JP2016052296A - Scab resistant plant, and method of making and using the same - Google Patents
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Landscapes
- Agricultural Chemicals And Associated Chemicals (AREA)
- Breeding Of Plants And Reproduction By Means Of Culturing (AREA)
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Abstract
Description
本発明は、赤かび病抵抗性植物、その作製方法及びその利用に関するものである。 The present invention relates to a head blight-resistant plant, a method for producing the plant, and use thereof.
糸状菌であるフザリウム(Fusarium graminearum、Fusarium asiaticum等)を原因菌とする麦類赤かび病は、コムギ、オオムギ、エン麦、トウモロコシ等の多くのイネ科主要穀物に感染する病害であり、最重要病害のひとつとして知られる。赤かび病菌は、ありふれた腐生菌で、世界中の麦作地帯に分布しており、特に開花期から登熟期に雨の多い地域で被害が大きい。この赤かび病菌が穂に感染することによって、粒の肥大の阻害や穂全体の枯れが引き起こされ、穀粒の商品価値が損なわれるのみならず、赤かび病菌が産生するトリコテセン系カビ毒が、食品の安全性の観点から問題とされている。 Barley fungus caused by the fungus Fusarium (Fusarium graminearum, Fusarium asiaticum, etc.) is a disease that infects many major gramineous grains such as wheat, barley, oats, and corn, and is the most important Known as one of the diseases. Fusarium head blight fungus is a common saprophytic fungus that is distributed in wheat regions around the world and is particularly damaging in areas where there is heavy rain from the flowering period to the ripening period. By infecting the ear of this mold, the growth of the grain and inhibition of the whole ear are caused, and not only the commercial value of the grain is impaired, but also the trichothecene fungal toxin produced by the mold is It is a problem from the viewpoint of food safety.
トリコテセン系カビ毒は、pHの変化や熱に対して安定であるため無毒化することが困難であり、人畜が摂取すると吐き気、嘔吐、腹痛といった中毒症状を引き起こし、状況によっては死に至る極めて危険性の高い毒素である。トリコテセン系カビ毒は、非常に多様な分子種が存在し、その構造から大きく4つのグループに分けられる。赤かび病菌の中には数多くのstrainがあり、それぞれが産生するトリコテセン系カビ毒の分子種が決まっている。これらのうち、汚染の報告例が多いのはタイプAとタイプBの2つである。 Trichothecene fungus poison is difficult to detoxify because it is stable against changes in pH and heat, and when ingested by livestock, it causes poisoning symptoms such as nausea, vomiting, and abdominal pain, and it is extremely dangerous to death depending on the situation Is a high toxin. Trichothecene fungal toxins have a wide variety of molecular species, and can be roughly divided into four groups based on their structures. There are many strains in Fusarium head blight fungus, and the molecular species of trichothecene fungal venom produced by each strain is determined. Among these, there are two types of type A and type B that have many reports of contamination.
タイプAには、非常に毒性の強いT2トキシン等が含まれるが、汚染範囲が限られている。一方、タイプBのトリコテセン系カビ毒には、デオキシニバレノール(Deoxynivalenol;DON)やニバレノール(Nivalenol;NIV)等が含まれる。タイプBの毒性はタイプAほど強くないが、汚染範囲が広範であるため、被害はより深刻である。例えば、我が国においては、2002年5月、厚生労働省により小麦粒中に含まれるDONの濃度を1.1ppm以下とする暫定基準値が設けられている。 Type A includes very toxic T2 toxin and the like, but has a limited contamination range. On the other hand, type B trichothecene mold poisons include deoxynivalenol (DON) and nivalenol (NIV). Type B toxicity is not as strong as type A, but the damage is more severe due to the wide range of contamination. For example, in Japan, in May 2002, the Ministry of Health, Labor and Welfare established a provisional standard value that sets the concentration of DON contained in wheat grains to 1.1 ppm or less.
このように、一定基準を超えてトリコテセン系カビ毒を含有する赤かび病罹病穀物は醸造、加工、飼料等いかなる形態でも利用することができず廃棄される。その一方で、食の安全性に対する意識が高まっているため、赤かび病発生を抑える農薬は極力使用しない栽培が求められている。 As described above, the grain afflicted with Fusarium head blight containing trichothecene mold toxin exceeding a certain standard cannot be used in any form such as brewing, processing, and feed, and is discarded. On the other hand, since the awareness of food safety is increasing, cultivation without using as much as possible the pesticide that suppresses the occurrence of head blight is required.
このような環境のなか、赤かび病の抵抗性品種の開発が世界規模で解決すべき緊急の課題となっており、これまでに、本発明者らは、赤かび病菌、特にDON又はNIV等のタイプBのトリコテセン系カビ毒を産出する赤かび病原菌に対する感受性又は抵抗性に関与する遺伝子を複数見出し、上記遺伝子の発現を抑制する又は増大させる工程を含むことで赤かび病抵抗性植物を作製する方法を開発している(例えば、特許文献1)。 In such an environment, the development of varieties resistant to head blight has become an urgent issue to be solved on a global scale. To date, the present inventors have clarified that head blight fungi, particularly DON or NIV, etc. A plurality of genes involved in susceptibility or resistance to red mold pathogens that produce type B trichothecene fungal toxins and including the step of suppressing or increasing the expression of the above-mentioned genes to produce a plant resistant to red mold The method to do is developed (for example, patent document 1).
上述した技術は優れたものではあるが、これだけでは十全とはいえず、さらなる赤かび病への抵抗性を示す植物等の開発が強く要望されていた。 Although the technology described above is excellent, it cannot be said that it is sufficient alone, and there has been a strong demand for the development of plants and the like that exhibit further resistance to head blight.
本発明は、上記の問題点を鑑みてなされたものであり、その目的は、赤かび病抵抗性植物、その作製方法及びその利用に係る技術を提供することにある。 This invention is made | formed in view of said problem, The objective is to provide the technique which concerns on a head blight-resistant plant, its preparation method, and its utilization.
本発明者らは、上記目的を達成するため鋭意検討を重ねた結果、ニコチンアミドモノヌクレオチド(以下、「NMN」と称する場合もある。)が赤かび病に対する抵抗性を誘導すること、またNMN生合成経路の重要酵素であるNMNアデニルトランスフェラーゼが赤かび病の抵抗性を誘導すること等の新規知見を見出し、本発明を完成させるに至った。すなわち、本発明は、以下の発明を包含する。 As a result of intensive studies to achieve the above object, the present inventors have found that nicotinamide mononucleotide (hereinafter sometimes referred to as “NMN”) induces resistance to head blight, and NMN The inventors have found novel findings such as that NMN adenyl transferase, an important enzyme in the biosynthetic pathway, induces resistance to head blight, and thus completed the present invention. That is, the present invention includes the following inventions.
(1)植物において、以下の(a)〜(e)からなる群より選択されるいずれかの遺伝子の発現を増大させる工程を含む、赤かび病抵抗性植物の作製方法:
(a)配列番号1〜5のいずれかに記載されるアミノ酸配列からなるタンパク質をコードする遺伝子;
(b)配列番号1〜5のいずれかに記載されるアミノ酸配列において、1又は数個のアミノ酸残基が置換、欠失、挿入及び/又は付加されたアミノ酸配列からなり、かつNMNAT活性を有するタンパク質をコードする遺伝子;
(c)配列番号1〜5のいずれかに記載されるアミノ酸配列と80%以上の相同性を有するアミノ酸配列からなり、かつNMNAT活性を有するタンパク質をコードする遺伝子;
(d)配列番号6〜10のいずれかに記載される塩基配列からなる遺伝子;
(e)上記(a)〜(d)のいずれかのポリヌクレオチドと相補的な塩基配列からなるポリヌクレオチドとストリンジェントな条件でハイブリダイズし、かつNMNAT活性を有するタンパク質をコードする遺伝子。
(1) A method for producing a head blight-resistant plant comprising the step of increasing the expression of any gene selected from the group consisting of the following (a) to (e) in a plant:
(A) a gene encoding a protein consisting of the amino acid sequence set forth in any one of SEQ ID NOs: 1 to 5;
(B) In the amino acid sequence described in any one of SEQ ID NOs: 1 to 5, the amino acid sequence consists of an amino acid sequence in which one or several amino acid residues are substituted, deleted, inserted and / or added, and has NMNAT activity A gene encoding a protein;
(C) a gene comprising an amino acid sequence having 80% or more homology with the amino acid sequence described in any of SEQ ID NOs: 1 to 5 and encoding a protein having NMAT activity;
(D) a gene comprising the base sequence described in any one of SEQ ID NOs: 6 to 10;
(E) A gene that hybridizes under stringent conditions with a polynucleotide comprising a base sequence complementary to the polynucleotide of any one of (a) to (d) above and encodes a protein having NMNAT activity.
(2)上記(1)に記載の作製方法により得られた赤かび病抵抗性植物。 (2) A head blight-resistant plant obtained by the production method described in (1) above.
(3)被検植物において、上記(a)〜(e)のいずれかの遺伝子の有無、又は該遺伝子の発現量を検出する工程を含む赤かび病抵抗性植物の選抜方法:
(4)被検植物において、ニコチンアミドモノヌクレオチド、ニコチンアミドアデニルジヌクレオチド、及びニコチンアミドアデニルジヌクレオチドリン酸から選択される、少なくとも1つの化合物の量を測定する工程を含む赤かび病抵抗性植物の選抜方法。
(3) A method for selecting a head blight-resistant plant comprising the step of detecting the presence or absence of the gene of any of the above (a) to (e) or the expression level of the gene in the test plant:
(4) A head blight resistant plant comprising a step of measuring an amount of at least one compound selected from nicotinamide mononucleotide, nicotinamide adenyl dinucleotide, and nicotinamide adenyl dinucleotide phosphate in a test plant. Selection method.
(5)以下に示す(i)〜(v)から選択される物質のうち、少なくとも1つの物質を含む、上記(3)又は(4)に記載の赤かび病抵抗性植物の選抜方法を実施するためのキット:
(i)上記(a)〜(e)のいずれかの遺伝子、
(ii)(i)の部分断片、
(iii)(i)又は(ii)を固定化した検出器具、
(iv)(i)の遺伝子を増幅するためのプライマーセット、
(v)ニコチンアミドモノヌクレオチド、ニコチンアミドアデニルジヌクレオチド、及びニコチンアミドアデニルジヌクレオチドリン酸から選択される、少なくとも1つの化合物の量を測定するための試薬類。
(5) The method for selecting a head blight-resistant plant according to (3) or (4) above, comprising at least one substance selected from the following (i) to (v): Kit to do:
(I) the gene of any one of (a) to (e) above,
(Ii) a partial fragment of (i),
(Iii) a detection instrument in which (i) or (ii) is immobilized,
(Iv) a primer set for amplifying the gene of (i),
(V) Reagents for measuring the amount of at least one compound selected from nicotinamide mononucleotide, nicotinamide adenyl dinucleotide, and nicotinamide adenyl dinucleotide phosphate.
(6)ニコチンアミドモノヌクレオチド、ニコチンアミドアデニルジヌクレオチド、ニコチンアミドアデニルジヌクレオチドリン酸、及びこれらの農園芸上許容される塩から選択される少なくとも1種の化合物を有効成分として含む植物病害防除剤。 (6) A plant disease control agent comprising, as an active ingredient, at least one compound selected from nicotinamide mononucleotide, nicotinamide adenyl dinucleotide, nicotinamide adenyl dinucleotide phosphate, and salts acceptable in agriculture and horticulture .
(7)ニコチンアミドモノヌクレオチド、ニコチンアミドアデニルジヌクレオチド、ニコチンアミドアデニルジヌクレオチドリン酸、及びこれらの農園芸上許容される塩から選択される少なくとも1種の化合物の有効量を、植物又は植物を栽培する土壌に処理する工程を含む植物病害防除方法。 (7) An effective amount of at least one compound selected from nicotinamide mononucleotide, nicotinamide adenyl dinucleotide, nicotinamide adenyl dinucleotide phosphate, and horticulturally acceptable salts thereof, Plant disease control method including the process processed to the soil to grow.
本発明によれば、赤かび病に対する抵抗性植物を得ることができる。また、本発明によれば、赤かび病に対する防除剤を提供し得る。 According to the present invention, a plant resistant to head blight can be obtained. Moreover, according to this invention, the control agent with respect to a head blight can be provided.
本発明の実施の一形態について、以下に詳細に説明する。なお、本明細書中に記載された学術文献及び特許文献の全てが、本明細書中において参考として援用される。なお、本明細書において特記しない限り、数値範囲を表す「A〜B」は、「A以上(Aを含みかつAより大きい)B以下(Bを含みかつBより小さい)」を意味する。 An embodiment of the present invention will be described in detail below. In addition, all the academic literatures and patent literatures described in this specification are incorporated by reference in this specification. Unless otherwise specified in this specification, “A to B” representing a numerical range means “A or more (including A and greater than A) and B or less (including B and less than B)”.
本明細書中で使用される場合、用語「遺伝子」は、「ポリヌクレオチド」、「核酸」又は「核酸分子」と交換可能に使用され、ヌクレオチドの重合体が意図される。ここで、遺伝子は、DNAの形態(例えば、cDNAもしくはゲノムDNA)、又はRNA(例えば、mRNA)の形態にて存在し得る。DNA又はRNAは、二本鎖であっても、一本鎖であってもよい。一本鎖DNA又はRNAは、コード鎖(センス鎖)であっても、非コード鎖(アンチセンス鎖)であってもよい。また、遺伝子は化学的に合成してもよく、コードするタンパク質の発現が向上するように、コドンユーセージ(Codon usage)を変更してもよい。同じアミノ酸をコードするコドン同士であれば置換することも可能である。また、用語「タンパク質」は、「ペプチド」又は「ポリペプチド」と交換可能に使用される。本明細書において使用される場合、塩基及びアミノ酸の表記は、適宜IUPAC及びIUBの定める1文字表記又は3文字表記を使用する。 As used herein, the term “gene” is used interchangeably with “polynucleotide”, “nucleic acid” or “nucleic acid molecule” and is intended to be a polymer of nucleotides. Here, the gene may be present in the form of DNA (eg, cDNA or genomic DNA) or RNA (eg, mRNA). DNA or RNA may be double-stranded or single-stranded. Single-stranded DNA or RNA may be a coding strand (sense strand) or a non-coding strand (antisense strand). Further, the gene may be chemically synthesized, and the codon usage may be changed so that expression of the encoded protein is improved. Substitutions can be made between codons encoding the same amino acid. The term “protein” is used interchangeably with “peptide” or “polypeptide”. As used herein, the base and amino acid notation uses the one-letter code or three-letter code defined by IUPAC and IUB as appropriate.
<1.赤かび病抵抗性植物の作製方法>
本発明に係る赤かび病抵抗性植物の作製方法は、植物において、以下の(a)〜(e)のいずれかの遺伝子の発現を増大させる工程を含むものであればよく、その他の工程、条件、材料等については特に限定されない。
(a)配列番号1〜5のいずれかに記載されるアミノ酸配列からなるタンパク質をコードする遺伝子;
(b)配列番号1〜5のいずれかに記載されるアミノ酸配列において、1又は数個のアミノ酸残基が置換、欠失、挿入及び/又は付加されたアミノ酸配列からなり、かつNMNAT活性を有するタンパク質をコードする遺伝子;
(c)配列番号1〜5のいずれかに記載されるアミノ酸配列と80%以上の相同性を有するアミノ酸配列からなり、かつNMNAT活性を有するタンパク質をコードする遺伝子;
(d)配列番号6〜10のいずれかに記載される塩基配列からなる遺伝子;
(e)上記(a)〜(d)のいずれかのポリヌクレオチドと相補的な塩基配列からなるポリヌクレオチドとストリンジェントな条件でハイブリダイズし、かつNMNAT活性を有するタンパク質をコードする遺伝子。
<1. Production method of plant resistant to head mold>
The method for producing a head blight-resistant plant according to the present invention only needs to include a step of increasing the expression of any of the following genes (a) to (e) in the plant, and other steps: The conditions, materials, etc. are not particularly limited.
(A) a gene encoding a protein consisting of the amino acid sequence set forth in any one of SEQ ID NOs: 1 to 5;
(B) In the amino acid sequence described in any one of SEQ ID NOs: 1 to 5, the amino acid sequence consists of an amino acid sequence in which one or several amino acid residues are substituted, deleted, inserted and / or added, and has NMNAT activity A gene encoding a protein;
(C) a gene comprising an amino acid sequence having 80% or more homology with the amino acid sequence described in any of SEQ ID NOs: 1 to 5 and encoding a protein having NMAT activity;
(D) a gene comprising the base sequence described in any one of SEQ ID NOs: 6 to 10;
(E) A gene that hybridizes under stringent conditions with a polynucleotide comprising a base sequence complementary to the polynucleotide of any one of (a) to (d) above and encodes a protein having NMNAT activity.
上記(a)〜(e)の遺伝子は、赤かび病への抵抗性を誘導する機能を有するタンパク質をコードしているため、植物においてこれらの遺伝子を発現させることにより、植物の赤かび病への抵抗性を付与又は高めることができる。 Since the genes (a) to (e) above encode proteins having a function of inducing resistance to head blight, expression of these genes in plants leads to plant head blight. Resistance can be imparted or enhanced.
上記(a)の遺伝子について具体的に説明する。配列番号1は、シロイヌナズナ(Arabidopsis thaliana)由来のニコチンアミドモノヌクレオチドアデニルトランスフェラーゼ(NMNAT;NMN adenyltransferase)と称される、全長264タンパク質のアミノ酸配列である。このタンパク質は、NMNに対してアデニル基を付加し、ニコチンアミドアデニルジヌクレオチド(NAD)へ変換する活性(以下、「NMNAT活性」と称する場合もある。)を有する酵素である。本発明において、NMNAT活性を有する酵素は、かかる反応を可逆的に触媒するものも含む。なお、NMNは、β−ニコチンアミドモノヌクレオチドを意図する。 The gene (a) will be specifically described. SEQ ID NO: 1 is an amino acid sequence of a full-length 264 protein called nicotinamide mononucleotide adenyltransferase (NMNAT) derived from Arabidopsis thaliana. This protein is an enzyme having an activity of adding an adenyl group to NMN and converting it to nicotinamide adenyl dinucleotide (NAD) (hereinafter sometimes referred to as “NMNAT activity”). In the present invention, the enzyme having NMNAT activity includes those that reversibly catalyze such a reaction. NMN intends β-nicotinamide mononucleotide.
配列番号2は、オオムギ(Hordeum vulgare subsp.)におけるNMNATのアミノ酸配列を示す。本タンパク質は、251アミノ酸からなるタンパク質であって、同様にNMNAT活性を有する。配列番号3は、イネ(Oryza sativa Japonica Group)におけるNMNATのアミノ酸配列を示す。本タンパク質は、315アミノ酸からなるタンパク質であって、同様にNMNAT活性を有する。配列番号4は、トウモロコシ(Zea mays)におけるNMNATのアミノ酸配列を示す。本タンパク質は、249アミノ酸からなるタンパク質であって、同様にNMNAT活性を有する。配列番号5は、コムギ(Triticum aestivum)におけるNMNATのアミノ酸配列を示す。本タンパク質は、174アミノ酸からなるタンパク質であって、同様にNMNAT活性を有する。 SEQ ID NO: 2 shows the amino acid sequence of NMNAT in barley (Hordeum vulgare subsp.). This protein is a protein consisting of 251 amino acids and has NMAT activity as well. SEQ ID NO: 3 shows the amino acid sequence of NMNAT in rice (Oryza sativa Japonica Group). This protein is a protein consisting of 315 amino acids and has NMAT activity as well. SEQ ID NO: 4 shows the amino acid sequence of NMNAT in maize (Zea mays). This protein is a protein consisting of 249 amino acids and similarly has NMAT activity. SEQ ID NO: 5 shows the amino acid sequence of NMNAT in wheat (Triticum aestivum). This protein is a protein consisting of 174 amino acids and similarly has NMAT activity.
上記(b)の遺伝子は、配列番号1〜5のいずれかに示すアミノ酸配列を有するタンパク質の、機能的に同等の変異体、誘導体、バリアント、アレル、ホモログ、オルソログ、部分ペプチド、又は他のタンパク質・ペプチドとの融合タンパク質等であって、NMNAT活性を有するタンパク質をコードする限り、その具体的な配列については限定されない。ここで欠失、置換又は付加されてもよいアミノ酸の数は、上記機能を失わせない限り、限定されてないが、部位特異的突然変異誘発法等の公知の導入法によって欠失、置換又は付加できる程度の数をいい、通常は、30アミノ酸以内であり、好ましくは20アミノ酸以内であり、さらに好ましくは10アミノ酸以内であり、より好ましくは7アミノ酸以内、さらに好ましくは5アミノ酸以内(例えば、5、4、3、2又は1アミノ酸)である。また、明細書中において「変異」とは、部位特異的突然変異誘発法等によって人為的に導入された変位を主に意味するが、天然に存在する同様の変異であってもよい。 The gene of (b) above is a functionally equivalent mutant, derivative, variant, allele, homolog, ortholog, partial peptide, or other protein of the protein having the amino acid sequence shown in any of SEQ ID NOs: 1 to 5 As long as it is a fusion protein with a peptide, etc., and encodes a protein having NMNAT activity, its specific sequence is not limited. Here, the number of amino acids that may be deleted, substituted or added is not limited as long as the above functions are not lost. However, the number of amino acids may be deleted, substituted or substituted by a known introduction method such as site-directed mutagenesis. This number refers to the number that can be added, usually within 30 amino acids, preferably within 20 amino acids, more preferably within 10 amino acids, more preferably within 7 amino acids, still more preferably within 5 amino acids (for example, 5, 4, 3, 2 or 1 amino acid). Further, in the specification, “mutation” mainly means a displacement artificially introduced by site-directed mutagenesis or the like, but may be a naturally occurring similar mutation.
変異するアミノ酸残基は、アミノ酸側鎖の性質が保存されている別のアミノ酸に変異されていることが好ましい。例えば、アミノ酸側鎖の性質としては、疎水性アミノ酸(A、I、L、M、F、P、W、Y、V)、親水性アミノ酸(R、D、N、C、E、Q、G、H、K、S、T)、脂肪族側鎖を有するアミノ酸(G、A、V、L、I、P)、水酸基含有側鎖を有するアミノ酸(S、T、Y)、硫黄原子含有側鎖を有するアミノ酸(C、M)、カルボン酸及びアミド含有側鎖を有するアミノ酸(D、N、E、Q)、塩基含有側鎖を有するアミノ酸(R、K、H)、芳香族含有側鎖を有するアミノ酸(H、F、Y、W)が挙げられる(括弧内はいずれもアミノ酸の一文字表記を表す)。あるアミノ酸配列に対する1又は複数個のアミノ酸残基の欠失、付加及び/又は他のアミノ酸による置換により修飾されたアミノ酸配列を有するポリペプチドがその生物学的活性を維持することはすでに知られている。さらに、標的アミノ酸残基は、共通した性質をできるだけ多く有するアミノ酸残基に変異させることがより好ましい。 The amino acid residue to be mutated is preferably mutated to another amino acid that preserves the properties of the amino acid side chain. For example, amino acid side chain properties include hydrophobic amino acids (A, I, L, M, F, P, W, Y, V), hydrophilic amino acids (R, D, N, C, E, Q, G). , H, K, S, T), an amino acid having an aliphatic side chain (G, A, V, L, I, P), an amino acid having a hydroxyl group-containing side chain (S, T, Y), a sulfur atom-containing side Amino acids having chains (C, M), amino acids having carboxylic acid and amide-containing side chains (D, N, E, Q), amino acids having base-containing side chains (R, K, H), aromatic-containing side chains (H, F, Y, W) are included (the parentheses indicate single letter amino acids). It is already known that a polypeptide having an amino acid sequence modified by deletion, addition and / or substitution with other amino acids of one or more amino acid residues to a certain amino acid sequence maintains its biological activity. Yes. Furthermore, the target amino acid residue is more preferably mutated to an amino acid residue having as many common properties as possible.
本明細書において「機能的に同等」とは、対象となるタンパク質が、NMNATと同等(同一及び/又は類似)の生物学的機能や生化学的機能を有することを意図する。本明細書において、NMNATの生物学的機能や生化学的機能としては、例えばNMNに対してアデニル基を付加してNADへ変換する機能、及び/又はこの可逆的反応を触媒する機能を挙げることができる。生物学的な性質には発現する部位の特異性や、発現量等も含まれ得る。 As used herein, “functionally equivalent” intends that the protein of interest has a biological function or biochemical function equivalent (same and / or similar) to NMNAT. In this specification, the biological function and biochemical function of NMNAT include, for example, a function of adding an adenyl group to NMN to convert it to NAD and / or a function of catalyzing this reversible reaction. Can do. Biological properties may include the specificity of the site to be expressed, the expression level, and the like.
変異を導入したタンパク質が植物に所望の形質を付与するかどうかは、そのタンパク質をコードする遺伝子を植物に導入発現させ、その植物が赤かび病に対する抵抗性を示すかどうか調べることにより判断できる。 Whether a protein into which a mutation has been introduced imparts a desired trait to a plant can be determined by introducing a gene encoding the protein into the plant and examining whether the plant exhibits resistance to head blight.
上記(c)の遺伝子も、配列番号1〜5のいずれかに示すアミノ酸配列を有するタンパク質の、機能的に同等の変異体、誘導体、バリアント、アレル、ホモログ、オルソログ、部分ペプチド、又は他のタンパク質・ペプチドとの融合タンパク質等を意図しており、赤かび病に対する抵抗性に関与するタンパク質をコードする限り、その具体的な配列については限定されない。 The gene (c) is also a functionally equivalent variant, derivative, variant, allele, homolog, ortholog, partial peptide, or other protein of the protein having the amino acid sequence shown in any of SEQ ID NOs: 1 to 5 -As a fusion protein with a peptide, etc., the specific sequence is not limited as long as it encodes a protein involved in resistance to head blight.
アミノ酸配列の相同性とは、アミノ酸配列全体(又は機能発現に必要な領域)で、少なくとも80%以上、より好ましくは90%以上、さらに好ましくは95%以上(例えば、95%、96%、97%、98%、99%以上)の配列の同一性を有することを意味する。アミノ酸配列の相同性は、BLASTN(核酸レベル)やBLASTX(アミノ酸レベル)のプログラム(Altschul et al. J. Mol. Biol., 215: 403-410, 1990) を利用して決定することができる。該プログラムは、Karlin及びAltschulによるアルゴリズムBLAST (Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 87:2264-2268, 1990, Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 90: 5873-5877, 1993) に基づいている。BLASTNによって塩基配列を解析する場合には、パラメーターは例えばscore =100、wordlength =12とする。また、BLASTXによってアミノ酸配列を解析する場合には、パラメーターは例えばscore =50、wordlength =3とする。また、Gapped BLASTプログラムを用いて、アミノ酸配列を解析する場合は、Altschulら(Nucleic Acids Res. 25: 3389-3402, 1997)に記載されているように行うことができる。BLASTとGapped BLASTプログラムを用いる場合には、各プログラムのデフォルトパラメーターを用いる。これらの解析方法の具体的な手法は公知である。比較対象の塩基配列又はアミノ酸配列を最適な状態にアラインメントするために、付加又は欠失(例えば、ギャップ等)を許容してもよい。 Amino acid sequence homology refers to at least 80% or more, more preferably 90% or more, and even more preferably 95% or more (for example, 95%, 96%, 97) of the entire amino acid sequence (or a region necessary for functional expression). %, 98%, 99% or more). Amino acid sequence homology can be determined using BLASTN (nucleic acid level) and BLASTX (amino acid level) programs (Altschul et al. J. Mol. Biol., 215: 403-410, 1990). The program is based on the algorithm BLAST by Karlin and Altschul (Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 87: 2264-2268, 1990, Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 90: 5873-5877, 1993). Yes. When analyzing a base sequence by BLASTN, parameters are set to score = 100 and wordlength = 12, for example. In addition, when the amino acid sequence is analyzed by BLASTX, the parameters are, for example, score = 50 and wordlength = 3. When the amino acid sequence is analyzed using the Gapped BLAST program, it can be performed as described in Altschul et al. (Nucleic Acids Res. 25: 3389-3402, 1997). When using BLAST and Gapped BLAST programs, the default parameters of each program are used. Specific methods of these analysis methods are known. In order to align the base sequence or amino acid sequence to be compared with each other in an optimal state, addition or deletion (for example, a gap) may be allowed.
上記(d)の遺伝子について、配列番号6は、配列番号1で示されるアミノ酸配列からなるタンパク質をコードする遺伝子の塩基配列(Open Reading Frame:ORF)を示す。同様に、配列番号7は、配列番号2で示されるアミノ酸配列からなるタンパク質をコードする遺伝子の塩基配列(ORF)を示す。同様に、配列番号8〜10のポリヌクレオチドは、それぞれ配列番号3〜5に示すアミノ酸配列のタンパク質をコードする遺伝子である。 Regarding the gene (d), SEQ ID NO: 6 shows the base sequence (Open Reading Frame: ORF) of the gene encoding the protein consisting of the amino acid sequence shown by SEQ ID NO: 1. Similarly, SEQ ID NO: 7 shows the base sequence (ORF) of the gene encoding the protein consisting of the amino acid sequence shown by SEQ ID NO: 2. Similarly, the polynucleotides of SEQ ID NOs: 8 to 10 are genes encoding proteins having the amino acid sequences shown in SEQ ID NOs: 3 to 5, respectively.
上記(e)遺伝子は、上記(a)〜(d)のいずれかの遺伝子と相補的な塩基配列からなるポリヌクレオチドとストリンジェントな条件でハイブリダイズする遺伝子を意図する。ここで、ストリンジェントな条件とは、いわゆる塩基配列に特異的な2本鎖のポリヌクレオチドが形成され、非特異的な2本鎖のポリヌクレオチドが形成されない条件をいう。換言すれば、相同性が高い核酸同士、例えば完全にマッチしたハイブリッドの融解温度(Tm値)から15℃、好ましくは10℃、更に好ましくは5℃低い温度までの範囲の温度でハイブリダイズする条件ともいえる。例えば、一例を示すと、0.25M Na2HPO4、pH7.2、7%SDS、1mM EDTA、1×デンハルト溶液からなる緩衝液中で温度が60〜68℃、好ましくは65℃、さらに好ましくは68℃の条件下で16〜24時間ハイブリダイズさせ、さらに20mM Na2HPO4、pH7.2、1%SDS、1mM EDTAからなる緩衝液中で温度が60〜68℃、好ましくは65℃、さらに好ましくは68℃の条件下で15分間の洗浄を2回行う条件を挙げることができる。他の例としては、25%ホルムアミド、より厳しい条件では50%ホルムアミド、4×SSC(塩化ナトリウム/クエン酸ナトリウム)、50mM Hepes pH7.0、10×デンハルト溶液、20μg/mL変性サケ精子DNAを含むハイブリダイゼーション溶液中、42℃で一晩プレハイブリダイゼーションを行った後、標識したプローブを添加し、42℃で一晩保温することによりハイブリダイゼーションを行う。その後の洗浄における洗浄液及び温度条件は、「1×SSC、0.1%SDS、37℃」程度で、より厳しい条件としては「0.5×SSC、0.1%SDS、42℃」程度で、さらに厳しい条件としては「0.2×SSC、0.1%SDS、65℃」程度で実施することができる。このようにハイブリダイゼーションの洗浄の条件が厳しくなるほど、特異性の高いハイブリダイズとなる。ただし、上記SSC、SDS及び温度の条件の組み合わせは例示であり、当業者であれば、ハイブリダイゼーションのストリンジェンシーを決定する上記若しくは他の要素(例えば、プローブ濃度、プローブの長さ、ハイブリダイゼーション反応時間等)を適宜組み合わせることにより、上記と同様のストリンジェンシーを実現することが可能である。このことは、例えば、Sambrookら、Molecular Cloning, A Laboratory Manual, 3rd Ed., Cold Spring Harbor Laboratory(2001)等に記載されている。 The gene (e) is intended to be a gene that hybridizes under stringent conditions with a polynucleotide comprising a base sequence complementary to any of the genes (a) to (d). Here, stringent conditions refer to conditions in which a so-called base sequence-specific double-stranded polynucleotide is formed and a non-specific double-stranded polynucleotide is not formed. In other words, conditions for hybridizing at a temperature ranging from the melting temperature (Tm value) of highly homologous nucleic acids, for example, perfectly matched hybrids, to 15 ° C, preferably 10 ° C, more preferably 5 ° C lower. It can be said. For example, the temperature is 60 to 68 ° C., preferably 65 ° C., more preferably in a buffer solution consisting of 0.25 M Na 2 HPO 4 , pH 7.2, 7% SDS, 1 mM EDTA, 1 × Denhardt's solution. Hybridize under conditions of 68 ° C. for 16 to 24 hours, and further in a buffer solution comprising 20 mM Na 2 HPO 4 , pH 7.2, 1% SDS, 1 mM EDTA, the temperature is 60 to 68 ° C., preferably 65 ° C. A preferable example is a condition in which washing is performed twice for 15 minutes under the condition of 68 ° C. Other examples include 25% formamide, 50% formamide under more severe conditions, 4 × SSC (sodium chloride / sodium citrate), 50 mM Hepes pH 7.0, 10 × Denhardt's solution, 20 μg / mL denatured salmon sperm DNA After prehybridization is performed overnight in a hybridization solution at 42 ° C., a labeled probe is added, and hybridization is performed by incubating at 42 ° C. overnight. The cleaning solution and temperature conditions for the subsequent cleaning are about “1 × SSC, 0.1% SDS, 37 ° C.”, and the more severe conditions are about “0.5 × SSC, 0.1% SDS, 42 ° C.”. It can be performed at about “0.2 × SSC, 0.1% SDS, 65 ° C.”. As the hybridization washing conditions become more severe, hybridization with higher specificity is achieved. However, combinations of the above SSC, SDS, and temperature conditions are exemplary, and those skilled in the art will understand the above or other factors that determine the stringency of hybridization (eg, probe concentration, probe length, hybridization reaction). It is possible to achieve the same stringency as above by appropriately combining the time and the like. This is described, for example, in Sambrook et al., Molecular Cloning, A Laboratory Manual, 3rd Ed., Cold Spring Harbor Laboratory (2001).
上記遺伝子・タンパク質を得る方法としては、通常行われるポリヌクレオチド改変方法を用いてもよい。すなわち、タンパク質の遺伝情報を有するポリヌクレオチドの特定の塩基を置換、欠失、挿入及び/又は付加することで、所望の組換えタンパク質の遺伝情報を有するポリヌクレオチドを作製することができる。ポリヌクレオチドの塩基を変換する具体的な方法としては、例えば市販のキット(KOD-Plus Site-Directed Mutagenesis Kit;東洋紡製,Transformer Site-Directed Mutagenesis Kit; Clontech製,QuickChange Site Directed Mutagenesis Kit; Stratagene製など)の使用、又はポリメラーゼ連鎖反応法(polymerase chain reaction:PCR)の利用が挙げられる。これらの方法は当業者に公知である。 As a method for obtaining the above-mentioned gene / protein, a commonly used polynucleotide modification method may be used. That is, a polynucleotide having genetic information of a desired recombinant protein can be prepared by substituting, deleting, inserting and / or adding a specific base of a polynucleotide having protein genetic information. Specific methods for converting polynucleotide bases include, for example, commercially available kits (KOD-Plus Site-Directed Mutagenesis Kit; Toyobo, Transformer Site-Directed Mutagenesis Kit; Clontech, QuickChange Site Directed Mutagenesis Kit; Stratagene, etc. ) Or the use of the polymerase chain reaction (PCR). These methods are known to those skilled in the art.
また、上記遺伝子は、上記タンパク質をコードするポリヌクレオチドのみからなるものであってもよいが、その他の塩基配列が付加されていてもよい。付加される塩基配列としては、特に限定されないが、標識(例えば、ヒスチジンタグ、Mycタグ又はFLAGタグなど)、融合タンパク質(例えば、ストレプトアビジン、シトクロム、GST、GFP又はMBPなど)、プロモーター配列、及びシグナル配列(例えば、小胞体移行シグナル配列、及び分泌配列など)をコードする塩基配列などが挙げられる。これらの塩基配列が付加される部位は特に限定されるものではなく、例えば、翻訳されるタンパク質のN末端であっても、C末端でもあってもよい。 The gene may be composed only of a polynucleotide encoding the protein, but may be added with other base sequences. The base sequence to be added is not particularly limited, but includes a label (for example, histidine tag, Myc tag or FLAG tag), a fusion protein (for example, streptavidin, cytochrome, GST, GFP or MBP), a promoter sequence, and Examples thereof include a base sequence encoding a signal sequence (for example, an endoplasmic reticulum transition signal sequence, a secretory sequence, etc.). The site to which these base sequences are added is not particularly limited and may be, for example, the N-terminus or C-terminus of the translated protein.
本発明の方法の対象となる植物としては、赤かび病菌に感染する植物であれば特に制限されないが、イネ科の植物が好ましく、ムギ類植物がより好ましい。より具体的には、例えばイネ、コムギ、オオムギ、ライムギ、トウモロコシ、エン麦、アワ、モロコシ、シロイヌナズナ等が挙げられ、これらの中でも、イネ、コムギ、オオムギ、エン麦及びトウモロコシがより好ましい。 The plant to be subjected to the method of the present invention is not particularly limited as long as it is a plant that is infected with Fusarium head blight fungi, but is preferably a gramineous plant, and more preferably a wheat plant. More specifically, for example, rice, wheat, barley, rye, corn, oat, millet, sorghum, Arabidopsis thaliana, etc. Among these, rice, wheat, barley, oat and corn are more preferable.
本明細書中、「赤かび病」とは、フザリウム属菌等の糸状菌による植物病害を意図しており、特に限定されないが、Fusarium graminearum又はFusarium asiaticumを原因菌とする麦類赤かび病であることが好ましい。「赤かび病菌」についてもフザリウム属菌等の糸状菌であればよく、特に限定されないが、Fusarium graminearum又はFusarium asiaticumであることが好ましい。 In the present specification, “redhead fungus” is intended to be a plant disease caused by filamentous fungi such as Fusarium spp., And is not particularly limited, but is a wheat fungus caused by Fusarium graminearum or Fusarium asiaticum. Preferably there is. The “red mold fungus” is not particularly limited as long as it is a filamentous fungus such as Fusarium spp., But Fusarium graminearum or Fusarium asiaticum is preferable.
本明細書において、「遺伝子の発現を増大させる」とは、対象とする植物内において、上記遺伝子がコードするタンパク質の産生量が増大すればよく、外部から遺伝子を形質導入する場合以外にも、内因性遺伝子の発現量を増加させる場合を含む。その増大の程度としても、特に制限はなく、結果として、対照植物(例えば、遺伝子の非導入体あるいは野生型植物等)と比べて、上記遺伝子の発現の増大を受けた植物が、赤かび病に対する抵抗性を示すようになればよい。 In the present specification, “increasing gene expression” means that the production amount of the protein encoded by the gene in the target plant may be increased. In addition to the case of transducing the gene from the outside, Including the case of increasing the expression level of an endogenous gene. The degree of the increase is not particularly limited, and as a result, the plant having increased expression of the gene compared to a control plant (for example, a non-introduced gene or a wild-type plant) has red mold disease. It suffices to show resistance to.
内因性遺伝子の発現量を増大させる場合は、例えば、公知の変異源を用いて、内因性遺伝子の発現量が増加している変異体を取得することにより、赤かび病に対する抵抗性植物を作出することができる。例えば、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よいし、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り、対象となる植物の遺伝子に変異を導入し、結果として当該植物において、上記遺伝子の発現が増大した株を選別してもよい。これらの方法は当業者に公知である。 When increasing the expression level of an endogenous gene, for example, by using a known mutation source, obtaining a mutant having an increased expression level of the endogenous gene, thereby producing a plant resistant to head blight. can do. For example, chemistry represented by EMS (ethyl methanesulfonic acid), 5-bromouracil, 2-aminopurine, hydroxylamine, N-methyl-N′-nitro-N-nitrosoguanidine, and other carcinogenic compounds. It may be a method using an artificial mutagen, or a mutation is introduced into the gene of the target plant by radiation treatment or ultraviolet treatment such as X-ray, alpha ray, beta ray, gamma ray, ion beam, and the result. As such, in the plant, a strain having increased expression of the gene may be selected. These methods are known to those skilled in the art.
上記遺伝子の発現を増大させる工程は、上記(a)〜(e)からなる群より選択される遺伝子を植物に導入して形質転換植物を作製する工程、を含むものであることが好ましい。 The step of increasing the expression of the gene preferably includes a step of introducing a gene selected from the group consisting of the above (a) to (e) into a plant to produce a transformed plant.
本発明において、形質転換の対象とする植物材料としては、例えば、根、茎、葉、種子、胚、胚珠、子房、茎頂、葯、花粉等の植物組織やその切片、細胞、カルス、それを酵素処理して細胞壁を除いたプロトプラスト等の植物細胞が挙げられるが、これらに限定されない。 In the present invention, as plant materials to be transformed, for example, roots, stems, leaves, seeds, embryos, ovules, ovary, shoot tips, buds, pollen, etc., plant tissues and sections thereof, cells, callus, Plant cells such as protoplasts obtained by enzymatic treatment of the cells to remove the cell wall are exemplified, but not limited thereto.
外部から遺伝子を形質導入する場合、公知の方法を利用でき、具体的な方法は限定されないが、例えば組換えベクターを植物に導入し、上記遺伝子を発現させることにより、赤かび病に対する抵抗性植物を作出することができる。外部から遺伝子を形質導入する場合は、宿主植物と同類の植物あるいは近縁種の植物由来の遺伝子を用いることが好ましい。例えば、コムギであればコムギ由来かオオムギ由来の遺伝子を用いることが好ましい。 When a gene is transduced from the outside, a known method can be used, and a specific method is not limited. For example, a plant resistant to head blight can be obtained by introducing a recombinant vector into a plant and expressing the gene. Can be created. When a gene is transduced from the outside, it is preferable to use a gene derived from a plant similar to the host plant or a plant of a related species. For example, in the case of wheat, it is preferable to use a gene derived from wheat or barley.
「組換えベクター」とは、上記(a)〜(e)のいずれかの遺伝子を含むものであればよいが、適当なプロモーター等も含み、植物内で本遺伝子を発現できるものであることが好ましい。この際、使用するプロモーターとしては、カリフラワーモザイクウイルスの35Sプロモーターを例示できるが、それ以外にもノパリン合成酵素遺伝子のプロモーター(Pnos)、トウモロコシ由来のユビキチンプロモーター、イネ由来のアクチンプロモーター、タバコ由来のPRタンパク質プロモーターなども使用できる。 The “recombinant vector” is not limited as long as it contains any of the above genes (a) to (e), but also contains an appropriate promoter and the like and can express this gene in plants. preferable. In this case, the cauliflower mosaic virus 35S promoter can be exemplified as the promoter to be used, but in addition to that, the promoter of nopaline synthase gene (Pnos), the ubiquitin promoter derived from corn, the actin promoter derived from rice, the tobacco-derived PR Protein promoters can also be used.
本発明の赤かび病抵抗性植物の作製方法では、例えば、上記組換えベクターを植物に導入し、上記遺伝子を発現させることにより、赤かび病抵抗性を有する植物を作製することができる。本発明の赤かび病抵抗性植物の作製方法において、組換えベクターを植物細胞に導入する方法としては、従来公知の方法を利用でき、特に限定されない。例えば、ポリエチレングリコール法、アグロバクテリウム法、リポソーム法、カチオニックリポソーム法、リン酸カルシウム沈殿法、電気パルス穿孔法(エレクトロポレーション)(Current protocols in Molecular Biology edit. Ausubel et al. (1987) Publish. John Wiley & Sons.Section 9.1-9.9)、リポフェクション法(GIBCO-BRL社製)、マイクロインジェクション法、パーティクルガン法等の当業者に公知の方法により生体内に導入する方法が挙げられる。 In the method for producing a Fusarium head blight-resistant plant of the present invention, for example, a plant having Fusarium head blight resistance can be produced by introducing the recombinant vector into a plant and expressing the gene. In the method for producing a head blight-resistant plant of the present invention, a conventionally known method can be used as a method for introducing a recombinant vector into a plant cell, and is not particularly limited. For example, polyethylene glycol method, Agrobacterium method, liposome method, cationic liposome method, calcium phosphate precipitation method, electroporation method (Electroporation) (Current protocols in Molecular Biology edit. Ausubel et al. (1987) Publish. John) Wiley & Sons. Section 9.1-9.9), lipofection method (manufactured by GIBCO-BRL), microinjection method, particle gun method, and other methods known to those skilled in the art.
形質転換された植物細胞を再分化させて植物体を再生させる方法は、植物細胞の種類に応じた方法で行えばよく、公知の手法を好適に利用できる。例えば、イネであればFujimuraら(Plant Tissue Culture Lett. 2:74 (1995))の方法が挙げられ、トウモロコシであればShillitoら(Bio/Technology 7:581 (1989))の方法やGorden-Kammら(Plant Cell 2:603(1990))の方法が挙げられる。上記手法により再生され、かつ栽培した形質転換植物体中の導入された外来遺伝子の存在は、公知のPCR法やサザンハイブリダイゼーション法によって、又は植物体中のDNAの塩基配列を解析することによって確認することができる。この場合、形質転換植物体からのDNAの抽出は、公知のJ.Sambrookらの方法(Molecular Cloning、第2版、Cold Spring Harbor Laboratory Press, 1989)にしたがって実施することができる。 A method of regenerating a transformed plant cell by redifferentiating the transformed plant cell may be performed by a method according to the type of the plant cell, and a known method can be suitably used. For example, the method of Fujimura et al. (Plant Tissue Culture Lett. 2:74 (1995)) can be cited for rice, and the method of Shillito et al. (Bio / Technology 7: 581 (1989)) or Gorden-Kamm for maize. (Plant Cell 2: 603 (1990)). The presence of the introduced foreign gene in the transformed plant that has been regenerated and cultivated by the above method is confirmed by a known PCR method or Southern hybridization method, or by analyzing the DNA base sequence in the plant body. can do. In this case, the extraction of DNA from the transformed plant can be performed according to a known method of J. Sambrook et al. (Molecular Cloning, 2nd edition, Cold Spring Harbor Laboratory Press, 1989).
再生させた植物体中に存在する本発明の遺伝子を、PCR法を用いて解析する場合には、上記のように再生植物体から抽出したDNAを鋳型として増幅反応を行う。また、上記遺伝子(a)〜(e)の塩基配列に従って適当に選択された塩基配列をもつ合成したオリゴヌクレオチドをプライマーとして用い、これらを混合させた反応液中において増幅反応を行うこともできる。増幅反応においては、DNAの変性、アニーリング、伸張反応を数十回繰り返すと、本発明の遺伝子の塩基配列を含むDNA断片の増幅生成物を得ることができる。増幅生成物を含む反応液を例えばアガロース電気泳動にかけると、増幅された各種のDNA断片が分画されて、そのDNA断片が本発明の遺伝子に対応することを確認することが可能である。 When the gene of the present invention present in the regenerated plant body is analyzed using the PCR method, an amplification reaction is performed using the DNA extracted from the regenerated plant body as a template as described above. In addition, an amplification reaction can also be performed in a reaction solution in which a synthesized oligonucleotide having a base sequence appropriately selected according to the base sequences of the genes (a) to (e) is used as a primer and these are mixed. In the amplification reaction, DNA denaturation, annealing, and extension reactions are repeated several tens of times to obtain an amplification product of a DNA fragment containing the base sequence of the gene of the present invention. When the reaction solution containing the amplified product is subjected to, for example, agarose electrophoresis, it is possible to confirm that the amplified DNA fragments are fractionated and that the DNA fragments correspond to the gene of the present invention.
本発明には、育種法による赤かび病抵抗性植物の作製方法も含まれる。上記育種法としては、例えば、上記遺伝子(a)〜(e)のいずれかの遺伝子の発現量が増大した品種と交雑させる一般的な育種法(交雑育種法等)を挙げることができる。該方法によって、赤かび病抵抗性植物を作出できる。 The present invention also includes a method for producing a head blight resistant plant by a breeding method. Examples of the breeding method include a general breeding method (cross breeding method or the like) for crossing with a cultivar having an increased expression level of any of the genes (a) to (e). By this method, plants resistant to head blight can be produced.
育種法によって赤かび病抵抗性植物を作製する際には、公知の種々の文献を参照して適宜実施することができる。(細胞工学別冊・植物細胞工学シリーズ15「モデル植物の実験プロトコール」秀潤社、2001年、加藤鎌司著「2.1 イネ・コムギの交配」p.6-9; 高牟礼逸朗、佐野芳雄著「2. 交配法」p.46-48)
上記育種方法の好ましい態様としては、以下の工程(A)及び(B)を含む方法を挙げることができる。
(A)上記遺伝子(a)〜(e)のいずれかの遺伝子の発現量が増大した植物と交雑させる工程を含む、
(B)上記遺伝子(a)〜(e)のいずれかの遺伝子の発現量が増大した植物改変体を選抜する工程。
When producing a head blight-resistant plant by a breeding method, it can implement suitably with reference to various well-known literature. (Cellular engineering separate volume, Plant Cell Engineering Series 15 “Experimental Protocols for Model Plants” Shujunsha, 2001, Koji Kato “2.1 Mating of Rice and Wheat” p.6-9; Retsuro Takatsuki, Yoshio Sano “2 Mating method "p.46-48)
As a preferable aspect of the breeding method, a method including the following steps (A) and (B) can be exemplified.
(A) including a step of crossing with a plant having an increased expression level of any of the genes (a) to (e).
(B) A step of selecting a plant variant in which the expression level of any of the genes (a) to (e) is increased.
より具体的には、以下のような工程を含む方法を挙げることができる。
(A1)植物Aと、上記遺伝子(a)〜(e)のいずれかの遺伝子の発現量が増大した他の植物Bを交雑させ、F1を作出する工程
(A2)上記F1と上記植物Aを交雑させる工程
(B1)上記遺伝子(a)〜(e)のいずれかの遺伝子の発現量が増大した植物を選抜する工程
(B2)工程(B1)によって選抜された植物と、上記植物Aを交雑させる工程
上記方法においては、上記遺伝子(a)〜(e)のいずれかの遺伝子の発現量が増大した植物Bと、赤かび病に対する抵抗性を付与したい植物(これら植物を「植物A」と記載する。)を交雑し、植物Bの持つ上記遺伝子(a)〜(e)のいずれかの遺伝子の発現量が増大した形質が受け継がれ、かつ植物Aに近い個体を選抜し、これに植物Aによる交雑を重ねていく「戻し交雑」を行って、植物Bが有する上記遺伝子(a)〜(e)のいずれかの遺伝子の発現量が増大した形質を意図的に導入し得る。
More specifically, a method including the following steps can be exemplified.
(A1) A step of crossing plant A with another plant B in which the expression level of any of the genes (a) to (e) is increased to produce F1 (A2) Crossing step (B1) Crossing the plant selected in the step (B2) step (B1) and the plant A selected from the plant in which the expression level of any one of the genes (a) to (e) is increased In the method described above, in the method described above, the plant B in which the expression level of any one of the genes (a) to (e) is increased, and a plant to which resistance to head blight is imparted (these plants are referred to as “plant A”). And a trait in which the expression level of any of the genes (a) to (e) possessed by the plant B is inherited and an individual close to the plant A is selected, Perform a “backcross” that repeats crosses by A Thus, a trait in which the expression level of any of the genes (a) to (e) of the plant B is increased can be intentionally introduced.
上記方法においては、必要に応じて、上記遺伝子(a)〜(e)のいずれかの遺伝子の発現量が増大した形質以外のゲノム全域が目的の遺伝形質でホモ固定するまで、繰り返して行うことができる。すなわち、上記工程(B2)によって交雑された個体について、一般的なDNAマーカーを利用して、上記遺伝子(a)〜(e)のいずれかの遺伝子の発現量が増大した形質を有し、かつ、ゲノム構造が植物Aに近い植物個体を選抜することができる。 In the above method, if necessary, it is repeated until the entire genome other than the trait in which the expression level of any of the genes (a) to (e) is increased is homo-fixed with the target genetic trait. Can do. That is, the individual crossed by the step (B2) has a trait in which the expression level of any of the genes (a) to (e) is increased using a general DNA marker, and Plant individuals whose genome structure is close to that of plant A can be selected.
<2.赤かび病抵抗性植物>
本発明に係る赤かび病抵抗性植物は、上述の方法にて得られる植物であればよく、その他の構成は特に限定されない。換言すれば、上記(a)〜(e)のいずれかの遺伝子の発現が増大している植物といえる。特に、上記(a)〜(e)からなる群より選択されるいずれかの遺伝子が形質転換された、赤かび病抵抗性植物であることが好ましい。
<2. Red mold resistant plant>
The head blight-resistant plant according to the present invention is not particularly limited as long as it is a plant obtained by the above-described method. In other words, it can be said to be a plant in which the expression of any of the genes (a) to (e) is increased. In particular, it is preferable that the plant is resistant to Fusarium head blight, in which any gene selected from the group consisting of the above (a) to (e) is transformed.
本発明の赤かび病抵抗性植物には、植物体全体、植物器官(例えば根、茎、葉、花弁、種子、果実等)、植物組織(例えば表皮、篩部、柔組織、木部、維管束等)、植物細胞、カルス等のいずれをも包含し、プロトプラスト、苗条原基、多芽体、毛状根も含まれ得る。 The plant resistant to head blight of the present invention includes whole plants, plant organs (eg, roots, stems, leaves, petals, seeds, fruits, etc.), plant tissues (eg, epidermis, sieve, soft tissue, xylem, fibers). Tube bundles, etc.), plant cells, calli and the like, and protoplasts, shoot primordia, polyblasts, and hairy roots may also be included.
また、一旦、植物体のゲノム内に上記(a)〜(e)のいずれかの遺伝子が導入された形質転換植物が得られれば、該植物体から有性生殖又は無性生殖により子孫を得ることが可能である。上記植物又はその子孫、あるいはクローンから繁殖材料(例えば、種子、果実、切穂、塊茎、塊根、株、カルス、プロトプラスト等)を得て、それらを基に上記植物を量産することもできる。また、本発明の赤かび病抵抗性植物は、形質転換処理を施した再分化当代である「T0世代」やT0世代の植物の自殖種子である「T1世代」などの後代植物や、それらを片親にして交配した雑種植物やその後代植物を含む。 Moreover, once a transformed plant having any of the genes (a) to (e) introduced into the genome of the plant is obtained, progeny are obtained from the plant by sexual reproduction or asexual reproduction. It is possible. It is also possible to obtain a propagation material (for example, seeds, fruits, cuttings, tubers, tuberous roots, strains, callus, protoplasts, etc.) from the plant or its progeny or clones, and mass-produce the plant based on them. Further, the head blight-resistant plant of the present invention is a progeny plant such as “T0 generation” which is a regenerated generation that has undergone transformation treatment, or “T1 generation” which is a self-propagating seed of a T0 generation plant, This includes hybrid plants and their progeny plants that have been crossed as a single parent.
本発明において、赤かび病に対する抵抗性を付与できることが実験的に確認されたのは、シロイヌナズナだけであるが、本発明は、赤かび病に感染する植物一般、特にイネ科植物、さらにはムギ類植物に広く適用できると考えられる。これは以下の理由による。 In the present invention, only Arabidopsis thaliana has been experimentally confirmed to be able to confer resistance to head blight, but the present invention is not limited to plants infecting head blight, particularly grasses, and even wheat. It is thought that it can be widely applied to arboreal plants. This is due to the following reason.
まず、赤かび病菌は、広くイネ科植物、特にムギ類植物に感染するが、シロイヌナズナにも感染する。そして、その感染形態・病徴は、ムギ類植物のコムギとシロイヌナズナとにおいてほぼ共通することが知られている(Urban et al., Plant J., 32: 961, 2002)。特に、赤かび病菌が産生するタイプBのトリコテセン系カビ毒の作用として、タンパク質合成阻害や根の伸長阻害が知られているが、これらカビ毒の作用はシロイヌナズナとコムギにおいて同様に引き起こされる(Masuda et al., J. Exp. Bot. 58:1617, 2007)。また、シロイヌナズナのAtNFXL1遺伝子は、トリコテセンにより顕著な発現誘導を受けるが(Asano et al., Plant J., 53: 450, 2008)、オオムギ及びコムギのオルソログ遺伝子は、赤かび病菌の接種によって発現誘導を受ける(Boddu et al., Mol. Plant-Microbe Interact., 20:1364,2007; Jia et al., Mol. Plant-Microbe Interact.,22: 1366, 2009)。さらに、トリコテセンは、シロイヌナズナとコムギにおいて、エリシター活性と細胞死誘導活性を有する(Nishiuchi et al., Mol. Plant-Microbe Interact. 19: 512, 2006; Desmond et al., Mol Plant Pathol.,9: 435, 2008)。 First, Fusarium head blight fungus widely infects gramineous plants, especially wheat plants, but also in Arabidopsis. It is known that the infection form and disease symptoms are almost common between wheat and Arabidopsis (Urban et al., Plant J., 32: 961, 2002). In particular, type B trichothecene fungal toxins produced by Fusarium head blight fungus are known to inhibit protein synthesis and root elongation. These fungal toxins are similarly caused in Arabidopsis and wheat (Masuda). et al., J. Exp. Bot. 58: 1617, 2007). The AtNFXL1 gene of Arabidopsis thaliana is markedly induced by trichothecene (Asano et al., Plant J., 53: 450, 2008), but the ortholog gene of barley and wheat is induced by inoculation with Fusarium head blight fungus. (Boddu et al., Mol. Plant-Microbe Interact., 20: 1364, 2007; Jia et al., Mol. Plant-Microbe Interact., 22: 1366, 2009). Furthermore, trichothecene has elicitor activity and cell death-inducing activity in Arabidopsis and wheat (Nishiuchi et al., Mol. Plant-Microbe Interact. 19: 512, 2006; Desmond et al., Mol Plant Pathol., 9: 435, 2008).
次に、本発明の実施例において機能を確認したシロイヌナズナ由来の遺伝子と類似する遺伝子は、シロイヌナズナ以外にも、イネ科植物において広く存在する。特に着目に値するのが、シロイヌナズナとは分類学的に遠縁の植物であるイネやオオムギにおいても存在することである。それゆえ、上述したシロイヌナズナ由来の遺伝子と類似する遺伝子は、赤かび病に感染する植物一般に広く存在すると考えられる。 Next, genes similar to the genes derived from Arabidopsis thaliana whose functions have been confirmed in the examples of the present invention are widely present in grasses besides Arabidopsis thaliana. Of particular note is that Arabidopsis thaliana also exists in rice and barley, which are taxonomically distantly related plants. Therefore, it is considered that genes similar to the above-mentioned genes derived from Arabidopsis thaliana are widely present in plants infected with head blight.
以上の点を考慮した上で本明細書を読めば、当業者にとっては、シロイヌナズナ以外の植物における類似遺伝子も、シロイヌナズナにおける赤かび病に対する抵抗性の遺伝子と同様に、赤かび病に対する抵抗性に関与する機能を有するものと理解できる。それゆえ、上述した各種遺伝子を種々の植物に導入したり、又は植物内で発現を増大させたりすることにより、当該植物に赤かび病に対する抵抗性を付与できるといえる。なお、実施例において実証したシロイヌナズナ由来の遺伝子の類似遺伝子は、オオムギ、イネ、トウモロコシ及びコムギにおいて存在が確認されているが、今後、各植物のゲノム解析が進むにつれ、上記植物以外の植物においても、類似遺伝子が見出される可能性は高い。 After reading this specification in consideration of the above points, those skilled in the art will recognize that similar genes in plants other than Arabidopsis thaliana are resistant to head blight as well as genes resistant to head blight in Arabidopsis thaliana. It can be understood that it has a function involved. Therefore, it can be said that by introducing the various genes described above into various plants or increasing the expression in the plants, the plant can be given resistance to head blight. In addition, the presence of the similar genes derived from Arabidopsis thaliana demonstrated in the examples has been confirmed in barley, rice, corn and wheat, but in the future, as the genome analysis of each plant proceeds, There is a high probability that similar genes will be found.
<3.赤かび病抵抗性植物の選抜方法及びキット>
本発明に係る赤かび病抵抗性植物の選抜方法は、被検植物において、上記(a)〜(e)のいずれかの遺伝子の有無、又は該遺伝子の発現量を検出する工程を含むものであればよく、その具体的な工程、条件及び材料等は特に限定されない。被検植物には、植物体のほか、被検繁殖媒体、植物細胞、植物の器官及び部位を含む。
<3. Selection method and kit for plant resistant to head blight>
The method for selecting a head blight-resistant plant according to the present invention includes a step of detecting the presence or absence of the gene of any one of (a) to (e) above or the expression level of the gene in a test plant. The specific process, conditions, materials, etc. are not particularly limited. Test plants include test propagation media, plant cells, plant organs and parts in addition to plants.
本選抜方法は、例えば、(ア)〜(ウ)の工程を含む方法で行うことができる。
(ア)被検植物からポリヌクレオチド試料を調製する工程
(イ)上記ポリヌクレオチドと、上記(a)〜(e)のいずれかの遺伝子と相補的な塩基配列からなるポリヌクレオチドとストリンジェントな条件下でハイブリダイズするポリヌクレオチドとをハイブリダイズさせる工程
(ウ)上記ハイブリダイゼーションを検出する工程
上記工程(ア)は、被検植物から、ゲノムDNA又はmRNA等のポリヌクレオチドを抽出することにより行うことができる。ポリヌクレオチドの調製(抽出)に用いる植物の部位は特に限定されない。mRNAを抽出した場合には、逆転写することにより、mRNAからcDNAを調製してもよい。
This selection method can be performed, for example, by a method including the steps (a) to (c).
(A) Step of preparing a polynucleotide sample from a test plant (a) A polynucleotide comprising the above-mentioned polynucleotide and a nucleotide sequence complementary to the gene of any one of (a) to (e) above and stringent conditions The step of hybridizing with a polynucleotide that hybridizes under (c) The step of detecting the hybridization The step (a) is performed by extracting a polynucleotide such as genomic DNA or mRNA from the test plant. Can do. The part of the plant used for the preparation (extraction) of the polynucleotide is not particularly limited. When mRNA is extracted, cDNA may be prepared from mRNA by reverse transcription.
上記工程(イ)は、上記で調製したポリヌクレオチド試料に対し、上記(a)〜(e)のいずれかの遺伝子と相補的な塩基配列からなるポリヌクレオチドをプローブ又はプライマーとして、ストリンジェントな条件下でハイブリダイズさせることにより行うことができる。ストリンジェントな条件は、既に述べたとおりである。 In the step (a), the polynucleotide sample prepared above is subjected to stringent conditions using a polynucleotide comprising a base sequence complementary to any of the genes (a) to (e) as a probe or primer. This can be done by hybridizing under. Stringent conditions are as already described.
上記工程(イ)において、上記(a)〜(e)のいずれかの遺伝子と相補的な塩基配列からなるポリヌクレオチドをプローブとして用いた場合には、上記工程(ウ)は、通常のサザンブロッティング、ノーザンブロッティング、マイクロアレイ、Fluorescent In Situ Hybridization(FISH)等のハイブリダイゼーション検出方法により行うことができる。 In the step (a), when a polynucleotide comprising a base sequence complementary to any of the genes (a) to (e) is used as a probe, the step (c) is performed by ordinary Southern blotting. , Northern blotting, microarray, and hybridization detection methods such as Fluorescent In Situ Hybridization (FISH).
一方、上記工程(イ)において、上記(a)〜(e)のいずれかの遺伝子と相補的な塩基配列からなるポリヌクレオチドをプライマーとして用いた場合には、上記工程(ウ)は、PCR増幅反応を行い、得られた増幅産物を電気泳動又はシークエンシング等によって解析することにより、ハイブリダイゼーションを検出することができる。 On the other hand, when a polynucleotide comprising a base sequence complementary to any of the genes (a) to (e) above is used as a primer in the step (a), the step (c) includes PCR amplification. Hybridization can be detected by performing a reaction and analyzing the obtained amplification product by electrophoresis or sequencing.
PCR増幅反応を行う場合、32P等のアイソトープ、蛍光色素、又はビオチン等によって標識したプライマーを用いることにより、増幅ポリヌクレオチド産物を標識することができる。あるいはPCR反応液に32P等のアイソトープ、蛍光色素、又はビオチン等によって標識された基質塩基を加えてPCRを行うことにより、増幅産物を標識することも可能である。さらに、PCR反応後にクレノウ酵素等を用いて、32P等のアイソトープ、蛍光色素、又はビオチン等によって標識された基質塩基を、増幅断片に付加することによっても標識を行うことができる。 When performing PCR amplification reaction, the amplified polynucleotide product can be labeled by using a primer labeled with an isotope such as 32 P, a fluorescent dye, or biotin. Alternatively, the amplification product can be labeled by adding a substrate base labeled with an isotope such as 32 P, a fluorescent dye, or biotin to the PCR reaction solution and performing PCR. Furthermore, labeling can also be performed by adding a substrate base labeled with an isotope such as 32 P, a fluorescent dye, or biotin using a Klenow enzyme or the like after the PCR reaction.
また、本発明に係る赤かび病抵抗性植物の選抜方法の他の態様として、被検植物において、NMN、NAD、及びニコチンアミドアデニルジヌクレオチドリン酸(NADP)から選択される、少なくとも1つの化合物の量を測定する工程を含む方法を挙げることができる。 Moreover, as another aspect of the method for selecting a head blight-resistant plant according to the present invention, at least one compound selected from NMN, NAD, and nicotinamide adenyl dinucleotide phosphate (NADP) in a test plant The method of including the process of measuring the quantity of can be mentioned.
被検植物におけるNMN、NAD又はNADPの量は、公知のメタボローム解析の手法を用いて行うことができ、具体的な手法は限定されない。例えば、後述する実施例に記載の方法を挙げることができる。 The amount of NMN, NAD or NADP in the test plant can be determined using a known metabolome analysis method, and the specific method is not limited. For example, the method as described in the Example mentioned later can be mentioned.
後述する実施例に示すように、NMN、NAD及びNADPは、いずれも赤かび病抵抗性を誘導する機能を有するものである。特に、NMNは植物自体が持つ免疫機能を増強させるプラントアクチベーター様の機能を有することが示唆されている。このため、植物体中に含まれる、これらの化合物の量を指標として赤かび病抵抗性植物の選抜を行うことができる。 As shown in Examples described later, all of NMN, NAD, and NADP have a function of inducing resistance to head blight. In particular, it has been suggested that NMN has a plant activator-like function that enhances the immune function of the plant itself. For this reason, selection of a plant resistant to head blight can be performed using the amount of these compounds contained in the plant as an index.
選抜に際して、例えば、被検植物のNMN等の量と、既知の赤かび病抵抗性植物におけるNMN等の量と比較してもよいし、あるいは既知の赤かび病抵抗性植物におけるNMN等の量を閾値として設定しておき、この閾値と比較することで簡便に選抜を行い得る。被検植物においてNMN等の量が多い場合、赤かび病抵抗性植物であると判定できる。 At the time of selection, for example, the amount of NMN or the like of the test plant may be compared with the amount of NMN or the like in a known head blight-resistant plant, or the amount of NMN or the like in a known head blight-resistant plant. Can be easily selected by comparing with this threshold value. When the amount of NMN or the like in the test plant is large, it can be determined that the plant is resistant to head blight.
本発明に係る選抜方法には、これまでに栽培されていた品種における赤かび病抵抗性植物の選抜のみならず、交配や遺伝子組換え技術による新しい品種における赤かび病抵抗性の選抜も含まれる。 The selection method according to the present invention includes not only selection of head blight-resistant plants in cultivars that have been cultivated so far, but also selection of head blight resistance in new varieties by crossing or genetic recombination techniques. .
また、本発明には、上述した赤かび病抵抗性植物の選抜方法を実施するためのキットも含まれる。キットの構成は、上記選抜方法を実施できればよく、特に限定されないが、例えば、以下に示す(i)〜(v)から選択される物質のうち、少なくとも1つの物質を含むキットを挙げることができる。
(i)上記(a)〜(e)のいずれかの遺伝子
(ii)(i)の部分断片(プローブ)、
(iii)(i)又は(ii)を固定化した検出器具、
(iv)(i)の遺伝子を増幅するためのプライマーセット、
(v)NMN、NAD、及びNADPから選択される、少なくとも1つの化合物の量を測定するための試薬類。
The present invention also includes a kit for carrying out the aforementioned method for selecting a head blight-resistant plant. The configuration of the kit is not particularly limited as long as the above selection method can be performed. For example, a kit including at least one substance selected from the substances (i) to (v) shown below can be mentioned. .
(I) a partial fragment (probe) of the gene (ii) (i) of any of the above (a) to (e),
(Iii) a detection instrument in which (i) or (ii) is immobilized,
(Iv) a primer set for amplifying the gene of (i),
(V) Reagents for measuring the amount of at least one compound selected from NMN, NAD, and NADP.
上記(ii)の部分断片は、上記(i)の遺伝子とハイブリダイズするものであり、プローブとして用いるものである。プローブの設計は公知の手法により行い得る。また、上記(iv)のプライマーセットは、PCRに用いられるものであることが好ましく、公知の手法にしたがって、好適に設計可能される。例えば、上記遺伝子(a)〜(e)の塩基配列に従って適当に選択された塩基配列をもつ合成したオリゴヌクレオチドをプライマーとして用いることができる。上記(v)の試薬類は、NMN、NAD、又はNADPを測定するために使用されるものであればよく、特に限定されないが、例えば、後述する実施例に記載の方法に使用される各種試薬類を挙げることができる。 The partial fragment (ii) hybridizes with the gene (i) and is used as a probe. The design of the probe can be performed by a known method. The primer set (iv) is preferably used for PCR, and can be suitably designed according to a known technique. For example, a synthesized oligonucleotide having a base sequence appropriately selected according to the base sequences of the genes (a) to (e) can be used as a primer. The reagents of the above (v) are not particularly limited as long as they are used for measuring NMN, NAD, or NADP. For example, various reagents used in the methods described in Examples described later There can be mentioned.
これらの構成を備えるキットを用いることにより、上記選抜方法を簡易に実施することができる。 By using a kit having these configurations, the above selection method can be easily performed.
<4.植物病害防除剤、植物病害防除方法、カビ毒低減剤及びカビ毒を低減する方法>
本発明に係る植物防除剤は、NMN、NAD、NADP及びこれらの農園芸上許容される塩から選択される少なくとも1種の化合物を有効成分として含むものであればよく、その他の構成は特に限定されない。また、本発明には、NMN、NAD、NADP及びこれらの農園芸上許容される塩から選択される少なくとも1種の化合物の有効量を、植物又は植物を栽培する土壌に処理する工程を含む植物病害防除方法も含まれる。
<4. Plant Disease Control Agent, Plant Disease Control Method, Mold Toxic Reducer, and Method to Reduce Mold Poison>
The plant control agent according to the present invention only needs to contain at least one compound selected from NMN, NAD, NADP, and salts acceptable in agriculture and horticulture as an active ingredient, and other configurations are particularly limited. Not. In addition, the present invention includes a step of treating an effective amount of at least one compound selected from NMN, NAD, NADP and their agriculturally and horticulturally-salts to a plant or soil for cultivating the plant. Disease control methods are also included.
後述する実施例に示すように、NMN、NAD及びNADPは、赤かび病抵抗性を誘導する化合物であり、特に、NMNは植物自体が持つ免疫機能を増強させるプラントアクチベーター様の機能を有することが示唆されている。このため、これらの化合物を有効成分として植物病害防除に利用することができる。 As shown in Examples described later, NMN, NAD and NADP are compounds that induce head blight resistance, and in particular, NMN has a plant activator-like function that enhances the immune function of the plant itself. Has been suggested. Therefore, these compounds can be used as active ingredients for controlling plant diseases.
「植物病害防除剤」とは、植物病害に対して防除効果を示す薬剤を意味し、植物病原微生物を殺滅する薬剤のみならず、植物病原微生物の増殖を抑制する薬剤、植物病原微生物の植物への感染を防御する薬剤も含むものである。方法についても同様である。 “Plant disease control agent” means a drug having a control effect against plant diseases, and not only a drug that kills plant pathogenic microorganisms but also a drug that suppresses the growth of plant pathogenic microorganisms, plants of plant pathogenic microorganisms It also includes drugs that protect against infection. The same applies to the method.
対象となる植物病害については特に限定されないが、赤かび病を対象とすることが好ましい。 Although it does not specifically limit about the plant disease used as object, It is preferable to make target the red mold disease.
また、後述する実施例に示すように、NMN、NAD及びNADPは、赤かび病菌が産生するカビ毒を低減する作用も有することが本発明者らによって明らかにされている。このため、本発明によれば、NMN、NAD、NADP及びこれらの農園芸上許容される塩から選択される少なくとも1種の化合物を有効成分として含む赤かび病菌が産生するカビ毒低減剤が提供される。さらに、NMN、NAD、NADP及びこれらの農園芸上許容される塩から選択される少なくとも1種の化合物の有効量を、植物又は植物を栽培する土壌に処理する工程を含む赤かび病菌が産生するカビ毒を低減する方法も本発明に包含される。 Moreover, as shown in the Example mentioned later, it has been clarified by the present inventors that NMN, NAD and NADP also have an action of reducing mold poison produced by Fusarium head blight. For this reason, according to the present invention, there is provided a fungus toxin reducing agent produced by Fusarium head blight fungus, which contains at least one compound selected from NMN, NAD, NADP, and their agriculturally and horticulturally acceptable salts as an active ingredient. Is done. Furthermore, a Fusarium head blight fungus comprising a step of treating an effective amount of at least one compound selected from NMN, NAD, NADP, and an agriculturally and horticulturally acceptable salt thereof on a plant or soil on which the plant is cultivated is produced. A method for reducing mold toxins is also encompassed by the present invention.
「カビ毒」とは、糸状菌が生産する二次代謝産物の中で、ヒト又は家畜に対して中毒を引き起こす有毒物質であり、本明細書中においては特に赤かび病菌が生産する有毒物質を意図している。上記カビ毒の具体的な例としては、赤かび病菌が生産するタイプBのトリコテセン系カビ毒が挙げられる。上記タイプBのトリコテセン系カビ毒の中でも、本発明が対象とするカビ毒としては、デオキシニバレノール(Deoxynivalenol;DON)又はニバレノール(Nivalenol;NIV)が好ましい。本発明が対象とするカビ毒がDON又はNIVである場合、本発明におけるカビ毒低減機能がより高い効果を示す。 The “mold fungus” is a toxic substance that causes poisoning to humans or livestock among secondary metabolites produced by filamentous fungi. In this specification, a toxic substance produced by Fusarium head blight fungus is particularly referred to. Intended. Specific examples of the mold toxin include type B trichothecene mold toxin produced by Fusarium head blight fungus. Among the above-mentioned type B trichothecene fungal venoms, deoxynivalenol (DON) or nivalenol (Nivalenol; NIV) is preferable as the mold venom targeted by the present invention. When the mold poison targeted by the present invention is DON or NIV, the mold toxin reduction function of the present invention shows a higher effect.
本明細書中において、カビ毒を「低減」させるとは、植物内における上記カビ毒の濃度を減少させることを意図している。カビ毒の減少には、いったん生成されたカビ毒を分解等することにより減少させる場合のほか、カビ毒の生合成に関与する遺伝子群の発現抑制等により、カビ毒の生成自体を阻害する場合も含まれる。 In the present specification, “reducing” the mold toxin is intended to reduce the concentration of the mold toxin in the plant. In order to reduce mold toxins, in addition to reducing mold toxins once generated, the mold toxin itself is inhibited by suppressing the expression of genes involved in the biosynthesis of mold toxins. Is also included.
以下、植物病害防除剤及びカビ毒低減剤をまとめて「本剤」と称し、植物病害防除方法及びカビ毒を低減する方法を「本方法」と称する。また、NMN、NAD、NADP及びこれらの農園芸上許容される塩を「NMN等」と称する。 Hereinafter, the plant disease control agent and the mold poison reducing agent are collectively referred to as “this agent”, and the plant disease control method and the method for reducing mold toxin are referred to as “the present method”. Further, NMN, NAD, NADP and their agriculturally and horticulturally acceptable salts are referred to as “NMN etc.”.
本剤及び本方法において、NMN等を有効成分として用いる場合、NMN等をそのまま用いてもよいが、農園芸に用いられる各種剤型の常法にしたがって、適当な固体担体、液体担体、ガス状担体、界面活性剤、分散剤、及びその他の製剤用補助剤と混合して、乳剤、液剤、懸濁剤、水和剤、粉剤、粒剤、錠剤、油剤、エアゾール及びフロアブル剤等の任意の剤型にすることができる。 In this agent and the present method, when NMN or the like is used as an active ingredient, NMN or the like may be used as it is, but according to conventional methods of various dosage forms used in agriculture and horticulture, a suitable solid carrier, liquid carrier, gaseous state Mixing with carriers, surfactants, dispersants, and other formulation adjuvants, optional emulsions, solutions, suspensions, wettable powders, powders, granules, tablets, oils, aerosols and flowables Can be in dosage form.
固体担体としては、例えば、澱粉、砂糖、セルロース粉、シクロデキストリン、活性炭、大豆粉、小麦粉、もみがら粉、木粉、魚粉、粉乳などの動植物性粉末;タルク、カオリン、ベントナイト、有機ベントナイト、炭酸カルシウム、硫酸カルシウム、重炭酸ナトリウム、ゼオライト、ケイソウ土、ホワイトカーボン、クレー、アルミナ、シリカ、硫黄粉末、消石灰などの鉱物性粉末などが挙げられる。 Examples of the solid carrier include animal and vegetable powders such as starch, sugar, cellulose powder, cyclodextrin, activated carbon, soybean powder, wheat flour, rice bran powder, wood powder, fish powder, and milk powder; talc, kaolin, bentonite, organic bentonite, carbonic acid Examples thereof include mineral powders such as calcium, calcium sulfate, sodium bicarbonate, zeolite, diatomaceous earth, white carbon, clay, alumina, silica, sulfur powder, and slaked lime.
液体担体としては、例えば、液体担体としては、水;大豆油、綿実油などの植物油;牛脂、鯨油などの動物油;エチルアルコール、エチレングリコールなどのアルコール類;アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、イソホロンなどのケトン類;ジオキサン、テトラヒドロフランなどのエーテル類;ケロシン、灯油、流動パラフィンなどの脂肪族炭化水素類;トルエン、キシレン、トリメチルベンゼン、テトラメチルベンゼン、シクロヘキサン、ソルベントナフサなどの芳香族炭化水素類;クロロホルム、クロロベンゼンなどのハロゲン化炭化水素類;N−メチル−2−ピロリドン、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミドなどの酸アミド類;酢酸エチルエステル、脂肪酸のグリセリンエステルなどのエステル類;アセトニトリルなどのニトリル類;ジメチルスルホキシドなどの含硫化合物類などが挙げられる。 Examples of the liquid carrier include water; vegetable oil such as soybean oil and cottonseed oil; animal oil such as beef tallow and whale oil; alcohols such as ethyl alcohol and ethylene glycol; acetone, methyl ethyl ketone, methyl isobutyl ketone, and isophorone. Ketones; ethers such as dioxane and tetrahydrofuran; aliphatic hydrocarbons such as kerosene, kerosene and liquid paraffin; aromatic hydrocarbons such as toluene, xylene, trimethylbenzene, tetramethylbenzene, cyclohexane and solvent naphtha; chloroform, Halogenated hydrocarbons such as chlorobenzene; acid amides such as N-methyl-2-pyrrolidone, N, N-dimethylformamide, N, N-dimethylacetamide; ethyl acetate, glycerin ester of fatty acid, etc. Nitriles such as acetonitrile; esters such as sulfur-containing compounds such as dimethyl sulfoxide.
ガス担体としては、例えば、LPG、空気、窒素、炭酸ガス、ジメチルエーテル等が挙げられる。 Examples of the gas carrier include LPG, air, nitrogen, carbon dioxide gas, dimethyl ether and the like.
界面活性剤又は分散剤としては、例えば、アルキル硫酸エステル類、アルキル(アリール)スルホン酸塩類、ポリオキシアルキレンアルキル(アリール)エーテル類、多価アルコールエステル類、リグニンスルホン酸塩、ポリオキシエチレンラウリルエーテル、ポリオキシエチレンアルキルアリールエーテル、ポリオキシエチレンソルビタン脂肪酸エステル等が挙げられる。 Examples of the surfactant or dispersant include alkyl sulfates, alkyl (aryl) sulfonates, polyoxyalkylene alkyl (aryl) ethers, polyhydric alcohol esters, lignin sulfonate, polyoxyethylene lauryl ether. , Polyoxyethylene alkyl aryl ether, polyoxyethylene sorbitan fatty acid ester and the like.
製剤用補助剤としては、例えば、カルボキシメチルセルロース、アラビアガム、ポリエチレングリコール、ステアリン酸カルシウム等が挙げられる。 Examples of the adjuvant for formulation include carboxymethylcellulose, gum arabic, polyethylene glycol, calcium stearate and the like.
上記の担体、界面活性剤、分散剤、及び補助剤は、必要に応じて各々単独で、あるいは組み合わせて用いることができる。 The above carriers, surfactants, dispersants, and adjuvants can be used alone or in combination as required.
製剤中の有効成分の含有量は、特に限定されないが、剤型に応じて適宜設定可能であるが、例えば、0.0001〜50重量%の範囲で配合することが好ましい。本剤は、そのまま用いてもよいが、必要に応じて、水等の希釈剤で所定濃度に希釈して用いることができる。 Although content of the active ingredient in a formulation is not specifically limited, Although it can set suitably according to a dosage form, it is preferable to mix | blend, for example in 0.0001 to 50 weight%. This agent may be used as it is, but if necessary, it can be used after diluting to a predetermined concentration with a diluent such as water.
本剤及び本方法において、他の農薬、例えば殺菌剤、殺虫剤、殺ダニ剤、殺線虫剤、殺土壌害虫剤、抗ウイルス剤、誘引剤、除草剤、植物生長調製剤、肥料等をさらに混用することもでき、例えば、混合して散布しても、経時的あるいは同時に散布してもよい。具体的には、例えば、ペスティサイド マニュアル(The Pesticide Manual、第13版 The British Crop Protection Council 発行)及びシブヤインデックス(SHIBUYA INDEX 第12版、2007年、SHIBUYA INDEX RESEARCH GROUP 発行)に記載のものが挙げられる。 In this agent and this method, other agricultural chemicals such as fungicides, insecticides, acaricides, nematicides, soil insecticides, antiviral agents, attractants, herbicides, plant growth preparations, fertilizers, etc. Furthermore, it can also be mixed, for example, it may mix and disperse | distribute or may disperse | distribute over time or simultaneously. Specific examples include those described in the Pesticide Manual (The Pesticide Manual, 13th edition published by The British Crop Protection Council) and Shibuya Index (SHIBUYA INDEX 12th edition, 2007, published by SHIBUYA INDEX RESEARCH GROUP). .
本方法における有効成分の使用方法は、農業、園芸において一般的に適用される使用方法であれば特に限定されないが、例えば、茎葉散布、水面施用、土壌処理、育苗箱施用、種子消毒等が挙げられる。 The method of using the active ingredient in this method is not particularly limited as long as it is a method that is generally applied in agriculture and horticulture, and examples include foliage spraying, water surface application, soil treatment, nursery box application, seed disinfection, and the like. It is done.
本剤の使用量は、対象病害の種類及び発病程度、対象作物の種類及び対象部位、農業、園芸において一般的に適用される施用方法の他、航空散布、超微量散布等の施用態様に応じて決定することができ、特に限定されるものではない。対象とする作物は限定されないが、上述したように、イネ科植物であることが好ましい。 The amount of this drug used depends on the type of target disease and degree of disease, the type and target site of the target crop, the application method generally applied in agriculture and horticulture, as well as the application mode such as aviation spraying, ultra-small amount spraying, etc. It is not particularly limited. Although the target crop is not limited, it is preferably a gramineous plant as described above.
その他、上記<1>〜<4>の各項目で記載した内容は、他の項目においても適宜援用できることを付言する。また、本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。以下、実施例により本発明を更に詳細に説明するが、本発明はかかる実施例のみに限定されるものではない。 In addition, it is added that the contents described in the above items <1> to <4> can be used as appropriate in other items. The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made within the scope of the claims, and the technical means disclosed in different embodiments can be appropriately combined. Embodiments are also included in the technical scope of the present invention. EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention further in detail, this invention is not limited only to this Example.
(1.オオムギの赤かび病罹病性系統と低カビ毒蓄積系統におけるNMNの蓄積検討)
赤かび病の罹病性系統のオオムギ及び赤かび病菌に感染するがカビ毒を低濃度しか蓄積しない系統(低カビ毒蓄積系統)のオオムギにおいて、NMNがそれぞれどの程度蓄積しているかを検討した。具体的には、罹病性系統としてT615(Turkey 45)、低カビ毒蓄積系統としてU389(Maja)及びU121(Sirius O.525)を用いた。T615はカビ毒(NIV)を1.2ppm蓄積し、U389はカビ毒(NIV)を0.6ppm蓄積する。
(1. Examination of NMN accumulation in strains susceptible to head blight of barley and low fungal toxin accumulation lines)
The degree of accumulation of NMN in barley of the susceptible strain of Fusarium head blight and the barley of the strain that is infected with Fusarium head blight fungus but accumulates only a low concentration of mold toxin (low mold toxin accumulation strain) was examined. Specifically, T615 (Turkey 45) was used as the susceptible strain, and U389 (Maja) and U121 (Sirius O.525) were used as the low mold toxin accumulation strain. T615 accumulates 1.2 ppm of mold venom (NIV) and U389 accumulates 0.6 ppm of mold venom (NIV).
圃場で生育した各オオムギ系統に対して、切り穂接種(Hori et al., Breeding Science, 2006. 56: 25-30)を用いて、0.1% Tween 20を含む赤かび病菌(F. asiaticum OUZ78菌株)の胞子液(1 X105 conidia/mL)を接種し、2日後のβ−NMNの蓄積量を調べた。NMNの蓄積量の解析は、澤田らの方法にしたがって行った(Sawada et al., Plant Cell Physiol. 2009. 50: 37-47)。 Each barley line grown in the field was inoculated with cuttings (Hori et al., Breeding Science, 2006. 56: 25-30), and the fungus B. fungus (F. asiaticum OUZ78 strain containing 0.1% Tween 20) was used. ) Spore solution (1 × 10 5 conidia / mL), and the amount of β-NMN accumulated after 2 days was examined. The amount of NMN accumulated was analyzed according to the method of Sawada et al. (Sawada et al., Plant Cell Physiol. 2009. 50: 37-47).
結果を図1に示す。同図に示すように、罹病性系統のオオムギに比べて、低カビ毒系統のオオムギにおいて、NMNが多く蓄積していることがわかった。
胞子液(1×105 conidia/mL)
(2.赤かび病菌に対するNMNの抗菌活性の検討)
NMNの赤かび病菌に対する抗菌活性を検討した。具体的には、赤かび病菌(F. graminearum)に対して、各試験化合物を投与し、MTTアッセイにより菌の増殖をモニターして、各化合物の赤かび病菌に対する抗菌活性を測定した。ネガティブコントロールとして水を使用し、ポジティブコントロールとして赤かび病菌に対する市販薬であるメトコナゾール(クレハ社製)を使用した。また、試験化合物として、NMNのほか、ヘキシレングリコール、セロトニン塩酸塩、イソクエン酸三ナトリウム、シアニンクロリド、クロマニンクロリドを用いた。ネガティブコントロールには滅菌水を使用した。96wellプレートにF. graminearum H3株(日本における標準菌株)の胞子懸濁液(1×105 conidia/mL)を1mLのSYEP液体培地で培養を行い、上記試験化合物を0.1mg/mLの濃度で添加し、25℃、100rpm、暗所で振盪培養を行った。36時間後培養を止め、MTTアッセイ(nacalai tesque)により菌の増殖を定量化した。MTTはテトラゾリウム塩の一種で、生細胞のミトコンドリア中にある脱水素酵素によって、青色の非水溶性のホルマザンに変化するため、生細胞の測定に用いられる。
The results are shown in FIG. As shown in the figure, it was found that more NMN was accumulated in the barley of the low mold poison line than in the barley of the susceptible line.
Spore fluid (1 × 10 5 conidia / mL)
(2. Examination of antimicrobial activity of NMN against Fusarium head blight)
The antibacterial activity of NMN against Fusarium head blight was investigated. Specifically, each test compound was administered to F. graminearum, and the growth of the fungus was monitored by MTT assay to measure the antibacterial activity of each compound against B. fungus. As a negative control, water was used, and as a positive control, metconazole (manufactured by Kureha Co., Ltd.), which is a commercially available drug against red mold. In addition to NMN, hexylene glycol, serotonin hydrochloride, trisodium isocitrate, cyanine chloride, and chromanin chloride were used as test compounds. Sterile water was used for the negative control. A 96-well plate is used to culture a spore suspension (1 × 10 5 conidia / mL) of F. graminearum H3 strain (standard strain in Japan) in 1 mL of SYEP liquid medium, and the test compound is added at a concentration of 0.1 mg / mL. And shaking culture was performed in the dark at 25 ° C. and 100 rpm. The culture was stopped after 36 hours, and the growth of the fungus was quantified by MTT assay (nacalai tesque). MTT is a kind of tetrazolium salt, which is converted into blue water-insoluble formazan by dehydrogenase in the mitochondria of living cells, so it is used to measure living cells.
結果を図2の上側パネル(グラフ)に示す。同図に示すように、NMN及びその他の試験化合物のいずれについても、赤かび病菌に対する抗菌活性は認められなかった。 The results are shown in the upper panel (graph) of FIG. As shown in the figure, neither NMN nor other test compounds showed antibacterial activity against Fusarium head blight.
また、赤かび病菌を播種したシャーレに、水、メトコナゾール(図中、「メトコナ」と表示)、又はNMNをそれぞれ染み込ませたろ紙を配置し、赤かび病菌の増殖を観察した。具体的には、Synthetic low-Nutrient Agar (SNA)培地中央にF. graminearumの胞子を植菌し、滅菌したペーパーディスクに0.1mg/mLのNMNを浸み込ませたものを置いた。ネガティブコントロールには滅菌水、ポジティブコントロールとしてメトコナゾールを使用し、28℃、暗所、4日間培養を行った。 In addition, filter paper soaked with water, metconazole (indicated as “Metcona” in the figure), or NMN was placed on a petri dish seeded with red mold fungus, and the growth of the mold was observed. Specifically, a spore of F. graminearum was inoculated in the center of a synthetic low-nutrient agar (SNA) medium, and a sterilized paper disc soaked with 0.1 mg / mL NMN was placed. Sterile water was used as a negative control, and metconazole was used as a positive control, and cultured at 28 ° C. in the dark for 4 days.
結果を図2の下側パネルに示す。同図に示すように、NMNは赤かび病菌の増殖を抑制できないことがわかる。 Results are shown in the lower panel of FIG. As shown in the figure, it can be seen that NMN cannot inhibit the growth of Fusarium head blight.
(3.NMNによる赤かび病菌のカビ毒産生の抑制の検討)
NMNが赤かび病菌のカビ毒産生を抑制するか検討した。赤かび病菌(F. graminearum)のH3株において、酵素TRI5をコードする遺伝子のプロモーター領域の下流に、当該TRI5のコード領域に替えてGFPを連結したTRI5 promoter-GFP導入株を作製した。酵素TRI5は、トリコテセン系かび毒の生合成のキー酵素であり、この遺伝子の発現とかび毒産生には高い相関性が認められることから、かび毒産生をモニターするのに最も適した遺伝子の一つである。また、この酵素TRI5の破壊株はほとんどカビ毒を産生しないことが知られている。
(3. Examination of inhibition of mold toxin production of Fusarium head blight fungus by NMN)
It was examined whether NMN suppresses the fungal toxin production of Fusarium head blight. In the H3 strain of Fusarium head blight fungus (F. graminearum), a TRI5 promoter-GFP-introduced strain in which GFP was linked in place of the TRI5 coding region downstream of the promoter region of the gene encoding the enzyme TRI5 was prepared. Enzyme TRI5 is a key enzyme in the biosynthesis of trichothecene fungal toxins, and since there is a high correlation between the expression of this gene and fungal toxin production, it is one of the most suitable genes for monitoring fungal toxin production. One. Moreover, it is known that the disrupted strain of the enzyme TRI5 hardly produces mold toxin.
このTRI5 promoter-GFP導入株に対して、水、メトコナゾール(クレハ社製)、試験化合物として、NMNのほか、ヘキシレングリコール、セロトニン塩酸塩、イソクエン酸三ナトリウム、シアニンクロリド、クロマニンクロリドを作用させて、GFPシグナルを測定した。具体的には、上記試験化合物を0.1mg/mLの濃度で添加し、25℃、100rpm、暗所で振盪培養を行った。36時間後培養を止め、Typhoon9400(GE Healthcare)を用いてGFPのシグナルを定量した。 In addition to NMN, hexylene glycol, serotonin hydrochloride, trisodium isocitrate, cyanine chloride, and chromanin chloride are allowed to act on this TRI5 promoter-GFP-introduced strain in addition to NMN as a test compound. The GFP signal was measured. Specifically, the test compound was added at a concentration of 0.1 mg / mL, and shaking culture was performed in the dark at 25 ° C. and 100 rpm. After 36 hours, the culture was stopped and the GFP signal was quantified using Typhoon 9400 (GE Healthcare).
結果を図3に示す。同図に示すように、NMNは赤かび病菌におけるカビ毒産生を抑制した。 The results are shown in FIG. As shown in the figure, NMN suppressed mold toxin production in Fusarium head blight.
(4.NMN等の散布による赤かび病菌に対する防除効果の検討)
シロイヌナズナに対して、NMN及び関連代謝物(NAD、NADP、ニコチンアミド(NIC))を散布した際の赤かび病菌に対する防除効果を検討した。具体的には、鉢植えのシロイヌナズナに対して、水又はNMN水溶液(100ppm)にSilwetL77を0.001%で添加したものを300μLスプレーにて噴霧した後、6時間後に赤かび病菌(F. graminearum)を接種した(1×105conidia/mL)。その後、72時間後に、シロイヌナズナの葉をサンプリングして、植物の防御遺伝子PR−1の発現解析の定量を行った。
(4. Examination of control effect against Fusarium head blight fungus by spraying NMN)
We examined the control effect against fungus on fungi when NMN and related metabolites (NAD, NADP, nicotinamide (NIC)) were sprayed on Arabidopsis thaliana. Specifically, after spraying water or NMN aqueous solution (100 ppm) with Silwet L77 added at 0.001% to a potted Arabidopsis thaliana, spray fungus (F. graminearum) 6 hours later (1 × 10 5 conidia / mL). Thereafter, after 72 hours, Arabidopsis thaliana leaves were sampled, and the expression analysis of the plant defense gene PR-1 was quantified.
具体的には、通常生育(蛍光灯下、22℃)させた播種後4週間のシロイヌナズナの本葉にアトマイザーを用いてNMN等の噴霧処理を行い6時間培養後、F. graminearumの胞子液(1×105 conidia/mL)を注入接種した。その後、72時間培養したシロイヌナズナの接種葉をサンプリングした。植物の防御遺伝子PR−1の発現解析を行うため、サンプリング葉からTotal RNAを抽出し、逆転写酵素によりcDNAを合成した。PR−1発現解析用プライマー及びコントロールの遺伝子としてActin2遺伝子を用いqRT−PCRを行った。 Specifically, the main leaves of Arabidopsis thaliana grown for 4 weeks after seeding under normal growth (under fluorescent light) were sprayed with NMN using an atomizer, cultured for 6 hours, and then spore solution of F. graminearum ( 1 × 10 5 conidia / mL). Thereafter, the inoculated leaves of Arabidopsis thaliana cultured for 72 hours were sampled. In order to analyze the expression of the plant defense gene PR-1, total RNA was extracted from the sampling leaves, and cDNA was synthesized by reverse transcriptase. QRT-PCR was performed using the Actin2 gene as a primer for PR-1 expression analysis and a control gene.
結果を図4(a)に示す。同図に示すように、NMN水溶液を噴霧した後に赤かび病菌を播種した場合、防御遺伝子PR−1の発現が有意に誘導されることがわかる。 The results are shown in FIG. As shown in the figure, it can be seen that expression of the defense gene PR-1 is significantly induced when the scab is inoculated after spraying with the NMN aqueous solution.
次に、鉢植えのシロイヌナズナに対して、水、NMN水溶液、NAD水溶液、NADP水溶液、NIC水溶液(それぞれ100ppm)を300μLスプレーにて噴霧した後、6時間後に赤かび病菌(F. graminearum)の胞子液(1×105 conidia/mL)を注入接種した。その後、72時間後に、シロイヌナズナの葉をサンプリングして、植物のゲノムDNAに対する菌体のゲノムDNAの割合を定量した。具体的には、上記と同様に赤かび病菌を接種した植物試料を準備し、リアルタイムPCRにより赤かび病菌のEF1α遺伝子と植物のACT2遺伝子を増幅することにより、接種サンプルに含まれる菌と植物それぞれのゲノム量を測定した。菌のgDNA量が多い程、シロイヌナズナでの高い増殖能、すなわち高い病原性を示すことになる。 Next, water, NMN aqueous solution, NAD aqueous solution, NADP aqueous solution, and NIC aqueous solution (each 100 ppm) were sprayed on a potted Arabidopsis thaliana with a 300 μL spray, and 6 hours later, the spore solution of F. graminearum (1 × 10 5 conidia / mL) was injected and inoculated. Thereafter, after 72 hours, Arabidopsis leaves were sampled, and the ratio of the bacterial genomic DNA to the plant genomic DNA was quantified. Specifically, a plant sample inoculated with Fusarium head blight fungus is prepared in the same manner as described above, and the fungus and plant contained in the inoculated sample are amplified by amplifying EF1α gene of Fusarium head blight fungus and ACT2 gene of plant by real-time PCR. The amount of genome was measured. The higher the amount of gDNA of the fungus, the higher the growth ability in Arabidopsis, that is, the higher the pathogenicity.
結果を図4(b)に示す。同図に示すように、NMN水溶液、NAD水溶液、NADP水溶液を噴霧した後に赤かび病菌を接種した場合、菌体量が低下した。一方、NIC水溶液を噴霧した後に赤かび病菌を接種した場合、菌体量はほとんど変化しなかった。この結果より、NMN、NAD及びNADPには、赤かび病菌に対する防除効果が示される。 The results are shown in FIG. As shown in the figure, the amount of bacterial cells decreased when sprayed with NMN aqueous solution, NAD aqueous solution, NADP aqueous solution and then inoculated with Fusarium head blight. On the other hand, when inoculated with Fusarium head blight after spraying the NIC aqueous solution, the amount of bacterial cells hardly changed. From this result, NMN, NAD, and NADP show a control effect against Fusarium head blight.
(5.NMNAT過剰発現株の赤かび病菌に対する抵抗性の検討)
ニコチンアミドモノヌクレオチド アデニル基転移酵素(NMNAT)を過剰発現する形質転換植物が赤かび病菌に対して抵抗性を示すか検討を行った。カリフラワーモザイクウイルスの35Sプロモーターの下流にNMNATをコードする遺伝子を連結したNMNAT過剰発現用コンストラクト(pK2GW7.0+NMNAT)を作製し、これをシロイヌナズナに導入し形質転換植物を得た。
(5. Examination of resistance of MNAT overexpression strain to Fusarium head blight)
It was investigated whether a transformed plant overexpressing nicotinamide mononucleotide adenylyltransferase (NMNAT) is resistant to Fusarium head blight. An MNAT overexpression construct (pK2GW7.0 + NMNAT) in which a gene encoding NMNAT was linked downstream of the 35S promoter of cauliflower mosaic virus was prepared and introduced into Arabidopsis thaliana to obtain a transformed plant.
具体的には、シロイヌナズナのNMNAT遺伝子のCDS配列の全長をPCRにより増幅及びクローニングを行った。塩基配列の確認後、形質転換用バイナリーベクターのCaMV35Sプロモーターの下流にNMNAT遺伝子のCDS配列を組み込んだ過剰発現用ベクターを作製した。形質転換したアグロバクテリウムC58C1の菌液を用いて、Floral Dip法によりシロイヌナズナに導入し形質転換植物を得た。 Specifically, the full length CDS sequence of the NMNAT gene of Arabidopsis thaliana was amplified and cloned by PCR. After confirming the base sequence, an overexpression vector was prepared by incorporating the CDS sequence of the NMNAT gene downstream of the CaMV35S promoter of the binary vector for transformation. The transformed Agrobacterium C58C1 bacterial solution was introduced into Arabidopsis thaliana by the Floral Dip method to obtain a transformed plant.
図5に、RT−PCR及びqPCRにより、野生株と形質転換植物のそれぞれにおいてNMNAT遺伝子のmRNA量を確認した結果を示す。図中、形質転換植物は、35S::NMNATとして示す。同図に示すように、形質転換植物では、NMNATのmRNAが過剰発現していることが確認できた。 FIG. 5 shows the results of confirming the mRNA amount of the NMNAT gene in each of the wild strain and the transformed plant by RT-PCR and qPCR. In the figure, the transformed plant is shown as 35S :: NMNAT. As shown in the figure, it was confirmed that NMNAt mRNA was overexpressed in the transformed plants.
次に、赤かび病菌を接種した野生株及びNMNATを過剰発現する形質転換植物について、病徴及び菌体量を比較した。 Next, the symptom and the amount of fungus were compared for the wild strain inoculated with Fusarium head blight and the transformed plant overexpressing NMNAT.
具体的には、播種後約4週間のシロイヌナズナの本葉にF. graminearumの胞子液(1×105 conidia/mL)を注入接種した。その後、72時間培養しシロイヌナズナの接種葉をサンプリングし、接種葉の病徴の重症度を得点化した。得点化は、「normal」、「change to black leaf」、「partial aerial mycelium」、「expanded aerial mycelium」で評価した。また、赤かび病菌を接種した植物組織から抽出したゲノムDNAにおいて、シロイヌナズナのゲノムDNA量を、Actin2遺伝子を用いたリアルタイムPCR法により算出し、赤かび病菌のゲノムDNA量を、EF1α遺伝子を用いたリアルタイムPCR法により算出した。シロイヌナズナ(植物)ゲノムDNA中に対する赤かび病菌のゲノムDNA量をパーセントにより算出した。 Specifically, F. graminearum spore solution (1 × 10 5 conidia / mL) was injected and inoculated into the true leaves of Arabidopsis thaliana about 4 weeks after sowing. Thereafter, the inoculated leaves of Arabidopsis were sampled for 72 hours, and the severity of disease symptoms of the inoculated leaves was scored. The scoring was evaluated by “normal”, “change to black leaf”, “partial aerial mycelium”, and “expanded aerial mycelium”. In addition, in genomic DNA extracted from plant tissues inoculated with Fusarium head blight, the amount of Arabidopsis genomic DNA was calculated by real-time PCR using the Actin2 gene, and the amount of genomic DNA of Fusarium head blight was used using the EF1α gene. It was calculated by the real-time PCR method. The amount of genomic DNA of Fusarium head blight fungus relative to the genomic DNA of Arabidopsis thaliana was calculated as a percentage.
結果を図6(a)〜図6(c)に示す。図6(a)に、赤かび病菌を接種した野生株及び形質転換植物の病徴を比較した図を示す。同図に示すように、野生株の葉には赤かび病の病徴が目視にて確認できたが、形質転換植物では赤かび病の病徴は目視では確認できなかった。 The results are shown in FIGS. 6 (a) to 6 (c). FIG. 6 (a) shows a diagram comparing the disease symptoms of the wild strain and the transformed plant inoculated with Fusarium head blight. As shown in the figure, the symptom of head blight was visually confirmed on the leaves of the wild strain, but the symptom of head blight was not visually confirmed in the transformed plant.
図6(b)に、赤かび病菌を接種した野生株及び形質転換植物の病徴をスコア化した結果を示す。赤かび病による病徴のスコアは、気中菌糸の発生の程度(全体か部分的か)、赤かび病菌の増殖による枯死の状態に基づき評価した。同図に示すように、野生株に比べて、形質転換植物では赤かび病による病徴が抑制されることがわかる。 FIG. 6 (b) shows the results of scoring the disease symptoms of the wild strain and transformed plant inoculated with Fusarium head blight. The symptom score due to Fusarium head blight was evaluated based on the degree of aerial mycelium (total or partial) and the state of death caused by the growth of Fusarium head blight fungus. As shown in the figure, it can be seen that the disease symptoms due to head blight are suppressed in the transformed plant as compared to the wild type.
図6(c)に、赤かび病菌を接種した野生株及び形質転換植物において、菌及び植物それぞれのゲノム量を測定した結果を示す。同図に示すように、形質転換植物では、野生株に比べて、赤かび病菌の菌体量が有意に低下した。 FIG. 6 (c) shows the results of measuring the genome amounts of the fungus and the plant in the wild strain and the transformed plant inoculated with Fusarium head blight. As shown in the figure, in the transformed plant, the amount of Fusarium head blight fungus decreased significantly compared to the wild type.
(6.NMN噴霧のオオムギへの赤かび病防除効果の確認)
赤かび病に非常に弱い六条オオムギ(HES4)を用いて、NMN溶液を噴霧した場合の赤かび病防除効果を検討した。具体的には、圃場で生育させた六条オオムギ(HES4)の麦穂に対して、水又はNMN水溶液(100ppm)にSilwetL77を0.001%で添加したもの300μLを、スプレー(アトマイザー)にて噴霧した4時間後に、前述の切り穂接種を用いて、0.001% SilwetL77を含む赤かび菌(F. graminearum)の胞子液を噴霧接種した(1×105 conidia/mL)。その後、7日後に、オオムギの穂をサンプリングした。
(6. Confirmation of redhead disease control effect on barley by NMN spray)
Using a six-rowed barley (HES4) that is very susceptible to head blight, the effect of controlling head blight was examined when the NMN solution was sprayed. Specifically, 300 μL of water or an NMN aqueous solution (100 ppm) added with Silwet L77 at 0.001% is sprayed with a spray (atomizer) on the wheat ears of six-rowed barley (HES4) grown in the field. After 4 hours, the spore solution of F. graminearum containing 0.001% Silwet L77 was spray-inoculated (1 × 10 5 conidia / mL) using the above-described cutting inoculation. After 7 days, barley ears were sampled.
目視で観察した結果を図7(a)に示す。図中、「Mock/Fg」は水を噴霧した後に赤かび菌を接種したオオムギであり、「NMN/Fg」はNMN溶液を噴霧した後に赤かび菌を接種したオオムギである。同図に示すように、「Mock/Fg」では赤かび菌の病徴(気中菌糸出現)が目視で確認できたが、「NMN/Fg」では赤かび菌による顕著な病徴は認められなかった。 The result of visual observation is shown in FIG. In the figure, “Mock / Fg” is barley inoculated with Aspergillus oryzae after spraying with water, and “NMN / Fg” is barley inoculated with Aspergillus oryzae after spraying with NMN solution. As shown in the figure, in “Mock / Fg”, the symptom of red mold fungus (appearance of aerial hyphae) was confirmed visually, but in “NMN / Fg”, a remarkable symptom of red mold was observed. There wasn't.
次に、同じくサンプリングしたオオムギ穂について、赤かび病菌を接種した植物組織から抽出したゲノムDNAにおいて、オオムギのゲノムDNA量を、Tublin遺伝子を用いたリアルタイムPCR法により算出し、赤かび病菌のゲノムDNA量を、EF1α遺伝子を用いたリアルタイムPCR法により算出した。オオムギ(植物)ゲノムDNA中に対する赤かび病菌のゲノムDNA量をパーセントにより算出した。 Next, for the sampled barley spikes, in the genomic DNA extracted from the plant tissue inoculated with Fusarium head blight fungus, the amount of barley genomic DNA was calculated by the real-time PCR method using the Tubulin gene. The amount was calculated by a real-time PCR method using the EF1α gene. The amount of genomic DNA of Fusarium head blight fungus relative to the genomic DNA of barley (plant) was calculated as a percentage.
結果を図7(b)に示す。同図に示すように、「NMN/Fg」は、「Mock/Fg」に比べて、有意に菌体量が低下した。 The results are shown in FIG. As shown in the figure, “NMN / Fg” significantly reduced the amount of cells compared to “Mock / Fg”.
次いで、同じくサンプリングしたオオムギ穂について、赤かび病菌を接種した植物組織を用いて、かび毒(DON)を定量した。具体的には、VICAM社のDON-NIV WB immunoaffynity columnを用いて、VICAM社の推奨プロトコールに基づき、オオムギ穂からカビ毒精製を行い、HPLCによる検出を行った。 Next, the same sampled barley spike was quantified for mold toxin (DON) using plant tissues inoculated with Fusarium head blight fungus. Specifically, mold poison purification was carried out from barley ears based on the recommended protocol of VICAM using DON-NIV WB immunoaffynity column of VICAM, and detection by HPLC was performed.
結果を図7(c)に示す。同図に示すように、「NMN/Fg」は、「Mock/Fg」に比べて、有意にかび毒の量が低下した。 The results are shown in FIG. As shown in the figure, “NMN / Fg” significantly reduced the amount of mold poison compared to “Mock / Fg”.
以上より、オオムギに対しても、NMNの赤かび病の防除効果が確認できた。 From the above, it was confirmed that NMN has the effect of controlling head blight on barley.
本発明によれば、赤かび病に対する抵抗性植物を提供することができるため、農園芸、食品産業等に利用可能である。 According to the present invention, a plant resistant to head blight can be provided, so that it can be used in agriculture, horticulture, food industry and the like.
Claims (7)
(a)配列番号1〜5のいずれかに記載されるアミノ酸配列からなるタンパク質をコードする遺伝子;
(b)配列番号1〜5のいずれかに記載されるアミノ酸配列において、1又は数個のアミノ酸残基が置換、欠失、挿入及び/又は付加されたアミノ酸配列からなり、かつNMNAT活性を有するタンパク質をコードする遺伝子;
(c)配列番号1〜5のいずれかに記載されるアミノ酸配列と80%以上の相同性を有するアミノ酸配列からなり、かつNMNAT活性を有するタンパク質をコードする遺伝子;
(d)配列番号6〜10のいずれかに記載される塩基配列からなる遺伝子;
(e)上記(a)〜(d)のいずれかのポリヌクレオチドと相補的な塩基配列からなるポリヌクレオチドとストリンジェントな条件でハイブリダイズし、かつNMNAT活性を有するタンパク質をコードする遺伝子。 A method for producing a head blight-resistant plant comprising the step of increasing the expression of any gene selected from the group consisting of the following (a) to (e) in a plant:
(A) a gene encoding a protein consisting of the amino acid sequence set forth in any one of SEQ ID NOs: 1 to 5;
(B) In the amino acid sequence described in any one of SEQ ID NOs: 1 to 5, the amino acid sequence consists of an amino acid sequence in which one or several amino acid residues are substituted, deleted, inserted and / or added, and has NMNAT activity A gene encoding a protein;
(C) a gene comprising an amino acid sequence having 80% or more homology with the amino acid sequence described in any of SEQ ID NOs: 1 to 5 and encoding a protein having NMAT activity;
(D) a gene comprising the base sequence described in any one of SEQ ID NOs: 6 to 10;
(E) A gene that hybridizes under stringent conditions with a polynucleotide comprising a base sequence complementary to the polynucleotide of any one of (a) to (d) above and encodes a protein having NMNAT activity.
(a)配列番号1〜5のいずれかに記載されるアミノ酸配列からなるタンパク質をコードする遺伝子;
(b)配列番号1〜5のいずれかに記載されるアミノ酸配列において、1又は数個のアミノ酸残基が置換、欠失、挿入及び/又は付加されたアミノ酸配列からなり、かつNMNAT活性を有するタンパク質をコードする遺伝子;
(c)配列番号1〜5のいずれかに記載されるアミノ酸配列と80%以上の相同性を有するアミノ酸配列からなり、かつNMNAT活性を有するタンパク質をコードする遺伝子;
(d)配列番号6〜10のいずれかに記載される塩基配列からなる遺伝子;
(e)上記(a)〜(d)のいずれかのポリヌクレオチドと相補的な塩基配列からなるポリヌクレオチドとストリンジェントな条件でハイブリダイズし、かつNMNAT活性を有するタンパク質をコードする遺伝子。 A method for selecting a plant resistant to head blight, which comprises the step of detecting the presence or absence of any of the following genes (a) to (e) in the test plant or the expression level of the gene:
(A) a gene encoding a protein consisting of the amino acid sequence set forth in any one of SEQ ID NOs: 1 to 5;
(B) In the amino acid sequence described in any one of SEQ ID NOs: 1 to 5, the amino acid sequence consists of an amino acid sequence in which one or several amino acid residues are substituted, deleted, inserted and / or added, and has NMNAT activity A gene encoding a protein;
(C) a gene comprising an amino acid sequence having 80% or more homology with the amino acid sequence described in any of SEQ ID NOs: 1 to 5 and encoding a protein having NMAT activity;
(D) a gene comprising the base sequence described in any one of SEQ ID NOs: 6 to 10;
(E) A gene that hybridizes under stringent conditions with a polynucleotide comprising a base sequence complementary to the polynucleotide of any one of (a) to (d) above and encodes a protein having NMNAT activity.
(i)以下の(a)〜(e)のいずれかの遺伝子
(a)配列番号1〜5のいずれかに記載されるアミノ酸配列からなるタンパク質をコードする遺伝子;
(b)配列番号1〜5のいずれかに記載されるアミノ酸配列において、1又は数個のアミノ酸残基が置換、欠失、挿入及び/又は付加されたアミノ酸配列からなり、かつNMNAT活性を有するタンパク質をコードする遺伝子;
(c)配列番号1〜5のいずれかに記載されるアミノ酸配列と80%以上の相同性を有するアミノ酸配列からなり、かつNMNAT活性を有するタンパク質をコードする遺伝子;
(d)配列番号6〜10のいずれかに記載される塩基配列からなる遺伝子;
(e)上記(a)〜(d)のいずれかのポリヌクレオチドと相補的な塩基配列からなるポリヌクレオチドとストリンジェントな条件でハイブリダイズし、かつNMNAT活性を有するタンパク質をコードする遺伝子、
(ii)(i)の部分断片、
(iii)(i)又は(ii)を固定化した検出器具、
(iv)(i)の遺伝子を増幅するためのプライマーセット、
(v)ニコチンアミドモノヌクレオチド、ニコチンアミドアデニルジヌクレオチド、及びニコチンアミドアデニルジヌクレオチドリン酸から選択される、少なくとも1つの化合物の量を測定するための試薬類。 5. The method for selecting a head blight-resistant plant according to claim 3, comprising at least one substance selected from the following (i) to (v): Kit for:
(I) the gene of any of the following (a) to (e) (a) a gene encoding a protein comprising the amino acid sequence described in any one of SEQ ID NOs: 1 to 5;
(B) In the amino acid sequence described in any one of SEQ ID NOs: 1 to 5, the amino acid sequence consists of an amino acid sequence in which one or several amino acid residues are substituted, deleted, inserted and / or added, and has NMNAT activity A gene encoding a protein;
(C) a gene comprising an amino acid sequence having 80% or more homology with the amino acid sequence described in any of SEQ ID NOs: 1 to 5 and encoding a protein having NMAT activity;
(D) a gene comprising the base sequence described in any one of SEQ ID NOs: 6 to 10;
(E) a gene that hybridizes under stringent conditions with a polynucleotide comprising a base sequence complementary to the polynucleotide of any one of (a) to (d) above and encodes a protein having NMNAT activity,
(Ii) a partial fragment of (i),
(Iii) a detection instrument in which (i) or (ii) is immobilized,
(Iv) a primer set for amplifying the gene of (i),
(V) Reagents for measuring the amount of at least one compound selected from nicotinamide mononucleotide, nicotinamide adenyl dinucleotide, and nicotinamide adenyl dinucleotide phosphate.
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