013511980

Claims (13)

  1. 遺伝子変形植物または遺伝子非変形植物を各々組職培養する段階と、
    各々の組職培養細胞株を分離する段階と、含むことを特徴とする遺伝子変形植物の試料内混入有無または混入率分析用標準物質を製造する方法。
  2. 前記分離された遺伝子変形植物または遺伝子非変形植物の組職培養細胞株を所定割合で混合する段階を追加で含むことを特徴とする請求項1に記載の遺伝子変形植物の試料内混入有無または混入率分析用標準物質を製造する方法。
  3. 遺伝子変形植物または遺伝子非変形植物を各々組職培養して得た各々の組職培養細胞株からゲノムDNAを抽出する段階を含むことを特徴とする遺伝子変形植物の試料内混入有無または混入率分析用標準物質を製造する方法。
  4. 前記各々のゲノムDNAを所定割合で混合する段階を追加で含むことを特徴とする請求項3に記載の遺伝子変形植物の試料内混入有無または混入率分析用標準物質を製造する方法。
  5. 遺伝子変形植物を組職培養して得た組職培養細胞株から抽出したゲノムDNAをテンプレートとして、導入遺伝子の塩基序列に特異的なプライマーを製作して分析試料のPCRを実行することを特徴とする遺伝子変形植物の混入有無分析方法。
  6. 遺伝子変形植物または遺伝子非変形植物を各々組職培養して得た組職培養細胞株から抽出したゲノムDNAを遺伝子変形植物の混入率分析用標準物質で利用して分析試料から得たPCR産物と比較することを特徴とする遺伝子変形植物の試料内混入率分析方法。
  7. 前記標準物質と分析試料から得たPCR産物を比較することは、リアルタイム重合酵素連鎖反応(Real−Time PCR)を利用することを特徴とする請求項6に記載の遺伝子変形植物の試料内混入率分析方法。
  8. 前記標準物質と試料から得たReal−Time PCR産物との比較は、標準物質を検出用プローブ、導入遺伝子検出用プライマー及び内在遺伝子検出用プライマーでReal−Time PCRを実行して蛍光を測定して算出された遺伝子コピー数に対するPCRサイクル数を示す標準曲線を利用することにより実行されることを特徴とする請求項7に記載の遺伝子変形植物の試料内混入率分析方法。
  9. 前記標準曲線は、遺伝子変形植物を組職培養して得た組職培養細胞株から抽出したゲノムDNAを所定割合で希釈して相違である遺伝子コピー数を有する複数個の標準試料に対してPCRを実行し、それから得た遺伝子コピー数に対するPCRサイクル数を適用して算出されることを特徴とする請求項8に記載の遺伝子変形植物の試料内混入率分析方法。
  10. 前記標準曲線は、遺伝子変形植物または遺伝子非変形植物の組職培養細胞株から抽出した各々のゲノムDNAを所定割合で混合して相違である遺伝子コピー数を有する複数個の標準試料に対してPCRを実行し、それから得た遺伝子コピー数に対するPCRサイクル数を適用して算出されることを特徴とする請求項8に記載の遺伝子変形植物の試料内混入率分析方法。
  11. 前記標準物質と試料から得たPCR産物との比較は、100%遺伝子変形植物のDNAを検出用プローブ、導入遺伝子検出用プライマー及び内在遺伝子検出用プライマーでPCRして測定した蛍光量を、前記標準曲線に代入して遺伝子コピー数を測定することで、下記式により補正係数を算出することを特徴とする請求項8に記載の遺伝子変形植物の試料内混入率分析方法。
    Figure 2013511980
  12. 前記遺伝子変形植物の試料内混入率は、分析試料を検出用プローブ、導入遺伝子検出用プライマー及び内在遺伝子検出用プライマーでPCRして測定した蛍光量を、標準曲線に代入して算出した遺伝子コピー数を利用して測定されることを特徴とする請求項8又は請求項11に記載の遺伝子変形植物の試料内混入率分析方法。
  13. 前記遺伝子変形植物の試料内混入率は、下記混入率算式により測定されることを特徴とする請求項12に記載の遺伝子変形植物の試料内混入率分析方法。
    Figure 2013511980
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