JP2017060499A - 植物中の重金属の削減 - Google Patents

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Abstract

【課題】動物及びヒトが消費する植物又は植物生成物から重金属の含有量を低下させた、変異体の、天然に存在しない若しくはトランスジェニックな植物又は植物細胞の提供。【解決手段】ニコチアナ・タバクム由来の重金属輸送因子活性を有するNtMRPポリペプチドをコードするポリヌクレオチド、及びヌクレオチドと65％以上同一である、15連続ヌクレオチド以上のポリヌクレオチド構築物、及び、互いに少なくとも部分的に相補性である2以上の配列を含み、センス鎖が第一の配列、アンチセンス鎖が第二の配列を含み、当該配列の1つ以上がNtMRP RNAの10連続ヌクレオチド以上を含む二本鎖RNA;又は前記成分を含む発現ベクター。【選択図】なし

Description

本発明は、重金属輸送に必要とされるABC輸送因子をコードするポリヌクレオチド及びポリペプチドに関する。本発明はまた、植物で前記ポリヌクレオチド又はポリペプチドの発現を改変することに関する。特に、本発明は、細胞内重金属輸送に必要とされる１つ以上のABC輸送因子の発現又は活性の調節（例えば低下又は阻害）に関する。
植物は、必須の重金属（例えば亜鉛又は銅）を多様な輸送メカニズムによりそれらの環境から金属イオン基質を吸収することによって入手する。前記メカニズムは、根の細胞及び他の維管束組織の表面で発現されるトランスメンブレン輸送因子によって媒介される。あるメカニズムは毒素のサイトゾル外への輸送を利用する。例えば、グルタチオンS-複合物（GS-X）ポンプファミリーはATP結合カセット（ABC）輸送因子の一クラスであり、前記は、植物の他に哺乳動物、酵母細胞で化合物の排除/除去に必要である。哺乳動物及び植物MRP、cMOAT（細管マルチ特異性陰イオン輸送因子）及びYCF1（酵母カドミウム因子）遺伝子によってコードされるGS-Xポンプの分子構造及び機能は、分子の進化の間中保存されてきたように思われる。
植物は、外因性毒素（例えば細菌生成物、アレロケミカル、除草剤及び重金属）に曝され、細胞の生存は、これら物質を解毒するか又は蓄積を低下させるメカニズムに依存する。重金属（例えば鉛、カドミウム、水銀など）は主要な環境毒性物質であり、反応性酸化種の生成、DNA損傷、及び生物の細胞で酵素の活性部位と結合することによる酵素の不活化を引き起こす。重金属による環境の汚染は、工業化及び居住集団サイズの増加により劇的に増加した。重金属で汚染された土壌は正常な植物の生育を阻害し、食物の汚染を引き起こす。多くの重金属がヒトの健康に非常に有害であり低濃度で発癌性である。
動物及びヒトが消費する植物又は植物生成物から重金属（例えばカドミウム）の含有量を低下させることは極めて望ましく、さらに緊急を要する。前記要求を満たすことが本発明の目的である。
発明の特徴及び実施態様
本発明の特徴及び実施態様は付随の特許請求の範囲で示される。
ある特徴では、以下から成る群から選択される単離ポリヌクレオチドが提供される：配列番号:1又は配列番号:2又は配列番号:27又は配列番号:28、配列番号:29又は配列番号:51と少なくとも71％の配列同一性を有する配列を含むか、前記から成るか又は本質的に前記から成る単離ポリヌクレオチド；配列番号:3から23又は30から50又は53のいずれかと少なくとも65％の配列同一性を有する配列を含むか、前記から成るか、又は本質的に前記から成る単離ポリヌクレオチド；配列番号:24から26又は52のいずれかと少なくとも65％の配列同一性を有する配列を含むか、前記から成るか又は本質的に前記から成るNtMRPポリペプチドをコードするポリヌクレオチドであって、好ましくは当該ポリペプチドが重金属輸送因子活性を有する前記ポリヌクレオチド。
さらに別の特徴では、配列番号:1から23又は27から51のいずれかの1つの領域と少なくとも65％同一である、連続する長さが少なくとも15ヌクレオチドのポリヌクレオチド構築物が提供される。
さらに別の特徴では、互いに少なくとも部分的に相補性である少なくとも2つの配列を含む二本鎖リボポリヌクレオチドが提供され、ここでセンス鎖は第一の配列を含み、アンチセンス鎖は第二の配列を含み、さらに前記配列の少なくとも1つはNtMRP RNAの連続する少なくとも10ヌクレオチドを含む。
適切には、二本鎖RNAは、NtMRP DNAの少なくとも10ヌクレオチドと少なくとも65％の配列同一性を有する第一の配列；第二の配列；及び第一の配列の逆相補性配列を有し、第一の配列と同じ向きに配置された第三の配列を含み、ここで第二の配列は第一の配列及び第三の配列と作動できるように連結される。
適切には、第一の配列は、以下から成る群から選択される配列と少なくとも65％の配列同一性を有する：配列番号:3、配列番号:4、配列番号:5、配列番号:6、配列番号:7、配列番号:8、配列番号:9、配列番号:10、配列番号:11、配列番号:12、配列番号:13、配列番号:14、配列番号:15、配列番号:16、配列番号:17、配列番号:18、配列番号:19、配列番号:20、配列番号:21、配列番号:21、配列番号:22、配列番号:23、配列番号:30、配列番号:31、配列番号:32、配列番号:33、配列番号:34、配列番号:35、配列番号:36、配列番号:37、配列番号:38、配列番号:39、配列番号:40、配列番号:41、配列番号:42、配列番号:43、配列番号:44、配列番号:45、配列番号:46、配列番号:47、配列番号:48、配列番号:49、配列番号:50及び配列番号:53。
適切には、第三の配列は、以下と一致する配列の逆相補鎖と少なくとも65％の配列同一性を有する：配列番号:3、配列番号:4、配列番号:5、配列番号:6、配列番号:7、配列番号:8、配列番号:9、配列番号:10、配列番号:11、配列番号:12、配列番号:13、配列番号:14、配列番号:15、配列番号:16、配列番号:17、配列番号:18、配列番号:19、配列番号:20、配列番号:21、配列番号:21、配列番号:22、配列番号:23、配列番号:30、配列番号:31、配列番号:32、配列番号:33、配列番号:34、配列番号:35、配列番号:36、配列番号:37、配列番号:38、配列番号:39、配列番号:40、配列番号:41、配列番号:42、配列番号:43、配列番号:44、配列番号:45、配列番号:46、配列番号:47、配列番号:48、配列番号:49、配列番号:50及び配列番号:53。
さらに別の特徴では、当該単離ポリヌクレオチド又はポリヌクレオチド構築物を含む発現ベクターが提供される。
さらに別の特徴では、当該単離ポリヌクレオチド、ポリヌクレオチド構築物、二本鎖リボポリヌクレオチド又は発現ベクターを含む変異体の、天然に存在しない若しくはトランスジェニックな植物細胞が提供される。
さらに別の特徴では、当該変異体の、天然に存在しない又はトランスジェニックな植物細胞を含む変異体の、天然に存在しない又はトランスジェニックな植物が提供される。
さらに別の特徴では、前記植物由来の細胞若しくは組織を含むバイオマス、種子又は葉を含む植物材料が提供される。
さらに別の特徴では、前記植物の一部分又は植物細胞又は前記植物材料を含むタバコ製品が提供される。
さらに別の特徴では、変異体の、天然に存在しない又はトランスジェニックな植物が提供され、ここで当該NtMRPポリヌクレオチドの発現及びそれによってコードされるタンパク質の活性、又はそれによってコードされるタンパク質の活性は低下し、さらに前記植物の葉は、NtMRPポリヌクレオチドの発現及びそれによってコードされるタンパク質の活性、又はそれによってコードされるタンパク質の活性が低下していないコントロール植物と比較して少なくとも5％のカドミウム含有量の低下を有する。
さらに別の特徴では、当該植物に由来する組織を含むバイオマス、種子又は葉が提供される。
さらに別の特徴では、少なくとも植物の一部分でカドミウムレベルを低下させる方法が提供され、前記方法は、NtMRPポリヌクレオチドの発現及びそれによってコードされるタンパク質の活性、又はそれによってコードされるタンパク質の活性を、NtMRPポリヌクレオチドの発現及びそれによってコードされるタンパク質の活性、又はそれによってコードされるタンパク質の活性が低下していないコントロール植物と比較して低下させる工程を含む。
さらに別の特徴では、本明細書に記載した方法によって入手された又は入手できる変異体の、天然に存在しない若しくはトランスジェニックな植物が提供され、ここで、NtMRPポリヌクレオチドの発現及びそれによってコードされるタンパク質の活性、又はそれによってコードされるタンパク質の活性が低下していないコントロール植物と比較して、当該植物の少なくとも一部分で少なくとも約5％のカドミウム含有量の低下が存在する。
さらに別の特徴では、配列番号:24から26又は配列番号:52のいずれかに示される配列によって発現される単離NtMRPポリペプチドが提供され、好ましくはここで当該ポリペプチドは重金属輸送因子活性を有する。
さらに別の特徴では、当該単離ポリペプチドと特異的に結合する抗体が提供される。
さらに別の特徴では、サンプル中のNtMRPポリヌクレオチドを検出する方法が提供され、前記方法は、（a）ポリヌクレオチドを含むサンプルを提供する工程；（b）前記サンプルをNtMRPポリヌクレオチドの少なくとも一部分を特異的に検出する、1つ以上のプライマー又は1つ以上のプローブと接触させる工程；及び（c）増幅生成物の存在を検出する工程を含み、ここで増幅生成物の存在はサンプル中のNtMRPポリヌクレオチドの存在の指標である。
本発明のさらに別の特徴は以下に示される。
1つ以上の調節配列と作動できるように連結された当該単離ポリヌクレオチドを含むキメラ遺伝子。
本発明のポリヌクレオチド構築物又は二本鎖RNA、ここで当該ポリヌクレオチドは、少なくとも15−30ヌクレオチド、30−50ヌクレオチド、50−100ヌクレオチド、100−150ヌクレオチド、150−200ヌクレオチド、200−300ヌクレオチド、300−400ヌクレオチド、400−500ヌクレオチド、500−600ヌクレオチド又は600−700ヌクレオチドを含むか、前記から成るか又は本質的に前記から成る。
本発明の単離ポリヌクレオチド、キメラ遺伝子、ポリヌクレオチド構築物又は二本鎖RNA、及び前記に共有結合させた少なくとも1つの非ヌクレオチド又は非ポリヌクレオチド成分を含む複合物。
本発明の単離ポリヌクレオチド、キメラ遺伝子、ポリヌクレオチド構築物、二本鎖RNA、複合物又は発現ベクターを含む、変異体の、天然には存在しない又はトランスジェニックな植物細胞。
本発明の変異体の、天然に存在しない又はトランスジェニックな植物細胞を含む、変異体の、天然に存在しない又はトランスジェニックな植物。
適切には、収集された葉の乾燥バイオマスはコントロール植物とほぼ同じである。
本発明の植物に由来する組織を含むバイオマス、種子又は葉。
本発明のバイオマス、種子又は葉を取り入れた又は利用する消耗品。
本発明のバイオマス、種子若しくは葉又は本発明の消耗品、ここで、NtMRPポリヌクレオチドの発現及びそれによってコードされるタンパク質の活性、又はそれによってコードされるタンパク質の活性が低下していないコントロール植物に由来するバイオマス、種子又は葉と比較して、少なくとも約5％のカドミウム含有量の低下が存在する。
本発明の単離ポリヌクレオチド、キメラ遺伝子、ポリヌクレオチド構築物、二本鎖RNA、複合物又は発現ベクターを含む細胞株。
以下の工程を含む、変異体の、天然に存在しない又はトランスジェニックな植物を調製する方法：NtMRPポリヌクレオチドの発現及びそれによってコードされるタンパク質の活性又はそれによってコードされるタンパク質の活性を、NtMRPポリヌクレオチドの発現及びそれによってコードされるタンパク質の活性又はそれによってコードされるタンパク質の活性が低下していないコントロール植物と比較して、当該植物の少なくとも一部分で低下させる工程。
以下の工程を含む、カドミウムレベルを植物の少なくとも一部分で低下させる方法：NtMRPポリヌクレオチドの発現及びそれによってコードされるタンパク質の活性又はそれによってコードされるタンパク質の活性を、NtMRPポリヌクレオチドの発現及びそれによってコードされるタンパク質の活性又はそれによってコードされるタンパク質の活性が低下していないコントロール植物と比較して低下させる工程。
適切には、前記方法は、前記植物を当該ポリヌクレオチド構築物、二本鎖RNA、複合物、発現ベクター、メガヌクレアーゼ又はジンクフィンガータンパク質と接触させる第一の工程を含む。
適切には、前記方法は、前記植物を変異原と接触させる第一の又は追加の工程を含む。
本発明の方法によって入手した又は入手できる、変異体の、天然に存在しない又はトランスジェニックな植物、ここで、NtMRPポリヌクレオチドの発現及びそれによってコードされるタンパク質の活性又はそれによってコードされるタンパク質の活性が低下していないコントロール植物と比較して、当該植物の少なくとも一部分で少なくとも約5％のカドミウム含有量の低下が存在する。
以下の工程を含む、NtMRPポリヌクレオチドの発現及びそれによってコードされるタンパク質の活性を細胞で調節する（例えば低下又は阻害）方法：本発明のキメラ遺伝子、ポリヌクレオチド構築物、二本鎖RNA、複合物又は発現ベクターを投与する工程。
以下の工程を含む、NtMRPポリヌクレオチドを検出、単離、増幅又は解析する方法：ポリヌクレオチドを含むサンプルを提供し、前記ポリヌクレオチドを、本発明の単離ヌクレオチド配列由来の連続する少なくとも10ヌクレオチドを含むポリヌクレオチド分子とハイブリダイズさせる工程。
NtMRPポリヌクレオチドの発現及びそれによってコードされるタンパク質の活性又はそれによってコードされるタンパク質の活性が低下していないコントロール植物と比較して、植物の少なくとも一部分でカドミウム含有量を少なくとも約5％低下させるために、NtMRPポリヌクレオチドの発現及びそれによってコードされるタンパク質の活性又はそれによってコードされるタンパク質の活性を調節する（例えば低下又は阻害）薬剤の使用。
本発明の方法又は使用、ここで、当該薬剤は、NtMRPポリヌクレオチド、キメラNtMRP遺伝子、NtMRPポリヌクレオチドを含むポリヌクレオチド構築物、アンチセンスRNA、二本鎖RNA、cDNA、NtMRPポリヌクレオチド及び前記と共有結合させた少なくとも1つの非ヌクレオチド又は非ポリヌクレオチド成分を含む複合物、リボザイム、変異原、ジンクフィンガー、小分子又はメガヌクレアーゼであるか、又は前記から誘導される。
さらに別の特徴では、以下の工程を含む、タバコ製品を製造する方法が提供される：（a）変異体の、天然に存在しない又はトランスジェニックなタバコの植物から種子を入手する工程；（b）施設で当該種子を播種し生育させる工程；（c）当該植物を採集する工程；及び（d）当該採集植物からタバコ製品を製造する工程。
上述の実施態様は、上記の特徴の各々の実施態様として開示される。
いくつかの利点
カドミウムがより低量で存在する、変異体の、天然に存在しない又はトランスジェニックな植物を生産することによって、多数の利点が提供される。
例示すれば、植物（変異体の、天然に存在しない又はトランスジェニックな植物を含む）は、種々の濃度のカドミウムを含む土壌で、又は望ましい濃度未満のカドミウムを含む土壌で生育させることができる。これらの植物及び派生する種子は、より広範囲の土壌環境でそれらを栽培するためにより多くの選択肢を提供することができ、このことは、業者（例えば農業者）が利用できる耕作可能な土壌の面積を増大させることができる。
さらに例示すれば、変異体の、天然に存在しない又はトランスジェニックな植物（それらから入手されるバイオマス、種子及び葉を含む）は、コントロールの対応物と比較してカドミウム含有量の低下を示し、食品として直接消費することができる。これらの食品の消費はより健康的な選択肢であり得る。本開示方法にしたがって操作できる適切な植物には、農業的利用のために栽培可能な植物（タバコ、コメ、トウモロコシ、カボチャ、ダイズ、レタス、ジャガイモ、サトウダイコン、ハーブ、コムギ及びニンジンなどを含む）が含まれる。
さらに例示すれば、変異体の、天然に存在しない又はトランスジェニックな植物の高さ及び／又は重量はコントロール植物と実質的に同じである。したがって、コントロールと比較したとき当該植物の収集乾燥葉において顕著な相違は見出されず、したがってNtMRP転写物の調節は乾燥バイオマスに対して実質的に関連する影響を与えないことを示している。これは有益である。なぜならば、植物は、視覚的外観の変化が当該産業にとって許容できないか、又は生産収量の受け入れ難い低下をもたらす可能性がある多様な製品（タバコを含む）の工業的生産に使用されるからである。
図1(a)はNtMRP4遺伝子座の模式図である。 図1(b)はNtMRP4のヌクレオチド配列を示す。前記配列では、5’及び3’UTR領域には下線が付され、エクソンは大文字及び太字で示され、イントロンは小文字及び通常字体で示され、開始及び停止コドンは灰色で示される。NtMRP4 RNAi配列の作製のための5’及び3’プライマー配列は、斜字体及び線引き末梢で示される。 図1(b)はNtMRP4のヌクレオチド配列を示す。前記配列では、5’及び3’UTR領域には下線が付され、エクソンは大文字及び太字で示され、イントロンは小文字及び通常字体で示され、開始及び停止コドンは灰色で示される。NtMRP4 RNAi配列の作製のための5’及び3’プライマー配列は、斜字体及び線引き末梢で示される。 図1(b)はNtMRP4のヌクレオチド配列を示す。前記配列では、5’及び3’UTR領域には下線が付され、エクソンは大文字及び太字で示され、イントロンは小文字及び通常字体で示され、開始及び停止コドンは灰色で示される。NtMRP4 RNAi配列の作製のための5’及び3’プライマー配列は、斜字体及び線引き末梢で示される。 図1(b)はNtMRP4のヌクレオチド配列を示す。前記配列では、5’及び3’UTR領域には下線が付され、エクソンは大文字及び太字で示され、イントロンは小文字及び通常字体で示され、開始及び停止コドンは灰色で示される。NtMRP4 RNAi配列の作製のための5’及び3’プライマー配列は、斜字体及び線引き末梢で示される。 図1(b)はNtMRP4のヌクレオチド配列を示す。前記配列では、5’及び3’UTR領域には下線が付され、エクソンは大文字及び太字で示され、イントロンは小文字及び通常字体で示され、開始及び停止コドンは灰色で示される。NtMRP4 RNAi配列の作製のための5’及び3’プライマー配列は、斜字体及び線引き末梢で示される。 7日間の水耕栽培条件下におけるカドミウム処理時のNtMRP4ポリヌクレオチドの発現を示す。3週のKY14の苗木を0、0.05及び0.5のCdCl2で処理し(a)、4週のN.ルスチカ（N. rustica）及びN.タバクム（N. tabacum）（TN90）の苗木を5μMのCdCl2で1週間処理した(b)。RNAを単離し、半定量RT-PCRに付した。 野生型野外栽培植物と比較した、NtMRP4 RNAi系統の系統1及び2における葉のカドミウム低下を示す。 2つのNtMRP4 RNAiの栽培系統について葉のカドミウム低下を示す。この実験では、NtMRP4挿入物を含まないベクターコントロールを付け加えた。 NtMRP4コード領域全域のゲノムNtPMI-BAC-GOTOWE_5_gDNA BACクローンのイントロン-エクソン構造並びにイントロン及びエクソンの位置を示す。cDNA配列(塩基対１−4,521上方鎖)及びMRP4コード領域を含むゲノムBACクローン配列（塩基対61,781−69,748下方鎖）の相同性は100％である。 NtMRP3のヌクレオチド配列を示す。前記配列では、5’及び3’UTR領域は斜字体で、エクソンは大文字及び太字で示され、イントロンは小文字及び通常字体で示され、開始及び停止コドンは大文字、太字及び斜字体で示される。 NtMRP3のヌクレオチド配列を示す。前記配列では、5’及び3’UTR領域は斜字体で、エクソンは大文字及び太字で示され、イントロンは小文字及び通常字体で示され、開始及び停止コドンは大文字、太字及び斜字体で示される。 NtMRP3のヌクレオチド配列を示す。前記配列では、5’及び3’UTR領域は斜字体で、エクソンは大文字及び太字で示され、イントロンは小文字及び通常字体で示され、開始及び停止コドンは大文字、太字及び斜字体で示される。 NtMRP3のヌクレオチド配列を示す。前記配列では、5’及び3’UTR領域は斜字体で、エクソンは大文字及び太字で示され、イントロンは小文字及び通常字体で示され、開始及び停止コドンは大文字、太字及び斜字体で示される。
定義
本出願の範囲内で用いられる技術用語及び表現には、植物及び分子生物学の関係分野でそれらに一般的に適用される意味が与えられるべきである。以下の用語の定義の全てが、本出願の全内容に当てはまる。“含む（comprising）”という語は、他の成分又は工程を排除せず、さらに不定冠詞の“a”又は“an”は複数を排除しない。ただ１つの工程が複数の請求項に列挙されたいくつかの特徴の複数の機能を満たすことができる。特性又は値の関係において“本質的に”、“約”、“おおよそ”などの用語はまた、当該特性を厳密に、当該値を厳密にそれぞれ規定する。ある数値又は範囲の関係で“約”という用語は、当該提供された値又は範囲の20％以内、10％以内、又は5％、4％、3％、2％、若しくは1％以内である値又は範囲を指す。
“ポリヌクレオチド”はヌクレオチドのポリマーを指し、前記は未改変又は改変デオキシリボポリヌクレオチド（DNA）又はリボポリヌクレオチド（RNA）であり得る。したがって、ポリヌクレオチドは、ゲノムDNA、相補性DNA（cDNA）（例えば配列番号：27）、m RNA又はアンチセンスRNAであり得るが、ただしこれらに限定されない。さらにまた、ポリヌクレオチドは一本鎖又は二本鎖DNA、一本鎖及び二本鎖領域の混合物であるDNA、DNA及びRNAを含むハイブリッド分子、又は一本鎖及び二本鎖領域の混合物を含むハイブリッド分子であり得る。さらにまた、ポリヌクレオチドは、DNA、RNA又はその両者を含む三本鎖領域を含むことができる。ポリヌクレオチドは、1つ以上の改変塩基（例えばホスホチオエート）を含むことができ、さらにペプチドポリヌクレオチド（PNA）であってもよい。一般的には、本明細書に記載するポリヌクレオチドは、cDNAの単離又はクローン化フラグメント、ゲノムDNA、オリゴヌクレオチド若しくは個々のヌクレオチド又は前述の組合せからアッセンブリングできる。本明細書に記載のポリヌクレオチド配列はDNA配列として示されているが、当該配列には、それらの対応するRNA配列及びそれらの相補性（例えば完全に相補性の）DNA又はRNA配列（その逆相補鎖を含む）が含まれる。
“NtMRPポリヌクレオチド”という用語は、ヌクレオチドのポリマーが、配列番号：1、2、27、28、29又は51に示す配列を含むか、前記から成るか又は本質的に前記から成るポリヌクレオチドを包含する。この用語はまた、配列番号：1、2、27、28、29又は51と実質的相同性（すなわち配列類似性）又は実質的同一性を有するポリヌクレオチド；配列番号：1、2、27、28、29又は51のフラグメント；及び配列番号：1、2、27、28、29又は51と実質的相同性（すなわち配列類似性）又は実質的同一性を有する配列番号：1、2、27、28、29又は51のフラグメントを包含する。変種は、単離されたNtMRP遺伝子（例えばNtMRP3遺伝子又はNtMRP4遺伝子）の配列に対して少なくとも61％、62％、63％、64％、65％、66％、67％、68％、69％、70％、71％、72％、73％、74％、75％、80％、85％、90％、95％、96％、97％、98％又は99％の配列同一性を有することができる。本明細書に記載のNtMRPポリヌクレオチド配列はDNA配列として示されるが、当該配列には、それらの対応するRNA配列、及びそれらの相補性（例えば完全に相補性の）DNA又はRNA配列（その逆相補鎖及びアンチセンスDNA又はRNA配列を含む）が含まれる。例示的フラグメントは、配列番号：3から23及び30から50及び53に示される。
“NtMRP3ポリヌクレオチド”という用語は、ヌクレオチドポリマーが、本明細書で配列番号：28又は配列番号：29又は配列番号：51と称されるポリヌクレオチドを含むか、前記から成るか又は本質的に前記から成る具体化物を指す。前記用語は、配列番号：28又は配列番号：29又は配列番号：51と実質的相同性（すなわち配列類似性）又は実質的同一性を有するポリヌクレオチド変種；配列番号：28又は配列番号：29又は配列番号：51のフラグメント；及び配列番号：28又は配列番号：29又は配列番号：51と実質的相同性（すなわち配列類似性）又は実質的同一性を有する配列番号：28又は配列番号：29又は配列番号：51のフラグメントを包含する。本明細書に記載するように、変種は、単離されたNtMRP3遺伝子の配列に対して少なくとも61％、62％、63％、64％、65％、66％、67％、68％、69％、70％、71％、72％、73％、74％、75％、80％、85％、90％、95％、96％、97％、98％又は99％の配列同一性を有することができる。例示的フラグメントは配列番号：30から50に示される。
“NtMRP4ポリヌクレオチド”という用語は、ヌクレオチドポリマーが、本明細書で配列番号：1又は配列番号：2又は配列番号：27と称されるポリヌクレオチドを含むか、前記から成るか又は本質的に前記から成る具体化物を指す。前記用語は、配列番号：1又は配列番号：2又は配列番号：27と実質的相同性（すなわち配列類似性）又は実質的同一性を有するポリヌクレオチド変種；配列番号：1又は配列番号：2又は配列番号：27のフラグメント；及び配列番号：1又は配列番号：2又は配列番号：27と実質的相同性（すなわち配列類似性）又は実質的同一性を有する配列番号：1又は配列番号：2又は配列番号：27のフラグメントを包含する。変種は、単離されたNtMRP3遺伝子の配列に対して少なくとも61％、62％、63％、64％、65％、66％、67％、68％、69％、70％、71％、72％、73％、74％、75％、80％、85％、90％、95％、96％、97％、98％又は99％の配列同一性を有することができる。例示的フラグメントは配列番号：3から23及び53に示される。
“NtMRPポリペプチド”という用語は、配列番号：24から26及び52と実質的相同性（すなわち配列類似性）又は実質的同一性を有するアミノ酸配列；配列番号：24から26及び52のフラグメント；及び配列番号：24から26及び52と実質的相同性（すなわち配列類似性）又は実質的同一性を有する配列番号：24から26及び52のフラグメントを含むか、前記から成るか又は本質的に前記から成るポリペプチドを指す。NtMRPポリペプチドは、配列番号：24から26及び52と十分な又は実質的な程度の同一性又は類似性を含み、細胞膜を通過して重金属（例えばカドミウム）を輸送することによって機能を果たすことができるフラグメント及び配列を含む。NtMRPポリペプチドはまた、任意のタイプの変異（例えば、アミノ酸の挿入、欠失又は置換；グリコシル化状態の変更；再折畳み若しくは異性化、三次元構造又は自己結合状態に影響を及ぼす変更）を導入することによって生成される変種又は変異体を含み、前記変種又は変異体は意図的に操作するか又は天然から単離できる。NtMRPポリペプチドは線形であっても公知の方法を用いて環化されてもよい。変種は、NtMRP4ポリペプチドの配列に対して少なくとも61％、62％、63％、64％、65％、66％、67％、68％、69％、70％、71％、72％、73％、74％、75％、80％、85％、90％、95％、96％、97％、98％又は99％の配列同一性を有することができる。
“NtMRP3ポリペプチド”という用語は、ポリペプチドが配列番号：52に示す配列を含むか、前記から成るか又は本質的に前記から成る具体化物、又は配列番号：52と実質的相同性（すなわち配列類似性）又は実質的同一性を有するアミノ酸配列；配列番号：52のフラグメント；及び配列番号：52と実質的相同性（すなわち配列類似性）又は実質的同一性を有する配列番号：52のフラグメントを含むか、前記から成るか又は本質的に前記から成るポリペプチドを指す。NtMRP3ポリペプチドは、配列番号：52と十分な又は実質的な程度の同一性又は類似性を含み、細胞膜を通過して重金属（例えばカドミウム）を輸送することによって機能を果たすことができるフラグメント及び配列を含む。NtMRP3ポリペプチドはまた、任意のタイプの変異（例えば、アミノ酸の挿入、欠失又は置換；グリコシル化状態の変更；再折畳み若しくは異性化、三次元構造又は自己結合状態に影響を及ぼす変更）を導入することによって生成される変種又は変異体を含み、前記変種又は変異体は意図的に操作するか又は天然から単離できる。NtMRP3ポリペプチドは線形であっても公知の方法を用いて環化されてもよい。本明細書に記載するように、変種は、NrMRP3ポリペプチドの配列に対して少なくとも61％、62％、63％、64％、65％、66％、67％、68％、69％、70％、71％、72％、73％、74％、75％、80％、85％、90％、95％、96％、97％、98％又は99％の配列同一性を有することができる。
“NtMRP4ポリペプチド”という用語は、ポリペプチドが配列番号：24、配列番号：25又は配列番号：26に示す配列を含むか、前記から成るか又は本質的に前記から成る具体化物、又は配列番号：24、配列番号：25又は配列番号：26と実質的相同性（すなわち配列類似性）又は実質的同一性を有するアミノ酸配列；配列番号：24、配列番号：25又は配列番号：26のフラグメント；及び配列番号：24、配列番号：25又は配列番号：26と実質的相同性（すなわち配列類似性）又は実質的同一性を有する配列番号：24、配列番号：25又は配列番号：26のフラグメントを含むか、前記から成るか又は本質的に前記から成るポリペプチドを指す。NtMRP4ポリペプチドは、配列番号：24、配列番号：25又は配列番号：26と十分な又は実質的な程度の同一性又は類似性を含み、細胞膜を通過して重金属（例えばカドミウム）を輸送することによって機能を果たすことができるフラグメント及び配列を含む。NtMRP4ポリペプチドはまた、任意のタイプの変異（例えば、アミノ酸の挿入、欠失又は置換；グリコシル化状態の変更；再折畳み若しくは異性化、三次元構造又は自己結合状態に影響を及ぼす変更）を導入することによって生成される変種又は変異体を含み、前記変種又は変異体は、意図的に操作するか又は天然から単離できる。NtMRP4ポリペプチドは線形であっても公知の方法を用いて環化されてもよい。本明細書に記載するように、変種は、NrMRP4ポリペプチドの配列に対して少なくとも61％、62％、63％、64％、65％、66％、67％、68％、69％、70％、71％、72％、73％、74％、75％、80％、85％、90％、95％、96％、97％、98％又は99％の配列同一性を有することができる。
“単離された”という用語は、その天然の環境から取り出された物質を意味するが、前記用語はいかなる精製度も示唆しない。
“遺伝子配列”は、ポリヌクレオチド分子又はポリペプチド若しくは生物学的に活性なRNAをコードするポリヌクレオチドのヌクレオチド配列を指し、タンパク質のフラグメントをコードするだけの部分的コード配列のヌクレオチド配列を包含する。
“ベクター”という用語は、ポリヌクレオチド、ポリヌクレオチド構築物及びポリヌクレオチド複合物などの輸送を可能にするポリヌクレオチド成分の結合物を含むポリヌクレオチドベヒクルを指す。適切なベクターには、染色体外複製能力を有するエピソーム、例えば環状二本鎖ポリヌクレオチドプラスミド；線状化二本鎖ポリヌクレオチドプラスミド；及び任意の起源の他のベクターが含まれる。
“発現ベクター”は、ポリヌクレオチド、ポリヌクレオチド構築物及びポリヌクレオチド複合物などの発現を可能にするポリヌクレオチド成分の結合物を含むポリヌクレオチドベヒクルを指す。適切な発現ベクターには、染色体外複製能力を有するエピソーム、例えば環状二本鎖ポリヌクレオチドプラスミド；線状化二本鎖ポリヌクレオチドプラスミド；及び任意の起源の他の機能的に等価の発現ベクターが含まれる。発現ベクターは、下記に規定するように、上流に位置し、ポリヌクレオチド、ポリヌクレオチド構築物又はポリヌクレオチド複合物と作動できるように連結された少なくとも1つのプロモーターを含む。
“構築物”は、1つ以上のNtMRPポリヌクレオチドを含む二本鎖の組換えポリヌクレオチドフラグメントを指す。構築物は、相補性の“センス又はコード鎖”と塩基対を形成した“鋳型鎖”を含む。与えられた構築物は、2つの可能な向き（ベクター（例えば発現ベクター）内に配置されたプロモーターの向きに関して同じ（又はセンス）向き又は逆（又はアンチセンス）向き）でベクターに挿入できる。
“複合物”という用語は、ポリヌクレオチドとそれ自体はポリヌクレオチド又はモノマーではない1つ以上の成分（“複合物成分”）との共有結合（“複合物形成”）によって生成された化合物を指す。
“鋳型鎖”は、ポリヌクレオチドデュープレックス（例えば、NtMRPゲノムフラグメント、NtMRP cDNA、又はNtMRP構築物、又はRNAポリメラーゼによって転写され得るポリヌクレオチド配列を含む任意のポリヌクレオチドフラグメント）の“センス又はコード鎖”の配列を補完する配列を含む鎖を指す。転写時に、RNAポリメラーゼは、3’から5’方向に鋳型鎖に沿って初期RNA合成の間移動することができる。
“センス鎖”は本明細書では“コード鎖”という用語と互換的に用いられ、DNAデュープレックス中の鋳型鎖の配列を補完する配列を含む鎖を指す。例えば、同定されたNtMRPゲノムクローンのセンス鎖の配列（“センス配列”）は、配列番号：1又は配列番号：2と称される。例えば、センス鎖が仮定的配列5’-TAATCCGGT-3’を含む場合、仮定的標的mRNA内の実質的に同一の一致する配列は5’-UAAUCCGGGU-3’である。
“逆相補性配列”は、問題の“センス配列”（例えばエクソン配列）を補完する配列であって、当該センス配列に対して同じ配列内に同じ向きで位置する配列を指す。例えばある鎖が仮定的配列5’-TAATCCGGT-3’を含む場合、逆相補性配列5’-ACCGGATTA-3’は、スペーサー配列によって分離されてセンス配列と作動できるように連結できる。
“NtMRP”、“NtMRP3”又は“NtMRP4 RNA転写物”は、問題の宿主植物細胞内で生成されたポリリボヌクレオチド分子を含む（前記は内因性NtMRP3又はNtMRP4遺伝子又は本明細書に記載するcDNAの転写から生じる）。したがって、この用語は、NtMRP3又はNtNRP4又はNtMRP3若しくはNtMRP4RNAから転写生成物として生成された任意のRNA種又はRNA変種（構造的/機能的レベルで十分な類似性を有するRNA種又はRNA変種を含む）を含む。例えば、NtMRP3又はNtMRP3 RNA転写物には以下が含まれる（ただしこれらに限定されない）：（1）単離されたNtMRP3又はNtMRP3遺伝子又はcDNAの転写から生成されるプレ-mRNA及びmRNA；（2）単離されたNtMRP3遺伝子の配列に対して少なくとも61％、62％、63％、64％、65％、66％、67％、68％、69％、70％、71％、72％、73％、74％、75％、80％、85％、90％、95％、96％、97％、98％、99％又は100％の配列同一性を有する任意の遺伝子（すなわち同定されたNtMRP3遺伝子と実質的に同一で、さらにABC輸送因子の関連するアイソフォームをコードする他の別個の遺伝子）の転写から生成されるプレ-mRNA及びmRNA；（3）NtMRP3遺伝子の対立遺伝子座の転写から生成されるプレ-mRNA及びmRNA。NtMRP3 RNA転写物は、個々の遺伝子の異型核内RNA（“hnRNA”）のまた別のRNAスプライシング反応の結果として生成されるRNA変種、そのようなまた別のRNAスプライシング反応から生じるmRNA変種及び任意の中間体RNA変種を含む。
さらに別に例示すれば、NtMRP4又はNtMRP4 RNA転写物には以下が含まれる：（1）単離されたNtMRP4又はNtMRP4遺伝子又はcDNAの転写から生成されるプレ-mRNA及びmRNA；（2）単離されたNtMRP4遺伝子の配列に対して少なくとも61％、62％、63％、64％、65％、66％、67％、68％、69％、70％、71％、72％、73％、74％、75％、80％、85％、90％、95％、96％、97％、98％、99％又は100％又はそれより高い配列同一性を有する任意の遺伝子（すなわち同定されたNtMRP4遺伝子と実質的に同一で、さらにABC輸送因子の関連するアイソフォームをコードする他の別個の遺伝子）の転写から生成されるプレ-mRNA及びmRNA；（3）NtMRP又はNtMRP4遺伝子の対立遺伝子座の転写から生成されるプレ-mRNA及びmRNA。NtMRP及びNtMRP4 RNA転写物は、個々の遺伝子の異型核内RNA（“hnRNA”）のまた別のRNAスプライシング反応の結果として生成されるRNA変種、そのようなまた別のRNAスプライシング反応から生じるmRNA変種、及び任意の中間体RNA変種を含む。
“相同性”、“同一性”又は“類似性”は、配列アラインメントによって比較した2つのポリペプチド間又は2つのポリヌクレオチド分子間の配列類似性の程度を指す。比較される2つの別個のポリヌクレオチド配列間の相同性の程度は、匹敵する位置の同一又は適合ヌクレオチドの数の関数である。パーセント同一性として表現される類似性の程度は、目視精査及び数学的計算によって決定できる。また別には、2つのポリヌクレオチド配列のパーセント同一性は、GAPコンピュータープログラム、バージョン6.0（Devereuxら（Nucl. Acids Res. 12:387, 1984）が報告し、UWGCG（University of Wisconsin Genetics Computer Group）から入手できる）、ClustalW、BLAST、FASTA又はSmith-Watermanを用いて配列情報を比較することによって決定できる。GAPプログラムの典型的な規定値パラメーターには以下が含まれる：（1）ヌクレオチドについては一元性比較マトリックス（同一性に対して1及び非同一性に対して0の値を含む）、及びGribskovとBurgess（Nucl. Acids Res. 14:6745, 1986）の荷重比較マトリックス（以下に記載されている：Schwartz and Dayhoff, eds., Atlas of Protein Sequence and Structure, National Biomedical Research Foundation, pp. 353-358, 1979）；（2）各ギャップについてペナルティー3.0及び各ギャップ内の記号1つに付き0.10のペナルティーの追加；及び（3）末端のギャップについてはペナルティー無し。当業者に公知の配列比較の種々のプログラムもまた利用できる。
“上流”という用語は、参照エレメントに対して線形ポリヌクレオチド配列上の相対的な方向/位置を指し、ポリヌクレオチド配列の5’末端側の方向/位置を示す。“上流”は“参照エレメントの5’末端”と互換的に用いることができる。
“作動できるように連結された”とは、機能的転写ユニット又は機能的発現ベクターを生じる別個のポリヌクレオチドエレメント、フラグメント又は配列の結合を指す。
“プロモーター”はポリヌクレオチドエレメント/配列を指し、前記は典型的には上流に配置され、二本鎖DNAフラグメント（例えばNtMRP RNAi構築物）と作動できるように連結される。例えば。適切なプロモーターは、転写複合体（RNAポリメラーゼ及び種々の因子を含む）を補給することによってNtMRP RNAi構築物の転写活性化を可能にしてRNA合成を開始させる。プロモーターは、本来の状態にある問題の遺伝子の近位領域からそっくりそのまま誘導するか、又は本来の状態にある別個のプロモーターから誘導した種々のエレメント又は合成DNAセグメントを含むことができる。
“エンハンサー”は、転写調節タンパク質（例えば転写アクチベーター）を補給し、プロモーター活性を高めることによって転写活性化を強化することができるポリヌクレオチド分子又はポリヌクレオチド配列を指す。
適切なエンハンサーは、本来の状態にある問題のプロモーターの近位領域から誘導するか（同種起源）、又は本来の状態ではない環境から誘導して（異種起源）、NtMRP構築物（例えばRNAi発現ベクター）内の問題の任意のプロモーターと作動できるように連結して、プロモーターの活性又は組織特異性を強化することができる。いくつかのエンハンサーは、転写ユニットの向きに対して任意の向きで作動することができる。例えば、エンハンサーは、プロモーター及びNtMRP構築物を含む転写ユニットの上流又は下流に配置することができる。
本明細書で用いられるように、“植物”という用語は、そのライフサイクル又は発育の任意の段階にある任意の植物及びその子孫を指す。ある実施態様では、植物はタバコの植物である（前記はニコチアナ（Nicotiana）属に属する植物に該当する）。タバコの植物の好ましい種、栽培変種、ハイブリッド及び品種は本明細書に記載されている。
“植物細胞”という用語は、植物の構造的及び生理学的単位を指す。植物細胞は、細胞壁の無いプロトプラスト、単離された単一細胞又は培養細胞の形態として、又はより大きな組織化された単位（例えば植物組織、植物器官又は全植物であるが、ただしこれらに限定されない）の部分として存在し得る。
“植物材料”は、植物から入手できる任意の固体、液体若しくは気体状組成物又は前記の組合せを指し、例えばバイオマス、葉、葉片、中央脈、茎、根、花若しくは花の部分、果実、花粉、卵細胞、接合子、種子、挿穂、分泌物、抽出物、細胞若しくは組織培養、又は植物の任意の他の部分若しくは生成物が含まれる。ある実施態様では、植物材料はバイオマス、種子又は葉を含むか又は前記から成る。別の実施態様では、植物材料は葉を含むか又は葉から成る。
“品種”という用語は、植物集団を同じ種の他の植物から分離する一定の特徴を共有する植物の集団を指す。1つ以上の弁別的特質を保持しながら、品種はさらに、当該品種内の個体間における非常に小さな全体的変動を特徴とする。品種はしばしば商品として販売される。
“系統”又は“育種系統”という用語は、植物育種時に用いられる植物のグループを指す。系統は品種と区別できる。なぜならば、系統は、対象の1つ以上の特質について個体間でほとんど変動を示さないからである（ただし、別の特質については個体間である程度の変動が存在することもある）。
“低下する”又は“低下させる”という用語は、量又は活性（例えばポリペプチド活性、転写活性及び／又はタンパク質発現であるが、ただしこれらに限定されない）の約10％から約99％の低下、又は少なくとも10％、少なくとも20％、少なくとも25％、少なくとも30％、少なくとも40％、少なくとも50％、少なくとも60％、少なくとも70％、少なくとも75％、少なくとも80％、少なくとも90％、少なくとも95％、少なくとも98％、少なくとも99％、又は少なくとも100％、200％若しくは300％又はそれより大きな低下を指す。
本明細書で用いられる“阻害する”又は“阻害された”という用語は、量又は活性（例えばポリペプチド活性、転写活性及び／又はタンパク質発現であるが、ただしこれらに限定されない）の約98％から約100％の低下、又は少なくとも98％、少なくとも99％、特に100％の低下を指す。
“増加する”又は“増加した”という用語は、量又は活性（例えばポリペプチド活性、転写活性及び／又はタンパク質発現であるが、ただしこれらに限定されない）の約10％から約99％の増加、又は少なくとも10％、少なくとも20％、少なくとも25％、少なくとも30％、少なくとも40％、少なくとも50％、少なくとも60％、少なくとも70％、少なくとも75％、少なくとも80％、少なくとも90％、少なくとも95％、少なくとも98％、少なくとも99％、又は少なくとも100％、200％若しくは300％又はそれより大きな増加を指す。
コントロール植物又はコントロール植物細胞の関係での“コントロール”という用語は、具体的な遺伝子又はタンパク質（例えばNtMRP）の発現又は活性が改変されていない（例えば増加又は低下していない）植物又は植物細胞を意味し、したがって前記は、具体的な遺伝子又はタンパク質（例えばNtMRP）の発現又は活性が改変されている植物との比較を提供できる。コントロール植物は空ベクターを含むことができる。コントロール植物は野生型植物と一致してもよい。
詳細な説明
NtMRPポリヌクレオチド及びポリペプチド（NtMRP3及びNtMRP4ポリヌクレオチド及びポリペプチドを含む）は本明細書に記載されている。図6に示すように、NtMRP3ゲノムクローン（配列番号：28及び配列番号：29と称される）は以下を含む：イントロン1（配列番号：30）、イントロン2（配列番号：31）、イントロン3（配列番号：32）、イントロン4（配列番号：33）、イントロン5（配列番号：34）、イントロン6（配列番号：35）、イントロン7（配列番号：36）、イントロン8（配列番号：37）、イントロン9（配列番号：38）、イントロン10（配列番号：39）、エクソン1（配列番号：40）、エクソン2（配列番号：41）、エクソン3（配列番号：42）、エクソン4（配列番号：43）、エクソン5（配列番号：44）、エクソン6（配列番号：45）、エクソン7（配列番号：46）、エクソン8（配列番号：47）、エクソン9（配列番号：48）、エクソン10（配列番号：49）及びエクソン11（配列番号：50）。
多様な実施態様が、NtMRP3遺伝子座から単離されたゲノムフラグメントである単離ポリヌクレオチドに向けられる。前記は、配列番号：28若しくは配列番号：29、配列番号：28若しくは配列番号：29のフラグメント、又は前記の変種を含む。
多様な実施態様が、NtMRP3遺伝子座のcDNA配列である単離ポリヌクレオチドに向けられる。前記は、配列番号：51、配列番号：51のフラグメント、又はその変種を含む。
多様な実施態様が、単離NtMRPポリヌクレオチド変種（配列番号：28又は配列番号：29と少なくとも71％、72％、73％、74％、75％、80％、85％、90％、95％、96％、97％、98％、及び99％の配列同一性を含む）、又は配列番号：28若しくは配列番号：29のフラグメントに向けられる。
多様な実施態様が、NtMRPポリヌクレオチド変種のポリヌクレオチドを補完する単離ポリヌクレオチドに向けられる。前記変種は、配列番号：28若しくは配列番号：29若しくは配列番号：51、又は配列番号：28若しくは配列番号：29若しくは配列番号：51のフラグメントと少なくとも71％、72％、73％、74％、75％、80％、85％、90％、95％、96％、97％、98％、及び99％の配列同一性を含む。
多様な実施態様が、配列番号：28若しくは配列番号：29若しくは配列番号：51、又は配列番号：28若しくは配列番号：29若しくは配列番号：51のフラグメントを含むポリヌクレオチドと、適度から高度にストリンジェントな条件下で特異的にハイブリダイズできる単離ポリヌクレオチドに向けられる。
図１に示すように、NtMRP4ゲノムクローン（配列番号：1及び配列番号：2と称される）は以下を含む：イントロン1（配列番号：3）、イントロン2（配列番号：4）、イントロン3（配列番号：5）、イントロン4（配列番号：6）、イントロン5（配列番号：7）、イントロン6（配列番号：8）、イントロン7（配列番号：9）、イントロン8（配列番号：10）、イントロン9（配列番号：11）、イントロン10（配列番号：12）、エクソン1（配列番号：13）、エクソン2（配列番号：14）、エクソン3（配列番号：15）、エクソン4（配列番号：16）、エクソン5（配列番号：17）、エクソン6（配列番号：18）、エクソン7（配列番号：19）、エクソン8（配列番号：20）、エクソン9（配列番号：21）、エクソン10（配列番号：22）及びエクソン11（配列番号：53）又は配列番号：23．
多様な実施態様が、NtMRP4遺伝子座から単離されたゲノムフラグメントである単離ポリヌクレオチドに向けられる。前記は、配列番号：1若しくは配列番号：2、配列番号：1若しくは配列番号：2のフラグメント、又は前記の変種を含む。
多様な実施態様が、配列番号：27、配列番号：27のフラグメント、又はその変種を含む単離cDNAに向けられる。
多様な実施態様が、配列番号：1若しくは配列番号：2若しくは配列番号：27、又は配列番号：1若しくは配列番号：2若しくは配列番号：27のフラグメントと少なくとも71％、72％、73％、74％、75％、80％、85％、90％、95％、96％、97％、98％、及び99％の配列同一性を含む、単離NtMRPポリヌクレオチド変種に向けられる。
多様な実施態様が、配列番号：1若しくは配列番号：2若しくは配列番号：27又は配列番号：1若しくは配列番号：2若しくは配列番号：27のフラグメントと少なくとも71％、72％、73％、74％、75％、80％、85％、90％、95％、96％、97％、98％、及び99％の配列同一性を含む、NtMRPポリヌクレオチド変種を補完する単離ポリヌクレオチドに向けられる。
多様な実施態様が、配列番号：1若しくは配列番号：2若しくは配列番号：27又は配列番号：1若しくは配列番号：2若しくは配列番号：27のフラグメントを含むポリヌクレオチドと、適度から高度にストリンジェントな条件下で特異的にハイブリダイズできる単離ポリヌクレオチドに向けられる。
本明細書に記載するポリヌクレオチドは一般的にはホスホジエステル結合を含むが、いくつかの事例ではポリヌクレオチドアナローグが含まれる。前記アナローグは、また別の骨格（例えばホスホロアミデート、ホスホロチオエート、ホスホロジチオエート、又はO-メチルホスホロアミダイト結合を含む）、並びにペプチドポリヌクレオチド骨格及び結合を有することができる。他のアナローグポリヌクレオチドは、陽性の骨格；非イオン性骨格及び非リボース骨格を有するものを含む。リボース-リン酸骨格の改変は多様な理由で実施することができる。前記理由は、例えば生理学的環境におけるそのような分子の安定性及び半減期の向上、又はバイオチップ上のプローブとしての理由である。天然に存在するポリヌクレオチド及びアナローグの混合物を作製することができる。また別には、種々のポリヌクレオチドの混合物並びに天然に存在するポリヌクレオチド及びアナローグの混合物を作製することができる。
多様なポリヌクレオチドアナローグが公知である。前記は、例えばホスホロアミデート、ホスホロチオエート、ホスホロジチオエート、O-メチルホスホロアミダイト結合並びにペプチドポリヌクレオチド骨格及び結合を含む。他のアナローグポリヌクレオチドは、陽性の骨格；非イオン性骨格及び非リボース骨格を有するものを含む。１つ以上の炭素環式糖を含むポリヌクレオチドもまた含まれる。
他のアナローグには、ペプチドポリヌクレオチドアナローグであるペプチドポリヌクレオチド（PNA）が含まれる。これらの骨格は、天然に存在するポリヌクレオチドの高荷電ホスホジエステル骨格とは対照的に中性条件下では実質的に非イオン性である。このことは利点をもたらすことができる。第一に、PNA骨格は改善されたハイブリダイゼーション動態を示すことができる。PNAは、完全にマッチする塩基対に対してミスマッチ塩基対では融解温度（Tm）により大きな変化を示す。DNA及びRNAは、1つの内部ミスマッチについて典型的には2−4℃のTmの降下を示す。非イオン性のPNA骨格では、前記降下は7−9℃に近い。同様に、それらの非イオン性性質のために、これらの骨格に結合した塩基のハイブリダイゼーションは塩濃度に対して相対的に非感受性である。さらにまた、PNAは細胞酵素によって分解されないか又は分解の程度はより低く、したがってより安定である。
開示したNtMRPポリヌクレオチド及びそのフラグメントの組合せの使用では、特に、ポリヌクレオチドハイブリダイゼーションアッセイにおけるプローブ若しくはポリヌクレオチド増幅アッセイで使用するプライマーとしてのフラグメントの使用、又は種々のポリヌクレオチド構築物（例えばRNAi分子）の開発におけるフラグメントの使用が存在する。そのようなフラグメントは一般的には、DNA配列の少なくとも約10、11、12、13、14、15、16、17、18、19 若しくは20又はそれより大きい連続したヌクレオチドを含む。他の実施態様では、DNAフラグメントは、DNA配列の少なくとも約10、15、20、30、40、50若しくは60又はそれより大きい連続したヌクレオチドを含む。したがって、さらに別の特徴では、本明細書に記載するプローブ及び／又はプライマーの使用を含む、NtMRPポリヌクレオチドを検出する方法が提供される。
ハイブリダイゼーション条件の選択に影響する基礎的なパラメーター及び適切な条件を考案するための手引きは以下に説明されている：Sambrook, J., E. F. Fritsch, and T. Maniatis, 1989, Molecular Cloning: A Laboratory Manual, Cold Spring Harbor Laboratory Press, Cold Spring Harbor, NY。上記に示したアミノ酸配列と一緒に遺伝暗号の知識を用いれば、縮退オリゴヌクレオチドセットを調製することができる。そのようなオリゴヌクレオチドは、例えばポリメラーゼ連鎖反応（PCR）（それによってポリヌクレオチドフラグメントが単離され増幅される）におけるプライマーとして有用である。ある種の実施態様では、縮退プライマーを非ヒト遺伝子ライブラリーのためのプローブとして用いることができる。そのようなライブラリーには、cDNAライブラリー、ゲノムライブラリー、及び電子EST（配列タグ発現（express sequence tag））又はDNAライブラリーすら含まれ得る（ただしこれらに限定されない）。続いて、この方法によって同定した相同配列をプローブとして用いて、本明細書で同定したNtMRP配列の非ヒトホモローグが同定されよう。
さらにまた潜在的な使用は、本明細書に記載のNtMRPポリヌクレオチドと緩和されたストリンジェンシー条件、典型的には適度にストリンジェントな条件、一般的には高度に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及びオリゴヌクレオチドの使用である（例えばプライマー又はプローブ）。ハイブリダイゼーション条件の選択に影響する基礎的なパラメーター及び適切な条件を考案するための手引きは以下に記載されてあり（Sambrook, J., E. F. Fritsch, and T. Maniatis, 1989, Molecular Cloning: A Laboratory Manual, Cold Spring Harbor Laboratory Press, Cold Spring Harbor, NY）、さらに、当業者は当該ポリヌクレオチドの長さ及び塩基組成を基準にして容易に決定することができる。
適度にストリンジェントな条件を達成するある方法は以下の使用を必要とする：5ｘ標準クエン酸ナトリウム、0.5％ドデシル硫酸ナトリウム、1.0mMエチレンジアミン四酢酸（pH8.0）を含む前洗浄溶液、約50％のホルムアミドのハイブリダイゼーション緩衝液、6ｘ標準クエン酸ナトリウム、及び約55℃のハイブリダイゼーション温度（又は他の同様なハイブリダイゼーション溶液（例えば約50％のホルムアルデヒドを含むもの）で約42℃のハイブリダイゼーション温度を用いる）、さらに約60℃で0.5ｘ標準クエン酸ナトリウム、0.1％ドデシル硫酸ナトリウムによる洗浄条件。一般的には、高度にストリンジェントな条件は上記のようなハイブリダイゼーション条件と規定されるが、ただし約68℃で0.2ｘ標準クエン酸ナトリウム、0.1％ドデシル硫酸ナトリウムにより洗浄される。SSPE（1ｘSSPEは0.15M塩化ナトリウム、10mMリン酸ナトリウム及び1.25mMエチレンジアミン四酢酸（pH7.4）である）は、ハイブリダイゼーション及び洗浄緩衝液で標準クエン酸ナトリウム（1ｘクエン酸ナトリウムは0.15M塩化ナトリウム及び15mMクエン酸ナトリウムである）の代りに用いることができ、洗浄はハイブリダイゼーションが完了した後15分間実施される。
洗浄温度及び洗浄塩濃度は、当業者に公知でありさらに下記の文献に記載されているように、ハイブリダイゼーション反応及びデュープレックスの安定性を支配する基礎的原理を適用することによって、必要に応じて調整して所望のストリンジェンシーの程度を達成できる（例えば以下を参照されたい：Sambrook, J., E. F. Fritsch, and T. Maniatis (1989, Molecular Cloning: A Laboratory Manual, Cold Spring Harbor Laboratory Press, Cold Spring Harbor, NY)。ポリヌクレオチドを標的の未知配列のポリヌクレオチドとハイブリダイズさせるとき、ハイブリッドの長さはハイブリダイズするポリヌクレオチドの長さと仮定される。既知の配列をもつポリヌクレオチドをハイブリダイズさせるとき、ハイブリッドの長さは、ヌクレオチドの配列をアラインメントさせ、最適な配列相補性を有する領域を同定することによって決定できる。50塩基対未満と予想されるハイブリッドのためのハイブリダイゼーション温度は、当該ハイブリッドの融解温度（Tm）より5から10℃低くあるべきである。ここでTmは以下の等式にしたがって決定される。長さが18塩基対未満のハイブリッドの場合、Tm（℃）＝2（A＋T塩基数）＋4（G＋C塩基数）。
長さが18塩基対を超えるハイブリッドの場合、
Tm（℃）＝81.5＋16.6（log10 [Na+]）＋0.41（％G＋C）−（600/N）、
式中、Nはハイブリッド中の塩基数であり、[Na+]はハイブリッド緩衝液中のナトリウムイオンの濃度である（1ｘ標準クエン酸ナトリウムの[Na+]＝0.165M）。典型的には、そのようなハイブリダイズさせるポリヌクレオチドの各々は、それがハイブリダイズするポリヌクレオチドの長さの少なくとも25％（一般的には少なくとも50％、60％又は70％及びもっとも一般的には少なくとも80％）であり、さらにそれがハイブリダイズするポリヌクレオチドに関して少なくとも60％（例えば少なくとも65％、70％、75％、80％、85％、90％、95％、97.5％、又は少なくとも99％）の配列同一性を有する。
当業者には理解されるところであるが、線形DNAは2つの可能な向き（5'から3'方向及び3'から5'方向）を有する。例えば、参照配列が5'から3'方向に配置され、さらに第二の配列が同じポリヌクレオチド分子/鎖内で5'から3'方向に配置されているならば、当該参照配列と第二の配列は同じ方向の向きを有しているか、又は同じ向きを有する。典型的には、プロモーター配列及び与えられたプロモーターの調節下にある問題の遺伝子は、同じ向きに配置される。しかしながら、5'から3'方向に配置された参照配列に関して、第二の配列が同じポリヌクレオチド分子/鎖内で3'から5'方向に配置されているならば、当該参照配列と第二の配列はアンチセンス方向の向きを有しているか、又はアンチセンスの向きを有する。互いにアンチセンスの向きを有する2つの配列は、当該参照配列（5'から3'方向）と参照配列の逆相補性配列（5'から3'で配置された参照配列）が同じポリヌクレオチド分子/鎖内に配置されるならば、また別には同じ向きを有すると記載することができる。本明細書に示す配列は5'から3'方向で示される。
NtMRPポリペプチドは、任意のタイプの変異を導入することによって生成された変種を含み、前記は意図的に操作されても又は天然から単離されてもよい（任意の変異は、例えばアミノ酸の挿入、欠失又は置換；グリコシル化状態の変化；再折畳み若しくは異性化、三次元構造又は自己結合状態に影響を与える変化である）。NtMRP3又はNtMRP4ポリペプチドは線形であっても公知の方法を用いて環化されてもよい。NtMRP4ポリペプチドは、少なくとも10、少なくとも20、少なくとも30、少なくとも40の連続するアミノ酸を含む、
多様な実施態様が、配列番号：28若しくは配列番号：29若しくは配列番号：51及び配列番号：28若しくは配列番号：29若しくは配列番号：51のフラグメント、又は前記の変種を含む、前記から成る、又は本質的に前記から成るポリヌクレオチド配列によってコードされる単離NtMRP3ポリペプチドに向けられる。
多様な実施態様が、配列番号：1若しくは配列番号：2若しくは配列番号：27及び配列番号：1若しくは配列番号：2若しくは配列番号：27のフラグメント、又は前記の変種を含む、前記から成る、又は本質的に前記から成るポリヌクレオチド配列によってコードされる単離NtMRP4ポリペプチドに向けられる。
多様な実施態様が、配列番号：1若しくは配列番号：2若しくは配列番号：27若しくは配列番号：28若しくは配列番号：29若しくは配列番号：51、又は配列番号：1若しくは配列番号：2若しくは配列番号：27若しくは配列番号：28若しくは配列番号：29若しくは配列番号：51のフラグメントと少なくとも70％、75％、80％、85％、90％、95％、96％、97％、98％、及び99％の配列同一性を含む、単離NtMRPポリペプチド変種に向けられる。
NtMRP、NtMRP3及びNtMRP4の変異ポリペプチド変種もまた特許請求の範囲に包含され、NtMRP及び／又はNtMRP3及び／又はNtMRP4の変異ポリペプチド変種を含む、変異体の、天然に存在しない又はトランスジェニックな植物（例えば、変異体の、天然に存在しない又はトランスジェニックなタバコの植物）として本明細書に開示される。
本明細書で用いられる“天然に存在しない”という用語は、自然では形成されないか又は自然には存在しない実体（例えばポリヌクレオチド、遺伝的変異、ポリペプチド、植物、植物細胞及び植物材料）を言う。そのような天然には存在しない実体又は人工物質は、本明細書に記載の又は当業界で公知の方法によって、製造、合成、開始、改変、介入又は操作することができる。したがって、例示すれば、天然に存在しない植物、天然に存在しない植物細胞、又は天然に存在しない植物材料は、伝統的な植物育種技術（例えば戻し交雑）を用いて、又は遺伝子操作技術（例えばアンチセンスRNA、干渉RNA、メガヌクレアーゼなど）によって作製することができる。さらに例示すれば、天然に存在しない植物、天然に存在しない植物細胞、又は天然に存在しない植物材料は、1つ以上の遺伝的変異（例えば1つ以上の多形性）を第一の植物又は植物細胞から第二の植物又は植物細胞（それ自体天然に存在する）へ導入又は移転させ、得られた植物又は植物細胞又は植物材料又は前記の子孫が、自然では形成されないか又は自然には存在しない遺伝的構成物（例えばゲノム、染色体又はその断片）を含むようにすることによって作製することができる。したがって、得られた植物、植物細胞又は植物材料は人工的又は天然に存在しない。したがって、人工的又は天然に存在しない植物又は植物細胞は、第一の天然に存在する植物又は植物細胞の遺伝的配列を改変することによって作製することができる（たとえ得られた遺伝的配列が、第一の植物又は植物細胞とは異なる遺伝的バックグラウンドを含む第二の植物又は植物細胞では天然に存在するとしても）。遺伝的バックグラウンドの相違は、表現型の相違によって、又は当業界で公知の分子生物学的技術（例えばポリヌクレオチドの塩基配列決定、遺伝的マーカー（例えばミクロサテライトRNAマーカー）の有無）によって検出できる。
ポリペプチドは、形質転換宿主細胞又は組換え宿主細胞をポリペプチドの発現に適切な条件下で培養することによって製造できる。続いて、得られた発現ポリペプチドを公知の精製プロセスを用いてそのような培養から精製することができる。ポリペプチドの精製はまた、当該ポリペプチドと結合する物質を含む親和性カラムを含むことができる（例えばコンカナバリンA-アガロース、ヘパリン-トーヨーパール(商標)又はチバクロム（Cibacrom）ブルー3GAセファロース(商標)のような親和性樹脂を通す1つ以上のカラム工程；例えばフェニルエーテル、ブチルエーテル又はプロピルエーテルのような樹脂を用いる疎水性相互作用クロマトグラフィー又は免疫親和性クロマトグラフィーを含む1つ以上の工程）。また別には、ポリペプチドは精製を促進する形態でまた発現させることができる。例えば、ポリペプチドは、融合ポリペプチド、例えばマルトース結合ポリペプチド（MBP）、グルタチオン-5-トランスフェラーゼ（GST）又はチオレドキシン（TRX）の融合ポリペプチドとして発現させることができる。そのような融合ポリペプチドの発現及び精製用キットは市場で以下からそれぞれ入手できる：New England BioLab (Beverly, Mass.)、Pharmacia (Piscataway, N.J.)及びInVitrogen。ポリペプチドはまたエピトープタグを付け、続いてそのようなエピトープに対して作製した特異抗体を用いることによって精製できる。最終的には、1つ以上の逆相高速液体クロマトグラフィー（RH-HPLC）工程（疎水性RP-HPLC媒体、例えば付属メチル又は他の脂肪族基を有するシリカゲルを利用する）を用いてポリペプチドをさらに精製することができる。前述の精製工程のいくつか又は全てを多様な組合せで用いて、実質的に均質な組換えポリペプチドを提供できる。このようにして精製したポリペプチドは他のポリペプチドを実質的に含まず、本明細書では“実質的に精製されたポリペプチド”と規定される。そのような精製ポリペプチドにはNtMRPポリペプチド、フラグメント、変種などが含まれる。ポリペプチド及びフラグメントの発現、単離及び精製は、任意の適切な技術（本明細書に記載する方法が含まれるが、ただしこれらに限定されない）によって達成できる。
親和性カラム（例えばポリペプチドに対して作製したモノクローナル抗体）を利用して発現ポリペプチドをアフィニティー精製することもまた可能である。これらのポリペプチドは、通常の技術を用いて親和性カラムから取り出すことができる。例えば高塩溶出緩衝液に続いて使用のために低塩緩衝液に対して透析するか、或いはpH又は利用する親和性マトリックスに応じて他の成分を変化させることによって、或いは親和性成分の天然に存在する基質（例えば開示物から誘導されたポリペプチド）を用いて競合的に除去することによって取り出すことができる。
ポリペプチドはまた公知の通常的な化学合成によって製造してもよい。合成手段によってポリペプチド又はそのフラグメントを構築する方法は当業者には公知である。合成により構築されたポリペプチド配列は、一次、二次若しくは三次構造における又は配座における特徴を本来の状態のポリペプチドと共有するために、共通の生物学的特性（生物学的活性を含む）を保有し得る。
実施態様は、組成物及び変異体の、天然に存在しない又はトランスジェニックな植物の製造方法に向けられる。前記植物は、NtMRPポリヌクレオチドの発現レベルの低下によって又は当該ポリヌクレオチドによってコードされるタンパク質の活性の低下によって、葉身への重金属（例えばカドミウム）の輸送が低下するか又は妨げられるように改変されてある。NtMRP RNA転写物の定常状態レベルがコントロール植物と比較して低下していてもよい。結果として、細胞膜を貫通して重金属（例えばカドミウム）を輸送するために利用可能な機能的に活性なNtMRP輸送因子の数を低下させることができ、したがって植物中のカドミウムレベルもまた低下する。NtMRPポリヌクレオチドの発現の低下は、約5％から約100％、又は少なくとも10％、少なくとも20％、少なくとも25％、少なくとも30％、少なくとも40％、少なくとも50％、少なくとも60％、少なくとも70％、少なくとも75％、少なくとも80％、少なくとも90％、少なくとも95％、少なくとも98％、又は100％までの低下であり得る。前記は、転写活性又はタンパク質発現の低下を含む。
NtMRPタンパク質の活性の低下は、約5％から約100％、又は少なくとも10％、少なくとも20％、少なくとも25％、少なくとも30％、少なくとも40％、少なくとも50％、少なくとも60％、少なくとも70％、少なくとも75％、少なくとも80％、少なくとも90％、少なくとも95％、少なくとも98％、又は100％までの低下であり得る。
阻害は、約98％から約100％の低下、又は少なくとも98％、少なくとも99％の低下を指すが、特に100％の低下を指す。
本明細書に記載するポリヌクレオチド及び組換え構築物を用いて、問題の植物種におけるNtMRPポリペプチドの発現を調節する（例えば低下させ又は阻害する）ことができる。ポリヌクレオチドによる多数の方法（アンチセンスRNA、リボザイム特異的RNA切断、転写後遺伝子サイレンシング（PTGS）（例えばRNA干渉（RNAi））、及び転写遺伝子サイレンシング（TGS）を含む）が、植物での遺伝子発現の阻害で公知である。適切なポリヌクレオチドには、NtMRPポリペプチドをコードする完全長ポリヌクレオチド又はそのような完全長ポリヌクレオチドのフラグメントが含まれる。いくつかの実施態様では、完全長ポリヌクレオチド又はそのフラグメントの相補鎖を用いることができる。典型的には、フラグメントは、連続する少なくとも10ヌクレオチド、例えば連続する少なくとも10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22、23、24、25、26、27、30、35、40、50、80、100、200、500又はそれより大きいヌクレオチドである。一般的には、より高い相同性を用いて短い配列の使用を代償することができる。
したがって、NtMRPの発現又は活性を調節（例えば低下又は阻害）できる組成物には、1つ以上の内因性NtMRP遺伝子の転写に干渉できる配列特異的ポリヌクレオチド；NtMRP RNA転写物の翻訳に干渉できる配列特異的ポリヌクレオチド（例えば二本鎖RNA、siRNA、リボザイム）；NtMRPタンパク質の安定性に干渉できる配列特異的ポリペプチド；基質又は調節タンパク質に関してNtMRPタンパク質の酵素活性又はNtMRPタンパク質の結合活性に干渉できる配列特異的ポリヌクレオチド；NtMRPタンパク質に対して特異性を示す抗体；NtMRPタンパク質の安定性又はNtMRPタンパク質の酵素活性又はNtMRPタンパク質の結合活性に干渉できる小分子化合物；NtMRPポリヌクレオチドと結合するジンクフィンガータンパク質；及びNtMRPポリヌクレオチドに対する活性を有するメガヌクレアーゼが含まれるが、ただしこれらに限定されない。アンチセンス技術は周知の技術であり、NtMRPポリペプチドの発現の調節（低下又は阻害）に用いることができる。抑制されるべき遺伝子のポリヌクレオチドをクローニングし、さらに、RNAのアンチセンス鎖が転写されるように前記を調節領域及び転写終了配列に作動できるように連結する。続いて本明細書に記載するように、組換え構築物で植物を形質転換し、RNAのアンチセンス鎖を生成させる。ポリヌクレオチドは、抑制されるべき遺伝子の完全な配列である必要はないが、典型的には抑制されるべき遺伝子のセンス鎖の少なくとも一部分と実質的に相補性であろう。
ポリヌクレオチドは、mRNAの発現に影響を及ぼすリボザイム又は触媒性RNAに転写され得る。リボザイムは事実上任意の標的RNAと特異的に対を形成し、ホスホジエステル結合を特異的な位置で切断する（それによって標的RNAを機能的に不活化する）ように設計することができる。異種ポリヌクレオチドは、個別のmRNA転写物を切断し、したがってポリペプチドの発現を妨げるように設計されたリボザイムをコードすることができる。ハンマーヘッドリボザイムは個別のmRNAの破壊に有用であるが、ただし多様なリボザイム（位置特異的認識配列でmRNAを切断する）を用いることができる。ハンマーヘッドリボザイムは、標的mRNAと相補的な塩基対を形成するフランキング領域によって指定される位置でmRNAを切断する。唯一必要なことは、標的RNAが5’-UG-3’ヌクレオチド配列を含むことである。ハンマーヘッドリボザイムの構築物及び生成は当業界では公知である。ハンマーヘッドリボザイム配列は、安定なRNA（例えばトランスファーRNA（tRNA））に埋め込まれてin vivoでの切断効率高めることができる。
例えば、RNA（それ自体、例えばステム-ループ構造を有する二本鎖RNAとアニールできる）に転写される配列を含む構築物を調製できる。いくつかの実施態様では、二本鎖RNAのステム部分の一方の鎖は、NtMRPポリヌクレオチドのセンスコード配列又はそのフラグメントと類似又は同一であり、長さが約10ヌクレオチドから約2500ヌクレオチドの連続した配列を含む。センスコード配列と類似又は同一である配列の長さは、連続した10ヌクレオチドから連続した500ヌクレオチド、連続した15ヌクレオチドから連続した300ヌクレオチド、連続した20ヌクレオチドから連続した100ヌクレオチド、又は連続した25ヌクレオチドから連続した100ヌクレオチドであり得る。二本鎖RNAのステム部分の他方の鎖は、NtMRPポリヌクレオチドのコード鎖のアンチセンス鎖又はそのフラグメントと類似又は同一の配列を含み、センス配列の対応する長さより短くても同じでも又は長くてもよい。いくつかの事例では、二本鎖RNAのステム部分の一方の鎖は、NtMRPポリペプチドをコードするmRNAの3’又は5’非翻訳領域又はそのフラグメントと類似又は同一の配列を含み、二本鎖RNAのステム部分の他方の鎖は、NtMRPポリペプチドをコードするmRNAの3’又は5’非翻訳領域又はそのフラグメントと相補的な配列と類似又は同一の配列をそれぞれ含む。他の実施態様では、二本鎖RNAのステム部分の一方の鎖は、NtMRPポリペプチドをコードするプレ-mRNA中のイントロン又はそのフラグメントの配列と類似又は同一の配列を含み、ステム部分の他方の鎖は、プレ-mRNA中のイントロン又はそのフラグメントの配列と相補的な配列と類似又は同一の配列を含む。
二本鎖RNAのループ部分は、約3ヌクレオチドから約5000ヌクレオチド、例えば約15ヌクレオチドから約1000ヌクレオチド、約20ヌクレオチドから約500ヌクレオチド、約25ヌクレオチドから250ヌクレオチドであり得る。このRNAのループ部分はイントロン又はそのフラグメントを含むことができる。二本鎖RNAは、0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、10又はそれより多いステム-ループ構造を有することができる。調節領域又は転写終了配列と作動できるように連結された配列を含み、二本鎖RNAを形成できるRNAに転写される構築物を用いて、本明細書に記載の植物を形質転換することができる。遺伝子の発現を阻害するためにRNAiを用いる方法は当業者には公知である。
センスの向きでポリヌクレオチド分子と作動できるように連結された調節領域を含む構築物はまた遺伝子発現の阻害に用いことができる。転写生成物は、NtMRPポリペプチドのセンスコード配列又はそのフラグメントと類似又は同一であり得る。転写生成物はまた、ポリアデニル化されてなくても、5'キャップ構造を欠いていても、又はスプライスできないイントロンを含んでいてもよい。部分的cDNA配列と同様に完全長のcDNAを用いて遺伝子発現を阻害する方法は当業界で公知である。
いくつかの実施態様では、互いに相補的なセンス及びアンチセンス配列の両方に対する鋳型である少なくとも1つの鎖を有するポリヌクレオチドを含む構築物を用いて遺伝子の発現が阻害される。前記センス及びアンチセンス配列はより大きなポリヌクレオチド分子の部分であってもよく、又は相補的ではない配列を有する分離されたポリヌクレオチド分子の部分であってもよい。センス又はアンチセンス配列は、mRNAの配列、mRNAの3’若しくは5'非翻訳領域、又はNtMRPポリペプチドをコードするプレ-mRNA中のイントロン、又はそのような配列のフラグメントと同一又は相補的な配列であり得る。いくつかの実施態様では、センス又はアンチセンス配列は、NtMRPポリペプチドをコードする遺伝子の転写を誘導する調節領域の配列と同一又は相補的である。いくつかの事例では、センス配列は、アンチセンス配列と相補的な配列である。
センス及びアンチセンス配列は、約10ヌクレオチドより大きい長さ（例えば約10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22、23、24、25、26、27、28、29、30又はそれより大きいヌクレオチド）であり得る。例えば、アンチセンス配列は、長さが約20、21、22、23、24、25、26、27、28、29、30ヌクレオチドであり得る。典型的には、センス及びアンチセンス配列は、長さが約15ヌクレオチドから約30ヌクレオチド、例えば約18ヌクレオチドから約28ヌクレオチド、又は約21ヌクレオチドから約25ヌクレオチド、又は約23ヌクレオチドから約25ヌクレオチドの範囲である。
いくつかの実施態様では、アンチセンス配列は、本明細書に記載のNtMRPポリペプチドをコードするmRNA配列又はそのフラグメントと相補的な配列である。アンチセンス配列と相補的なセンス配列は、NtMRPポリペプチドのmRNA内に存在する配列であり得る。典型的には、センス及びアンチセンス配列は、標的mRNAレベルが低下するように、標的mRNAの15−30ヌクレオチド配列と一致するべく設計される。
いくつかの実施態様では、2つ以上のセンス配列（例えば約2、3、4、5、6、7、8、9、10又はそれより多いセンス配列）に対する鋳型である少なくとも1つの鎖を有するポリヌクレオチドを含む構築物を用いて、遺伝子の発現を阻害することができる。同様に、2つ以上のアンチセンス配列（例えば約2、3、4、5、6、7、8、9、10又はそれより多いアンチセンス配列）に対する鋳型である少なくとも1つの鎖を有するポリヌクレオチドを含む構築物を用いて、遺伝子の発現を阻害することができる。例えば、構築物は、2つのセンス配列及び2つのアンチセンス配列に対する鋳型である少なくとも1つの鎖を有するポリヌクレオチドを含むことができる。複数のセンス配列は同一でも異なっていてもよい。複数のアンチセンス配列は同一でも異なっていてもよい。例えば、構築物は、2つの同一のセンス配列及び前記2つの同一のセンス配列と相補的な2つの同一のアンチセンス配列に対する鋳型である1つの鎖を有するポリヌクレオチドを含むことができる。また別には、単離ポリヌクレオチドは以下の（1）−（4）に対する鋳型である1つの鎖を含むことができる：（1）2つの同一のセンス配列で長さが約10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22、23、24、25、26、27、28、29、30又はそれより大きいヌクレオチド、（2）2つの同一のセンス配列と相補的な1つのアンチセンス配列で長さが約10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22、23、24、25、26、27、28、29、30又はそれより大きいヌクレオチド、（3）センス配列で長さが約10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22、23、24、25、26、27、28、29、30又はそれより大きいヌクレオチド、及び（4）センス配列と相補的な3つの同一のアンチセンス配列で長さが約10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22、23、24、25、26、27、28、29、30又はそれより大きいヌクレオチド。本明細書で提供される構築物は、センス及びアンチセンスの任意の編成を有するように設計できる。例えば、2つの同一のセンス配列はその後ろに2つの同一のアンチセンス配列をしたがえてもよく、又は2つの同一のアンチセンス配列の間に位置してもよい。
1つ以上のセンス又はアンチセンス配列のための鋳型である少なくとも1つの鎖を含むポリヌクレオチドを調節配列に作動できるように連結して、前記センス又はアンチセンス配列を含むRNAの転写を駆動させることができる。さらにまた、そのようなポリヌクレオチドを転写終了配列（例えばノパリンシンターゼ（nos）のターミネーター）に作動できるように連結できる。いくつかの事例では、2つの調節領域は2つの転写物の転写を指令することができる（1つは上部鎖からもう1つは下部鎖から）。2つの調節領域は同じでも異なっていてもよい。2つの転写物は、標的RNAの分解を誘導する二本鎖RNA分子を形成することができる。いくつかの事例では、ポリヌクレオチドは、T-DNA又は植物由来トランスファーDNA（P-DNA）内に、左若しくは右のT-DNAボーダー配列又はP-DNAの左若しくは右のボーダー様配列がポリヌクレオチドのどちらかの側にフランキングするか又は存在するように配置することができる。2つの調節領域間のポリヌクレオチド配列は、長さが約15から約300ヌクレオチド、長さが約15から200ヌクレオチド、長さが約15から約100ヌクレオチド、長さが約15から50ヌクレオチド、長さが約18から約50ヌクレオチド、長さが約18から40ヌクレオチド、長さが約18から約30ヌクレオチド、長さが約18から25ヌクレオチドであり得る。
したがって、NtMRPタンパク質の発現又は活性を調節（例えばダウンレギュレート）することができる組成物は、1つ以上の内因性NtMRP遺伝子の転写に干渉できる配列特異的ポリヌクレオチド；NtMRP RNA転写物の翻訳に干渉できる配列特異的ポリヌクレオチド（例えば二本鎖RNA、siRNA、リボザイム）；NtMRPタンパク質の安定性に干渉できる配列特異的ポリペプチド；基質又は調節タンパク質に関連して、NtMRPタンパク質の酵素活性又はNtMRPタンパク質の結合活性に干渉できる配列特異的ポリヌクレオチド；NtMRPタンパク質に対して特異性を示す抗体；NtMRPタンパク質の安定性又はNtMRPタンパク質の酵素活性又はNtMRPタンパク質の結合活性に干渉できる小分子化合物；NtMRPポリヌクレオチドと結合するジンクフィンガータンパク質；及びNtMRPポリヌクレオチドに対する活性を有するメガヌクレアーゼを含む。
有効なアンタゴニストは、葉（例えば葉身構造）への重金属（例えばカドミウム）の輸送を少なくとも5％、10％、15％、20％、25％、30％、35％、40％、45％、50％、55％、60％、65％、70％、75％、80％、85％、90％、95％、96％、97％、98％、99％又は100％低下させることができる。ある実施態様では、NtMRP RNA転写物の翻訳に干渉できる配列特異的ポリヌクレオチドはRNAiである。
RNA干渉（“RNAi”）又はRNAサイレンシングは進化の段階で保存されたプロセスであり、前記によって特異的なmRNAが酵素による分解の標的になり得る。RNAi経路の開始には二本鎖RNAが導入されるか又は細胞によって生成されなければならない（例えば二本鎖RNAウイルス又はNtMRP RNAiポリヌクレオチド）。二本鎖RNAはRNaseIIIによって21−23bpの長さの多数のsiRNAデュープレックス（“siRNA”）に変換され得る（RNaseIIIは二本鎖RNA特異的エンドヌクレアーゼ（“Dicer”）である）。続いてsiRNAは、RNA-誘導サイレンシング複合体（“RISC”）（ATP依存プロセスを介してsiRNAの解きほぐしを促進する）によって認識され得る。siRNAの解きほぐされたアンチセンス鎖は、活性化RISCをsiRNAアンチセンス鎖と相補的な配列を含む標的のmRNA（例えばNtMRP RNA変種）へ誘導する。前記標的mRNA及びアンチセンス鎖はA型ヘリックスを形成し、A型ヘリックスの大溝は活性化RISCによって認識され得る。標的mRNAは、siRNA鎖の5'末端の結合部位によって規定される単一部位で活性化RISCによって切断され得る。活性化RISCはリサイクルされて別の切断事象を触媒することができる。
NtMRP RNAiポリヌクレオチドをコードするNtMRP RNAi構築物を含むNtMRP RNAi発現ベクターは、NtMRP mRNA、NtMRPプレ-mRNA又は関連するNtMRP RNA変種の発現レベルを低下させることによってRNA干渉活性を示す。この発現ベクターは、本明細書でさらに詳しく記載するように、上流に位置し、さらにNtMRP RNAi構築物と作動できるように連結されたプロモーターを含むことができる。NtMRP RNAi発現ベクターは、適切な最小コアプロモーター、問題のNtMRP RNAi構築物、上流の（5’）調節領域、下流の（3’）調節領域（転写終了及びポリアデニル化シグナルを含む）、及び当業者に公知の他の配列（例えば多様な選別マーカー）を含むことができる。
NtMRPポリヌクレオチドは多様な形態で生成することができ、前記には、二本鎖構造（すなわち、アンチセンス鎖及び相補的なセンス鎖を含む二本鎖RNA分子）、二本鎖ヘアピン様構造（“dsRNAi”）、一本鎖構造（すなわち、アンチセンス鎖の身を含むssRNA分子）が含まれる。前記構造は、デュープレックス、非対称デュープレックス、ヘアピン又は非対称ヘアピン二次構造を含むことができ、自己相補性センス及びアンチセンス鎖を有する。NtMRP dsRNAiは、酵素により二本鎖NtMRP siRNAに変換することができる。NtMRP siRNAデュープレックスの鎖の一方を標的NtMRP mRNA及び関連NtMRP RNA変種内の相補性配列にアニールさせることができる。siRNA/mRNAデュープレックスは、NtMRP RNAをマルチ部位で配列依存態様で切断できるRISCによって認識され、標的NtMRP mRNA及び関連NtMRP RNA変種の分解をもたらす。
二本鎖RNA分子は、ステム-ループ構造の単一オリゴヌクレオチドからアッセンブリングされたsiRNA分子（siRNA分子の自己相補性センス及びアンチセンス領域は、ポリヌクレオチド系又は非ポリヌクレオチド系リンカーの手段によって連結される）を、環状一本鎖RNAと同様に含むことができる。後者の環状一本鎖RNAは、2つ以上のループ構造並びに自己相補性センス及びアンチセンス鎖を含むステムを有し、環状RNAは、in vivoまたはin vitroでプロセッシングを受けて、RNAiを媒介することができる活性なsiRNA分子を生成することができる。
小ヘアピンRNA（shRNA）分子もまた本明細書で開示される。前記は、逆相補性（センス）配列に加えて固有のアンチセンス配列を含み、典型的にはそれらはスペーサー又はループ配列によって分離されている。スペーサー又はループの切断は、一本鎖RNA分子及びその逆相補鎖を提供し、したがってそれらはアニールして二本鎖RNA分子を提供することができる（場合によって、一方の鎖または両方の鎖の3’末端又は5’末端の1、2、3、又は4以上のヌクレオチドの付加又は除去を生じ得る更なるプロセッシング工程による）。スペーサーは、当該スペーサーの切断前に（及び場合によって、一方の鎖または両方の鎖の3’末端又は5’末端の1、2、3、、4又は5以上のヌクレオチドの付加又は除去をもたらすことができるその後のプロセッシング工程の前に）アンチセンス及びセンス配列がアニールして二本鎖構造（又はステム）を形成することができるように十分な長さであり得る。2つの相補性ヌクレオチド配列領域間に配置されるスペーサー配列は、典型的には無関係のヌクレオチド配列であり、前記2つの相補性ヌクレオチド配列領域は、アニールして二本鎖ポリヌクレオチドを形成するときshRNAを含む。スペーサー配列は一般的には約3から約100ヌクレオチドを含む。
問題のいずれのNtMRP RNAポリヌクレオチドも、NtMRPヘアピンデュープレックスの生成に適切な配列組成、ループサイズ及びステムの長さを選択することによって生成できる。ヘアピンデュープレックスのステムの長さの設計に適切な範囲は、少なくとも約10、11、12、13、14、15、16、17、18、19 又は20ヌクレオチド、例えば約14−30ヌクレオチド、約30−50ヌクレオチド、約500−100ヌクレオチド、約100−150ヌクレオチド、約150−200ヌクレオチド、約200−300ヌクレオチド、約300−400ヌクレオチド、約400−500ヌクレオチド、及び約500−600ヌクレオチド、及び約600−700ヌクレオチドのステムの長さを含む。ヘアピンデュープレックスのループの長さの設計に適切な範囲は、ヘアピンデュープレックスのステムの長さが重要である場合、約4−25ヌクレオチド、約25−50ヌクレオチド、又はそれより長いループの長さを含む。ある種の実施態様では、二本鎖RNA又はssRNA分子は長さが約15から40ヌクレオチドである。別の実施態様では、siRNA分子は長さが約15から約35ヌクレオチドの二本鎖RNA又はssRNA分子である。別の実施態様では、siRNA分子は長さが約17から約30ヌクレオチドの二本鎖RNA又はssRNA分子である。別の実施態様では、siRNA分子は長さが約19から約25ヌクレオチドの二本鎖RNA又はssRNA分子である。別の実施態様では、siRNA分子は長さが約21から約23ヌクレオチドの二本鎖RNA又はssRNA分子である。ある種の実施態様では、21ヌクレオチドを超えるデュープレックス領域を有するヘアピン構造は、ループ配列及び長さに関係なく、効率的なsiRNA指定サイレンシングを促進することができる。
標的mRNA配列は、典型的には長さが約14から50ヌクレオチドである。したがって、標的mRNAは、以下の標的配列基準の好ましくは1つ以上を満たす、長さが約14から約50ヌクレオチドの領域についてスキャンすることができる：A＋T/G＋C比が約2：1から約1：2；標的配列の5'末端にAAジヌクレオチド又はCAジヌクレオチド；標的mRNAに固有の連続する少なくとも10ヌクレオチドの配列；及び連続する4つ以上のグアニンヌクレオチド（G）又は連続する4つ以上のシトシン（C）ヌクレオチドの“ラン（run）”が無いこと。これらの基準は、当業界で公知の多様な技術を用いて判定できる。例えば、コンピュータプログラム（例えばBLAST）を用いて公開データベースを検索して、選択標的配列が標的mRNAに固有であるか否かを決定できる。また別には、市場で利用可能なコンピュータソフトを用いて標的配列を選択できる（さらにsiRNA配列を設計できる）。前記コンピュータソフトは例えば以下である：OligoEngine.TM. (Seattle, Wash.)；Dharmacon, Inc. (Lafayette, Colo.); Target Finder（Ambion Inc., Austin, Tex.)；及びsiRNA設計ツール（QIAGEN, Inc., Valencia, Calif.）。
ある実施態様では、上記基準の1つ以上を満たす、長さが約14から約30ヌクレオチドである標的mRNA配列が選択される。別の実施態様では、上記基準の1つ以上を満たす、長さが約16から約30ヌクレオチドである標的配列が選択される。さらに別の実施態様では、上記基準の1つ以上を満たす、長さが約19から約30ヌクレオチドである標的配列が選択される。別の実施態様では、上記基準の1つ以上を満たす、長さが約19から約25ヌクレオチドである標的配列が選択される。例示的実施態様では、siRNA分子は、配列番号：1−23に示す配列のいずれか1つの少なくとも12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22、23、24、25、26、27、28、29、30ヌクレオチド又はそれより大きい連続するヌクレオチドと相補性である固有のアンチセンス配列を含む。siRNAに含まれる固有のアンチセンス配列は、標的配列の相補鎖と同一又は実質的に同一であり得る。ある実施態様では、siRNAに含まれる固有のアンチセンス配列は、標的mRNA配列の相補鎖と少なくとも約75％、80％、85％、90％、95％、96％、97％、98％又は99％同一である。配列同一性を決定する方法は当業界で公知であり、例えばウィスコンシン大学コンピュータグループ（GCG）ソフトウェア又はNCBIウェブサイトで提供されるBLASTプログラムを用いて決定できる。
本明細書に記載するsiRNA分子の固有のアンチセンス配列は、標的mRNAの配列とは1、2、3、4、又は5以上のヌクレオチドで相違（例えばヌクレオチド置換（トランジション及びトランスバージョンを含む）による）による多様性を示すことができる。そのようなヌクレオチド置換が二本鎖RNA分子のアンチセンス鎖に存在するとき、前記置換ヌクレオチドが典型的には水素結合による塩基対形成を生じるセンス鎖の相補性ヌクレオチドは対応して置換されても又は置換されなくてもよい。1つ以上のヌクレオチド置換がセンス配列に生じているがアンチセンス鎖には生じていない二本鎖RNA分子もまた意図される。siRNA分子のアンチセンス配列が、siRNAのヌクレオチド配列と標的ヌクレオチド配列との間で上記の記載するように1つ以上のミスマッチを含むとき、前記ミスマッチはアンチセンス配列の3’末端、5’末端又は中心部分で見出され得る。
別の実施態様では、siRNA分子は、天然に存在する標的遺伝子又は標的mRNAの部分と、ストリンジェントな条件下で選択的にハイブリダイズできる固有のアンチセンス配列を含む。適切なストリンジェントな条件には、例えば通常のハイブリダイゼーション方法にしたがうハイブリダイゼーション及び1−3回の洗浄条件が含まれる。標準クエン酸ナトリウム、0.1−1％ドデシル硫酸ナトリウム、50−70℃で約5−30分後の洗浄溶液の交換。当業者には理解されるところであるが、ハイブリダイゼーション条件におけるストリンジェンシーの多様性は、ハイブリダイゼーションに用いられる時間、温度又は溶液の濃度及び洗浄工程を変更することによって達成できる。適切な条件はまた、用いられる個別のヌクレオチド（例えば標的mRNA又は遺伝子の配列）に部分的に左右され得る。
デュープレックス又は二本鎖構造を有するRNAi分子（例えば二本鎖RNA又はshRNA）は、平滑末端又は3’若しくは5’オーバーハングを有することができる。本明細書で用いられるように、“オーバーハング”は、一方のRNA鎖の3’末端が他方の鎖の5'末端を超えて伸長しているとき（3’オーバーハング）又はその逆であるとき（5'オーバーハング）、デュープレックス構造から突き出た対を形成していないヌクレオチドを指す。オーバーハングを含むヌクレオチドはリボヌクレオチド、デオキシリボヌクレオチド又はその改変型であり得る。ある実施態様では、RNAi分子の少なくとも一方の鎖が、長さが約1から約6ヌクレオチドの3’オーバーハングを有する。他の実施態様では、3’オーバーハングは、長さが約1から約5ヌクレオチド、約1から約3ヌクレオチド及び約2から約4ヌクレオチドである。
RNAi分子が分子の一方の末端に3’オーバーハングを含むとき、他方の末端は平滑末端であっても、オーバーハング（5’又は3’）を有していてもよい。RNAi分子が分子の両末端にオーバーハングを含むとき、オーバーハングの長さは同じでも異なっていてもよい。ある実施態様では、本明細書に記載のRNAi分子は、分子の両末端に約1から約3ヌクレオチドの3’オーバーハングを含む。さらに別の実施態様では、RNAi分子は、分子の両末端に2ヌクレオチドの3’オーバーハングを有する二本鎖RNAである。さらに別の実施態様では、RNAiのオーバーハングを含むヌクレオチドはTTジヌクレオチド又はUUジヌクレオチドである。
1つ以上のオーバーハングを含むRNAi分子の標的mRNA配列に対するパーセント同一性を決定するとき、オーバーハングは考慮してもしなくてもよい。例えば、3’オーバーハングからのヌクレオチド及び二本鎖の3’又は5’からの2ヌクレオチドまでは、siRNA分子の活性の顕著な低下を生じることなく改変することができる。
RNAi分子は1つ以上の5’又は3’キャップ構造を含むことができる。RNAi分子は、RNAi分子のセンス鎖、アンチセンス鎖又はセンス及びアンチセンス鎖の両方の3’末端に；又はセンス鎖、アンチセンス鎖又はセンス及びアンチセンス鎖の両方の5’末端にキャップ構造を含むことができる。また別には、RNAi分子は当該分子の3’末端及び5’末端の両方にキャップ構造を含むことができる。“キャップ構造”という用語は、オリゴヌクレオチドのどちらかの末端に取り込まれた化学的改変を指す（例えば米国特許5,998,203号を参照されたい）。前記構造はエキソヌクレアーゼ分解から当該分子を保護し、さらにまた細胞内デリバリー又は局在を促進できる。
RNAi分子に適用できる別の改変は、RNAi分子の活性、細胞内分布、細胞内取り込み、生体利用性又は安定性を高める1つ以上の成分又は複合物のRNAi分子との化学的結合である。ポリヌクレオチドは当業界でしっかりと確立された方法によって合成又は改変できる。化学的改変には、2’改変、非天然塩基の導入、リガンドと共有結合、及びリン酸結合のチオリン酸結合による置換が含まれるが、ただしこれらに限定されない。この実施態様では、デュープレックス構造の完全性は、少なくとも1つの及び典型的には2つの化学的結合によって強化される。化学的結合は、周知の任意の多様な技術のいずれかによって、例えば共有結合、イオン結合又は水素結合；疎水性相互作用、ファンデルワールス力又は積み重ね相互作用の導入によって；金属-イオン配位の手段によって又はプリンアナローグの使用を介して達成できる。
さらに別の実施態様では、2つの一本鎖の一方又は両方のヌクレオチドを改変して、細胞性酵素（例えばある種のヌクレアーゼであるが、ただし前記に限定されない）の活性化を防止又は阻害することができる。細胞性酵素の活性化を阻害する技術は当業界で公知であり、それらには2’-アミノ酸改変、2’-フルオロ改変、2’-アルキル改変、非荷電骨格改変、モルホリノ改変、2’-O-メチル改変、及びホスホロアミデートが含まれるが、ただしこれらに限定されない。したがって、二本鎖RNAのヌクレオチドの少なくとも1つの2’-ヒドロキシル基が化学的な基で置き換えられる。さらにまた、少なくとも1つのヌクレオチドを改変してロックされたヌクレオチドを形成することができる。そのようなロックヌクレオチドは、リボースの2’-酸素をリボースの4’-炭素とつなぐメチレン又はエチレン架橋を含む。ロックヌクレオチドのオリゴヌクレオチドへの導入は、相補性配列に対する親和性を改善し、さらに融解温度を数度高める。
リガンドは、例えば細胞の吸収を強化するためにRNAi分子に結合させることができる。ある種の実施態様では、疎水性リガンドが、細胞膜の直接透過を容易にするために分子に結合される。これらのアプローチを用いて、アンチセンスオリゴヌクレオチドの細胞透過が促進される。ある種の事例では、陽イオン性リガンドとオリゴヌクレオチドとの結合はしばしばヌクレアーゼに対する耐性の改善をもたらす。陽イオン性リガンドの代表例は、プロピルアンモニウム及びジメチルプロピルアンモニウムである。アンチセンスオリゴヌクレオチドは、陽イオン性リガンドが当該オリゴヌクレオチド全体に分散されているときmRNAに対するそれらの高い結合親和性を維持することができる。
本明細書に記載する分子及びヌクレオチドは、固相合成の周知の技術を用いて調製することができる。そのような合成について当業界で公知の他の任意の手段を、前記に加えて又は代替として用いることができる。
多様な実施態様が、NtMRP発現ベクター（例えばNtMRP3発現ベクター）に向けられる。前記発現ベクターは、配列番号：28、配列番号：29、配列番号：51、イントロン1（配列番号：30）、イントロン2（配列番号：31）、イントロン3（配列番号：32）、イントロン4（配列番号：33）、イントロン5（配列番号：34）、イントロン6（配列番号：35）、イントロン7（配列番号：36）、イントロン8（配列番号：37）、イントロン9（配列番号：38）、イントロン10（配列番号：39）、エクソン1（配列番号：40）、エクソン2（配列番号：41）、エクソン3（配列番号：42）、エクソン4（配列番号：43）、エクソン5（配列番号：44）、エクソン6（配列番号：45）、エクソン7（配列番号：46）、エクソン8（配列番号：47）、エクソン9（配列番号：48）、エクソン10（配列番号：49）、又はエクソン11（配列番号：50）並びにそのフラグメント及びその変種の1つ以上を含むNtMRPポリヌクレオチド又はNtMRP RNAi構築物を含む。本明細書に記載するように、固有の配列という呼称はまたその相補鎖又は逆相補鎖を含む。
多様な実施態様が、NtMRP発現ベクター（例えばNtMRP4発現ベクター）に向けられる。前記発現ベクターは、配列番号：1、配列番号：2、配列番号：27、イントロン1（配列番号：3）、イントロン2（配列番号：4）、イントロン3（配列番号：5）、イントロン4（配列番号：6）、イントロン5（配列番号：7）、イントロン6（配列番号：8）、イントロン7（配列番号：9）、イントロン8（配列番号：10）、イントロン9（配列番号：11）、イントロン10（配列番号：12）、エクソン1（配列番号：13）、エクソン2（配列番号：14）、エクソン3（配列番号：15）、エクソン4（配列番号：16）、エクソン5（配列番号：17）、エクソン6（配列番号：18）、エクソン7（配列番号：19）、エクソン8（配列番号：20）、エクソン9（配列番号：21）、エクソン10（配列番号：22）、エクソン11（配列番号：53）又は配列番号：23並びにそのフラグメント及びその変種の1つ以上を含むNtMRPポリヌクレオチド又はNtMRP RNAi構築物を含む。本明細書に記載するように、固有の配列という呼称はまたその相補鎖又は逆相補鎖を含む。
多様な実施態様が以下を含む発現ベクターに向けられる：配列番号：28、配列番号：29、イントロン1（配列番号：30）、イントロン2（配列番号：31）、イントロン3（配列番号：32）、イントロン4（配列番号：33）、イントロン5（配列番号：34）、イントロン6（配列番号：35）、イントロン7（配列番号：36）、イントロン8（配列番号：37）、イントロン9（配列番号：38）、イントロン10（配列番号：39）、エクソン1（配列番号：40）、エクソン2（配列番号：41）、エクソン3（配列番号：42）、エクソン4（配列番号：43）、エクソン5（配列番号：44）、エクソン6（配列番号：45）、エクソン7（配列番号：46）、エクソン8（配列番号：47）、エクソン9（配列番号：48）、エクソン10（配列番号：49）、エクソン11（配列番号：50）又は配列番号：51並びにそのフラグメント及びその変種、又はその2つ以上の組合せから成る群から選択される配列と少なくとも71％、72％、73％、74％、75％、80％、85％、90％、95％、96％、97％、98％及び99％の配列同一性を有する、1つ以上のNtMRPポリヌクレオチド又はNtMRP RNAi構築物（例えばNtMRP3ポリヌクレオチド又はNtMRP3 RNAi構築物）。本明細書に記載するように、固有の配列という呼称はまたその相補鎖又は逆相補鎖を含む。
多様な実施態様が以下を含む発現ベクターに向けられる：配列番号：1、配列番号：2、イントロン1（配列番号：3）、イントロン2（配列番号：4）、イントロン3（配列番号：5）、イントロン4（配列番号：6）、イントロン5（配列番号：7）、イントロン6（配列番号：8）、イントロン7（配列番号：9）、イントロン8（配列番号：10）、イントロン9（配列番号：11）、イントロン10（配列番号：12）、エクソン1（配列番号：13）、エクソン2（配列番号：14）、エクソン3（配列番号：15）、エクソン4（配列番号：16）、エクソン5（配列番号：17）、エクソン6（配列番号：18）、エクソン7（配列番号：19）、エクソン8（配列番号：20）、エクソン9（配列番号：21）、エクソン10（配列番号：22）、エクソン11（配列番号：53）又は配列番号：23並びにそのフラグメント及びその変種、又はその2つ以上の組合せから成る群から選択される配列と少なくとも70％、71％、72％、73％、74％、75％、80％、85％、90％、95％、96％、97％、98％及び99％の配列同一性を有する、NtMRPポリヌクレオチド又はNtMRP RNAi構築物（例えばNtMRP4ポリヌクレオチド又はNtMRP4 RNAi構築物）。本明細書に記載するように、固有の配列という呼称はまたその相補鎖又は逆相補鎖を含む。
多様な実施態様が、自己アニーリングしてヘアピン構造を形成できるNtMRPポリヌクレオチド又はNtMRP RNAiポリヌクレオチドをコードするNtMRP RNAi構築物（例えばNtMRP3ポリヌクレオチド又はNtMRP3 RNAiポリヌクレオチドをコードするNtMRP3 RNAi構築物）を含む発現ベクターに向けられる。ここで前記構築物は以下の（a）−（c）を含む：（a）配列番号：28、配列番号：29、イントロン1（配列番号：30）、イントロン2（配列番号：31）、イントロン3（配列番号：32）、イントロン4（配列番号：33）、イントロン5（配列番号：34）、イントロン6（配列番号：35）、イントロン7（配列番号：36）、イントロン8（配列番号：37）、イントロン9（配列番号：38）、イントロン10（配列番号：39）、エクソン1（配列番号：40）、エクソン2（配列番号：41）、エクソン3（配列番号：42）、エクソン4（配列番号：43）、エクソン5（配列番号：44）、エクソン6（配列番号：45）、エクソン7（配列番号：46）、エクソン8（配列番号：47）、エクソン9（配列番号：48）、エクソン10（配列番号：49）、エクソン11（配列番号：50）又は配列番号：51並びにそのフラグメント及びその変種、又はその2つ以上の組合せから成る群から選択される配列と少なくとも71％、72％、73％、74％、75％、80％、85％、90％、95％、96％、97％、98％及び99％の配列同一性を有する第一の配列；（b）ヘアピン構造のループを形成するスペーサーエレメントをコードする第二の配列；及び（c）第一の配列と同じ向きで配置された、第一の配列の逆相補性配列を含む第三の配列、ここで第二の配列は第一の配列と第三の配列の間に配置され、第二の配列は第一の配列及び第三の配列と作動できるように連結される。本明細書に記載するように、固有の配列という呼称はまたその相補鎖又は逆相補鎖を含む。
多様な実施態様が、自己アニーリングしてヘアピン構造を形成できるNtMRPポリヌクレオチド又はNtMRP RNAiポリヌクレオチドをコードするNtMRP RNAi構築物（例えばNtMRP4ポリヌクレオチド又はNtMRP4 RNAiポリヌクレオチドをコードするNtMRP4 RNAi構築物）を含む発現ベクターに向けられる。ここで前記構築物は以下の（a）−（c）を含む：（a）配列番号：1、配列番号：2、イントロン1（配列番号：3）、イントロン2（配列番号：4）、イントロン3（配列番号：5）、イントロン4（配列番号：6）、イントロン5（配列番号：7）、イントロン6（配列番号：8）、イントロン7（配列番号：9）、イントロン8（配列番号：10）、イントロン9（配列番号：11）、イントロン10（配列番号：12）、エクソン1（配列番号：13）、エクソン2（配列番号：14）、エクソン3（配列番号：15）、エクソン4（配列番号：16）、エクソン5（配列番号：17）、エクソン6（配列番号：18）、エクソン7（配列番号：19）、エクソン8（配列番号：20）、エクソン9（配列番号：21）、エクソン10（配列番号：22）、エクソン11（配列番号：53）、配列番号：23又は配列番号：51並びにそのフラグメント及びその変種、又はその2つ以上の組合せから成る群から選択される配列と少なくとも71％、72％、73％、74％、75％、80％、85％、90％、95％、96％、97％、98％及び99％の配列同一性を有する第一の配列；（b）ヘアピン構造のループを形成するスペーサーエレメントをコードする第二の配列；及び（c）第一の配列と同じ向きで配置された、第一の配列の逆相補性配列を含む第三の配列、ここで第二の配列は第一の配列と第三の配列の間に配置され、第二の配列は第一の配列及び第三の配列と作動できるように連結される。本明細書に記載するように、固有の配列という呼称はまたその相補鎖又は逆相補鎖を含む。
開示の配列は、ヘアピン構造を形成しない多様なNtMRPポリヌクレオチドの構築に利用できる。例えば、NtMRP二本鎖RNAは、（1）第一のプロモーターに作動できるように連結することによって、NtMRP cDNAの第一の鎖を転写する工程、及び（2）第二のプロモーターに作動できるように連結することによって、NtMRP cDNAフラグメントの第一の鎖の逆相補性配列を転写する工程によって生成するすることができる。NtMRPポリヌクレオチドの各鎖は、同じ発現ベクターから又は異なる発現ベクターから転写することができる。RNA干渉活性を有するNtMRP RNAデュープレックスを酵素的にsiRNAに変換してNtMRP RNAレベルを低下させることができる。
多様な実施態様が、自己アニーリングできるNtMRPポリヌクレオチド又はNtMRP RNAiポリヌクレオチドをコードするNtMRP RNAi構築物を含むNtMRP発現ベクター（例えばNtMRP3ポリヌクレオチド又はNtMRP3 RNAiポリヌクレオチドをコードするNtMRP3 RNAi構築物を含むNtMRP3発現ベクター）に向けられる。ここで前記構築物は以下の（a）及び（b）を含む：（a）配列番号：28、配列番号：29、配列番号:30、配列番号:31、配列番号:32、配列番号:33、配列番号:34、配列番号:35、配列番号:36、配列番号:37、配列番号:38、配列番号:39、配列番号:40、配列番号:41、配列番号:42、配列番号:43、配列番号:44、配列番号:45、配列番号:46、配列番号:47、配列番号:48、配列番号:49、配列番号:50及び配列番号:51並びにそのフラグメント及びその変種、又はその2つ以上の組合せから成る群から選択される配列と少なくとも71％、72％、73％、74％、75％、80％、85％、90％、95％、96％、97％、98％、99％又は100％の配列同一性を有する第一の配列；及び（b）第一の配列と同じ向きで配置された、第一の配列の相補性（例えば逆相補性）配列を含む第二の配列。本明細書に記載するように、固有の配列という呼称はまたその相補鎖又は逆相補鎖を含む。
他の実施態様は、自己アニーリングできるNtMRPポリヌクレオチド又はNtMRP RNAiポリヌクレオチドをコードするNtMRP RNAi構築物を含むNtMRP発現ベクター（例えばNtMRP4ポリヌクレオチド又はNtMRP4 RNAiポリヌクレオチドをコードするNtMRP4 RNAi構築物を含むNtMRP4発現ベクター）に向けられる。ここで前記構築物は以下の（a）及び（b）を含む：（a）配列番号：1、配列番号：2、配列番号:3、配列番号:4、配列番号:5、配列番号:6、配列番号:7、配列番号:8、配列番号:9、配列番号:10、配列番号:11、配列番号:12、配列番号:13、配列番号:14、配列番号:15、配列番号:16、配列番号:17、配列番号:18、配列番号:19、配列番号:20、配列番号:21、配列番号:21、配列番号:22、配列番号:23、配列番号：27及び配列番号:53並びにそのフラグメント及びその変種、又はその2つ以上の組合せから成る群から選択される配列と少なくとも71％、72％、73％、74％、75％、80％、85％、90％、95％、96％、97％、98％、99％又は100％の配列同一性を有する第一の配列；及び（b）第一の配列と同じ向きで配置された、第一の配列の相補性（例えば逆相補性）配列を含む第二の配列。本明細書に記載するように、固有の配列という呼称はまたその相補鎖又は逆相補鎖を含む。
NtMRP遺伝子発現の共助抑制を促進することによって、NtMRP遺伝子ファミリーメンバーに対して内因性発現を調節する（例えば低下させる）多様な組成物及び方法が提供される。共助抑制の現象は、植物細胞宿主へのトランスジーンのマルチコピーの導入の結果として発生する。マルチコピートランスジーンの組み込みは、トランスジーン及び標的の内因性遺伝子の発現低下をもたらすことができる。共助抑制の程度は、トランスジーンと標的の内因性遺伝子との間の配列同一性の程度に左右される。内因性遺伝子とトランスジーンの両方のサイレンシングは、サイレンシングされる遺伝子座（すなわち、問題の内因性プロモーター及び内因性遺伝子）の集中的なメチル化（転写を妨害することができる）によって生じ得る。また別には、いくつかの実施態様では、内因性遺伝子及びトランスジーンの共助抑制は転写後遺伝子サイレンシング（“PTGS”）によって発生し得る（PTGSでは、転写物は生成されるが、分解速度の強化が転写物の蓄積を妨害できる）。PTGSによる共助抑制のメカニズムは、RNAがこれらのプロセスの重要な開始因子でもあり標的でもあるらしいという点で、RNA干渉と類似すると考えられ、少なくとも部分的には同じ分子機構によって（おそらくRNA誘導mRNA分解を介して）媒介され得る。
NtMRPポリヌクレオチドの共助抑制は、NtMRP cDNA又はそのフラグメントのマルチコピーをトランスジーンとして問題の植物のゲノムに組み込ませることによって達成できる。NtMRP cDNA又はそのフラグメントに作動できるように連結されたプロモーターを含む発現ベクターで宿主植物を形質転換することができる。多様な実施態様が、NtMRPの内因性遺伝子の共助抑制を促進する発現ベクターに向けられる。前記発現ベクターは、配列番号：1、配列番号：2、配列番号：28、配列番号：29、若しくは配列番号：51又はそのフラグメント（例えば配列番号：3から23又は30から50のいずれか）と認定されるNtMRP、又は前記と少なくとも約65％、66％、67％、68％、69％、70％、71％、72％、73％、74％、75％、80％、85％、90％、95％、96％、97％、98％又は99％の配列同一性を有するその変種に作動できるように連結されたプロモーターを含む。
多様な実施態様が、配列番号：1、配列番号：2、配列番号：28、配列番号：29、若しくは配列番号：51又はそのフラグメント（例えば配列番号：3から23又は30から50のいずれか）と認定されるNtMRPポリヌクレオチド、又は前記と少なくとも約65％、66％、67％、68％、69％、70％、71％、72％、73％、74％、75％、80％、85％、90％、95％、96％、97％、98％又は99％の配列同一性を有するその変種のマルチコピーを組み込むことによって、NtMRPポリヌクレオチドの発現レベルを調節する（例えば低下させるか又は阻害する）方法に向けられる。前記方法は、配列番号：1、配列番号：2、配列番号：28、配列番号：29、若しくは配列番号：51又はそのフラグメント（例えば配列番号：3から23又は30から50のいずれか）、又は前記と少なくとも約65％、66％、67％、68％、69％、70％、71％、72％、73％、74％、75％、80％、85％、90％、95％、96％、97％、98％又は99％の配列同一性を有するその変種に作動できるように連結されたプロモーターを含む発現ベクターで植物細胞宿主を形質転換する工程を含む。
NtMRP mRNAの翻訳を阻害することによってNtMRPの内因性遺伝子発現レベルを低下させる多様な組成物及び方法が提供される。植物細胞は、NtMRP mRAの一部分に相補的な配列を有するRNAポリヌクレオチドを発現させるために、プロモーターに対してアンチセンスの向きで配置したNtMRPポリヌクレオチド又はその変種若しくはフラグメントに作動できるように連結されたプロモーターを含む発現ベクターで形質転換することができる。
NtMRT mRNAの翻訳を阻害する多様な発現ベクターは、配列番号：1又は配列番号：2又は配列番号：27又は配列番号：28又は配列番号：29又は配列番号：51又はそのフラグメント（例えば配列番号：3から23又は30から50又は53のいずれか）と認定されるNtMRP（例えばNtMRP cDNA）、又は前記と少なくとも約65％、66％、67％、68％、69％、70％、71％、72％、73％、74％、75％、80％、85％、90％、95％、96％、97％、98％又は99％の配列同一性を有するその変種に作動できるように連結されたプロモーターを含むことができ、ここで前記NtMRP配列はプロモーターに対してアンチセンスの向きで配置される。アンチセンスNtMRP RNAポリヌクレオチドの長さは変動可能で、約15−20ヌクレオチド、約20−30ヌクレオチド、約30−50ヌクレオチド、約50−75ヌクレオチド、約75−100ヌクレオチド、約100−150ヌクレオチド、約150−200ヌクレオチド、及び約200−300ヌクレオチドであり得る。
変異NtMRPポリヌクレオチド及びポリペプチドを入手する方法もまた提供される。問題の任意の植物（植物細胞又は植物材料を含む）は、変異の導入のために知られている多様な方法によって遺伝的に改変できる。前記方法には、位置指定変異導入、オリゴヌクレオチド指定変異導入、化学物質誘導変異導入、放射線誘導変異導入、改変塩基利用変異導入、ギャップを有するデュープレックスDNAを利用する変異導入、二本鎖ブレークによる変異導入、修復欠損宿主を利用する変異導入、全遺伝子合成による変異導入、DNAシャッフリング及び他の等価の方法が含まれる。
また別には、NtMRP遺伝子は、問題の植物のゲノムにトランスポゾン（例えばISエレメント）を導入することによって不活化の標的とすることができる。これらの移動性遺伝的エレメントは有性交雑受精によって導入することができ、挿入変異体は、NtMRPタンパク質活性の低下（例えばカドミウム輸送低下）についてスクリーニングできる。親植物の破壊されたNtMRP遺伝子は、親植物とトランスポゾン誘導突然変異導入に付されなかった植物との交雑（例えば有性交雑受精）によって他の植物に導入できる。当業者に公知の任意の標準的な育種技術を利用できる。ある実施態様では、1つ以上のNtMRP関連遺伝子を1つ以上のトランスポゾンによって不活化できる。変異は、1つ以上のNtMRP遺伝子のホモ接合体性破壊、1つ以上のNtMRP遺伝子のヘテロ接合体性破壊、又は2つ以上のNtMRP遺伝子が破壊された場合ホモ接合体性及びヘテロ接合体性破壊の両方の組合せを生じることができる。適切な転移因子は2つの大きなクラス（クラスI及びクラスIIと称される）から選択できる。適切なクラスI転移因子には、レトロトランスポゾン、レトロポゾン及びSINE様エレメントが含まれる。そのような方法は当業者には公知である。
また別には、NtMRP遺伝子は、植物で自己切断及び複製能力を有する多数の小さな環状RNAから誘導したリボザイムを導入することによって不活化の標的とすることができる。これらのRNAは、単独で（ウイロイドRNA）又はヘルパーウイルス（サテライトRNA）とともに複製できる。適切なRNAの例には、アボカドサンブロッチウイロイドから誘導されたもの、並びにタバコ輪点ウイルス、アルファルファ一過性条斑ウイルス、ベルベットタバコモットルウイルス、ナスノジホルムモットルウイルス及びサブターラニアンクローバーモットルウイルスから誘導したサテライトRNAが含まれる。種々の標的RNA特異的リボザイムは当業者には公知である。
いくつかの実施態様では、NtMRPポリペプチドの発現は、非トランスジェニックな手段、例えばNtMRP遺伝子（NtMRP3及び／又はNtMRP4遺伝子）に変異を発生させることによって調節、低下又は阻害される。遺伝子配列内にランダムに変異を導入する方法には、化学的変異導入、EMS変異導入及び放射線変異導入が含まれ得る。細胞に1つ以上の照準変異を導入する方法には、ゲノム編集技術、特にジンクフィンガーヌクレアーゼ媒介変異導入、チリング（tilling, targeting induced local lesions in genome）、相同組換え、オリゴヌクレオチド指定変異導入、及びメガヌクレアーゼ媒介変異導入が含まれるが、ただしこれらに限定されない。
変異のいくつかの例は、少なくとも1つのヌクレオチドの欠失、挿入及びミスセンス変異、単一ヌクレオチド多形性（SNP）、単純配列リピートである。変異後にスクリーニングを実施して、未成熟停止コドンを生じる欠失或いは非機能的NtMRP遺伝子を同定することができる。変異体のスクリーニングは、塩基配列決定によって、又はNtMRP遺伝子若しくはタンパク質に特異的な1つ以上のプローブ又はプライマーの使用によって実施できる。NtMRP遺伝子発現の低下、NtMRP mRNAの安定性の低下又はNtMRPタンパク質の安定性の低下をもたらすことができる特異的NtMRPポリヌクレオチド変異もまた創出できる。そのような植物は、本明細書では“天然に存在しない”植物又は変異体の植物と称される。
天然に存在しない、変異体の植物は、NrMRPポリペプチドレベルの低下をもたらす1つ以上の変異の任意の組合せを有することができる。例えば、当該植物は、単一NtMRP遺伝子内に1つの単一変異を有するか、又は単一NtMRP遺伝子内に多数の変異を有することができる。したがって、NtMRPの変異ポリペプチド変種、NtMRP3及びNtMRP4を含む変異体の、又は天然に存在しない植物（例えば本明細書に記載する、変異体の、天然に存在しない、又はトランスジェニックなタバコの植物など）が開示される。
ある実施態様では、植物の種子に変異を導入し、続いて第一世代の変異植物を生育させる。続いて、第一世代の植物を自家受粉させ、第一世代の植物の種子から第二世代を生育させ、続いて前記をそれらのNtMRP遺伝子座の変異についてスクリーニングする。変異を導入した植物材料を変異についてスクリーニングすることができるが、第二世代の植物をスクリーニングする利点は、全ての体細胞変異が生殖系列の変異に一致するということである。NtMRP変異植物を創出するために、多様な植物材料（種子、花粉、植物組織又は植物細胞を含むが、ただしこれらに限定されない）に変異を導入できることは当業者には理解されよう。しかしながら、植物のポリヌクレオチドを変異についてスクリーニングするとき、変異を導入する植物材料のタイプが影響を及ぼすことがある。例えば、非変異導入植物の受粉前に花粉を変異導入に付すとき、当該受粉から生じた種子から第一世代が生育する。第一世代の植物の全ての細胞が当該花粉に生じた変異を含むであろう。したがって第二世代の発生まで待つ代わりに、これら第一世代の植物をNtMRP変異についてスクリーニングできる。主として点変異及び短い欠失、挿入、トランスバージョン及び／又はトランジションを創出する変異原（化学変異原又は放射線）を用いて、変異を創出することができる。変異原には、エチルメタンスルホネート（EMS）、スルホン酸メチルメタン（MMS）、N-エチル-N-ニトロソウレア（ENU）、トリエチルメラミン（TEM）、N-メチル-N-ニトロソウレア（MNU）、プロカルバジン、クロラムブシル、シクロホスファミド、硫酸ジエチル、アクリルアミドモノマー、メルファラン、ナイトロジェンマスタード、ビンクリスチン、ジエチルニトロソアミン、N-メチル-N’-ニトロ-ニトロソグアニジン（MNNG）、ニトロソグアニジン、2-アミノプリン、7,12ジメチル-ベンゾアントラセン（DMBA）、エチレンオキシド、ヘキサメチルホスホロアミド、ビスルファン、ジエポキシアルカン（ジエポキシオクタン（DEO）、ジエポキシブタン（BEB）など）、2-メトキシ-6-クロロ-9[3-(エチル-2-クロロ-エチル)アミノプロピルアミノ]アクリジンジヒドロクロリド（ICR-170）及びホルムアルデヒドが含まれるが、ただしこれらに限定されない。変異原によって直接的に引き起こされていない可能性があるNtMRP遺伝子座の偶発的変異もまた意図されるが、ただしそれら変異が本明細書に記載した所望の表現型をもたらすことを条件とする。適切な変異原性薬剤には、例えばイオン化放射線、例えばX線、ガンマ線、高速中性子照射及びUV照射が含まれる。当業者に公知の任意の植物ポリヌクレオチド調製方法を用いて、NtMRP変異スクリーニングのために植物ポリヌクレオチドを調製できる。
変異導入植物組織に由来する全植物集団のNtMRP遺伝子の変異のスクリーニングを促進するために、個々の植物から調製したポリヌクレオチドを場合によってプールすることができる。次世代以降の植物、植物細胞又は植物材料をスクリーニングすることができる。場合によってプールされる群のサイズは用いられるスクリーニング方法の感度に左右される。
ポリヌクレオチドサンプルを場合によってプールした後、それらをNtMRPポリヌクレオチド特異的増幅技術、例えばポリメラーゼ連鎖反応に付すことができる。NtMRP遺伝子又はNtMRP遺伝子の直ぐ近傍の配列に特異的な任意の1つ以上のプライマー又はプローブを利用して、プールしたポリヌクレオチドサンプル中のNtMRP配列を増幅させることができる。好ましくは、1つ以上のプライマー及びプローブは、有用な変異が生じる蓋然性がもっとも高いNtMRP遺伝子座領域を増幅するために設計される。もっとも好ましくは、1つ以上のプライマー及びプローブは、NtMRPポリヌクレオチドのエクソン領域内の変異を検出するために設計される。さらにまた、点変異のスクリーニングを容易にするために、1つ以上のプライマー及びプローブは既知の多形性部位を回避することが好ましい。増幅生成物の検出を促進するために、任意の通常的な標識方法を用いて、1つ以上のプライマー及びプローブを標識することができる。1つ以上のプライマー及びプローブは、本明細書に記載したNtMRP配列を土台にして当業界で周知の方法を用い設計することができる。多形性は当業界で公知の手段によって同定できる。
さらに別の特徴では、変異植物を調製する方法が提供される。本方法は、機能的なNtMRPポリペプチドをコードする遺伝子を含む植物の少なくとも1つの細胞を提供することを必要とする。次に、前記少なくとも1つの植物細胞をNtMRP遺伝子の活性を調節するために有効な条件下で処理する。続いて前記少なくとも1つの変異植物細胞を変異植物に生育させる。ここで前記変異植物は、コントロール植物のNtMRPポリペプチドレベルと比較して調節されたNtMRPポリペプチドレベルを有する。変異植物を作製するこの方法のある実施態様では、前記処理工程は、前記少なくとも1つの細胞を上記に記載の化学的変異導入剤に、少なくとも1つの変異植物細胞を得るために有効な条件下で付することを含む。この方法の別の実施態様では、処理工程は、前記少なくとも1つの細胞を少なくとも1つの変異植物細胞を得るために有効な条件下で放射線供給源に付することを含む。“変異植物”という用語は、遺伝子型が、適切には遺伝子操作又は遺伝子改変以外の手段によって、コントロール植物と比較して改変されている変異植物を含む。ある種の実施態様では、変異植物、変異植物細胞又は変異植物材料は、別の植物、植物細胞又は植物材料にこれまで天然に存在し所望の特質を付与する1つ以上の変異を含むことができる。この変異は、別の植物、植物細胞又は植物材料（例えば当該変異が由来した植物と異なる遺伝的バックグラウンドを有する植物、植物細胞又は植物材料）に取り込まれ（例えば移入され）、それらに当該特質を付与することができる。したがって例示すれば、第一の植物に天然に生じた変異は第二の植物（例えば第一の植物と異なる遺伝的バックグラウンドを有する第二の植物）に導入することができる。したがって、当業者は、所望の特質を付与するNtMRP遺伝子の1つ以上の変異対立遺伝子をそのゲノム内に天然に保持する植物を調査し同定できる。天然に生じる変異対立遺伝子は、多様な方法（育種、戻し交雑及び移入を含む）によって第二の植物に移転させて、NtMRP遺伝子に1つ以上の変異を有する系統、変種又はハイブリッドを作出することができる。所望の特質を示す植物を変異植物のプールからスクリーニングすることができる。適切には、選別は、本明細書に記載のNtMRPヌクレオチド配列の情報を利用して実施することができる。結果として、コントロール植物と比較してカドミウムレベルの調節（例えば低下）の指標となる遺伝的特質についてスクリーニングすることが可能である。そのようなスクリーニング手法は、本明細書で考察する通常的ポリヌクレオチド増幅及び／又はハイブリダイゼーション技術の適用を必要とする。
したがってさらに別の特徴は、以下の工程を含む変異植物の同定方法に関する：（a）植物からNtMRPポリヌクレオチドを含むサンプルを提供する工程；及び（b）NtMRPポリヌクレオチドのポリヌクレオチド配列を決定する工程、ここでコントロール植物のNtMRPポリヌクレオチドと比較してNtMRPポリヌクレオチドの配列の相違は、当該植物がNtMRP変異植物であることの指標である。別の特徴では、コントロール植物と比較して調節された（例えば低下した）カドミウムレベルを蓄積する変異植物を同定する方法が提供される。前記方法は、（a）スクリーニングされるべき植物からサンプルを提供する工程；（b）前記サンプルがNtMRPポリヌクレオチドに１つ以上の変異を含むか否かを決定する工程；及び（c）前記植物の少なくとも部分でカドミウム含有量を決定する工程を含み、ここで前記サンプルが、コントロール植物と比較してコードされたタンパク質の発現又は活性を調節する（例えば低下させる）1つ以上の変異をNtMRPポリヌクレオチドに含み、さらに植物の少なくとも一部分が、NtMRPの発現又は活性が調節されていない（例えば低下していない）コントロール植物と比較して調節された（例えば低下した）カドミウム含有量を有するならば、調節された（例えば低下した）カドミウムレベルを蓄積する天然に存在する変異植物であることの指標である。別の特徴では、コントロール植物と比較して調節された（例えば低下した）カドミウムレベルを蓄積する変異植物を調製する方法が提供され、前記方法は、（a）第一の植物からサンプルを提供する工程；（b）前記サンプルが、調節された（例えば低下した）カドミウムレベルをもたらす１つ以上の変異をNtMRPポリヌクレオチドに含むか否かを決定する工程；及び（c）前記1つ以上の変異を第二の植物に移転させる工程を含む。変異は、当業界で公知の多様な方法（例えば遺伝子操作、遺伝子操作、移入、植物育種、戻し交雑など）を用いて第二の植物に移転させることができる。
ある実施態様では、第一の植物は天然に存在する植物である。ある実施態様では、第二の植物は第一の植物に対して異なる遺伝的バックグラウンドを有する。別の特徴では、コントロール植物と比較して調節された（例えば低下した）カドミウムレベルを蓄積する変異植物を調製する方法が提供される。前記方法は、（a）第一の植物からサンプルを提供する工程；（b）前記サンプルが、調節された（例えば低下した）カドミウムレベルをもたらす1つ以上の変異をNtMRPポリヌクレオチドに含むか否かを決定する工程；及び（c）1つ以上の変異を第一の植物から第二の植物へ移入する工程を含む。ある実施態様では、移入工程は、植物育種（場合によって戻し交雑などを含む）を含む。ある実施態様では、第一の植物は天然に存在する植物である。ある実施態様では、第二の植物は第一の植物に対して異なる遺伝的バックグラウンドを有する。ある実施態様では、第一の植物は栽培変種又は精選栽培変種ではない。ある実施態様では、第二の植物は栽培変種又は精選栽培変種である。さらに別の特徴は、本明細書に記載の方法によって入手された又は入手できる変異植物（栽培変種又は精選栽培変種の変異植物を含む）に関する。ある種の実施態様では、変種植物は、植物の固有領域（例えばNtMRPポリヌクレオチドの配列内）にのみ局在する1つ以上の変異を有することができる。この実施態様にしたがえば、変異植物の残りのゲノム配列は、変異導入前の植物と同じか又は実質的に同じであろう。
ある種の実施態様では、変異植物は、当該植物の2つ以上の領域（例えばNtMRPポリヌクレオチドの配列内及び当該ゲノムのさらに別の1つ以上の領域）に局在する1つ以上の変異を有することができる。この実施態様にしたがえば、、変異植物の残りのゲノム配列は、変異導入前の植物と同じでないか又は実質的に同じでないであろう。ある種の実施態様では、変異植物は、NtMRPポリヌクレオチドの1つ以上、2つ以上、3つ以上、4つ以上又は5つ以上のエクソンに1つ以上の変異をもたないことがあるか、又はNtMRPポリヌクレオチドの1つ以上、2つ以上、3つ以上、4つ以上又は5つ以上のイントロンに1つ以上の変異をもたないことがあるか、又はNtMRPポリヌクレオチドのプロモーターに1つ以上の変異をもたないことがあるか、又はNtMRPポリヌクレオチドの3’非翻訳領域に1つ以上の変異をもたないことがあるか、又はNtMRPポリヌクレオチドの5’非翻訳領域に1つ以上の変異をもたないことがあるか、又はNtMRPポリヌクレオチドのコード領域に1つ以上の変異をもたないことがあるか、又はNtMRPポリヌクレオチドの非コード領域に1つ以上の変異をもたないことがあるか、又は前記の2つ以上、3つ以上、4つ以上、5つ以上若しくは6つ以上の任意の組合せ又は前記の部分のことがある。
さらに別の特徴では、NtMRPをコードする遺伝子に変異を含む植物、植物細胞又は植物材料を同定する方法が提供される。前記方法は、（a）植物、植物細胞又は植物材料を変異導入に付す工程；（b）前記植物、植物細胞若しくは植物材料又はその子孫からポリヌクレオチドサンプルを入手する工程；及び（c）NtMRP又はその変種若しくはフラグメントをコードする遺伝子のポリヌクレオチド配列を決定する工程を含み、ここで前記配列における相違は配列内の１つ以上の変異の指標である。
ジンクフィンガータンパク質を用いて、NtMRPの発現又は活性を調節する（例えば低下させるか又は阻害する）ことができる、多様な実施態様では、NtMRPポリヌクレオチドのコード配列の一部分又は全部を含むゲノムポリヌクレオチド配列が、ジンクフィンガーヌクレアーゼ媒介変異導入によって改変される。ゲノムポリヌクレオチド配列は、ジンクフィンガータンパク質の結合に固有の部位について吟味される。また別には、ゲノムポリヌクレオチド配列はジンクフィンガータンパク質の結合に固有の2つの部位について吟味され、ここで、両部位は向かい合う鎖上に存在し、さらに互いに近接する（例えば1、2、3、4、5、6又はそれより大きい塩基対だけ離れている）。したがって、NtMRPポリヌクレオチドと結合するジンクフィンガータンパク質が提供される。ジンクフィンガーDNA結合ドメイン又はモチーフは、ベータ-ベータ-アルファ構造（そのアルファヘリックス（α-ヘリックス）はDNA二重らせんに差し込まれる）に折り畳まれた約30アミノ酸から成る。“アルファ-ヘリックス”は、右巻き又は左巻きらせんのどちらかであるタンパク質の二次構造モチーフを指し、前記では、アミノ酸の各N-H基の水素は第一のアミノ酸に対して-4位でアミノ酸のC=O基と結合する。本明細書で用いられる“ベータ-バレル”（β-バレル）は、2つのベータ鎖（β鎖）を含むタンパク質の二次構造モチーフを指し、前記では第一の鎖は第二の鎖と水素結合して閉鎖構造を形成する。本明細書で用いられる“ベータ-ベータ-アルファ構造”は、2つのアンチパラレルβ鎖を含むβ-バレル及び1つのα-ヘリックスから成るタンパク質構造を指す。“ジンクフィンガーDNA結合ドメイン”という用語は、亜鉛イオンを含み、特異的な3塩基対のDNA配列と結合することができるタンパク質ドメインを指す。“非天然のジンクフィンガーDNA結合ドメイン”という用語は、改変されるべきDNAを含む細胞又は生物に存在しないジンクフィンガーDNA結合ドメインを指す。
標的DNA内の3塩基対配列と結合する、ジンクフィンガーDNA結合ドメイン又はモチーフ内の最重要アミノ酸は、アルファ-ヘリックス（α-ヘリックス）の開始部に対して-1、+1、+2、+3、+4、+5及び+6位のアミノ酸である。ジンクフィンガーDNA結合ドメイン又はモチーフのアルファ-ヘリックス（α-ヘリックス）の開始部に対して-1、+1、+2、+3、+4、+5及び+6位のアミノ酸を改変しつつベータ-バレル（β-バレル）骨格は維持して、異なる3塩基対配列と結合する新規なDNA結合ドメインを創出することができる。そのような新規なDNA結合ドメインは、非天然ジンクフィンガーDNA結合ドメインであり得る。α-ヘリックスの開始部に対して-1、+1、+2、+3、+4、+5及び+6位のアミノ酸による3塩基対配列認識に加えて、これらのアミノ酸のいくつかはまた3塩基対配列認識部位の外側の塩基対と相互作用できる。2、3、4、5又は6以上のジンクフィンガーDNA結合ドメイン又はモチーフを組み合わせることによって、より長いDNA配列と特異的に結合するジンクフィンガータンパク質を創出することができる。例えば、2つのジンクフィンガーDNA結合ドメイン又はモチーフを含むジンクフィンガータンパク質は、特異的な6つの塩基対配列を認識でき、4つのジンクフィンガーDNA結合ドメイン又はモチーフを含むジンクフィンガータンパク質は、特異的な12の塩基対配列を認識できる。ジンクフィンガータンパク質は、2つ以上の天然のジンクフィンガーDNA結合ドメイン若しくはモチーフ、又は2つ以上の非天然ジンクフィンガーDNA結合ドメイン若しくはモチーフ、又は天然及び非天然ジンクフィンガーDNA結合ドメインの任意の組合せを含むことができる。前記非天然ジンクフィンガーDNA結合ドメイン又はモチーフは、切端又は増大、又は選別方法（例えばファージディスプレー選別、細菌2ハイブリッド選別又は細菌1ハイブリッド選別が含まれるが、ただしこれらに限定されない）と連携させた位置指定変異導入プロセスによって天然又は野生型ジンクフィンガータンパク質から誘導される。この文脈内で用いられる“切端”は、天然のジンクフィンガータンパク質で見出されるジンクフィンガーDNA結合ドメイン又はモチーフの総数より少ないものを含むジンクフィンガータンパク質を指す。この文脈内で用いられる“増大”は、天然のジンクフィンガータンパク質で見出されるジンクフィンガーDNA結合ドメイン又はモチーフの総数より多いものを含むジンクフィンガータンパク質を指す。ジンクフィンガータンパク質が結合するゲノム配列内のポリヌクレオチド配列を選別する技術は当業界で公知である。
標的配列に固有の特異的なヌクレオチド配列と結合するジンクフィンガータンパク質ドメインを設計する方法は当業界で公知である。高等生物のゲノム内の固有の位置を指定するには18ヌクレオチドを含む配列で十分であると計算された。したがって典型的には、ジンクフィンガータンパク質ドメインは6つのジンクフィンガーを含み、各々が個別のトリプレットと相互作用するために特異的に設計されたアルファヘリックスを有する。しかしながら、いくつかの事例では、より短い又はより長いヌクレオチド標的配列を所望することができる。したがって、タンパク質中のジンクフィンガードメインは、2から12フィンガー、例えば3から8フィンガー、5から7フィンガー又は6フィンガーを含むことができる。
有用なジンクフィンガータンパク質は、少なくとも1つの第二のDNA結合ドメイン（前記は場合によって第二のジンクフィンガーポリペプチドである）とリンカー（好ましくは可撓性リンカー）を介して連結された少なくとも1つのジンクフィンガーポリペプチドを含むことができる。ジンクフィンガータンパク質は、1つ以上のレギュレータードメインと同様に3つ以上のDNA結合ドメインを含むことができる。ジンクフィンガーポリペプチドは、選択した遺伝子内の選択した標的部位を認識させるために操作することができる。 ある実施態様では、ジンクフィンガータンパク質は、天然に存在するジンクフィンガータンパク質から誘導されるフレームワーク（又は骨格）を含む。天然に存在する任意のジンクフィンガータンパク質から誘導されるフレームワーク（又は骨格）を用いることができる。例えば、C2H2モチーフを含むジンクフィンガータンパク質から誘導されるフレームワーク（又は骨格）を用いることができる。
別の特定の実施態様では、ジンクフィンガータンパク質は、植物細胞で天然に機能しているジンクフィンガータンパク質から誘導したフレームワーク（又は骨格）を含む。例えば、ジンクフィンガータンパク質は、C3Hジンクフィンガー、QALGGHモチーフ、RING-H2ジンクフィンガーモチーフ、9アミノ酸C2H2モチーフ、アラビドプシスLSD1のジンクフィンガーモチーフ、及びBBF/Dofドメインタンパク質のジンクフィンガーモチーフを含むことができる。
ジンクフィンガータンパク質は、当業界で公知の任意の適切な方法により植物に提供できる。例えば、ジンクフィンガータンパク質は外因的に植物細胞に添加することができ、前記植物細胞は、前記ジンクフィンガータンパク質が標的ヌクレオチド配列に結合して植物細胞中の標的遺伝子の発現を調節する条件下で維持される。また別には、ジンクフィンガータンパク質をコードするヌクレオチド配列を植物細胞で発現させ、前記植物細胞は、発現したジンクフィンガータンパク質が標的ヌクレオチド配列と結合して植物細胞中の標的遺伝子の発現を調節する条件下で維持される。
ジンクフィンガー遺伝子は、任意の適切な植物発現ベクターを用いて植物で発現され得る。高等植物での遺伝子の発現に有用な典型的なベクターは当業界で周知である。調節ドメインに加えて、しばしばジンクフィンガータンパク質は、精製、発現のモニタリング、又は細胞内及び細胞小器官内局在のモニタリングを容易にするために、マルトース結合タンパク質（“MBP”）、グルタチオンSトランスフェラーゼ（GST）、ヘキサヒスチジン、c-myc、又はFLAGエピトープとの融合タンパク質として発現され得る。
ある実施態様では、変異した若しくは天然に存在しない植物又は変異した若しくは天然に存在しない植物細胞は、ジンクフィンガーヌクレアーゼ媒介変異挿入によって作出される。特定の実施態様では、NtMRPポリヌクレオチドのコード配列の一部分又は全部を含むゲノムDNA配列を、ジンクフィンガーヌクレアーゼ媒介変異導入によって改変される。ゲノムDNA配列はジンクフィンガータンパク質の結合に固有の部位について吟味される。また別には、ゲノムポリヌクレオチド配列はジンクフィンガータンパク質の結合のために固有の2つの部位について吟味され、ここで、両部位は向かい合う鎖上に存在し、さらに互いに近接する。2つのジンクフィンガータンパク質の標的部位は0、1、2、3、4、5、6又はそれより大きい塩基対だけ分離され得る。ジンクフィンガータンパク質結合部位は、NtMRP遺伝子配列のコード配列、又はNtMRP遺伝子の発現を制御する調節エレメント（例えばNtMRP遺伝子のプロモーター領域であるが、ただし前記に限定されない）に存在し得る。特にジンクフィンガータンパク質の一方又は両方が非天然ジンクフィンガータンパク質である。
したがって、本開示は、NtMRPポリヌクレオチドと結合するジンクフィンガータンパク質を提供する。NtMRP遺伝子をコードする遺伝子配列（例えばゲノムDNA配列）を、ジンクフィンガーヌクレアーゼ媒介変異導入によって変異させる方法が意図され、前記方法は、場合によって1つ以上の以下の工程を含む：（i）遺伝子配列内の異なる標的部位と選択的に結合する少なくとも2つのジンクフィンガータンパク質を提供する工程；（ii）工程（i）の2つの異なる非天然ジンクフィンガータンパク質の1つ及びヌクレアーゼを含む（植物で作動できる発現制御配列と作動できるように連結されてある）異なるジンクフィンガーヌクレアーゼをその各々がコードする、2つの発現構築物を構築する工程；（iii）前記2つの発現構築物を植物細胞に導入する工程、ここで前記2つの異なるジンクフィンガーヌクレアーゼは、二本鎖ブレークが植物細胞のゲノム内のゲノムDNA配列の標的部位の少なくとも1つに又はその近傍に導入されるように作出される。2つの発現構築物の植物細胞への導入は同時に又は連続して実施でき、場合によって第一の構築物を取り込んだ細胞の選別を含むことができる。
本明細書で用いられる二本鎖ブレーク（DSB）は、DNA又はRNAの両方の鎖のブレークを指す。二本鎖ブレークは、標的部位の1つから5塩基対から1500塩基対を超えない、特に5塩基対から200塩基対を超えない、特に5塩基対から20塩基対を超えない位置でゲノムDNA配列上で生じ得る。二本鎖ブレークは、非相同性末端結合を促進し、ゲノムDNA配列内の標的部位又はその近傍での変異をもたらすことができる。本明細書で用いられる“非相同性末端結合（NHEJ）”は、相同な鋳型を必要としない直接連結によって二本鎖ブレークを修復する修復メカニズムを指し、したがって、二本鎖ブレークが生じる前の配列と比較して変異原性であり得る。
前記方法は場合によってさらに、（iv）二本鎖ブレークの上流のヌクレオチド配列と相同な少なくとも1つの第一の領域及び二本鎖ブレークの下流のヌクレオチド配列と相同な第二の領域を含むポリヌクレオチドを植物細胞に導入する工程を含む。前記ポリヌクレオチドは、欠失又は異種ヌクレオチド配列の挿入を含むNtMRPポリヌクレオチド配列と一致するヌクレオチド配列を含むことができる。前記ポリヌクレオチドはしたがって、標的部位又はその近傍での相同組換えを促進し、当該ゲノムへの異種配列の挿入又は当該ゲノムからゲノムDNA配列の欠失を生じることができる。植物細胞内で前記の結果生じたゲノムDNA配列は、発現された変異NtMRPタンパク質の酵素活性を破壊する変異、早すぎる翻訳停止コドン、又はmRNAへのプレ-mRNAの適切なプロセッシングに干渉する配列モチーフを含み、当該遺伝子の発現低下又は不活化をもたらすことができる。タンパク質をコードする遺伝子配列を変異させることによってタンパク質合成を破壊する方法は当業者には公知である。
ジンクフィンガーヌクレアーゼは、NtMRPポリヌクレオチドと結合するジンクフィンガータンパク質をコードする第一のポリヌクレオチド、及び非特異的エンドヌクレアーゼ（例えばIIS型エンドヌクレアーゼであるが、ただし前記に限定されない）をコードする第二のポリヌクレオチドを融合させることによって構築できる。IIS型エンドヌクレアーゼは、別々の認識ドメイン及びエンドヌクレアーゼ切断ドメインを有する制限酵素で、この酵素は認識部位から離れた部位でDNAを切断する。IIS型エンドヌクレアーゼの非限定的な例は、AarI、BaeI、CdiI、DrdII、EciI、FokI、FauI、GdiII、HgaI、Ksp632I、MboII、Pfl1108I、Rle108I、RleAI、SapI、TspDTI又はUbaPIであり得る（ただしこれらに限定されない）。
融合タンパク質の設計及び構築方法、IIS型エンドヌクレアーゼの配列認識ドメインからエンドヌクレアーゼドメインの選別及び分離方法、ジンクフィンガータンパク質とエンドヌクレアーゼとの融合タンパク質を含むジンクフィンガーヌクレアーゼの設計及び構築方法は当業界で公知である。特定の実施態様では、ジンクフィンガーヌクレアーゼのヌクレアーゼドメインはFokIである。ジンクフィンガータンパク質とFokIのヌクレアーゼとの融合タンパク質は2塩基対から成るスペーサーを含むか、或いはスペーサーは3、4、5、6、又はそれより大きい塩基対から成り得る。ある実施態様では、第一のジンクフィンガーヌクレアーゼのエンドヌクレアーゼが第二のジンクフィンガーヌクレアーゼとの接触に際してダイマー化できるように、7塩基対スペーサーを有する融合タンパク質が記載される（ここで、前記ジンクフィンガーヌクレアーゼを構成する2つのジンクフィンガータンパク質は標的DNA配列の上流及び下流に結合できる）。ダイマー化に際して、ジンクフィンガーヌクレアーゼは標的ヌクレオチド配列内に二本鎖ブレークを導入でき、その後に、非相同性末端結合、又は二本鎖ブレークの両サイドにフランキングする領域と相同性を有する外因性ヌクレオチド配列との相同組換えが続く。
さらに別の実施態様では、ジンクフィンガータンパク質とエンハンサータンパク質との融合タンパク質（ジンクフィンガーアクチベーターを生じる）が提供される。ジンクフィンガーアクチベーターを用いて、NtMRP遺伝子の転写をアップレギュレート又は活性化することができ、前記は以下の工程を含む：（i）NtMRP遺伝子のコード配列と機能的に連結されているプロモーター又は配列内の領域と結合するジンクフィンガータンパク質を操作する工程；（ii）ジンクフィンガータンパク質と転写アクチベーターとの融合タンパク質を作製する工程；（iii）細胞内で活性を有するプロモーターの制御下で前記ジンクフィンガーアクチベーターをコードするポリヌクレオチド配列を含む発現構築物を作製する工程；（iv）細胞に前記遺伝子構築物を導入する工程；（v）細胞を培養し、ジンクフィンガーアクチベーターを発現させる工程；及び（vi）NtMRPタンパク質の発現増加を示す細胞の性状を決定する工程。
さらに別の実施態様では、本開示は、ジンクフィンガータンパク質及び遺伝子リプレッサーを含む融合タンパク質（ジンクフィンガーリプレッサーを生じる）を提供する。ジンクフィンガーリプレッサーを用いて、NtMRPポリヌクレオチドの転写をダウンレギュレート又は抑制することができ、前記は以下の工程を含む：（i）NtMRPポリヌクレオチドと機能的に連結されているプロモーター又は配列内の領域と結合するジンクフィンガータンパク質を操作する工程；（ii）ジンクフィンガータンパク質と転写リプレッサーとの融合タンパク質を作製する工程；（iii）細胞（例えば植物細胞）内で活性を有するプロモーターの制御下で前記ジンクフィンガーリプレッサーをコードするポリヌクレオチド配列を含む遺伝子構築物を作り上げる工程；（iv）細胞に前記遺伝子構築物を導入する工程；（v）ジンクフィンガーリプレッサーの発現を提供する工程；及び（vi）NtMRPポリヌクレオチドの転写の低下を示す細胞の性状を決定する工程。
さらに別の実施態様では、本開示は、ジンクフィンガータンパク質及びメチラーゼを含む融合タンパク質（ジンクフィンガーメチラーゼを生じる）を提供する。ジンクフィンガーメチラーゼを用い、NtMRPポリヌクレオチドのプロモーター領域内の領域をメチル化することによって、NtMRPポリヌクレオチドの発現を細胞（例えば植物細胞）でダウンレギュレート又は阻害することができ、前記は以下の工程を含む：（i）NtMRPポリヌクレオチドのプロモーター内の領域と結合できるジンクフィンガータンパク質を操作する工程；及び（ii）前記ジンクフィンガータンパク質とメチラーゼとの融合タンパク質を作製する工程；及び（iii）細胞で活性を有するプロモーターの制御下で前記ジンクフィンガーメチラーゼをコードするポリヌクレオチドを含む遺伝子構築物を作り上げる工程；及び（iv）細胞に前記遺伝子構築物を導入する工程；及び（v）ジンクフィンガーメチラーゼを発現させる工程；及び（vi）細胞でNtMRPタンパク質の発現が低下したか又は実質的に発現しない細胞の性状を決定する工程。
多様な実施態様では、ジンクフィンガータンパク質は本明細書に記載の方法にしたがって選択し、NtMRPポリヌクレオチドの調節配列と結合させることができる。より具体的には、調節配列は、転写開始部位、開始コドン、エクソン領域、エクソン-イントロン境界部、ターミネーター又は停止コドンを含むことができる。ジンクフィンガータンパク質は、ヌクレアーゼ、アクチベーター又はリプレッサータンパク質と融合させることができる。
多様な実施態様では、ジンクフィンガーヌクレアーゼは、NtMRPポリヌクレオチドのゲノムDNA配列の調節領域、コード領域又は非コード領域に二本鎖ブレークを導入し、NtMRPポリヌクレオチドの発現レベルの低下、阻害、若しくは実質的阻害、又はそれによってコードされるタンパク質の活性の低下、阻害若しくは実質的阻害をもたらす。
本開示はまた、細胞（例えば植物細胞）を改変する方法を提供する。ここでは、植物細胞のゲノムがジンクフィンガーヌクレアーゼ媒介変異導入によって改変され、前記方法は以下の工程を含む：（a）改変のためにゲノムヌクレオチド配列内の異なる標的部位と選択的に結合する少なくとも2つの非天然ジンクフィンガータンパク質を同定及び作製する工程；（b）その各々がヌクレアーゼ及び少なくとも2つの非天然ジンクフィンガータンパク質の1つを含む少なくとも2つの融合タンパク質を、二本鎖ブレークが、植物ゲノム内のゲノムヌクレオチド配列に、特にゲノムヌクレオチド配列内の標的部位に又はその近傍に導入されるように、植物細胞内で発現させる工程；及び場合によって（c）二本鎖ブレークの上流の配列と相同な第一の領域及び二本鎖ブレークの下流の領域と相同な第二の領域を含むヌクレオチド配列を含むポリヌクレオチドを、前記ポリヌクレオチドがゲノム内のDNAと組換えを生じるように植物細胞に導入する工程。さらに、1つ以上の融合タンパク質をコードするヌクレオチド配列を含む1つ以上の発現構築物を含む細胞もまた記載される。
別の特徴では、本開示はさらに、変異体の、天然に存在しない又はトランスジェニックな、或いは遺伝的に改変された植物を、メガヌクレアーゼ（例えばI-Crel）を用いて作出する方法を提供する。組換えメガヌクレアーゼと同様に天然に存在するメガヌクレアーゼを用いて、植物のゲノムDNA内の単一部位又は比較的少数の部位で二本鎖ブレークを特異的に発生させ、NtMRP遺伝子の破壊を可能にすることができる。前記メガヌクレアーゼは、変異DNA認識特性を有する操作されたメガヌクレアーゼであり得る。メガヌクレアーゼタンパク質は、当業界で公知の多様な別個のメカニズムによって植物細胞にデリバーすることができる。メガヌクレアーゼは、変異DNA認識特性を有する操作されたメガヌクレアーゼであり得る。本例示では、天然に存在するメガヌクレアーゼI-Crelから誘導されるメガヌクレアーゼの構造を基にして操作する方法が記載される。これらの操作メガヌクレアーゼは、植物のゲノム内に見出される、予め定めた22塩基対のDNA配列を認識し切断するように作製できる。メガヌクレアーゼタンパク質は当業界で公知の多様な別個のメカニズムによって植物細胞にデリバーできる。
本開示の複数の特徴では、植物細胞又は植物でNtMRPポリヌクレオチドを不活化するためにメガヌクレアーゼが使用される。特徴はまた、メガヌクレアーゼを用いて植物のNtMRPポリヌクレオチドを不活化する方法に関し、前記方法は以下の工程を含む：（a）NtMRPポリヌクレオチドを含む植物細胞を提供する工程；（b）メガヌクレアーゼ又はメガヌクレアーゼをコードする構築物を前記植物細胞に導入する工程；及び（c）メガヌクレアーゼでNtMRPポリヌクレオチドを不活化する工程。
メガヌクレアーゼを用いて、NtMRPポリヌクレオチドのコード領域内のメガヌクレアーゼ認識部位を切断することができる。そのような切断はしばしば、メガヌクレアーゼ認識部位におけるDNA欠失とそれに続く非相同性末端結合による変異誘導性DNA修復を生じる。遺伝子のコード配列内のそのような変異は典型的には遺伝子の不活化に十分である。この方法は、第一に適切な形質転換方法を用いる植物細胞へのメガヌクレアーゼ発現カセットのデリバリーを要とする。最高の効率のためには、メガヌクレアーゼ発現カセットを選別可能マーカーに連結し、選別剤の存在下で形質転換成功細胞を選別することが所望される。このアプローチは、メガヌクレアーゼ発現カセットのゲノムへの組み込みを生じるであろう。前記はしかしながら、植物が規制承認を必要とされる場合には望ましくないかもしれない。そのような事例では、メガヌクレアーゼ発現カセット（及び連結された選別マーカー）は、通常の育種技術を用いて以降の植物世代で分離させることができる。また別には、最初に選別性マーカーを欠くメガヌクレアーゼ発現カセットで植物細胞を形質転換し、選別剤を欠く培地で増殖させてもよい。そのような条件下では、処理細胞の一部分がメガヌクレアーゼ発現カセットを獲得し、ゲノム内にメガヌクレアーゼ発現カセットを組み込むことなく操作されたメガヌクレアーゼを一過性に発現するであろう。前記は形質転換効率に寄与しないので、後者の形質転換方法は、所望のゲノム改変を得るために極めて多数の処理細胞のスクリーニングを必要とする。
メガヌクレアーゼ発現カセットのデリバリーに続いて、まず初めに用いた個別の形質転換方法に典型的な条件下で植物細胞を増殖させる。前記は、26℃以下の温度の媒体で、しばしば暗所で形質転換細胞を増殖させることを意味する。そのような標準的条件をある期間（好ましくは1-4日間）用いて、当該植物細胞を形質転換プロセスから回復させる。この初期回復期の後の任意の時点で、増殖温度を上昇させて操作したメガヌクレアーゼの活性を刺激してメガヌクレアーゼ認識部位を切断及び変異させることができる。
ある種の応用のためには、NtMRPポリヌクレオチドを植物ゲノムから厳密に除去することが所望され得る。そのような応用は、1対の操作されたメガヌクレアーゼ（その各々が意図する欠失のどちらかの部位でメガヌクレアーゼ認識部位を切断する）を用いることで可能になる。本明細書で提供する組換え構築物を用いて植物又は植物細胞を形質転換し、NtMRPタンパク質の発現レベルを調節する（例えば低下させ又は阻害する）ことができる。組換えポリヌクレオチド構築物は、植物又は細胞中のNtMRPポリペプチドの発現に適切な調節領域に作動できるように連結された、本明細書に記載のNtMRPポリペプチドをコードするポリヌクレオチドを含むことができる。したがって、ポリヌクレオチドは、本明細書に記載のNtMRPポリペプチド又はその変種をコードするコード配列を含むことができる。
組換えポリヌクレオチドによってコードされるNtMRPポリペプチドは細胞にとって本来のポリペプチドであっても、又は細胞にとって異種であってもよい。いくつかの事例では、組換え構築物は、NtMRP調節ポリペプチドの発現を低下又は阻害するポリヌクレオチド（調節領域に作動できるように連結される）を含む。適切な調節領域の例は本明細書に記載される。
組換えポリヌクレオチド構築物を収納するベクター（例えば本明細書に記載されるもの）もまた提供される。適切なベクター骨格には、例えば当業界で日常的に用いられるもの、例えばプラスミド、ウイルス、人工染色体（BAC、YAC又はPAC）が含まれる。適切な発現ベクターには、プラスミド及びウイルスベクター（例えばバクテリオファージ、バキュロウイルス及びレトロウイルスから誘導される）が含まれるが、ただしこれらに限定されない。多数のベクター及び発現系が市場で入手できる。
ベクターはまた、例えば複製起点、足場結合領域（SAR）又はマーカーを含むことができる。マーカー遺伝子は植物細胞に選別可能表現型を付与することできる。例えば、マーカーは生物有毒物質耐性、例えば抗生物質（例えばカナマイシン、G418、ブレオマイシン又はヒグロマイシン）又は除草剤（例えばグリホセート、クロルスルフロン又はホスフィノスリシン）に対する耐性を付与することができる。さらにまた、発現ベクターは、発現されたポリペプチドの操作又は検出（例えば精製又は局在化）を促進するために設計されたタグ配列を含むことができる。タグ配列、例えばルシフェラーゼ、ベータ-グルクロニダーゼ（GUS）、緑色蛍光タンパク質（GFT）、グルタチオンS-トランスフェラーゼ（GST）、ポリヒスチジン、c-myc又はヘマグルチニン配列は、典型的には、コードされるポリペプチドとの融合物として発現される。そのようなタグはポリペプチド内のいずれの場所にも（カルボキシ末端及びアミノ末端のどちらかを含む）挿入できる。
多様な実施態様が、NtMRP遺伝子発現レベルを低下させるために改変された、変異体の、天然に存在しない又はトランスジェニックな植物に向けられる。前記改変は、NtMRP遺伝子発現を低下又はサイレンシングさせ、それによって、NtMRP輸送因子の発現レベルが問題の植物組織内で低下され得る植物を作出するために利用できる多様な方法によって達成される。重金属輸送速度及び重金属輸送（特にカドミウム輸送）の分布パターンは、開示の方法及び組成物にしたがって作出された植物で改変され得る。
遺伝的改変での使用に適切な植物には単子葉及び双子葉植物並びに植物細胞系が含まれ、以下の科の1つに由来する種が含まれる：アカンタ科（Acanthaceae）、アリア科（Alliaceae）、アルストロエメリア科（Alstroemeriaceae）、アマリリダ科（Amaryllidaceae）、アポシナ科（Apocynaceae）、アレカ科（Arecaceae）、アステラ科（Asteraceae）、ベルベリダ科（Berberidaceae）、ビキサ科（Bixaceae）、ブラシッカ科（Brassicaceae）、ブロメリア科（Bromeliaceae）、カンナバ科（Cannabaceae）、カリオフィラ科（Caryophyllaceae）、セファロタキサ科（Cephalotaxaceae）、ケノポジア科（Chenopodiaceae）、コルキカ科（Colchicaceae）、ククルビタ科（Cucurbitaceae）、ジオスコレア科（Dioscoreaceae）、エフェドラ科（Ephedraceae）、エリスロキシラ科（Erythroxylaceae）、ユーフォビア科（Euphorbiaceae）、ファバ科（Fabaceae）、ラミア科（Lamiaceae）、リナ科（Linaceae）、リコポジア科（Lycopodiaceae）、マルバ科（Malvaceae）、メランシア科（Melanthiaceae）、ムサ科（Musaceae）、ミルタ科（Myrtaceae）、ニッサ科（Nyssaceae）、パパベラ科（Papaveraceae）、ピナ科（Pinaceae）、プランタギナ科（Plantaginaceae）、ポア科（Poaceae）、ロサ科（Rosaceae）、ルビア科（Rubiaceae）、サリカ科（Salicaceae）、サピンダ科（Sapindaceae）、ソラナ科（Solanaceae）、タキサ科（Taxaceae）、テア科（Theaceae）又はビタ科（Vitaceae）。
適切な種には以下の属のメンバーが含まれる：アベルモスクス（Abelmoschus）、アビエス（Abies）、アセル（Acer）、アグロスチス（Agrostis）、アリウム（Allium）、アルストロエメリア（Alstroemeria）、アナナス（Ananas）、アンドログラフィス（Andrographis）、アンドロポゴン（Andropogon）、アルテミシア（Artemisia）、アルンド（Arundo）、アトロパ（Atropa）、ベルベリス（Berberis）、ベタ（Beta）、ビキサ（Bixa）、ブラシッカ（Brassica）、カレンデュラ（Calendula）、カメリア（Camellia）、カンプトテカ（Camptotheca）、カンナビス（Cannabis）、カプシクム（Capsicum）、カルサムス（Carthamus）、カタランタス（Catharanthus）、セファロタクス（Cephalotaxus）、クリサンテマム（Chrysanthemum）、シンコナ（Cinchona）、シトルルス（Citrullus）、コフェア（Coffea）、コルキクム（Colchicum）、コレウス（Coleus）、ククミス（Cucumis）、ククルビタ（Cucurbita）、シノドン（Cynodon）、ダツラ（Datura）、ジアンタス（Dianthus）、ジギタリス（Digitalis）、ジオスコレア（Dioscorea）、エラエイス（Elaeis）、エフェドラ（Ephedra）、エリアンタス（Erianthus）、エリスロキシルム（Erythroxylum）、ユーカリプツス（Eucalyptus）、フェスツカ（Festuca）、フラガリア（Fragaria）、ガランタス（Galanthus）、グリシン（Glycine）、ゴッシピウム（Gossypium）、ヘリアンタス（Helianthus）、ヘベア（Hevea）、ホルデウム（Hordeum）、ヒオシアムス（Hyoscyamus）、ジャトロファ（Jatropha）、ラクツカ（Lactuca）、リヌム（Linum）、ロリウム（Lolium）、ルピヌス（Lupinus）、リコペルシコン（Lycopersicon）、リコポジウム（Lycopodium）、マニホト（Manihot）、メジカゴ（Medicago）、メンタ（Mentha）、ミスカンタス（Miscanthus）、ムサ（Musa）、ニコチアナ（Nicotiana）、オリザ（Oryza）、パニクム（Panicum）、パパベル（Papaver）、パルテニウム（Parthenium）、ペンニセツム（Pennisetum）、ペツニア（Petuni a）、ファラリス（Phalaris）、フレウム（Phleum）、ピヌス（Pinus）、ポア（Poa）、ポインセチア（Poinsettia）、ポプルス（Populus）、ラウウォリフィア（Rauwolfia）、リシヌス（Ricinus）、ロサ（Rosa）、サッカルム（Saccharum）、サリクス（Salix）、サンギナリア（Sanguinaria）、スコポリア（Scopolia）、セカレ（Secale）、ソラヌム（Solanum）、ソルグム（Sorghum）、スパチナ（Spartina）、スピナセア（Spinacea）、タナセツム（Tanacetum）、タクス（Taxus）、テオブロマ（Theobroma）、トリチコセカレ（Triticosecale）、トリチクム（Triticum）、ウニオラ（Uniola）、ベラトルム（Veratrum）、ビンカ（Vinca）、ビチス（Vitis）及びゼア（Zea）。
適切な種には以下が含まれる：パニクム、ソルグム、ミスカンタス、サッカルム、エリアンタス、ポプルス、アンソロポゴン・ゲランジー（Andropogon gerardii）（ビッグブルーステム）、ペニセツム・プルプレウム（Pennisetum purpureum）（アフリカチカラシバ）、ファラリス・アルンジナセア（Phalaris arundinacea）（リードカナリアグラス）、シノドン・ダクチロン（Cynodon dactylon）（バミューダグラス）、フェスツカ・アルンジナセア（Festuca arundinacea）（ウシノケグサ）、スパルチナ・ペクチナタ（Spartina pectinata）（プレーリーコードグラス）、メジカゴ・サチバ（Medicago sativa）（アルファルファ）、アルンド・ドナクス（Arundo donax）（ジャイアントリード）、セカレ・セレアレ（Secale cereale）（ライムギ）、サリクス（ヤナギ）、ユーカリプツス（ユーカリ）、トリコセカレ（トリチクムフィートタイムスライ）、タケ、ヘリアンタス・アンヌース（Helianthus annuus）（ヒマワリ）、カルサンムス・チンクトリウス（Carthamus tinctorius）（ベニバナ）、ジャトロファ・クルカス（Jatropha curcas）（ジャトロファ）リシヌス・コムニス（Ricinus communis）（ヒマ）、エラエイス・ギネンシス（Elaeis guineensis）（ヤシ）、リヌム・ウシタチシウム（Linum usitatissimum）（アマ）、ブラシッカ・ジュンセア（Brassica juncea）、ベタ・ブルガリス（Beta vulgaris）（テンサイ）、マニホト・エスクレンタ（Manihot esculenta）（カッサヤ）、リコペルシコン・エスクレンタム（Lycopersicon esculentum）（トマト）、レクツカ・サチバ（Lactuca sativa）（レタス）、ムスカ・パラヂシアカ（Musa paradisiaca）（バナナ）、ソラヌム・ツベロスム（Solanum tuberosum）（ジャガイモ）、ブラシッカ・オレラセア（Brassica oleracea）（ブロッコリー、カリフラワー、コモチカンラン）、カメリア・シネンシス（Camellia sinensis）（茶）、フラガリア・アナナッサ（Fragaria ananassa）（イチゴ）、テオブロモ・カカオ（Theobroma cacao）（ココア）、コフェア・アラビカ（Coffea arabica）（コーヒー）、ビチス・ビニフェラ（Vitis vinifera）（ブドウ）、アナナス・コモサス（Ananas comosus）（パイナップル）、カプシクム・アヌム（Capsicum annum）（トウガラシ及びピーマン）、アリウム・セパ（Allium cepa）（タマネギ）、ククミス・メロ（Cucumis melo）（メロン）、ククミス・サチブス（Cucumis sativus）（キュウリ）、ククルビタ・マキシマ（Cucurbita maxima）（カボチャ）、ククルビタ・モシャタ（Cucurbita moschata）（カボチャ）、スピナセア・オレラセア（Spinacea oleracea）（ホウレンソウ）、シトロルス・ラナツス（Citrullus lanatus）（スイカ）、アベルモスクス・エスクレンツス（Abelmoschus esculentus）（オクラ）、ソラヌム・メロンゲナ（Solanum melongena）（ナス）、ロサ（バラ）、ジアンタス・カリオフィルス（Dianthus caryophyllus）（カーネーション）、ペツニア（ペチュニア）、ポインセチア・プルケリマ（Poinsettia pulcherrima）（ポインセチア）、ルピヌス・アルブス（Lupinus albus）（ルピナス）、ユニオラ・パニクラタ（Uniola paniculata）（エンバク）、コヌカグサ（アグロスチス種（Agrostis spp.））、ポプルス・トレムロイデス（Populus tremuloides）（ハコヤナギ）、ピヌス種（Pinus spp.）（マツ）、アビエス種（Abies spp.）（モミ）、アセル種（Acer spp.）（カエデ）、ホルデウム・ブルガレ（Hordeum vulgare）（オオムギ）、ポア・プラテンシス（Poa pratensis）（ブルーグラス）、ロリウム種（Lolium spp.）（ライグラス）、及びフェレウム・プラテンス（Phleum pratense）（チモシー）、パニクム・ビルガツム（Panicum virgatum）（スイッチグラス）、ソルグム・ビコロル（Sorghum bicolor）（ソルガム、スーダングラス）、ミスカンタス・ギガンテウス（Miscanthus giganteus）（ミスカンタス）、サッカルム種（Saccharum sp.）（エネルギーケイン）、ポプルス・バルサミフェラ（Populus balsamifera）（ポプラ）、ジー・マイス（Zea mays）（トウモロコシ）、グリシン・マクス（Glycine max）（ダイズ）、ブラシッカ・ナプス（Brassica napus）（キャノーラ）、トリチクム・アエスチブム（Triticum aestivum）（コムギ）、ゴッシピウム・ヒルスツム（Gossypium hirsutum）（ワタ）、オリザ・サチバ（Oryza sativa）（コメ）、ヘリアンタス・アンヌース（Helianthus annuus）（ヒマワリ）、メジカゴ・サチバ（アルファルファ）、ベタ・ブルガリス（テンサイ）又はペンニセツム・グラウクム（Pennisetum glaucum）（トンジンビエ）。
多様な実施態様が、変異体植物、天然に存在しない植物又はトランスジェニックな植物に向けられる。前記植物は、NtMRP遺伝子発現レベルを調節するために（例えば低下させるか又は阻害するために）改変され、それによってコントロール植物と比較して問題の植物組織内でNtMRPの発現レベルが低下した植物（例えばタバコの植物）を作出する。開示される組成物及び方法は、以下を含むニコチアナ属の任意の種に適用できる：N.ルスチカ（N. rustica）及びN.タバクム（N. tabacum）（例えばLA B21、LN KY171、TI 1406、Basma、Galpao、Perique、Beinhart 1000-1及びPetico）。他の種には以下が含まれる：N.アカウリス（N. acaulis）、N.アクミナタ（N. acuminata）、N.アクミナタ栽培変種ムルチフローラ（N. acuminata var. multiflora）、N.アフリカナ（N. africana）、N.アラタ（N. alata）、N.アンプレキシカウリス（N. amplexicaulis）、N.アレンチー（N. arentsii）、N.アテヌアタ（N. attenuata）、N.ベナビデシー（N. benavidesii）、N.ベンタミアナ（N. benthamiana）、N.ビゲロビー（N. bigelovii）、N.ボナリエンシス（N. bonariensis）、N.カビコラ（N. cavicola）、N.クレベランジー（N. clevelandii）、N.コルジフォリア（N. cordifolia）、N.コリムボサ（N. corymbosa）、N.デブネイー（N. debneyi）、N.エクセルシオル（N. excelsior）、N.フォルゲチアナ（N. forgetiana）、N.フラグランス（N. fragrans）、N.グラウカ（N. glauca）、N.グルチノサ（N. glutinosa）、N.グードスピージー（N. goodspeedii）、N.ゴッセイ（N. gossei）、N.ヒブリド（N. hybrid）、N.イングルバ（N. ingulba）、N.カワカミー（N. kawakamii）、N.クニチアナ（N. knightiana）、N.ラングスドルフィー（N. langsdorffii）、N.リネアリス（N. linearis）、N.ロンギフローラ（N. longiflora）、N.マリチマ（N. maritima）、N.メガロシフォン（N. megalosiphon）、N.ミエルシー（N. miersii）、N.ノクチフローラ（N. noctiflora）、N.ヌージカウリス（N. nudicaulis）、N.オブツシフォリア（N. obtusifolia）、N.オクシデンタリス（N. occidentalis）、N.オクシデンタリス亜種ヘスペリス（N. occidentalis subsp. hesperis）、N.オトフォラ（N. otophora）、N.パニクラタ（N. paniculata）、N.パウシフローラ（N. pauciflora）、N.ペツニオイデス（N. petunioides）、N.プルムバギニフォリア（N. plumbaginifolia）、N.クォードリバルビス（N. quadrivalvis）、N.ライモンジー（N. raimondii）、N.レパンダ（N. repanda）、N.ロスラタ（N. rosulata）、N.ロスラタ亜種イングルバ（N. rosulata subsp. ingulba）、N.ロツンジフォリア（N. rotundifolia）、N.セトケリー（N. setchellii）、N.シムランス（N. simulans）、N.ソランチフォリア（N. solanifolia）、N.セペガジーニー（N. spegazzinii）、N.ストックトニー（N. stocktonii）、N.スアベオレンス（N. suaveolens）、N.シルベストリス（N. sylvestris）、N.シルシフォリア（N. thyrsiflora）、N.トメントサ（N. tomentosa）、N.トメトシフォルミス（N. tomentosiformis）、N.トリゴノフィラ（N. trigonophylla）、N.ウンブラチカ（N. umbratica）、N.ウンデュラタ（N. undulata）、N.ベルンチナ（N. velutina）、N.ウィガンジオイデス（N. wigandioides）及びN.キサンデラエ（N. x sanderae）。
タバコ栽培変種及び精選タバコ栽培変種の使用もまた本明細書で意図される。したがってトランスジェニックな、天然に存在しない、又は変異体の植物は、1つ以上のトランスジーン又は1つ以上の遺伝的変異又はその組み合わせを含むタバコ栽培変種又は精選タバコ栽培変種でもよい。遺伝的変異（例えば1つ以上の多形性）は、個々のタバコの品種又はタバコの栽培変種（例えば精選タバコ栽培変種）に天然に存在しない変異であり得るが、また、変異が個々のタバコの品種又はタバコの栽培変種（例えば精選タバコ栽培変種）に天然に存在しないことを条件に、天然に存在する遺伝的変異であってもよい。
特に有用なニコチアナ・タバクムの品種には、バーリー（Burley）タイプ、フルキュアード（flue-cured）タイプ及びオリエンタルタイプのタバコが含まれる。品種又は栽培変種の非限定的な例は以下である：BD 64、CC 101、CC 200、CC 27、CC 301、CC 400、CC 500、CC 600、CC 700、CC 800、CC 900、Coker 176、Coker 319、Coker 371 Gold、Coker 48、 CD 263、DF911、DT 538 LC ガルパーオタバコ（Galpao tobacco）、GL 26H、GL 350、GL 600、GL 737、GL 939、GL 973、HB 04P、HB 04P LC、HB3307PLC、ハイブリッド403LC、ハイブリッド404LC、ハイブリッド501 LC、ハイブリッドK 149、K 326、K 346、K 358、K394、K 399、K 730、KDH 959、KT 200、KT204LC、KY10、KY14、KY 160、KY 17、KY 171、KY 907、KY907LC、KTY14xL8 LC、リトルクリッテンデン（Little Crittenden）、マクネア（McNair）373、マクネア（McNair）944、msKY 14xL8、ナロウリーフマドール（Narrow Leaf Madole）、ナロウリーフマドールLC、NBH 98, N-126、N-777LC、N-7371LC、NC 100、NC 102、NC 2000、NC 291、NC 297、NC 299、NC 3、NC 4、NC 5、NC 6、NC7、NC 606、NC 71、NC 72、NC 810、NC BH 129、NC 2002、ニールスミスマドール（Neal Smith Madole）、OXFORD 207、PD 7302 LC、PD 7309 LC、PD 7312 LC、パリーク（'Perique' ）タバコ、PVH03、PVH09、PVH19、PVH50、PVH51、R 610、R 630、R 7-11、R 7-12、RG 17、RG 81、RG H51、RGH 4、RGH 51、RS 1410、スペイト（Speight）168、スペイト172、スペイト179、スペイト210、スペイト220、スペイト225、スペイト227、スペイト234、スペイトG-28、スペイトG-70、スペイトH-6、スペイトH20、スペイトNF3、TI 1406、TI 1269、TN 86、TN86LC、TN 90、TN 97、TN97LC、TN D94、TN D950、TR (トムロッソン（Tom Rosson）)マドール、VA 309、VA359、AA 37-1、B 13P、キサンティ（ミッチェル−モール）（Xanthi（Mitchell-Mor））、Bel-W3、79-65、サムスンホームズ（Samsun Holmes）NN、KTRDCナンバー2ハイブリッド49、バーリー（Burley）21、KY 8959、KY 9、MD 609、PG 01、PG 04、PO1、PO2、PO3、RG 11、RG 8、VA 509、AS44、バンケット（Banket）A1、バスマドラマ（Basma Drama）B84/31、バスマ（Basma）Iジクナ（Zichna）ZP4/B、バスマキサンティ（Basma Xanthi）BX 2A、バテク（Batek）、ベスキジェンバー（Besuki Jember）、C104、Coker 347、クリオロミシオネロ（Criollo Misionero）、デルクレスト（Delcrest）、ジェベル（Djebel）81、DVH 405、ガルパーオコマム（Galpao Comum）、HB04P、ヒックスブロードリーフ（Hicks Broadleaf）、カバクラックエラッソーナ（Kabakulak Elassona）、カットセージ（Kutsage）E1、LA BU 21、NC 2326、NC 297、PVH 2110、レッドラッシアン（Red Russian）、サムスン（Samsun）、サプラック（Saplak）、シンマバ（Simmaba）、タルガー（Talgar）28、ウィスリカ（Wislica）、ヤヤルダグ（Yayaldag）、プリレプ（Prilep）HC-72、プリレプ（Prilep）P23、プリレプ（Prilep）PB 156/1、プリレプ（Prilep）P12-2/1、ヤカ（Yaka）JK-48、ヤカ（Yaka）JB 125/3、TI-1068、KDH-960、TI-1070、TW136、バスマ（Basma）、TKF 4028、L8、TKF 2002、GR141、バスマキサンティ（Basma xanthi）、GR149、GR153、プチハバナ（Petit Havana）。上記の低コンバーター亜品種もまた、本明細書に具体的に特定されていなくても意図される。
さらに別の特徴では、NtHMA輸送因子の発現もまた低下するように更なる改変が実施されてある、植物中のカドミウム含有量をさらに低下させることができる、本明細書に記載の、変異体の、天然に存在しない又はトランスジェニックな植物が提供される。植物中のカドミウム含有量の低下のためにNtHMA輸送因子を使用することは、WO2009074325に記載されている。ある実施態様にしたがえば、単離NtMRPポリヌクレオチド、NtMRPキメラ遺伝子、NtMRPポリヌクレオチド構築物、NtMRP二本鎖RNA、NtMRP複合物及び／又はNtMRP発現ベクターを、単離NtHMAポリヌクレオチド、NtHMAキメラ遺伝子、NtHMAポリヌクレオチド構築物、NtHMA二本鎖RNA、NtHMA複合物及び／又はNtHMA発現ベクターとともに含む、変異体の、天然に存在しない又はトランスジェニックな植物細胞が提供される。
複数の実施態様がまた、コントロールと比較してより低い量のカドミウムを蓄積するように改変を実施してNtMRP発現又は活性が調節（例えば低下又は阻害）されてある、変異体植物、天然に存在しない植物、ハイブリッド植物又はトランスジェニックな植物を作出するための組成物及び方法に向けられる。ある種の実施態様では、得られる植物は、全体的外観（例えば表現型）がコントロール植物と類似しているか、又は実質的に同じである。種々の表現型の特徴（例えば成熟度、植物当たりの葉の数、茎高、葉の挿入角度、葉のサイズ（幅及び長さ）、節間距離、葉身-中肋比）は野外観察によって判定できる。好ましい実施態様では、植物の高さ又は重量、又は高さ及び重量はコントロール植物と実質的に同じである。別の好ましい実施態様では、コントロールと比較して植物の収集乾燥葉で有意な相違は見出されず、NtMRP転写物の調節は乾燥バイオマスに対して統計的に相関する影響を与えないことを示唆している。
ある特徴は、変異体植物、天然に存在しない植物、ハイブリッド植物又はトランスジェニック植物の種子である。好ましくは、種子はタバコの種子である。さらに別の特徴は、変異体植物、天然に存在しない植物、ハイブリッド植物又はトランスジェニックな植物の花粉又は胚珠である。さらにまた、雄性不稔性を付与するポリヌクレオチドをさらに含む、変異体植物、天然に存在しない植物、ハイブリッド植物、トランスジェニック植物が記載される。
本開示はまた、変異体植物、天然に存在しない植物、ハイブリッド植物若しくはトランスジェニック植物又は前記の部分に由来する再生可能細胞の組織培養を提供し、前記培養は、親の形態学的及び生理学的特徴の全てを発現できる植物を再生する。前記再生可能細胞には、葉、花粉、胚、子葉、胚軸、根、根端、葯、花及びその部分、胚珠、シュート、茎、軸、髄及びさく果、又は前記に由来するカルス若しくはプロトプラストが含まれるが、ただしこれらに限定されない。
いくつかの実施態様では、NtMRPポリヌクレオチドの発現が調節される（例えば低下又は阻害される）植物では、重金属（例えばカドミウム）の特に葉におけるレベルが低下し得る。カドミウムレベルは、NtMRPポリヌクレオチドの発現が調節されていない（例えば低下していないか又は阻害されていない）対応するコントロール植物のカドミウムレベルと比較して、少なくとも約5％、6％、7％、8％、9％、10％、11％、12％、13％、14％、15％、16％、17％、18％、19％、20％、25％、30％、35％、40％、45％、50％、55％、60％、70％、80％、90％、95％、96％、97％、98％若しくは99％又はそれより多く、例えば100％、125％、150％若しくは200％又はそれより多く低下し得る。いくつかの実施態様では、NtMRPポリヌクレオチドの発現が調節（例えば低下又は阻害）される植物では、根のカドミウムレベルが増加又は低下し得る。いくつかの実施態様では、NtMRPポリヌクレオチドの発現が調節（例えば低下又は阻害）される植物では、根のカドミウムレベルは増加又は低下し、葉のカドミウムレベルは低下し得る。いくつかの実施態様では、NtMRPポリヌクレオチドの発現が調節（例えば低下又は阻害）される植物では、収穫できるバイオマスのカドミウムレベルは低下し得る。
発現は例えば以下を含む方法を用いて評価できる：RT-PCR、ノザンブロット、RNase保護、プライマー伸長、ウェスタンブロット、タンパク質のゲル電気泳動、免疫沈澱、酵素結合免疫アッセイ、チップアッセイ及び質量分析法。あるポリペプチドが一定組織で又は広範囲に発現されるプロモーターの制御下で発現される場合には、発現は全植物又は選択組織で評価できることは特記されるべきでである。同様に、ポリペプチドが特定の期間、例えば発育の特定時期に又は誘導に際して発現される場合は、発現は所望の期間に選択的に評価できる。
変異体の、天然に存在しない又はトランスジェニックな植物の集団を、所望の特質を有する集団のメンバーについてスクリーニング又は選別できる。例えば、単一の形質転換事象を有する子孫の集団を、所望レベルのNtMRPポリペプチド又はポリヌクレオチドの発現を有する植物についてスクリーニングできる。物理的及び生化学的方法を用いて、発現レベルを同定することができる。これらの方法には以下が含まれる：ポリヌクレオチドの検出にはサザン分析又はPCR増幅；RNA転写物の検出にはノザンブロット、S1 RNase保護、プライマー伸長又はRT-PCR増幅ポリペプチド及びポリヌクレオチドの；酵素又はリボザイム活性を検出するための酵素アッセイ；並びにポリペプチドを検出するためのタンパク質ゲル電気泳動、ウェスタンブロット、免疫沈澱及び酵素結合免疫アッセイ。他の技術（例えばin situハイブリダイゼーション、酵素染色及び免疫染色）もまた、ポリペプチド若しくはポリヌクレオチドの存在又は発現の検出に用いることができる。
植物の集団は、所望の特質（例えばカドミウムレベルの調節（例えば低下又は阻害））を有する植物についてスクリーニングできる。選別又はスクリーニングは、1代以上の世代にわたって、又は2つ以上の地理的区域で実施できる。いくつかの事例では、所望の表現型を誘導する条件下で、或いは変異体の、天然に存在しない又はトランスジェニックな植物で所望の表現型を生じるために必要な条件下で、変異体の、天然に存在しない又はトランスジェニックな植物を生育させ、選別することができる。さらにまた、選別又はスクリーニングは、当該表現型が植物によって示されると予想される特定の発育段階に適用してもよい。選別又はスクリーニングは、NtMRPポリヌクレオチド又はタンパク質の発現又は活性が調節されていない（例えば低下していないか又は阻害されていない）コントロール植物と比較して、それらのカドミウム含有量に統計的に有意な相違を有する変異体の、天然に存在しない又はトランスジェニック植物を選択するために実施できる。1つ以上の組換えポリヌクレオチド（例えば単離ポリヌクレオチド、キメラ遺伝子、ポリヌクレオチド構築物、二本鎖RNA、複合物又は発現ベクター）を含む変異体の、天然に存在しない又はトランスジェニックな植物細胞及び植物が本明細書に記載される。植物又は植物細胞は、組換えポリヌクレオチドをそのゲノムに組み込ませ、安定的な形質転換体になることによって形質転換され得る。安定的に形質転換された細胞は、典型的には導入されたポリヌクレオチドを各細胞分裂で保持する。植物又は植物細胞はまた、組換えポリヌクレオチドがそのゲノムに組み込まれないように一過性に形質転換され得る。一過性に形質転換された細胞は、典型的には導入された組換えポリヌクレオチドの全て又はいくらかの部分を各細胞分裂で失い、導入された組換えポリヌクレオチドは、十分な数の細胞分裂の後では娘細胞で検出され得ない。
単子葉及び双子葉植物にポリヌクレオチドを導入する技術は当業界で公知であり、例えば、アグロバクテリア媒介形質転換、ウイルスベクター媒介形質転換、エレクトロポレーション及び粒子銃形質転換が含まれる。植物染色体へ外来ポリヌクレオチドを組み込むためのアグロバクテリア系は、植物遺伝子操作のために集中的に研究され、改変され、発展してきた。調節配列にセンス又はアンチセンスの向きで作動できるように連結された対象の精製タンパク質に対応するポリヌクレオチド配列を含む裸の組換えポリヌクレオチド分子が、通常の方法によって適切なT-DNA配列に結合される。ポリエチレングリコール技術によって、又はエレクトロポレーション技術によって（前記はともに標準的である）、前記分子をタバコのプロトプラストに導入する。また別には、対象の精製タンパク質をコードする組換えポリヌクレオチド分子を含むベクターを生きているアグロバクテリアの細胞に導入する（前記はその後当該ポリヌクレオチドを植物細胞に移転させる）。T-DNAベクター配列を伴わない裸のポリヌクレオチドによる形質転換は、ポリヌクレオチド含有リポソームによるプロトプラストの融合を介して又はエレクトロポレーションを介して達成できる。T-DNAベクターを伴わない裸のポリヌクレオチドはまた、不活性高速発射体による細胞の形質転換に用いることができる。
細胞又は培養組織が形質転換のレシピエント組織として用いられる場合は、所望するならば当業者に公知の技術によって形質転換細胞から植物を再生できる。
組換え構築物に含まれる調節領域の選択はいくつかの要件に左右される。前記要件には、効率、選択性、誘導能力、所望される発現レベル、及び細胞優先性又は組織優先性発現が含まれるが、ただしこれらに限定されない。コード領域に対して調節領域を適切に選択しこれを配置することによってコード配列の発現を調節することは当業者には日常的な事柄である。ポリヌクレオチドの転写は類似の態様で調節できる。いくつかの適切な調節領域は、転写を一定の細胞タイプでのみ開始させるか又は優先的に開始させる。植物のゲノムポリヌクレオチドで調節領域を同定及び性状決定する方法は当業界で公知である。
適切なプロモーターには、種々の組織又は細胞タイプに存在するか（例えば根特異的プロモーター、シュート特異的プロモーター、木部特異的プロモーター）、又は種々の発育段階で存在するか、又は種々の環境条件に応答して存在する組織特異的因子によって認識される組織特異的プロモーターが含まれる。適切なプロモーターには、特異的な誘導剤を要求することなくほとんどの細胞タイプで活性化され得る構造性プロモーターが含まれる。NtMRP RNAiポリペプチド生成の制御に適切なプロモーターの例には、カリフラワーモザイクウイルス35S（CaMV/35S）、SSU、OCS、lib4、usp、STLS1、B33、nos又はユビキチン-若しくはファセオリン-プロモーターが含まれる。当業者は極めて多様な組換えプロモーターを作製できる。
組織特異的プロモーターは、植物の発育の特定の時期に特定の細胞又は組織（例えば栄養組織又は生殖組織）でのみ活性を有する転写制御エレメントである。組織特異的発現は、例えば一定の組織でポリヌクレオチドの発現が所望されるときに有利であり得る。発育制御下にある組織特異的プロモーターの例には、一定の組織（例えば栄養組織（例えば根又は葉）又は生殖組織（例えば果実、胚珠、種子、花粉、雌しべ、花又は任意の胚性組織））でのみ（原則として）転写を開始することができるプロモーターが含まれる。生殖組織特異的プロモーターは、例えば葯特異的、胚珠特異的、胚特異的、内乳特異的、珠皮特異的、種子及び種子皮膜特異的、花粉特異的、花弁特異的、萼片特異的、又は前記の組合せであり得る。
適切な葉特異的プロモーターには、C4植物（トウモロコシ）由来のピルベート、オルトホスフェートジキナーゼ（PPDK）プロモーター、トウモロコシのcab-m1Ca+2プロモーター、シロイヌナズナ（Arabidopsis thaliana）のmyb関連遺伝子プロモーター（Atmyb5）、リブロースビホスフェートカルボキシラーゼ（RBCS）プロモーター（例えば、葉及び光の下で生育させた苗で発現されるトマトのRBCS1、RBCS2及びRBCS3A、生育中のトマトの果実で発現されるRBCS1及びRBCS2、又は高レベルで葉身及び葉鞘の葉肉細胞でもっぱら発現されるリブロースビホスフェートカルボキシラーゼプロモーター）が含まれる。
老化特異的プロモーターには、果実の成熟時、葉の老化及び落葉時に活性なトマトのプロモーター、トウモロコシのシステインプロテアーゼをコードする遺伝子のプロモーターが含まれる。適切な葯特異的プロモーターを用いてもよい。当業者に公知の適切な根優先プロモーターを選択してもよい。適切な種子優先プロモーターには、種子特異的プロモーター（種子発育時に活性なプロモーター、例えば種子貯蔵タンパク質のプロモーター）及び種子発芽プロモーター（種子の発芽時に活性なプロモーター）の両方が含まれる。そのような種子優先プロモーターには、Cim1（サイトキニン誘導メッセージ、cytokinin-induced message）；cZ19B1（トウモロコシ19kDa zein）；milps（ミオイノシトール-1-ホスフェート、myo-inositol-1-phosphate syntase）；mZE40-2（Zm-40としても知られている）；nuclc；及びcelA（セルロースシンターゼ）が含まれるが、ただしこれらに限定されない。ガンマ-ゼインは内乳特異的プロモーターである。Glob-1は胚特異的プロモーターである。双子葉植物については、種子特異的プロモーターには、豆類のベータ-ファセオリン、ナピン、β-コングリシニン、ダイズレクチン、クルシフェリンなどが含まれるが、ただしこれらに限定されない。単子葉植物については、種子特異的プロモーターには、トウモロコシ15kDaゼインプロモーター、22kDaゼインプロモーター、27kDaゼインプロモーター、g-ゼインプロモーター、27kDaγ-ゼインプロモーター（例えばgzw64A（GenBankアクセッション番号S78780を参照されたい））、waxyプロモーター、shrunken1プロモーター、shrunken2プロモーター、グロブリン1プロモーター（GenBankアクセッション番号L22344を参照されたい）、ltp2プロモーター、cim1プロモーター、トウモロコシend1及びend2プロモーター、nuc1プロモーター、Zm40プロモーター、eep1及びeep2；lec1、チオレドキシンHプロモーター、mlip15プロモーター、PCNA2プロモーター；及びshrunken2プロモーターが含まれるが、ただしこれらに限定されない。
誘導性プロモーターの例には、病原体の攻撃、嫌気性条件、温度上昇、光、乾燥、低温又は高塩濃度に応答するプロモーターが含まれる。病原体誘導プロモーターには、病原体による感染に続いて誘導される発病関連タンパク質（PRタンパク質）（例えばPRタンパク質、SARタンパク質、β-1,3-グルカナーゼ、キチナーゼ）に由来するものが含まれる。
植物プロモーターに加えて、他の適切なプロモーターは細菌起源から誘導され得るか（例えばオクトピンシンターゼプロモーター、ノパリンシンターゼプロモーター及びTiプラスミド由来の他のプロモーター）、又はウイルスプロモーターから誘導され得る（例えばカリフラワーモザイクウイルス（CaMV）の35S及び19S RNAプロモーター、タバコモザイクウイルスの構造性プロモーター、カリフラワーモザイクウイルス（CaMV）19S及び35Sプロモーター、又はゴマモザイクウイルス35Sプロモーター）。
複合体成分の例には、巨大分子化合物（例えばタンパク質、例えば抗体）、脂肪酸鎖、糖残基、糖タンパク質、ポリマー（例えばポリエチレングリコール）、又は前記の組合せが含まれる。オリゴヌクレオチドは、オリゴヌクレオチドの細胞取り込みを高める成分と複合体を形成させることができる。
非限定的な成分の例には以下が含まれる（ただしこれらに限定されない）：抗体、ポリペプチド、脂質成分、例えばコレステロール成分、コール酸、チオエーテル、例えばヘキシル-s-トリチルチオール、チオコレステロール、脂肪族鎖、例えばドデカンジオール又はウンデシル残基、リン脂質、例えばジ-ヘキサデシル-rac-グリセロール又はトリエチルアンモニウム1-ジ-o-ヘキサデシル-rac-グリセロ-S-h-ホスホネート、ポリアミン又はポリエチレングリコール鎖、アダマンタン酢酸、パルミチル成分、オクタデシルアミン又はヘキシルアミノ-カルボニル-オキシコレステロール成分。
成分は、陽性荷電ポリマー、例えば陽性荷電ペプチド（すなわち例えば長さが約1から50アミノ酸残基）又はポリアルキレンオキシド（例えばポリエチレングリコール（PEG）又はポリプロピレングリコール）であり得る。適切には、陽性荷電ポリマー、例えばポリアルキレンオキシドは、リンカー（例えば離脱可能リンカー）を介してオリゴマーに結合させることができる。
NtMRPポリペプチドの発現を測定しているとき、細胞内のNtMRPポリペプチドをコードするmRNAの量の検出は、例えばPCR又はノザンブロットによって定量できる。サンプル中のNtMRPポリペプチドの量の変化を測定しているとき、抗NtMRP抗体の使用によるNtMRPの検出を用い公知の技術により、細胞内のNtMRPポリペプチド量を定量できる。また別には、生物学的活性（例えば重金属（例えばカドミウム）輸送）は、試験薬剤との接触前及び接触後に測定できる。
別の実施態様では、ポリペプチドと免疫反応する抗体が本明細書で提供される。本明細書に示されるNtMRPポリペプチド、フラグメント、変種、融合ポリペプチドなどを、それらと免疫反応する抗体の作製に“免疫原”として利用することができる。そのような抗体は、抗体の抗原結合部位を介して当該ポリペプチドと特異的に結合する。特異的に結合する抗体は、NtMRPファミリーポリペプチド、ホモローグ及び変種を特異的に認識しこれと結合するが、他の分子とは結合しないものである。ある実施態様では、抗体は、本明細書に示されるNtMRPアミノ酸配列を有するポリペプチドに特異的であり、他のポリペプチドと交差反応しない。
より具体的には、前記ポリペプチド、フラグメント、変種、融合ポリペプチドなどは、抗体の形成を誘引する抗原決定基又はエピトープを含む。これらの抗原決定基又はエピトープは線状又は構造性（不連続性）のどちらかであり得る。線状エピトープはポリペプチドのアミノ酸のただ1つの断片を含み、一方、構造性又は不連続性エピトープは、ポリペプチドの折り畳みに際して近接するようになったポリペプチド鎖の別個の領域のアミノ酸断片を含む。エピトープは当業界で公知の任意の方法によって同定できる。さらにまた、当該ポリペプチドのエピトープをアッセイにおいて研究用試薬として用い、ポリクローナル血清又は培養ハイブリドーマの上清のような物質から特異的な結合抗体を精製できる。ポリペプチドのそのようなエピトープ又は変種は、当業界で公知の方法、例えば固相合成、ポリペプチドの化学的若しくは酵素的切断、又は組換えDNA技術を用いて作製できる。
当該ポリペプチドに対するポリクローナル及びモノクローナル抗体のいずれも通常的技術によって調製できる。ポリペプチドに特異的なモノクローナル抗体を生成するハイブリドーマ細胞株もまた本明細書で意図される。そのようなハイブリドーマは通常的な技術によって作出し同定できる。抗体の製造のためには、NtMRPポリペプチド、そのフラグメント、変種又は変異体を用い多様な宿主動物を注射によって免疫できる。そのような宿主動物にはいくつかを示せばウサギ、マウス及びラットが含まれるが、ただしこれらに限定されない。多様なアジュバントを用いて免疫学的応答を高めることができる。そのようなアジュバントには、宿主の動物種に応じて、フロイントの（完全及び不完全）アジュバント、鉱物ゲル、例えば水酸化アルミニウム、表面活性物質、例えばリゾレシチン、プルロニックポリオール、多価陰イオン、ペプチド、オイルエマルジョン、スカシガイヘモシアニン、ジニトロフェノール、及び潜在的に有用なヒトアジュバント（例えばBCG（bacille Calmette-Guerin）及びコリネバクテリウム・パルブム（Corynebacterium parvum））が含まれるが、ただしこれらに限定されない。モノクローナル抗体は通常的技術によって回収できる。そのようなモノクローナル抗体は任意の免疫グロブリンクラス（IgG、IgM、IgE、IgA、IgDを含む）及びその任意のサブクラスであり得る。
抗体はまた、ポリペプチド又はそのフラグメントの存在を検出するアッセイでin vitro又はin vivoで用いることができる。抗体はまた、免疫親和性クロマトグラフィーによるポリペプチド又はフラグメントの精製で利用することができる。
多様な実施態様が、NtMRPポリヌクレオチドの発現レベルが実質的に低下し葉身へのカドミウム輸送が削減され又は妨げられる変異体の、天然に存在しない又はトランスジェニックな植物、並びにバイオマス及び種子を提供する。前記葉身は多様な消耗品（例えば喫煙物品、例えば葉巻、紙巻きタバコ及び無煙タバコ製品（すなわち不燃性））に取りこむことができる。これら喫煙物品及び無煙製品中の％カドミウム削減は、非変異体の、天然に存在しない又は非トランスジェニックな対応物に由来する消耗品と比較したとき、少なくとも約5％、10％、15％、20％、25％、30％、35％、40％、45％、50％、55％、60％、65％、70％、75％、80％、85％、90％、95％、97％、98％、99％若しくは100％、200％、又は300％以下の値であり得る。いくつかの実施態様では、これら喫煙物品及び無煙製品のカドミウム含有量は、約0.01から約0.05パーツパーミリオン（ppm）、約0.01から約0.1ppm、約0.01から約0.5ppm、約0.01から約1.0ppm、又は約0.01から約5ppmの範囲の値である。いくつかの実施態様では、これら喫煙物品及び無煙製品のカドミウム含有量は、約0.001ppm未満、約0.01ppm未満、又は約0.05ppm未満、又は約0.49ppm未満、又は約0.5ppm未満である。植物のカドミウム蓄積度は、遺伝子型の複雑度及び生育環境に起因するいくつかのパラメーターにしたがって実質的に変動し得る。例えば野外で生育させたタバコの葉のカドミウム濃度は、例えば農業的気候、土壌品質、栽培変種、並びに用いられた肥料のタイプ及び由来のような因子にしたがって極端に変動し得る。さらにまた、タバコの植物の種々の部分における相対的なカドミウム分布パターンも、種、器官/組織及び生育条件（すなわち野外生育対水耕生育）にしたがって変動し得る。平均して、野外生育タバコ葉（中肋及び葉脈を含む）で測定されるカドミウム濃度は、約0.5から5ppm（パーツパーミリオン又はマイクログラム/タバコ葉乾燥重量グラム）の範囲であり得る。しかしながら、多くの刊行物のカドミウムレベルは、典型的には、分析のために採集したタバコの成熟段階、タバコの品種又は具体的な葉の部分（すなわち葉柄部位からの除去）を規定していない。いくつかの品種では、下方の葉は、中間及び上方の葉より高レベルのカドミウムを蓄積し得る。細胞内レベルでは、カドミウムは、植物細胞の多様な成分（細胞壁、細胞質、葉緑体、核及び液胞）で見出され得る。
さらにまた、タバコ葉で測定されたカドミウム含有量は、当該タバコの植物を生育させた土壌環境のカドミウムレベルに実質的に左右され変動し得る。カドミウム汚染区域で生育したタバコの葉は、非汚染区域で生育した遺伝的に同一の対応物の葉（約0.4から約8ppmの範囲でカドミウムを蓄積する）と比較して約35ppm以上のカドミウムを蓄積し得る。カドミウム汚染区域で生育した植物の葉の液胞は、非常に高いカドミウム濃度を蓄積し得る。関心をもたれているある植物種に適切である、本開示の組成物を適用する方法は当業者には公知である。
植物の重金属含有量は当業界で公知の多様な方法を用いて測定できる。好ましい方法は、誘導結合プラズマ質量分析法（inductively coupled plasma-mass spectrophotometry，“ICP-MS”）（Agilent 7500A, Agilent Technologies, Palo Alto, CA）の使用を含む。
本明細書に記載する、変異体の、天然に存在しない又はトランスジェニックな植物は、他の使用、例えば農業における使用を有することができる。例えば、変異体の、天然に存在しない又はトランスジェニックな植物を用いて、動物の飼料及び人の食品を製造できる。本明細書に記載の植物の種子を条件付けし、当業界で公知の手段によって包装材中に袋詰めして、製品にすることができる。包装材（例えば紙又は布）は当業界で周知である。種子の包装物は、包装物中の種子の性質を記載したラベル、例えば、包装材にしっかりと固定された付箋又はラベル、包装材に印刷されたラベル又は包装物内に挿入されたラベルを有することができる。
変異NtMRP対立遺伝子を保有する植物を植物育種プログラムで用いて、有用な系統、品種及びハイブリッドを作出できる。特に、変異NtMRP対立遺伝子は上記に記載した商業的に重要な品種に移入される。したがって、本明細書に記載の変異体植物、天然に存在しない植物又はトランスジェニックな植物を別個の遺伝的個性を含む植物と交雑する工程を含む、植物の育種方法が提供される。本方法は、さらに子孫植物を別の植物と交雑し、場合によって、所望の遺伝的特質又は遺伝的バックグラウンドを持つ子孫が得られるまで交雑を繰り返す工程を含むことができる。そのような育種方法によって達成される一つの目的は、所望の遺伝的特質を他の品種、育種系統、ハイブリッド又は栽培変種、特に商業的に関心を示されているものに導入することである。別の目的は、ただ１つの植物品種、系統、ハイブリッド又は栽培変種における種々の遺伝子の遺伝的改変の積み重ねの促進である。種内交配も種間交配と同様に意図される。そのような交雑から生じた子孫植物（前記もまた育種系統と称される）もまた天然に存在しない植物の例である。
ある実施態様では、以下の工程を含む、天然に存在しない植物を作出する方法が提供される：（a）変異体植物又はトランスジェニック植物を第二の植物と交雑して子孫種子を得る工程；（b）植物の生育条件下で子孫種子を生育させ、天然に存在しない植物を得る工程。前記方法は、さらに（c）天然に存在しない植物の前の世代をそれ自体と又は別の植物と交雑させて子孫種子を得る工程；（d）植物の生育条件下で工程（c）の子孫種子を生育させてさらに追加の天然に存在しない植物を得る工程；及び（e）（c）及び（d）の交雑及び生育工程を多数回繰り返し、天然に存在しない植物の更なる世代を作出する工程を含むことができる。前記方法は、場合によって工程（a）の前に、その性状が決定されさらに変異体植物又はトランスジェニック植物と同一でない遺伝的個性を含む親植物を提供する工程を含むことができる。いくつかの実施態様では、、数世代の天然に存在しない植物を作出するために、育種プログラムに応じて交雑及び生育工程が0から2回、0から3回、0から4回、0から5回、0から6回、0から7回、0から8回、0から9回、0から10回繰り返される。戻し交雑はそのような方法の1例であり、そこでは、親の1つの遺伝的個性とより近い遺伝的個性を有する次世代の子孫植物を得るために、子孫がその親の1つ又はその親と遺伝的に類似する別の植物と交雑される。植物育種、特にタバコの植物の育種のための技術は周知であり、本明細書に記載の方法で用いることができる。本開示はさらに、これらの方法によって作出された天然に存在しない植物を提供する。
本明細書に記載した方法のいくつかの実施態様では、育種及び変種NtMRP遺伝子のスクリーニングから生じた系統が、標準的な野外方法を用いて野外で評価される。変異が導入されていない最初の親を含むコントロールの遺伝子型が含まれ、記入は、任意抽出した完全なブロックデザイン又は他の適切なフィールドデザインとして野外で整理される。タバコのためには、標準的な農業的慣行が用いられ、例えばタバコを採集し、重量を測定し、化学的及び他の一般的検査のために養生前及び養生中に標本を採取する。データの統計的解析を実施し、親系統に対する選択系統の類似性を確認する。選択した植物の細胞遺伝学的解析も場合によって実施し、染色体の補完及び染色体の対合関係を確認する。
DNAフィンガープリント、一ヌクレオチド多形性、ミクロサテライトマーカー又は類似の技術をマーカー支援選別（MAS）育種プログラムで用いて、本明細書に記載するようにNtMRP遺伝子の変異対立遺伝子を他のタバコに移転させるか又は育種を実施する。例えば、育種者は、農業的に所望される遺伝子型を有する変異対立遺伝子を含む遺伝子型のハイブリダイゼーションから形質分離集団を作出できる。F2又は戻し交雑世代の植物を、NtMRPゲノム配列又はそのフラグメントから開発したマーカーを本明細書に列挙した技術の1つで用いてスクリーニングできる。変異対立遺伝子を所有すると認定された植物を戻し交雑して、スクリーニングするべき第二の集団を作出する。予想される遺伝パターン又は用いられるMAS技術に応じて、所望される個々の植物の認定を支援するために、戻し交雑の各サイクルの前に選択植物を自家受粉させることが必要であるかもしれない。戻し交雑又は他の育種方法は、反復親の所望の表現型が回復するまで繰り返すことができる。
本開示にしたがえば、育種プログラムでは、交雑が成功すれば生殖能力を有するF1を生じる。選択したF1植物を親の1つと交雑することができ、第一の戻し交雑世代を自家受粉させて、再び変種NtMRP遺伝子発現（例えばNtMRP遺伝子の無効型）についてスクリーニングされる集団を作出する。戻し交雑、自家受粉及びスクリーニングのプロセスは、最後のスクリーニングが、繁殖能力を有し反復親と相応に類似する植物をもたらすまで少なくとも4回繰り返される。所望するならば、この植物を自家受粉させ、続いて子孫を再度スクリーニングし、植物が変種NtMRP遺伝子発現を示すことを確認する。いくつかの実施態様では、F2世代の植物集団が変種NtMRP遺伝子発現についてスクリーニングされる。例えば、NtMRP遺伝子が存在しないためにNtMRPを発現できない植物が、標準的な方法にしたがって（例えば本明細書に記載のNtMRPのヌクレオチド配列情報に基づくプライマーによるPCR方法を用いる）同定される。
第一の品種の雌性親植物（すなわち種子の親）の自家受粉を防いで第二の品種の雄性親植物の花粉を受け入れ、F1ハイブリッドの種子を前記雌性植物上で形成させることによってハイブリッド品種を作出することができる。雌性植物の自家受粉は、花の発育の初期に花を除雄することによって予防できる。また別には、雄性不稔の1つの型を用いて雌性親植物で花粉形成を妨げてもよい。例えば、雄性不稔は、細胞質雄性不稔（CMS）、又はトランスジェニック雄性不稔（トランスジーンが小胞子形成及び／又は花粉形成を阻害する）、又は自家不和合性によって生じ得る。CMSを含む雌性親植物は特に有用である。雌性親植物がCMSである実施態様では、繁殖能力を有する雄性親から花粉を採集してCMS雌性親植物の柱頭に手で塗布し、生じたF1種子を採集する。
本明細書に記載する品種及び系統を用いて1回交雑F1ハイブリッドを形成することができる。そのような実施態様では、親品種の植物を実質的に均質な隣接集団として生育させ、雄性親植物から雌性親植物への自然の交雑受粉を促進することができる。雌性親植物で形成されたF1種子を通常の手段によって選択的に採集する。さらにまた、2つの親植物品種を大量に生育させ、自家受粉の結果として雌性親植物で形成されたF1ハイブリッド種子及び雄性親で形成された種子の混合物を採集してもよい。また別には、1回交雑F1ハイブリッドを雌性親として用い別個の雄性親と交雑させる3方向交雑を実施してもよい。別の選択肢として、2つの別個の1回交雑のF1子孫自体を交雑させる二重交雑ハイブリッドを作出することもできる。
変異体の、天然に存在しない又はトランスジェニックな植物の集団を、所望の特質又は表現型を有する集団メンバーについてスクリーニング又は選別することができる。例えば、単一の形質転換事象からの子孫集団を、NtMRPポリペプチド又はポリヌクレオチドの所望の発現レベルを有する植物についてスクリーニングできる。物理的及び生化学的方法を用いて発現レベルを同定できる。これらの方法には以下が含まれる：ポリヌクレオチドの検出にはサザン分析又はPCR増幅；RNA転写物の検出にはノザンブロット、S1 RNase保護、プライマー伸長又はRT-PCR増幅；ポリペプチド及びポリヌクレオチドの酵素又はリボザイム活性を検出するための酵素アッセイ；並びにポリペプチドを検出するためのタンパク質ゲル電気泳動、ウェスタンブロット、免疫沈澱及び酵素結合免疫アッセイ。他の技術（例えばin situハイブリダイゼーション、酵素染色及び免疫染色）もまた、ポリペプチド若しくはポリヌクレオチドの存在又は発現の検出に用いることができる。
1つ以上の組換えヌクレオチド、例えば1つ以上の単離NtMRPポリヌクレオチド、1つ以上のポリヌクレオチド構築物、1つ以上の二本鎖RNA、1つ以上の複合物又は1つ以上のベクター/発現ベクターを含む変異体の、天然に存在しない又はトランスジェニックな植物細胞及び植物が本明細書で提供される。
NtMRPの発現は、RT-PCR、ノザンブロット、RNase保護、プライマー伸長、ウェスタンブロット、タンパク質のゲル電気泳動、免疫沈澱、酵素結合免疫アッセイ、チップアッセイ及び質量分析法を含む方法を用いて評価できる。あるポリペプチドが組織優先性プロモーター又は広範囲に発現されるプロモーターの制御下で発現される場合には、発現は全植物又は選択組織で評価できることは特記されるべきでである。同様に、ポリペプチドが特定の期間、例えば発育の特定時期に又は誘導に際して発現される場合は、発現は所望の期間に選択的に評価できる。
本明細書に記載の植物（ただしこれらに限定されない）は、NtMRPの発現又は活性が調節（例えば低下又は阻害）される前又は後で、他の目的のために改変できる。以下の遺伝的改変の1つ以上が変異体の、天然に存在しない又はトランスジェニックな植物に存在し得る。ある実施態様では、重金属取り込み又は重金属輸送に必要なさらに別の1つ以上の遺伝子が改変され、改変されていないコントロール植物又はその部分よりも低い重金属含有量を有する植物又は植物部分を生じる。非限定的な例には、陽イオン拡散促進因子（CDF）ファミリー、Zrt-, Irt-様タンパク質（ZIP）ファミリー、陽イオン交換（CAX）ファミリー、銅輸送（COPT）ファミリー、重金属P-型ATPaseファミリー（HMA、WO2009074325に記載）、天然の耐性関連マクロファージタンパク質（NRAMP）のホモローグのファミリーの遺伝子、及びATP結合カセット（ABC）輸送因子のファミリーの別のメンバー（重金属（例えばカドミウム）の輸送に参加する）が含まれる。本明細書で用いられる重金属という用語には遷移金属が含まれる。別の実施態様では、窒素性代謝中間物の変換に中心的に関与する1つ以上の遺伝子が改変され、加熱したときコントロール植物又はその部分よりも低いレベルの少なくとも1つのタバコ特異的ニトロソアミン（例えば4-(メチルニトロソアミノ)-1-(3-ピリジル)-1-ブタノン、N-ニトロソノルニコチン、N-ニトロソアナタビン及びN-ニトロソアナバシン）を生成する植物又は植物部分（例えば葉）を生じる。改変できる遺伝子の非限定的な例にはニコチンデメチラーゼ、例えばニコチンからノルニコチンへの変換に参加するCYP82E4、CYP82E5及びCYP82E10が含まれ、WO2006091194、WO2008070274、WO2009064771及びPCT/US2011/021088に記載されている。
改変の例には除草剤寛容性が含まれる。例えばグリホセートは、多くの広域除草剤の活性成分である。グリホセート耐性トランスジェニック植物は、aroA遺伝子（ネズミチフス菌（Salmonella typhimurium）及び大腸菌（E. coli）由来のグリホセートEPSPシンターゼ）を移転することによって作り出された。スルホニルウレア耐性植物は、アラビドプシス由来の変異AKLS（アセトラクテートシンターゼ）遺伝子で形質転換することによって作出された。変異アマランタス・ヒブリダス（Amaranthus hybridus）の光化学系IIのOBタンパク質を植物に移転させ、アトラジン耐性トランスジェニック植物が作出された。さらにブロモキシニル耐性植物は、肺炎杆菌（Klebsiella pneumonia）のbxn遺伝子を取り込むことによって作出された。別の例示的改変は昆虫に対して耐性を有する植物を生じる。バシルス・チューリンギエンシス（Bacillus thuringiensis（Bt））毒素は、最近ブロッコリーで示されたように（漸増cry1Ac及びcry1C Bt遺伝子は、どちらか1つのタンパク質に対して耐性を有するダイアモンドバックモスを制御し、耐性昆虫の発生を顕著に遅らせた）、Bt耐性害虫の出現を遅らせる有効な方法を提供する。別の例示的改変は、病原体（例えばウイルス、細菌、カビ）によって引き起こされる疾患に対して耐性を示す植物を生じる。Xa21遺伝子（細菌の胴枯れ病（blight）耐性）を発現する植物が、Bt融合遺伝子及びキチナーゼ遺伝子（イェローステムボアラー耐性及び鞘（sheath）寛容性）の両方を発現する植物とともに操作された。別の例示的改変は、変異生殖能力（例えば雄性不稔）をもたらす。別の例示的改変は、非生物的ストレス（例えば乾燥、温度、塩度）に寛容である植物をもたらし、寛容なトランスジェニック植物は、アラビドプシス由来のリン酸アシルグリセロール酵素、マンニトールデヒドロゲナーゼ及びソルビトールデヒドロゲナーゼをコードする遺伝子（マンニトール及びソルビトールの合成に必要であり乾燥耐性を改善する）を移転させることによって作出された。別の例示的改変は、ヒトで使用するために好ましい免疫原性特性を有するタンパク質を生成する植物を生じる。例えば、そのN-グリカンにアルファ-1,3-結合フコース残基、ベータ1,2-結合キシロース残基、又はその両方を実質的に欠くタンパク質を生成できる植物は有用である。他の例示的改変は、改善された貯蔵タンパク質及び油を含む植物、光合成効率が高められた植物、貯蔵期間が延長された植物、炭水化物含有量が増加した植物、及びカビに耐性を有する植物、アルカロイドの生合成に必要な酵素をコードする植物を生じる。S-アデノシル-L-メチオニン（SAM）及び／又はシスタチオニンガンマ-シンターゼ（CGS）の発現が調節された植物もまた意図される。
本明細書に記載の植物（ただしこれらに限定されない）はさらに以下のように改変され得る。そのような更なる改変には以下が含まれる（ただしこれらに限定されない）：（a）除草剤に寛容性を示すことができる植物[例えばグリホセートは、多くの広域除草剤の活性成分である。グリホセート耐性トランスジェニック植物は、aroA遺伝子（ネズミチフス菌及び大腸菌由来のグリホセートEPSPシンターゼ）を移転することによって作り出された。スルホニルウレア耐性植物は、アラビドプシス由来の変異AKLS（アセトラクテートシンターゼ）遺伝子で形質転換することによって作出された。変異アマランタス・ヒブリダスの光化学系IIのOBタンパク質を植物に移転させ、アトラジン耐性トランスジェニック植物が作出された。さらにブロモキシニル耐性植物は、肺炎杆菌のbxn遺伝子を取り込むことによって作出された]；（b）植物は昆虫耐性である［バシルス・チューリンギエンシス（Bt）毒素は、最近ブロッコリーで示されたように（漸増cry1Ac及びcry1C Bt遺伝子は、どちらか1つのタンパク質に対して耐性を有するダイアモンドバックモスを制御し、耐性昆虫の発生を顕著に遅らせた）、Bt耐性害虫の出現を遅らせる有効な方法を提供する］；（c）ウイルス耐性植物［タバコモザイクウイルス植物がウイルスコートタンパク質を導入することによって作出された。他のウイルス耐性トランスジェニック植物には、ジャガイモウイルスに耐性のジャガイモの植物、RSV耐性のイネ、及びYMV体性の黒ヒヨコマメ及び緑色ヒヨコマメが含まれる］；（d）細菌耐性植物［Xa21遺伝子（細菌の胴枯れ病（blight）耐性）を発現する植物が、Bt融合遺伝子及びキチナーゼ遺伝子（イェローステムボアラー耐性及び鞘（sheath）寛容性）の両方を発現する植物とともに操作された］；（e）ストレス寛容トランスジェニック植物［低温寛容トランスジェニック植物がアラビドプシス由来のリン酸アシルグリセロール酵素、マンニトールデヒドロゲナーゼ及びソルビトールデヒドロゲナーゼをコードする遺伝子（マンニトール及びソルビトールの合成に必要であり乾燥耐性を改善する）を移転させることによって作出された］；（f）ヒトで使用するために好ましい免疫原性特性を有するタンパク質を生成する植物［例えば、そのN-グリカンにアルファ-1,3-結合フコース残基、ベータ1,2-結合キシロース残基、又はその両方を実質的に欠くタンパク質を生成できる植物］；並びに（g）トランスジェニック植物の他の例は、改善された貯蔵タンパク質及び油を含む植物、光合成効率が高められた植物、貯蔵期間が延長された植物、炭水化物含有量が増加した植物、及びカビに耐性を有する植物、アルカロイドの生合成に必要な酵素をコードする植物である。細菌の有機水銀解毒経路（水銀レダクターゼ、merA）及び有機水銀リアーゼ、merBのための遺伝子は、アラビドプシス中で交雑することによって結合させた。両遺伝子を発現する植物は野生型植物より50倍高いメチル水銀濃度で生育できた。
1つ以上のそのような特質は、変異体の、天然に存在しない又はトランスジェニックなタバコの植物に別のタバコの栽培変種から移入するか、又は当該植物を直接形質転換できる。変異体の、天然に存在しない又はトランスジェニックなタバコの植物への特質の移入は、当業界で公知の植物育種の方法のいずれかによって、例えば、系統育種、戻し交雑、倍加半数体育種などによって達成できる（例えば以下を参照されたい：Wernsman, E. A, and Rufty, R. C. 1987. Chapter Seventeen. Tobacco. Pages 669-698 In: Cultivar Development. Crop Species. W. H. Fehr (ed.), MacMillan Publishing Co, Inc., New York, N.Y 761 pp.）。上記に記載した分子生物学系の技術（特にRFLP及びミクロサテライトマーカー）をそのような戻し交雑で用い、もっとも高度な遺伝的同一性を有する子孫を反復親と同一とすることができる。これによって、反復親と少なくとも90％、好ましくは少なくとも95％、より好ましくは少なくとも99％の遺伝的同一性を有し、さらに好ましくは反復親と遺伝的に同一であり、さらに供与親から移入された特質を含む品種の作出を加速され得る。そのような遺伝的同一性の決定は当業界で公知の分子マーカーによることができる。
最後の戻し交雑世代を自殖させ、移転させるポリヌクレオチドのために純粋な育種子孫を提供することができる。生じた植物は、一般的には、移転される特質（例えば1つ以上の単一遺伝子の特質）に加えて、変異体の天然に存在しない又はトランスジェニックな植物の形態学的及び生理学的性状の本質的に全てを有する。正確な戻し交雑プロトコルは変異させる特質に左右され、適切な試験プロトコルが決定されるであろう。移転させる特質が優性対立遺伝子であるとき戻し交雑の方法は単純化されるが、劣性対立遺伝子もまた移転させることができる。この場合には、子孫の試験を導入して、所望の特質の移転が成功したか否かを決定する必要があるかもしれない。
多様な実施態様は、より低量のカドミウムが蓄積されるようにNtMRPポリヌクレオチドの発現レベルが低下した変異体の、天然に存在しない又はトランスジェニックな植物をバイオマスと同様に提供する。
そのような植物（特にタバコの植物）の部分、より具体的にはタバコの植物の葉身及び中肋は、多様な消耗品の製造に取り込まれるか又は使用され得る。前記消耗品には、エーロゾル形成物質、エーロゾル形成装置、喫煙物品、喫煙系物品、無煙製品及びタバコ製品が含まれるが、ただしこれらに限定されない。エーロゾル形成物質には、タバコ組成物、タバコ、タバコ抽出物、カットフィラー、養生タバコ、エキスパンドタバコ、ホモジェネートタバコ、再構成タバコ及びパイプタバコが含まれるが、ただしこれらに限定されない。喫煙物品及び喫煙系物品はエーロゾル形成装置タイプである。喫煙物品又は喫煙系物品には、紙巻きタバコ、細葉巻及び葉巻が含まれるが、ただしこれらに限定されない。無煙製品の例はかみタバコ及びかぎタバコを含む。燃焼させるのではない、ある種のエーロゾル形成装置では、タバコ組成物又は別のエーロゾル形成物質が１つ以上の電気的加熱エレメントによって加熱されエーロゾルを生じる。別のタイプの加熱エーロゾル形成装置では、エーロゾルは、燃焼性燃料エレメント又は熱源から物理的に分離されてあるエーロゾル形成物質へと熱を移転させることによって生じ、前記は熱源内、熱源周囲又は熱源の下流に局在し得る。無煙タバコ製品及び多様なタバコ含有エーロゾル形成物質は任意の形態でタバコを含むことができる。前記形態には、乾燥粒子、細片、顆粒、粉末又はスラリーが含まれ、それらは任意の形式で、例えばフレーク、フィルム、タブ、フォーム又はビーズ上に沈積されるか、その中に混合されるか、それらによって取り巻かれてあるか、或いは他の成分と一緒に結合されてある。本明細書で用いられるように、“煙”という用語は、喫煙物品（例えば紙巻きタバコ）によって、又はエーロゾル形成物質を燃焼させることによって生じるエーロゾルタイプを言う。
ある実施態様では、本明細書に記載の変異体の、トランスジェニックな及び天然に存在しないタバコの植物に由来する養生物質がまた提供される。緑色タバコ葉を養生するプロセスは当業者には公知で、空気養生、火熱養生、熱気送管養生及び天日養生が含まれるが、ただしこれらに限定されない。緑色タバコ葉の養生プロセスは採集されたタバコのタイプに左右される。例えば、バージニアフル（ブライト）タバコは典型的には熱気送管養生され、バーリー（Burley）及びある種のダーク株は通常空気養生され、パイプタバコ、かみタバコ及びかぎタバコは通常火熱養生される。
別の実施態様では、タバコ含有エーロゾル形成物質を含むタバコ製品が記載され、前記エーロゾル形成物質は、好ましくは本明細書に記載の変異体のタバコの植物、トランスジェニックなタバコの植物又は天然に存在しないタバコの植物に由来する葉（好ましくは養生された葉）を含む。本明細書に記載のタバコ製品は、未改変タバコをさらに含むブレンドタバコ製品でもよい。
変異体の、天然に存在しない又はトランスジェニックな植物は他の使用（例えば農業における使用）を有する。例えば、本明細書に記載の変異体の、天然に存在しない又はトランスジェニックな植物を用いて動物の飼料又は人の食品を製造できる。
本開示はまた、本明細書に記載の変異体植物、天然に存在しない植物又はトランスジェニック植物を栽培する工程及び前記栽培植物から種子を収集する工程を含む、種子の製造方法を提供する。本明細書に記載の植物に由来する種子を条件付けし、当業界で公知の手段によって包装材中に袋詰めして、製品にすることができる。包装材（例えば紙又は布）は当業界で周知である。種子の包装物は、包装物中の種子の性質を記載したラベル、例えば、包装材にしっかりと固定された付箋又はラベル、包装材に印刷されたラベル又は包装物内に挿入されたラベルを有することができる。
同定、選別又は育種のために植物を遺伝型に分類するための組成物、方法及びキットは本開示に包含され、前記は、ポリヌクレオチドサンプル中のNtMRPポリヌクレオチドの存在を検出する手段を含むことができる。したがって、NtMRPポリヌクレオチドの少なくとも一部分を特異的に増幅させるための1つ以上のプライマー、及び場合によって増幅又は検出を実施するための1つ以上のプローブ又は1つ以上の試薬を含む組成物が記載される。
したがって、NtMRPポリヌクレオチドに対応する、連続する約10以上のポリヌクレオチドを含む遺伝子特異的オリゴヌクレオチドプライマー又はプローブが提供される。前記プライマー又はプローブは、NtMRPポリヌクレオチドとハイブリダイズする（例えば特異的にハイブリダイズする）約15、20、25、30、40、45又は50以上の連続するポリヌクレオチドを含むか又は前記から成ることができる。いくつかの実施態様では、プライマー又はプローブは、約10から50の連続するヌクレオチド、約10から40の連続するヌクレオチド、約10から30の連続するヌクレオチド、又は約15から30の連続するヌクレオチドを含むか又は前記から成ることができる。前記は、遺伝子同定の配列依存的方法（例えばサザンハイブリダイゼーション）、又は単離（例えば細菌コロニー又はバクテリオファージプラークのin situハイブリダイゼーション）、又は遺伝子検出（例えばポリヌクレオチド増幅又は検出で1つ以上の増幅プライマーとして）で用いることができる。前記1つ以上の特異的プライマー又はプローブは、NtMRPポリヌクレオチドの一部分若しくは全てを増幅又は検出するために、設計及び使用できる。具体的に例示すれば、ポリメラーゼ連鎖反応プロトコルで、2つのプライマーを用いてNtMRPポリヌクレオチドをコードするポリヌクレオチドフラグメント（例えばDNA又はRNA）を増幅させることができる。ポリメラーゼ連鎖反応はまた、NtMRPポリヌクレオチド配列から誘導した1つのプライマー及びNtMRPポリヌクレオチド配列の上流又は下流の配列（例えばNtMRPプロモーター配列、mRNA前駆体の3'末端又はベクターから誘導した配列）とハイブリダイズする第二のプライマーを用いて実施してもよい。ポリヌクレオチドのin vitro増幅に有用なサーマル及びイソサーマル技術の例は当業界では周知である。サンプルは、本明細書に記載の植物、植物細胞若しくは植物材料、又は前記から作製若しくは誘導した植物製品に由来し得る。
したがって、さらに別の特徴では、以下の工程を含む、サンプル中のNtMRPポリヌクレオチドを検出する方法が提供される：（a）ポリヌクレオチドを含むか又は含むと思われるサンプルを提供する工程；（b）前記サンプルを、NtMRPポリヌクレオチドの少なくとも一部分を特異的に検出する1つ以上のプライマー又は1つ以上のプローブと接触させる工程；及び（c）増幅生成物の存在を検出する工程（ここで増幅生成物の存在はNtMRPポリヌクレオチドがサンプルに存在することの指標である）。さらに別の特徴では、NtMRPポリヌクレオチドの少なくとも一部分を特異的に検出する1つ以上のプライマー又はプローブの使用が提供される。NtMRPポリヌクレオチドの少なくとも一部分を検出するキットもまた提供され、前記はNtMRPポリヌクレオチドの少なくとも一部分を特異的に検出する1つ以上のプライマー又はプローブを含む。キットは、ポリヌクレオチド増幅（例えばポリメラーゼ連鎖反応（PCR））のための試薬、又はポリヌクレオチドプローブハイブリダイゼーション検出技術（例えばサザンブロット、ノザンブロット、in situハイブリダイゼーション又はマイクロアレイ）のための試薬を含むことができる。キットは、抗体結合検出技術（例えばウェスタンブロット、ELISA、SELDI質量分析法）のための試薬又は検査細片を含むことができる。キットはDNA塩基配列決定のための試薬を含むことができる。キットは、重金属（例えばカドミウム）含有量を決定するための試薬及び／又は指示を含むことができる。いくつかの実施態様では、キットは、記載の方法の1つ以上についての指示を含むことができる。記載のキットは、遺伝的同一性の決定、系統発生研究、遺伝子型決定、ハプロタイプ決定、系統解析、又は植物育種（特に共優占種スコアリングによる）のために有用であり得る。
本開示はまた、NtMRPポリヌクレオチドを含む植物、植物細胞又は植物材料の遺伝型を決定する方法を提供する。遺伝型決定は、染色体対のホモローグを識別する手段を提供し、植物集団中の分離個体の弁別に用いることができる。分子マーカー方法は、系統発生研究、作物品種間の遺伝的関係の特徴付け、交雑又は体細胞ハイブリッドの同定、単性特質に影響する染色体断片の存在位置の決定、マップ依存クローニング、及び定量的遺伝の研究に用いることができる。個々の遺伝型決定方法は、多数の分子マーカー解析技術（増幅フラグメント長の多形性（AFLP）を含む）を利用することができる。AFLPは、ヌクレオチド配列の多様性によって生じる増幅フラグメント間の対立遺伝子相違の産物である。したがって、AFLP解析のような技術を用いて、NtMRPとこれらの遺伝子又はポリヌクレオチドと遺伝的に連結されている染色体配列の分離を追跡する手段が記載される。
本発明はさらに以下の実施例で説明されるであろう（前記実施例は、特許請求の範囲に開示する本発明の範囲を制限しようとするものではない）。
実施例
以下の実施例は例示として提供され限定として提供されるものではない。特段の指示がなければ、分子生物学、植物生物学、バイオインフォーマティクス及び植物育種の通常的技術並びに方法が用いられる。
NtMRP3 DNAのゲノム配列の同定
タバコBACライブラリー
細菌人工染色体（BAC）ライブラリーを以下のように調製する：ニコチアナ・タバクムの品種ヒックスブロードリーフ（Hicks Broad Leaf）の温室生育植物の葉から核を単離する。標準的方法にしたがって前記核から高分子量DNAを単離し、BamHI及びHindIIIで部分的に消化し、BACベクターpINDIGO5のBamHI又はHindIII部位でクローニングする。タバコのゲノムの約9.7倍をカバーする135メガ塩基対の平均挿入物長を含む320,000を超えるクローンを入手する。
タバコゲノム配列のアッセンブリー
ランダムに採取した多数のBACクローンをサンガーの方法を用いて塩基配列決定に付し、平均の長さが550塩基対の1,780,000を超える未加工配列が得られる。メチルフィルタリングは、形質転換に大腸菌Mcr+株を用い低メチル化DNAを単離することによって適用される。CELERAゲノムアッセンブラーを用いて全ての配列をアッセンブリングして、200,000を超えるコンティーグ及び596,970の単一配列を含む800,000を超える配列を得る。コンティーグのサイズは120から15,300塩基対で、平均の長さは1,100塩基対である。NtMRP3 DNAのゲノム配列は、NtMRP3 DNAを含むゲノムの部分を含むBACの塩基配列決定によって同定される。
NtMRP3 RNAi発現ベクターによるタバコの品種の形質転換
タバコの種子を滅菌し、5mL/Lの植物保存混合物（plant preservative mixture, PPM）を補充したMS基礎培地を含むペトリ皿で発芽させる。苗（発芽後7から10日後）を種々のNtMRP3 RNAi発現ベクターによる形質転換のために選別する。アグロバクテリウム・ツメファシエンス（Agrobacterium tumefaciens）LBA4404の単一コロニーを、50mg/Lのカナマイシン（カナマイシンモノスルフェート）を含むLB液体培地に接種し、28℃で48時間レシプロカル振盪（150回/分）によりインキュベートする。遠心分離（6000ｘg、10分）によって培養細胞を収集し、20g/Lのシュクロースを含む20mLのMS液体培地に最終密度0.4−0.7 OD600で懸濁させる。7−10日の苗のエクスプラントを細菌懸濁物に5分間浸漬し、無菌ろ紙上で液体を吸い取る。50のエクスプラントを100mmｘ20mmのペトリ皿中の40mLアリコットのREG寒天培地（0.1mg/Lの1-ナフタレン酢酸（NAA）及び1mg/Lのベンジルアミノプリン（BAP）を補充したMS基礎培地）に置く。前記エクスプラントをアグロバクテリウムと一緒に25℃で共培養する。共培養の3日後、エクスプラントを洗浄し、RCRK培地（100mg/Lのカナマイシン、500mg/Lのカルベニシリン及び5mLのPPMを含むREG培地）に移して形質転換体を選別する。エクスプラントは2週間毎に継代培養する。選択的条件下で生育させて8−12週間後、生存植物（NtMRP3 RNAi発現構築物をそのゲノムに組み込まれた形質転換体を表す）を発根培地（100mg/Lのカナマイシンを補充したMS基礎培地）に移す。発根植物を鉢に移し更なる生育を促す。
タバコの植物におけるNtMRP3ポリヌクレオチドの発現
NtMRP3ポリヌクレオチドの発現を決定するために、全細胞RNAを植物の多様な部分から単離する。全RNAは、TRI(商標)試薬（Sigma-Aldrich, St. Louis, MO）を用いて単離する。DNA不純物を除去するために、精製RNAをRNaseフリーDNase（TURBO DNA-free, Ambion, Austin TX）で処理する。第一のcDNA鎖を合成するために、ハイキャパシティcDNAアーカイブキット（High Capacity cDNA Archive Kit, Applied Biosystems, Foster City, CA）を用いて、約10μgの全RNAを逆転写する。サンプル中のNtMRP3転写物レベルを測定するために、定量的2-工程RT-PCRをタックマンMGBプローブ依存化学反応にしたがって実施する。RT混合物は以下を含む：4μM dNTPミックス、1ｘランダムプライマー、1ｘRT緩衝液、10g cDNA、500Uマルチスクライブ（Multiscribe）逆転写酵素（Applied Biosystems）、2U Superase-In RNase阻害剤（Ambion）及びヌクレアーゼフリー水。PCR混合物は以下を含む：1ｘタックマン（Taqman）ユニバーサルマスターミックス（Applied Biosystems, Foster City, CA）、400nMフォワードプライマー、400nMリバースプライマー、250nMタックマンMGBプローブ、2ngのcDNA及びヌクレアーゼフリー水。RT-PCRは、ABI7500リアルタイムシステム（Applied Biosystems, Foster City, CA）を用い、以下の増幅条件下で実施する：50℃で2分、95℃で10分、95℃で15秒の40サイクル、及び60℃で1分。
タバコの植物におけるNtMRP3ポリヌクレオチドのサイレンシング
仮定的NtMRP3転写物をコードする第一の部分的配列がタバコゲノムイニシアチブ（Tobacco Genome Initiative, TGI）の注釈を用いて見出される。この具体的配列から、プライマーを作製し、RNAiのアプローチを用いてタバコにおけるNtMRP3ポリヌクレオチドをサイレンシングする。対応するNtMRP3 RNAi配列をcDNAからRT-PCRにより増幅させ、続いてゲートウェーベクターpB7GWIWG2(II)に、製造業者（Invitrogen）の説明にしたがって正確に挿入する。このベクターは、植物の全組織でのトランスジーンの構造的発現のためのプロモーター（カリフラワーモザイクウイルスCaMV 35Sプロモーター）及び寒天プレートでのBasta（30mg/mL）による農薬選別のためのbar遺伝子を含んでいる。続いて古典的リーフディスク方法を用い、この構築物をアグロバクテリウム・ツメファシエンスによりバーリータバコKY14のゲノムに挿入する。カルスから、個々の系統を再生し、Basta上で選別する。続いてRNAiサイレンシング系統をRT-PCRによってモニターし、種子の産出のために生育させる。T1種子を収集し、選別のためにBasta含有寒天プレートで再度生育させ、野外で栽培する前に耐性植物を浮遊トレイで増殖させる。
約500mgの植物を量り分け、マイクロウェーブ加速反応系5消化系（CEM corporation, Mathews, NC）によって10mLの濃縮HNO3中で消化する。重金属濃度は、誘導結合プラズマ質量分析法（“ICP-MS”）（Agilent 7500A, Agilent Technologies, Palo Alto, CA）を用いて分析する。非トランスジェニックタバココントロールとして、品質保証（polish-certified）バージニアタバコの葉、CTA-VTL-2から成るサンプルを類似の条件下で調製する。
NtNRP4 DNAのゲノム配列の同定
NtMRP4 DNAのゲノム配列は、NtMRP4 DNAを含むゲノムの部分を含むBACの塩基配列決定によって同定される。配列は図1に示される。
NtMRP4 RNAi発現ベクターによるタバコの品種の形質転換
タバコの種子を滅菌し、5mL/Lの植物保存混合物（PPM）を補充したMS基礎培地を含むペトリ皿で発芽させる。苗（発芽後7から10日後）を種々のNtMRP4 RNAi発現ベクターによる形質転換のために選別する。アグロバクテリウム・ツメファシエンスLBA4404の単一コロニーを、50mg/Lのカナマイシン（カナマイシンモノスルフェート）を含むLB液体培地に接種し、28℃で48時間レシプロカル振盪（150回/分）によりインキュベートする。遠心分離（6000ｘg、10分）によって培養細胞を収集し、20g/Lのシュクロースを含む20mLのMS液体培地に最終密度0.4−0.7 OD600で懸濁させる。7−10日の苗のエクスプラントを細菌懸濁物に5分間浸漬し、無菌ろ紙上で液体を吸い取る。50のエクスプラントを100mmｘ20mmのペトリ皿中の40mLアリコットのREG寒天培地（0.1mg/Lの1-ナフタレン酢酸（NAA）及び1mg/Lのベンジルアミノプリン（BAP）を補充したMS基礎培地）に置く。前記エクスプラントをアグロバクテリウムと一緒に25℃で共培養する。共培養の3日後、エクスプラントを洗浄し、RCPK培地（100mg/Lのカナマイシン、500mg/Lのカルベニシリン及び5mLのPPMを含むREG培地）に移して形質転換体を選別する。エクスプラントは2週間毎に継代培養する。選択的条件下で生育させて8−12週間後、生存植物（NtMRP4 RNAi発現構築物をそのゲノムに組み込まれた形質転換体を表す）を発根培地（100mg/Lのカナマイシンを補充したMS基礎培地）に移す。発根植物を鉢に移し更なる生育を促す。
タバコの植物におけるNtMRP4ポリヌクレオチドの発現
NtMRP4ポリヌクレオチドの発現を決定するために、全細胞RNAを植物の多様な部分から単離する。全RNAは、TRI(商標)試薬（Sigma-Aldrich, St. Louis, MO）を用いて単離する。DNA不純物を除去するために、精製RNAをRNaseフリーDNase（TURBO DNA-free, Ambion, Austin TX）で処理する。第一のcDNA鎖を合成するために、ハイキャパシティcDNAアーカイブキット（Applied Biosystems, Foster City, CA）を用いて、約10μgの全RNAを逆転写する。サンプル中のNtMRP4転写物レベルを測定するために、定量的2-工程RT-PCRをタックマンMGBプローブ依存化学反応にしたがって実施する。RT混合物は以下を含む：4μM dNTPミックス、1ｘランダムプライマー、1ｘRT緩衝液、10g cDNA、500Uマルチスクライブ逆転写酵素（Applied Biosystems）、2U Superase-In RNase阻害剤（Ambion）及びヌクレアーゼフリー水。PCR混合物は以下を含む：1ｘタックマンユニバーサルマスターミックス（Applied Biosystems, Foster City, CA）、400nMフォワードプライマー、400nMリバースプライマー、250nMタックマンMGBプローブ、2ngのcDNA及びヌクレアーゼフリー水。RT-PCRは、ABI7500リアルタイムシステム（Applied Biosystems, Foster City, CA）を用い、以下の増幅条件下で実施する：50℃で2分、95℃で10分、95℃で15秒の40サイクル、及び60℃で1分。
NtMRP4ポリヌクレオチドは、花弁、雄しべ、雌しべ、萼片、さく果、茎、葉及び根由来のcDNAを用いたRT-PCRで決定したとき、タバコの組織で発現される。タバコの植物を水耕栽培溶液で栽培するとき、NtMRP4ポリヌクレオチドの発現は、N.タバクムの根及び葉の両幼植物体でカドミウムによってわずかにアップレギュレートされる（TN90、図2参照）。しかしながら、NtMRP4ポリヌクレオチドはN.ルスチカの葉でも誘導されることが見出されたが、N.タバクムと比較して反対のデータ（ダウンレギュレーション）がN.ルスチカの根で観察され、したがってNtMRPポリヌクレオチドは、N.ルスチカにおける根のカドミウム蓄積及び高いカドミウム寛容に役割を果たす可能性が示唆される。
タバコの植物におけるNtMRP4ポリヌクレオチドのサイレンシング
仮定的NtMRP4転写物をコードする第一の部分的配列（CHO_SL022ｘb24f1.ab1）がタバコゲノムイニシアチブ（TGI）の注釈を用いて見出される。この具体的配列から、プライマーを作製し、RNAiのアプローチを用いてタバコにおけるNtMRP4ポリヌクレオチドをサイレンシングする（図1）。対応するNtMRP4 RNAi配列をcDNAからRT-PCRにより増幅させ、続いてゲートウェーベクターpB7GWIWG2(II)に、製造業者（Invitrogen）の説明にしたがって正確に挿入する。このベクターは、植物の全組織でのトランスジーンの構造的発現のためのプロモーター（カリフラワーモザイクウイルスCaMV 35Sプロモーター）及び寒天プレートでのBasta（30mg/mL）による農薬選別のためのbar遺伝子を含んでいる。続いて古典的リーフディスク方法を用い、この構築物をアグロバクテリウム・ツメファシエンスによりバーリータバコKY14のゲノムに挿入する。カルスから、個々の系統を再生し、Basta上で選別する。続いてRNAiサイレンシング系統をRT-PCRによってモニターし、種子の産出のために生育させる。図3は、NtMRP4サイレンシングはトランスジェニック系統（系統1及び2を含む）で有効であることを示す。T1種子を収集し、選別のためにBasta含有寒天プレートで再度生育させ、野外で栽培する前に耐性植物を浮遊トレイで増殖させる。
約500mgの植物を量り分け、マイクロウェーブ加速反応系5消化系（CEM corporation, Mathews, NC）によって10mLの濃縮HNO3中で消化する。重金属濃度は、誘導結合プラズマ質量分析法（“ICP-MS”）（Agilent 7500A, Agilent Technologies, Palo Alto, CA）を用いて分析する。非トランスジェニックタバココントロールとして、品質保証（polish-certified）バージニアタバコの葉、CTA-VTL-2から成るサンプルを類似の条件下で調製する。
図4は、2年連続の2つの連続野外実験で試験した2つのNtMRP4 RNAi系統（系統1及び2）における20％近い葉のカドミウム低下を示す。各事例で、実験ユニットは、ブロック内で任意抽出した、4つの収集植物（2年目の野外実験における野生型、系統1及び2、並びにベクターコントロール植物）のそれぞれ独立した4組から成る。さらにまた、空間的傾向を管理するためにコントロールサンプルがブロックに加えられる。NtMRP4 RNAi系統の解析によって、平均カドミウムレベルの低下における強力で統計的に有意な影響が明示される。
NtMRP4ポリヌクレオチド発現がサイレンシングされたタバコの植物に由来する植物の高さ及び重量分析
NtMRP4サイレンシング系統の高さ及び重量は、コントロール植物と比較してわずかに影響を受ける。しかしながら、NtMRP4 RNAi植物と野生型又はベクターコントロールとの間で有意な相違は乾燥収集葉では見出されず、したがって、NtMRP4転写物の分解は乾燥バイオマスに関して統計的に影響を与えないことを示している。これらのデータは、同じタバコのバックグラウンド（KY14）のATMRP4（NtMRP4ポリヌクレオチドと相同）の過剰発現は葉の10−30％高いカドミウム蓄積をもたらす（トランスジェニック系統に左右される）ことを示す別の野外実験によって確認される。NtMRP4タンパク質をコードするmRNAの分解はタバコの葉のカドミウムレベルを顕著に低下させることは明白である。
NtMRP3におけるEMS誘導変異体の同定
エチルメタンスルホネートに（EMS）に曝露したニコチアナ・タバクムの植物からDNAライブラリーを作製し、NtMRP4ポリヌクレオチドのエクソン1及びエクソン2の変異体について、個々の植物のNtMRP4遺伝子の関連する部分の塩基配列決定によってスクリーニングする。
エクソン1については、
NtMRP4Exon1FW（5’-CATCTCCTTACGAAGGATACTACC-3’）及び
NtMRP4Exon1REV（5’-GCTGCAAGCTCTCCTTTTCTAA-3’）を塩基配列決定のために用い、
エクソン2については、
NtMRP4Exon2FW（5’-GTGCAATCTGGCAAATATAGTGAG-3’）及び
NtMRP4Exon2REV（5’-AAAATGACATAGGAGCATGCAGTA-3’）を塩基配列決定のために用いる。
NtMRP4ポリヌクレオチドのエクソン1及びエクソン2について見出された全ての変異体の概要は表1に提示される。最初のコドン（元コドン）及び変異コドン（変コドン）が最初のアミノ酸（元AS）及びアミノ酸置換（変AS）又は停止コドンとともに示される。
ジンクフィンガーヌクレアーゼ標的部位の選別のための検索プロトコル
本実施例は、ある遺伝子配列内の固有の標的部位の存在をあるゲノムデータベースと比較してスクリーニングし遺伝子の発現を改変するツールを開発するために、NtMRP4遺伝子の検索の仕方を示す。本開示の方法（下記に開示する方法を含む）によって同定された標的部位、配列モチーフ、及び植物（例えばタバコ）中の対応する遺伝子の改変における部位又はモチーフの任意の使用が本開示に包含される。
検索アルゴリズム
あるスペーサーサイズによって分離されている2つの固定長のサブストリングDNAモチーフの存在について入力クェリー（標的）ヌクレオチド配列（例えば実施例1のタバコゲノム配列アッセンブリー）をDNAデータベース内の付加配列を用いてスクリーニングすることを可能にするコンピュータープログラムを開発する。付加配列の構築及び検索は、公開libdivsufsortライブラリー2.0.0（http://code.google.com/p/libdivsufsort/）を使用する（前記は任意の入力ストリングをBurrow-Wheeler転換ストリングに直接変換する）。このプログラムは、全入力（標的）ヌクレオチド配列をスキャンし、選択した回数より少ない回数で選択データベースにおいて発生する全てのサブストリングの組合せを答える。
クェリー配列のジンクフィンガーヌクレアーゼ媒介変異導入標的部位の選別
ジンクフィンガーDNA結合ドメインは3塩基対のヌクレオチド配列を認識する。ジンクフィンガーヌクレアーゼは、1、2、3、4、5、6、又は7つ以上のジンクフィンガーDNA結合ドメインを含むジンクフィンガータンパク質及びIIS型制限酵素の非特異的ヌクレアーゼを含む。ジンクフィンガーヌクレアーゼを用いて、二本鎖ブレークを標的配列に導入できる。二本鎖ブレークの導入のために、1対のジンクフィンガーヌクレアーゼ（そのうちの1つは標的配列のプラス（上方）鎖と結合し、他方は同じ標的配列のマイナス（下方）鎖（0、1、2、3、4、5、6、6、又は7以上のヌクレオチドによって分離されてある）と結合する）が要求される。2つの固定長のサブストリングDNAモチーフの各々について3つのうちの2つ以上を用いることによって、このプログラムをあるスペーサーの長さによって分離された2つのジンクフィンガータンパク質標的部位の同定に用いることができる。
プログラム入力
1．標的クェリーDNA配列
2．検索するべきDNAデータベース
3．第一のサブストリングDNAモチーフの固定サイズ
4．スペーサーの固定サイズ
5．第二のサブストリングDNAモチーフの固定サイズ
6．プログラム入力2の選択データベースにおけるプログラム入力4によって分離されたプログラム入力3及び5の組合せの存在の閾数
プログラム出力
1．各配列について、当該配列が最大でプログラム入力6の閾値でDNAデータベースに出現する回数を含むヌクレオチド配列リスト
タバコにおけるNtMRP3及びNtMRP4転写物の発現プロフィール
タバコのエクソンアレイの開発及び解析：実施例1に記載したように入手したBACクローンを用いて、1,272,342のエクソンをタバコのESTデータ及びBAC塩基配列決定により入手したメチルフィルタリング実施配列を組合せ比較することによって同定する。これらのエクソンの各々について、4つの25-merオリゴヌクレオチドを設計し、これを用いてタバコのエクソンアレイを構築する。エクソンアレイは、標準的プロトコルを用いてアフィメトリクス（Affymetrix, Santa Clara, USA）によって作製する。
タバコにおけるNtMRP3及びNtMRP4の発現：Cd+（Cd汚染）及びCd-（Cd欠乏）土壌で生育させたニコチアナ種からRNAを単離し、標準的ハイブリダイゼーションプロトコル及び解析ツールを用いて解析する。Cd蓄積関連遺伝子を同定し、さらにNtMRP3及びNtMRP4転写物の多様性における土壌のCdの影響を決定するために、発現プロフィールを決定する。用いたNtMRP3及びNtMRP4プローブは、3’UTR領域とともに最初と最後のエクソンに局在する。
表2に示した結果は、Cd汚染土壌で生育させたN.タバクム植物の葉は、同じ土壌で生育させたN.ルスチカよりも多くのCdを蓄積することを示す。N.タバクム植物の根はN.ルスチカの根より少ないCd蓄積を示す。興味深いことには、NtMRP3及びNtMRP4はともにCdによって調節されるわけではないが、それらの発現は2つのニコチアナ種で異なり、両方の遺伝子は、ニコチアナ取得物におけるCd取り込み、移転及び蓄積を様々に駆動することを示唆している（データは3つの生物学的複製の平均に対応するlog2で示される）。コントロールとして、3つのハウスキーピング遺伝子（UBP12、エクソン1及び2）、α-チューブリン及びリボソームタンパク質S16の発現が示される。
本明細書に引用または記載した刊行物はいずれも本出願の出願日前に開示された関連情報を提供する。本明細書における記載は、本発明者らがそのような開示に先行する資格がないことを容認するものと解されるべきではない。上記明細書に記載した全ての刊行物は参照により本明細書に含まれる。本発明の範囲を逸脱しない本開示の多様な改変及び変型は当業者には明白であろう。本発明は特定の好ましい実施態様に関連して記載してきたが、特許請求の範囲で請求される本発明は、そのような特定の実施態様に全く制限されないことは理解されるべきである。実際、本発明を実施するために記載した態様の多様な改変（それらは細胞生物学、分子生物学及び植物生物学又は関連分野の業者にとって明白である）は特許請求の範囲内であることが意図されている。
表1

表2：
配列（網がけはエクソンの位置を示す）

Claims (15)

  1. 以下を含む、変異体の、天然に存在しない若しくはトランスジェニックな植物又は植物細胞：
    （a）以下から成る群から選択されるポリヌクレオチド：
    （i）配列番号:1、2、27、28若しくは29又は51と少なくとも71％の配列同一性を有する配列を含むか、前記から成るか又は本質的に前記から成るポリヌクレオチド；又は
    （ii）配列番号:3から23又は30から50又は53のいずれかと少なくとも65％の配列同一性を有する配列を含むか、前記から成るか、又は本質的に前記から成るポリヌクレオチド；又は
    （iii）配列番号:24から26又は52のいずれかと少なくとも65％の配列同一性を有する配列を含むか、前記から成るか又は本質的に前記から成るNtMRPポリペプチドをコードするポリヌクレオチドであって、当該ポリペプチドが重金属輸送因子活性を有する前記ポリヌクレオチド；又は
    （b）配列番号:1から23又は27から51又は53のいずれかの1つの領域と少なくとも65％同一である、連続する長さが少なくとも15ヌクレオチドのポリヌクレオチド構築物
    （c）互いに少なくとも部分的に相補性である少なくとも2つの配列を含む二本鎖RNAであって、センス鎖が第一の配列を含み、アンチセンス鎖が第二の配列を含み、さらに当該配列の少なくとも1つがNtMRP RNAの連続する少なくとも10ヌクレオチドを含む、前記二本鎖RNA；又は
    （d）（i）、（ii）又は（iii）に示すポリヌクレオチド又は（b）に示すポリヌクレオチド構築物を含む発現ベクター。
  2. 変異体の、天然に存在しない又はトランスジェニックな植物であって、NtMRPポリヌクレオチドの発現及びそれによってコードされるタンパク質の活性、又はそれによってコードされるタンパク質の活性が低下し、さらに前記植物の葉が、NtMRPの発現及びそれによってコードされるタンパク質の活性、又はそれによってコードされるタンパク質の活性が低下していないコントロール植物と比較して少なくとも5％のカドミウム含有量の低下を有する、前記植物。
  3. 請求項1又は2に記載の植物に由来する細胞又は組織を含むバイオマス、種子又は葉を含む植物材料。
  4. 請求項1又は2に記載の植物の一部分又は請求項3に記載の植物材料を含むタバコ製品。
  5. NtMRPポリヌクレオチドの発現及びそれによってコードされるタンパク質の活性、又はそれによってコードされるタンパク質の活性を、NtMRPポリヌクレオチドの発現及びそれによってコードされるタンパク質の活性、又はそれによってコードされるタンパク質の活性が低下していないコントロール植物と比較して低下させる工程を含む、少なくとも植物の一部分でカドミウムレベルを低下させる方法。
  6. 請求項5に記載の方法によって入手された又は入手できる変異体の、天然に存在しない又はトランスジェニックな植物であって、NtMRPポリヌクレオチドの発現及びそれによってコードされるタンパク質の活性、又はそれによってコードされるタンパク質の活性が低下していないコントロール植物と比較して、当該植物の少なくとも一部分で少なくとも約5％のカドミウム含有量の低下が存在する、前記植物。
  7. （i）配列番号:1、2、27、28若しくは29又は51と少なくとも71％の配列同一性を有する配列を含むか、前記から成るか又は本質的に前記から成るポリヌクレオチド；又は
    （ii）配列番号:3から23又は30から50又は53のいずれかと少なくとも65％の配列同一性を有する配列を含むか、前記から成るか、又は本質的に前記から成るポリヌクレオチドから成る群から選択されるポリヌクレオチドによって発現される単離NtMRPポリペプチド、又は
    配列番号:24から26又は52のいずれかに示す配列を含むか、前記から成るか、又は本質的に前記から成る単離NtMRPポリペプチドであって、当該ポリペプチドが重金属輸送因子活性を有する、前記ポリペプチド。
  8. 請求項7に記載の単離ポリペプチドと特異的に結合する抗体。
  9. 以下の工程を含む、サンプル中のNtMRPポリヌクレオチドを検出する方法：
    （a）ポリヌクレオチドを含むサンプルを提供する工程；
    （b）NtMRPポリヌクレオチドの少なくとも一部分を特異的に検出する、1つ以上のプライマー又は1つ以上のプローブと前記サンプルを接触させる工程；及び
    （c）増幅生成物の存在を検出する工程、ここで増幅生成物の存在はサンプル中のNtMRPポリヌクレオチドの存在の指標である。
  10. 以下から成る群から選択される単離ポリヌクレオチド：
    配列番号:1、2、27、28若しくは29又は51と少なくとも71％の配列同一性を有する配列を含むか、前記から成るか又は本質的に前記から成る単離ポリヌクレオチド；
    配列番号:3から23又は30から50又は53のいずれかと少なくとも65％の配列同一性を有する配列を含むか、前記から成るか、又は本質的に前記から成る単離ポリヌクレオチド；
    配列番号:24から26又は52のいずれかと少なくとも65％の配列同一性を有する配列を含むか、前記から成るか又は本質的に前記から成るNtMRPポリペプチドをコードするポリヌクレオチドであって、当該ポリペプチドが重金属輸送因子活性を有する前記ポリヌクレオチド。
  11. 配列番号：1から23又は27から51又は53のいずれかの1つの領域と少なくとも65％同一である、連続する長さが少なくとも15ヌクレオチドのポリヌクレオチド構築物。
  12. 少なくとも部分的に互いに相補性である少なくとも2つの配列を含む二本鎖RNAであって、センス鎖が第一の配列を含み、アンチセンス鎖が第二の配列を含み、さらに当該配列の少なくとも1つがNtMRP RNAの連続する少なくとも10ヌクレオチドを含む前記二本鎖RNA。
  13. NtMRP3又はNtMRP4の少なくとも10ヌクレオチドと少なくとも65％の配列同一性を有する第一の配列；第二の配列；及び第一の配列の逆相補性配列を有し、第一の配列と同じ向きに配置された第三の配列を含む、請求項12に記載の二本鎖RNAであって、第二の配列が第一の配列と第三の配列との間に配置され、さらに第二の配列が、第一の配列及び第三の配列と作動できるように連結される、前記二本鎖RNA。
  14. 第一の配列が、配列番号:3から23及び30から50及び53から成る群から選択される配列と少なくとも65％の配列同一性を有し、及び／又は第三の配列が、配列番号:3から23及び30から50及び53と一致する配列の逆相補鎖と少なくとも65％の配列同一性を有する、請求項12又は13に記載の二本鎖RNA。
  15. 請求項10に記載の単離ポリヌクレオチド又は請求項11に記載のポリヌクレオチド構築物を含む発現ベクター。
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