JP2017529861A - トウモロコシ中の培養および形質転換と関連する遺伝子座 - Google Patents

トウモロコシ中の培養および形質転換と関連する遺伝子座 Download PDF

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Abstract

本発明は、増大された培養能および/若しくは形質転換能を有するトウモロコシ植物の同定方法に関する。該方法は、増大された培養能および/若しくは形質転換能をもつ植物を同定および選択するため、または減少された培養能および/若しくは形質転換能をもつ植物を同定および選択解除するために分子マーカーを使用する。本発明の方法により生成されるトウモロコシ植物もまた本発明の1特徴である。

Description

本出願は、2014年10月10日に米国特許商標庁に出願された仮出願第62/062,520号(その完全な開示は引用することによりここに組み込まれる)に基づく優先権を主張する。
本発明はトウモロコシ植物における培養能(culturability)および形質転換能の改良において有用な方法に関する。
トウモロコシの形質転換は、歴史的に、組織培養および遺伝子送達技術の影響を受けやすい遺伝子型を使用して実践されてきた。しかしながら、製品開発の観点から、これら遺伝子型を使用する遺伝子導入事象の創成は、それらがしばしば農学的に不十分であるため望ましくない。多くの場合、しかしながら、有望系統のような優れた農学的形質をもつ植物は、乏しい培養および形質転換能の特徴を表す傾向がある。従って、トウモロコシ形質転換における慣例の使用に適する効率で、培養かつ形質転換され得る有望系統を開発する機会が存在する。こうした系統を有することの利点は、より迅速かつより正確な事象および形質評価、高められた形質、収量、ならびに規制の試験、ならびにより迅速な製品開発を包含する。
有望な形質転換可能な近交系を開発するための一方法論は、ドナー物質から所望の有望系統への培養能および形質転換能の形質の遺伝子浸透(introgression)を必要とする。これらの形質の遺伝子マーカーを有することはこの遺伝子浸透を補助するために貴重であるとみられる。Hi−IIおよびA188生殖質における培養能および形質転換能の形質は十分に研究されており、そしてこれらの形質に連鎖されるいくつかの分子マーカーが同定されている(非特許文献1;非特許文献2;非特許文献3;非特許文献4)。改良された培養能および形質転換能をもつ新規系統Hi−IIはA188とB73の間の初期交配(initial cross)から開発され(非特許文献5)、ここでA188は培養能および形質転換能の形質のドナーであった。
本発明は、より培養可能かつ形質転換可能な有望系統に対する必要性に対処し、そして、高められた培養能および形質転換能をもつ新たな農学的に優れたトウモロコシ系統の開発の改良された助長方法を提供する。
Armstrongら 1992 LoweとChomet 2004 Loweら 2006 Zhaoら 2008 Armstrongら 1991
[発明の要約]
一態様において、トウモロコシ植物の生殖質中で1マーカー遺伝子座の最低1個の対立遺伝子を検出することを含んでなる、増大された培養能および形質転換能を表すトウモロコシ植物の同定方法が提供される。該マーカー遺伝子座はidp8516およびmagi87535を含んでなりかつこれらにより隣接される染色体間隔(chromosoma
l interval)内に配置され(Bin 1.07);そして最低1個の対立遺伝子が増大された培養能および形質転換能と関連付けられる。該マーカー遺伝子座は、以下のマーカー遺伝子座PZA01216.1、DAS−PZ−7146、DAS−PZ−12685およびmagi17761のいずれか、ならびにこれらマーカーに連鎖される(linked to)いずれかの他のマーカーから選択し得る。該マーカー遺伝子座は、第1染色体上、PZA01216.1およびmagi17761を含んでなりかつこれらにより隣接される間隔内に見出され得、そして増大された培養能および形質転換能と関連する最低1個の対立遺伝子を含んでなる。
本発明の他の態様において、マーカー遺伝子座は、npi386aおよびgpm174bを含んでなりかつこれらにより隣接される染色体間隔内に配置され(Bin 4.04);そして最低1個の対立遺伝子が増大された培養能および形質転換能と関連する。該マーカー遺伝子座は、Mo17−100177、ならびにこのマーカーに連鎖されるいずれかの他のマーカーであり得、そして増大された培養能および形質転換能と関連する最低1個の対立遺伝子を含んでなる。
本発明の他の態様において、マーカー遺伝子座は、agrr37bおよびnfa104を含んでなりかつこれらにより隣接される染色体間隔内に配置され(Bin 4.05);そして最低1個の対立遺伝子が増大された培養能および形質転換能と関連する。該マーカー遺伝子座は、以下のマーカー遺伝子座DAS−PZ−5617、DAS−PZ−2343、PZA03203−2、Mo17−100291、PZA03409およびDAS−PZ−19188、ならびにこれらマーカーに連鎖されるいずれかの他のマーカーから選択され得る。該マーカー遺伝子座は、第4染色体上、DAS−PZ−5617およびDAS−PZ−19188を含んでなりかつこれらにより隣接される区間内に見出され得、そして増大された培養能および形質転換能と関連する最低1個の対立遺伝子を含んでなる。
本発明の他の態様において、マーカー遺伝子座は、umc156aおよびpco061578を含んでなりかつこれらにより隣接される染色体間隔内に配置され(Bin 4.06);そして最低1個の対立遺伝子が増大された培養能および形質転換能と関連する。該マーカー遺伝子座は、DAS−PZ−2043、ならびにこのマーカーに連鎖されるいずれかの他のマーカーであり得、そして増大された培養能および形質転換能と関連する最低1個の対立遺伝子を含んでなる。
本発明の他の態様において、マーカー遺伝子座は、php20608aおよびidp6638を含んでなりかつこれらにより隣接される染色体間隔内に配置され(Bin 4.10);そして最低1個の対立遺伝子が増大された培養能および形質転換能と関連する。該マーカー遺伝子座は、DAS−PZ−20570、ならびにこのマーカーに連鎖されるいずれかの他のマーカーであり得、そして増大された培養能および形質転換能と関連する最低1個の対立遺伝子を含んでなる。
本発明の他の態様において、マーカー遺伝子座は、bnl4.36およびumc1482を含んでなりかつこれらにより隣接される染色体間隔内に配置され(Bin 5.04);そして最低1個の対立遺伝子が増大された培養能および形質転換能と関連する。該マーカー遺伝子座は、PZA02965、ならびにこのマーカーに連鎖されるいずれかの他のマーカーであり得、そして増大された培養能および形質転換能と関連する最低1個の対立遺伝子を含んでなる。
本発明の他の態様において、マーカー遺伝子座は、umc126aおよびidp8312を含んでなりかつこれらにより隣接される染色体間隔内に配置され(Bin 5.06
);そして最低1個の対立遺伝子が増大された培養能および形質転換能と関連する。該マーカー遺伝子座は、以下のマーカー遺伝子座Mo17−14519およびDAS−PZ−12236、ならびにこれらマーカーに連鎖されるいずれかの他のマーカーから選択され得る。該マーカー遺伝子座は、第5染色体上、Mo17−14519およびDAS−PZ−12236を含んでなりかつこれらにより隣接される区間内に見出され得、そして増大された培養能および形質転換能と関連する最低1個の対立遺伝子を含んでなる。
本発明の他の態様において、マーカー遺伝子座は、bnl9.11aおよびgpm609aを含んでなりかつこれらにより隣接される染色体間隔内に配置され(Bin 8.02);そして最低1個の対立遺伝子が増大された培養能および形質転換能と関連する。該マーカー遺伝子座は、magi52178、ならびにこのマーカーに連鎖されるいずれかの他のマーカーであり得、そして増大された培養能および形質転換能と関連する最低1個の対立遺伝子を含んでなる。
本発明の他の態様において、マーカー遺伝子座は、wx1およびbnlg1209を含んでなりかつこれらにより隣接される染色体間隔内に配置され(Bin 9.03);そして最低1個の対立遺伝子が増大された培養能および形質転換能と関連する。該マーカー遺伝子座は、DAS−PZ−366、ならびにこのマーカーに連鎖されるいずれかの他のマーカーであり得、そして増大された培養能および形質転換能と関連する最低1個の対立遺伝子を含んでなる。
いくつかの態様において、該トウモロコシ植物はStiff Stalkヘテロ強勢群(Stiff Stalk heterotic group)に属する。本方法により同定されるトウモロコシ植物もまた興味深い。
別の態様において、トウモロコシ植物の生殖質中のハプロタイプを検出することによる、増大された培養能および形質転換能をもつトウモロコシ植物の同定方法が提供される。該ハプロタイプは1若しくはそれ以上のマーカー遺伝子座に対立遺伝子を含んでなり、ここで該1若しくはそれ以上のマーカー遺伝子座は、idp8516およびmagi87535を含んでなりかつこれらにより隣接される区間内の第1染色体上に見出される(Bin 1.07)。該ハプロタイプは1若しくはそれ以上のマーカー遺伝子座に対立遺伝子を含んでなり、ここで該1若しくはそれ以上のマーカー遺伝子座は第1染色体上に見出され、かつ、PZA01216.1、DAS−PZ−7146、DAS−PZ−12685およびmagi17761、ならびにこれらマーカーに連鎖されるいずれかの他のマーカーよりなる群から選択される。該ハプロタイプは増大された培養能および形質転換能と関連する。
別の態様において、トウモロコシ植物の生殖質中のハプロタイプを検出することによる、増大された培養能および形質転換能をもつトウモロコシ植物の同定方法が提供される。該ハプロタイプは1若しくはそれ以上のマーカー遺伝子座に対立遺伝子を含んでなり、ここで該1若しくはそれ以上のマーカー遺伝子座は、第4染色体上でnpi386aおよびgpm174bを含んでなりかつこれらにより隣接される区間内に見出される(Bin 4.04)。該ハプロタイプは、1若しくはそれ以上のマーカー遺伝子座に対立遺伝子を含んでなり、ここで該1若しくはそれ以上のマーカー遺伝子座は第4染色体上に見出され、かつ、Mo17−100177ならびにこのマーカーに連鎖されるいずれかの他のマーカーよりなる群から選択される。該ハプロタイプは増大された培養能および形質転換能と関連する。
別の態様において、トウモロコシ植物の生殖質中のハプロタイプを検出することによる、増大された培養能および形質転換能をもつトウモロコシ植物の同定方法が提供される。
該ハプロタイプは1若しくはそれ以上のマーカー遺伝子座に対立遺伝子を含んでなり、ここで該1若しくはそれ以上のマーカー遺伝子座は、第4染色体上でagrr37bおよびnfa104を含んでなりかつこれらにより隣接される区間内に見出される(Bin 4.05)。該ハプロタイプは1若しくはそれ以上のマーカー遺伝子座に対立遺伝子を含んでなり、ここで該1若しくはそれ以上のマーカー遺伝子座は第4染色体上に見出され、かつ、DAS−PZ−5617、DAS−PZ−2343、PZA03203−2、Mo17−100291、PZA03409およびDAS−PZ−19188、ならびにこれらマーカーに連鎖されるいずれかの他のマーカーよりなる群から選択される。該ハプロタイプは増大された培養能および形質転換能と関連する。
別の態様において、トウモロコシ植物の生殖質中のハプロタイプを検出することによる、増大された培養能および形質転換能をもつトウモロコシ植物の同定方法が提供される。該ハプロタイプは1若しくはそれ以上のマーカー遺伝子座に対立遺伝子を含んでなり、ここで該1若しくはそれ以上のマーカー遺伝子座は、第4染色体上でumc156aおよびpco061578を含んでなりかつこれらにより隣接される区間内に見出される(Bin 4.06)。該ハプロタイプは1若しくはそれ以上のマーカー遺伝子座に対立遺伝子を含んでなり、ここで該1若しくはそれ以上のマーカー遺伝子座は第4染色体上に見出され、かつ、DAS−PZ−2043、ならびにこのマーカーに連鎖されるいずれかの他のマーカーから選択される。該ハプロタイプは増大された培養能および形質転換能と関連する。
別の態様において、トウモロコシ植物の生殖質中のハプロタイプを検出することによる、増大された培養能および形質転換能をもつトウモロコシ植物の同定方法が提供される。該ハプロタイプは1若しくはそれ以上のマーカー遺伝子座に対立遺伝子を含んでなり、ここで該1若しくはそれ以上のマーカー遺伝子座は、第4染色体上でphp20608aおよびidp6638を含んでなりかつこれらにより隣接される区間内に見出される(Bin 4.10)。該ハプロタイプは1若しくはそれ以上のマーカー遺伝子座に対立遺伝子を含んでなり、ここで該1若しくはそれ以上のマーカー遺伝子座は第4染色体上に見出され、かつ、DAS−PZ−20570、ならびにこのマーカーに連鎖されるいずれかの他のマーカーから選択される。該ハプロタイプは増大された培養能および形質転換能と関連する。
別の態様において、トウモロコシ植物の生殖質中のハプロタイプを検出することによる、増大された培養能および形質転換能をもつトウモロコシ植物の同定方法が提供される。該ハプロタイプは1若しくはそれ以上のマーカー遺伝子座に対立遺伝子を含んでなり、ここで該1若しくはそれ以上のマーカー遺伝子座は、第5染色体上でbnl4.36およびumc1482を含んでなりかつこれらにより隣接される区間内に見出される(Bin 5.04)。該ハプロタイプは1若しくはそれ以上のマーカー遺伝子座に対立遺伝子を含んでなり、ここで該1若しくはそれ以上のマーカー遺伝子座は第5染色体上に見出され、かつ、PZA02965、ならびにこのマーカーに連鎖されるいずれかの他のマーカーから選択される。該ハプロタイプは増大された培養能および形質転換能と関連する。
別の態様において、トウモロコシ植物の生殖質中のハプロタイプを検出することによる、増大された培養能および形質転換能をもつトウモロコシ植物の同定方法が提供される。該ハプロタイプは1若しくはそれ以上のマーカー遺伝子座に対立遺伝子を含んでなり、ここで該1若しくはそれ以上のマーカー遺伝子座は、第5染色体上でumc126aおよびidp8312を含んでなりかつこれらにより隣接される区間内に見出される(Bin 5.06)。該ハプロタイプは1若しくはそれ以上のマーカー遺伝子座に対立遺伝子を含んでなり、ここで該1若しくはそれ以上のマーカー遺伝子座は第5染色体上に見出され、かつ、Mo17−14519およびDAS−PZ−12236、ならびにこれらマーカー
に連鎖されるいずれかの他のマーカーから選択される。該ハプロタイプは増大された培養能および形質転換能と関連する。
別の態様において、トウモロコシ植物の生殖質中のハプロタイプを検出することによる、増大された培養能および形質転換能をもつトウモロコシ植物の同定方法が提供される。該ハプロタイプは1若しくはそれ以上のマーカー遺伝子座に対立遺伝子を含んでなり、ここで該1若しくはそれ以上のマーカー遺伝子座は、第8染色体上でbnl9.11aおよびgpm609aを含んでなりかつこれらにより隣接される区間内に見出される(Bin
8.02)。該ハプロタイプは1若しくはそれ以上のマーカー遺伝子座に対立遺伝子を含んでなり、ここで該1若しくはそれ以上のマーカー遺伝子座は第8染色体上に見出され、かつ、magi52178、ならびにこのマーカーに連鎖されるいずれかの他のマーカーから選択される。該ハプロタイプは増大された培養能および形質転換能と関連する。
別の態様において、トウモロコシ植物の生殖質中のハプロタイプを検出することによる、増大された培養能および形質転換能をもつトウモロコシ植物の同定方法が提供される。該ハプロタイプは1若しくはそれ以上のマーカー遺伝子座に対立遺伝子を含んでなり、ここで該1若しくはそれ以上のマーカー遺伝子座は、第9染色体上でwx1およびbnlg1209を含んでなりかつこれらにより隣接される区間内に見出される(Bin 9.03)。該ハプロタイプは1若しくはそれ以上のマーカー遺伝子座に対立遺伝子を含んでなり、ここで該1若しくはそれ以上のマーカー遺伝子座は第9染色体上に見出され、かつ、DAS−PZ−366、ならびにこのマーカーに連鎖されるいずれかの他のマーカーから選択される。該ハプロタイプは増大された培養能および形質転換能と関連する。
さらなる一態様において、増大された培養能および形質転換能をもつ植物の選択方法が提供される。一局面において、1マーカー遺伝子座の最低1個の対立遺伝子を有し、該対立遺伝子が増大された培養能および形質転換能と関連する第一のトウモロコシ植物を得る。該マーカー遺伝子座は、第1染色体上、idp8516およびmagi87535を含んでなりかつこれらにより隣接される区間内に見出し得る(Bin 1.07)。該第一のトウモロコシ植物を第二のトウモロコシ植物に交配し得、そして該交配から生じる子孫を第一のトウモロコシ植物の対立遺伝子について評価し得る。第一のトウモロコシ植物からの対立遺伝子を所有する子孫植物を、増大された培養能および形質転換能を有するとして選択し得る。本方法により選択されるトウモロコシ植物もまた興味深い。
さらなる一態様において、増大された培養能および形質転換能をもつ植物の選択方法が提供される。一局面において、1マーカー遺伝子座の最低1個の対立遺伝子を有し、該対立遺伝子が増大された培養能および形質転換能と関連する第一のトウモロコシ植物を得る。該マーカー遺伝子座は、第4染色体上、npi386aおよびgpm174bを含んでなりかつこれらにより隣接される区間内に見出し得る(Bin 4.04)。該第一のトウモロコシ植物を第二のトウモロコシ植物に交配し得、そして該交配から生じる子孫を第一のトウモロコシ植物の対立遺伝子について評価し得る。第一のトウモロコシ植物からの対立遺伝子を所有する子孫植物を、増大された培養能および形質転換能を有するとして選択し得る。本方法により選択されるトウモロコシ植物もまた興味深い。
さらなる一態様において、増大された培養能および形質転換能をもつ植物の選択方法が提供される。一局面において、1マーカー遺伝子座の最低1個の対立遺伝子を有し、該対立遺伝子が増大された培養能および形質転換能と関連する第一のトウモロコシ植物を得る。該マーカー遺伝子座は、第4染色体上、agrr37bおよびnfa104を含んでなりかつこれらにより隣接される区間内に見出し得る(Bin 4.05)。該第一のトウモロコシ植物を第二のトウモロコシ植物に交配し得、そして該交配から生じる子孫を第一のトウモロコシ植物の対立遺伝子について評価し得る。第一のトウモロコシ植物からの対
立遺伝子を所有する子孫植物を、増大された培養能および形質転換能を有するとして選択し得る。本方法により選択されるトウモロコシ植物もまた興味深い。
さらなる一態様において、増大された培養能および形質転換能をもつ植物の選択方法が提供される。一局面において、1マーカー遺伝子座の最低1個の対立遺伝子を有し、該対立遺伝子が増大された培養能および形質転換能と関連する第一のトウモロコシ植物を得る。該マーカー遺伝子座は、第4染色体上、umc156aおよびpco061578を含んでなりかつこれらにより隣接される区間内に見出し得る(Bin 4.06)。該第一のトウモロコシ植物を第二のトウモロコシ植物に交配し得、そして該交配から生じる子孫を第一のトウモロコシ植物の対立遺伝子について評価し得る。第一のトウモロコシ植物からの対立遺伝子を所有する子孫植物を、増大された培養能および形質転換能を有するとして選択し得る。本方法により選択されるトウモロコシ植物もまた興味深い。
さらなる一態様において、増大された培養能および形質転換能をもつ植物の選択方法が提供される。一局面において、1マーカー遺伝子座の最低1個の対立遺伝子を有し、該対立遺伝子が増大された培養能および形質転換能と関連する第一のトウモロコシ植物を得る。該マーカー遺伝子座は、第4染色体上、php20608aおよびidp6638を含んでなりかつこれらにより隣接される区間内に見出し得る(Bin 4.10)。第一のトウモロコシ植物を第二のトウモロコシ植物に交配し得、そして該交配から生じる子孫を第一のトウモロコシ植物の対立遺伝子について評価し得る。第一のトウモロコシ植物からの対立遺伝子を所有する子孫植物を、増大された培養能および形質転換能を有するとして選択し得る。本方法により選択されるトウモロコシ植物もまた興味深い。
さらなる一態様において、増大された培養能および形質転換能をもつ植物の選択方法が提供される。一局面において、1マーカー遺伝子座の最低1個の対立遺伝子を有し、該対立遺伝子が増大された培養能および形質転換能と関連する第一のトウモロコシ植物を得る。該マーカー遺伝子座は、第5染色体上、bnl4.36およびumc1482を含んでなりかつこれらにより隣接される区間内に見出し得る(Bin 5.04)。第一のトウモロコシ植物を第二のトウモロコシ植物に交配し得、そして該交配から生じる子孫を第一のトウモロコシ植物の対立遺伝子について評価し得る。第一のトウモロコシ植物からの対立遺伝子を所有する子孫植物を、増大された培養能および形質転換能を有するとして選択し得る。本方法により選択されるトウモロコシ植物もまた興味深い。
さらなる一態様において、増大された培養能および形質転換能をもつ植物の選択方法が提供される。一局面において、1マーカー遺伝子座の最低1個の対立遺伝子を有し、該対立遺伝子が増大された培養能および形質転換能と関連する第一のトウモロコシ植物を得る。該マーカー遺伝子座は、第5染色体上、umc126aおよびidp8312を含んでなりかつこれらにより隣接される区間内に見出し得る(Bin 5.06)。第一のトウモロコシ植物を第二のトウモロコシ植物に交配し得、そして該交配から生じる子孫を第一のトウモロコシ植物の対立遺伝子について評価し得る。第一のトウモロコシ植物からの対立遺伝子を所有する子孫植物を、増大された培養能および形質転換能を有するとして選択し得る。本方法により選択されるトウモロコシ植物もまた興味深い。
さらなる一態様において、増大された培養能および形質転換能をもつ植物の選択方法が提供される。一局面において、1マーカー遺伝子座の最低1個の対立遺伝子を有し、該対立遺伝子が増大された培養能および形質転換能と関連する第一のトウモロコシ植物を得る。該マーカー遺伝子座は、第8染色体上、bnl9.11aおよびgpm609aを含んでなりかつこれらにより隣接される区間内に見出し得る(Bin 8.02)。第一のトウモロコシ植物を第二のトウモロコシ植物に交配し得、そして該交配から生じる子孫を第一のトウモロコシ植物の対立遺伝子について評価し得る。第一のトウモロコシ植物からの
対立遺伝子を所有する子孫植物を、増大された培養能および形質転換能を有するとして選択し得る。本方法により選択されるトウモロコシ植物もまた興味深い。
さらなる一態様において、増大された培養能および形質転換能をもつ植物の選択方法が提供される。一局面において、1マーカー遺伝子座の最低1個の対立遺伝子を有し、該対立遺伝子が増大された培養能および形質転換能と関連する第一のトウモロコシ植物を得る。該マーカー遺伝子座は、第9染色体上、wx1およびbnlg1209を含んでなりかつこれらにより隣接される区間内に見出し得る(BIn 9.03)。第一のトウモロコシ植物を第二のトウモロコシ植物に交配し得、そして該交配から生じる子孫を第一のトウモロコシ植物の対立遺伝子について評価し得る。第一のトウモロコシ植物からの対立遺伝子を所有する子孫植物を、増大された培養能および形質転換能を有するとして選択し得る。本方法により選択されるトウモロコシ植物もまた興味深い。
[図面および配列表の簡単な説明]
本発明は、以下の詳細な記述、および本出願の一部を形成する付随する図面および配列表からより完全に理解され得る。配列表は、Nucleic Acids Research 13:3021−3030(1985)およびthe Biochemical Journal 219(No.2):345−373(1984)(そっくりそのまま引用することにより本明細書に組み込まれる)に記述されるIUPAC−IUBMB標準に従って定義されるところのヌクレオチド配列の特徴(character)についての1文字記号およびアミノ酸の3文字記号を含有する。ヌクレオチドおよびアミノ酸配列データに使用される記号および形式は37 C.F.R.§1.822に示される規則に従う。
配列番号1はDAS−PZ−7146のSNPおよび隣接配列を含有する。
配列番号2はDAS−PZ−12685のSNPおよび隣接配列を含有する。
配列番号3はMo17−100177のSNPおよび隣接配列を含有する。
配列番号4はDAS−PZ−5617のSNPおよび隣接配列を含有する。
配列番号5はDAS−PZ−2343のSNPおよび隣接配列を含有する。
配列番号6はMo17−100291のSNPおよび隣接配列を含有する。
配列番号7はDAS−PZ−19188のSNPおよび隣接配列を含有する。
配列番号8はDAS−PZ−2043のSNPおよび隣接配列を含有する。
配列番号9はDAS−PZ−20570のSNPおよび隣接配列を含有する。
配列番号10はMo17−14519のSNPおよび隣接配列を含有する。
配列番号11はDAS−PZ−12236のSNPおよび隣接配列を含有する。
配列番号12はDAS−PZ−366のSNPおよび隣接配列を含有する。
配列番号13はPZA01216.1の増幅のためのフォワードPCRプライマーである。
配列番号14はPZA01216.1の増幅のためのフォワードPCRプライマーである。
配列番号15はPZA01216.1の増幅のためのリバースPCRプライマーである。
配列番号16は配列番号1の増幅のためのフォワードPCRプライマーである。
配列番号17は配列番号1の増幅のためのフォワードPCRプライマーである。
配列番号18は配列番号1の増幅のためのリバースPCRプライマーである。
配列番号19は配列番号2の増幅のためのフォワードPCRプライマーである。
配列番号20は配列番号2の増幅のためのフォワードPCRプライマーである。
配列番号21は配列番号2の増幅のためのリバースPCRプライマーである。
配列番号22はmagi17761の増幅のためのフォワードPCRプライマーである。
配列番号23はmagi17761の増幅のためのフォワードPCRプライマーである。
配列番号24はmagi17761の増幅のためのリバースPCRプライマーである。
配列番号25は配列番号3の増幅のためのフォワードPCRプライマーである。
配列番号26は配列番号3の増幅のためのフォワードPCRプライマーである。
配列番号27は配列番号3の増幅のためのリバースPCRプライマーである。
配列番号28は配列番号4の増幅のためのフォワードPCRプライマーである。
配列番号29は配列番号4の増幅のためのフォワードPCRプライマーである。
配列番号30は配列番号4の増幅のためのリバースPCRプライマーである。
配列番号31は配列番号5の増幅のためのフォワードPCRプライマーである。
配列番号32は配列番号5の増幅のためのフォワードPCRプライマーである。
配列番号33は配列番号5の増幅のためのリバースPCRプライマーである。
配列番号34はPZA03203−2の増幅のためのフォワードPCRプライマーである。
配列番号35はPZA03203−2の増幅のためのフォワードPCRプライマーである。
配列番号36はPZA03203−2の増幅のためのリバースPCRプライマーである。
配列番号37は配列番号6の増幅のためのフォワードPCRプライマーである。
配列番号38は配列番号6の増幅のためのフォワードPCRプライマーである。
配列番号39は配列番号6の増幅のためのリバースPCRプライマーである。
配列番号40はPZA03409の増幅のためのフォワードPCRプライマーである。
配列番号41はPZA03409の増幅のためのフォワードPCRプライマーである。
配列番号42はPZA03409の増幅のためのリバースPCRプライマーである。
配列番号43は配列番号7の増幅のためのフォワードPCRプライマーである。
配列番号44は配列番号7の増幅のためのフォワードPCRプライマーである。
配列番号45は配列番号7の増幅のためのリバースPCRプライマーである。
配列番号46は配列番号8の増幅のためのフォワードPCRプライマーである。
配列番号47は配列番号8の増幅のためのフォワードPCRプライマーである。
配列番号48は配列番号8の増幅のためのリバースPCRプライマーである。
配列番号49は配列番号9の増幅のためのフォワードPCRプライマーである。
配列番号50は配列番号9の増幅のためのフォワードPCRプライマーである。
配列番号51は配列番号9の増幅のためのリバースPCRプライマーである。
配列番号52はPZA02965の増幅のためのフォワードPCRプライマーである。
配列番号53はPZA02965の増幅のためのフォワードPCRプライマーである。
配列番号54はPZA02965の増幅のためのリバースPCRプライマーである。
配列番号55は配列番号10の増幅のためのフォワードPCRプライマーである。
配列番号56は配列番号10の増幅のためのフォワードPCRプライマーである。
配列番号57は配列番号10の増幅のためのリバースPCRプライマーである。
配列番号58は配列番号11の増幅のためのフォワードPCRプライマーである。
配列番号59は配列番号11の増幅のためのフォワードPCRプライマーである。
配列番号60は配列番号11の増幅のためのリバースPCRプライマーである。
配列番号61はmagi52178の増幅のためのフォワードPCRプライマーである。
配列番号62はmagi52178の増幅のためのフォワードPCRプライマーである。
配列番号63はmagi52178の増幅のためのリバースPCRプライマーである。
配列番号64は配列番号12の増幅のためのフォワードPCRプライマーである。
配列番号65は配列番号12の増幅のためのフォワードPCRプライマーである。
配列番号66は配列番号12の増幅のためのリバースPCRプライマーである。
[発明の詳細な記述]
本発明は、増大された培養能および形質転換能をもつトウモロコシ植物の同定および選択方法を提供する。以下の定義は本発明を理解するための補助として提供される。
「対立遺伝子」という用語は、特定の1遺伝子座に存在する2種若しくはそれ以上の異なるヌクレオチド配列の1つを指す。
「アンプリコン」は、増幅された核酸、例えば、いずれかの利用可能な増幅方法(例えばPCR、LCR、転写など)によりテンプレート核酸を増幅することにより製造される核酸である。
核酸増幅の状況における「増幅すること」という用語は、選択された核酸(若しくはその転写された形態)の付加的なコピーがそれにより製造されるいずれかの過程である。典型的な増幅方法は、ポリメラーゼ連鎖反応(PCR)、リガーゼ連鎖反応(LCR)のようなリガーゼに媒介される方法、およびRNAポリメラーゼに基づく増幅(例えば転写による)方法を包含する多様なポリメラーゼに基づく複製方法を包含する。
「集合する」という用語は、BAC、および一緒になってDNAの隣接範囲(contiguous stretch)を形成するそれらの性向に当てはまる。BACは、該BACがシークエンシングされる場合は配列アライメントに基づき、若しくは他のBACのフィンガープリントへのそのBACフィンガープリントのアライメントを介して、コンティグに「集合する」。該アセンブリは、インターネット上で公的に利用可能であるトウモロコシゲノムブラウザ(Maize Genome Browser)を使用して見出し得る。
ある対立遺伝子は、それがある形質に連鎖する場合、および、該対立遺伝子の存在が、所望の形質若しくは形質形態(trait form)が該対立遺伝子を含んでなる植物中に存在することができることの指標である場合に、それ「と関連する」。
「BAC」すなわちバクテリア人工染色体は、大腸菌(Escherichia coli)の天然に存在するF因子に由来するクローニングベクターである。BACはDNA配列の大型挿入物を受容し得る。トウモロコシにおいて、それぞれトウモロコシゲノムDNAの大型挿入物を含有する多数のBACすなわちバクテリア人工染色体が、コンティグ
(オーバーラップ隣接遺伝子フラグメント若しくは「隣接DNA」)に集合されている。
「戻し交配(すること)」は、それによりハイブリッド子孫が親の一方に反復して戻し交配される過程を指す。戻し交配スキームにおいて、「ドナー」親は、遺伝子浸透されるべき所望の遺伝子若しくは遺伝子座をもつ親植物を指す。「レシピエント」親(1回若しくはそれ以上使用される)または「反復」親(2回若しくはそれ以上使用される)は、該遺伝子若しくは遺伝子座がそれに遺伝子浸透されている親植物を指す。例えば、Ragot,M.ら(1995)Marker−assisted backcrossing:a practical example、Techniques et Utilisations des Marqueurs Moleculaires Les Colloques、Vol.72、pp.45−56中、およびOpenshawら、(1994)Marker−assisted Selection in Backcross Breeding、Analysis of Molecular Marker
Data、pp.41−43を参照されたい。初期交配はF1世代を生じさせ:「BC1」という用語はその場合反復親の第二の使用を指し、「BC2」は反復親の第三の使用を指し、などである。
「Bin」は染色体セグメントを指す。遺伝子地図は、2個の固定されたコアマーカーの間のおよそ20センチモルガンのbinと呼ばれる100セグメントに分割される(Gardinerら 1993 Genetics 134:917−930)。該セグメントは、染色体番号次いで小数点以下2桁の数字(例えば1.00、1.01、1.02など)を用いて示される。binは最も左のすなわち最上位のコアマーカーから次のコアマーカーまでの全部の遺伝子座を包含する間隔である。あるbinへの1遺伝子座の配置はマッピングデータの精度に依存し、そしてマーカーの数が増大する若しくは集団が増大するにつれて確実性が増大する。配置が統計学的に不確実である場合はいつも、「Bin1」は範囲の始まりを指し、そして「Bin2」は範囲の終わりを指す。
センチモルガン(「cM」)は組換え頻度の尺度の単位である。1cMは、1遺伝子座のあるマーカーが単一世代での乗換えにより第二の遺伝子座のあるマーカーから分離されることができる1%の可能性に等しい。
「染色体間隔」は、単一染色体上の、ある植物に存するゲノムDNAの隣接した直線状の距離(span)を示す。単一染色体間隔に配置される遺伝要素すなわち遺伝子は物理的に連結されている。染色体間隔の大きさはとくに制限されない。いくつかの局面において、単一染色体間隔内に配置される遺伝要素は、典型的には例えば20cM未満若しくはそれに等しい、または、あるいは10cM未満若しくはそれに等しい遺伝子組換え距離で遺伝子的に連鎖される。すなわち、単一染色体間隔内の2遺伝要素は、20%若しくは10%未満若しくはそれに等しい頻度で組換えを受ける。「染色体間隔」という用語は、本発明に示されるマーカーのいずれかにより定義されるいかなるおよび全部の区間も示す。増大された培養能および形質転換能と相関する染色体間隔が提供される。
「相補物」という用語は、所定のヌクレオチド配列に相補的であるヌクレオチド配列を指す。すなわち、該配列は塩基対形成規則により関係づけられる。
「隣接DNA」という用語はオーバーラップ隣接遺伝子フラグメントを指す。
「コアBinマーカー(CBM)」という用語は染色体binの境界を規定する固定されたコアマーカーを指す。
「交配された」若しくは「交配(する)」という用語は、子孫(例えば細胞、種子若し
くは植物)を生じるための受粉を介する配偶子の融合を意味している。該用語は性的交配(1植物の別のものによる受粉)ならびに自家受粉(selfing)(自家受粉(self−pollination)、例えば花粉および胚珠が同一植物からである場合)双方を包含する。「交配(すること)」という用語は、子孫を生じるため受粉を介して配偶子を融合する行為を指す。
「好都合な対立遺伝子」は、所望の表現型例えば増大された培養能および形質転換能を付与する若しくはそれらに寄与する特定の1遺伝子座の対立遺伝子であるか、または、あるいは、育種プログラム若しくは植付けから除去し得る(「対抗選択」)低下された培養能および形質転換能をもつ植物の同定を可能にする対立遺伝子である。あるマーカーの好都合な対立遺伝子は、好都合な表現型とともに分離する、若しくは、あるいは、不都合な植物表現型とともに分離して従って植物を同定するという利益を提供するマーカー対立遺伝子である。
「フラグメント」はヌクレオチド配列の一部分を意味することを意図している。フラグメントは、本明細書に開示される方法を使用してハイブリダイゼーションプローブ若しくはPCRプライマーとして使用し得る。
「遺伝子地図」は、一般に図面若しくは表の形態で描かれる、所定の1種内の1若しくはそれ以上の染色体(1若しくは複数)上の遺伝子座間の遺伝子連鎖関係の記述である。各遺伝子地図について、遺伝子座間の距離はそれらの間の組換え頻度により測定され、また、遺伝子座間の組換えは多様な分子遺伝子マーカー(分子マーカーともまた呼ばれる)を使用して検出し得る。遺伝子地図は、マッピング集団、使用されるマーカーの種類、および多様な集団間の各マーカーの多形の可能性の帰結である。遺伝子座の順序および遺伝子座間の遺伝的距離は1つの遺伝子地図から別のもので異なり得る。しかしながら、情報は、普遍的マーカーの一般的枠組みを使用して1地図から別のものへ相関され得る。当業者は、普遍的マーカーの枠組みを使用して、各個々の遺伝子地図上のマーカーの位置および目的の他の遺伝子座を同定し得る。
「遺伝子マーカー」という用語は、限定されるものでないが制限酵素断片長多型(RFLP)、単純反復配列(SSR)ランダム増幅多形DNA(RAPD)、切断後増幅多形配列(CAPS)(RafalskiとTingey、1993、Trends in Genetics 9:275−280)、増幅断片長多形(AFLP)(Vosら、1995、Nucleic Acids Res.23:4407−4414)、一塩基多形(SNP)(Brookes、1999、Gene 234:177−186)、SCAR(Sequence Characterized Amplified Region)(PecanとMichelmore、1993、Theor.Appl.Genet、85:985−993)、配列タグ部位(STS)(Onozakiら 2004、Euphytica 138:255−262)、一本鎖高次構造多型(SSCP)(Oritaら、1989、Proc Natl Aced Sci USA 86:2766−2770)。ISR(Inter−Simple Sequence Repeat)(Blairら 1999、Theor.Appl.Genet.98:780−792)、IRAP(Inter−Retrotransposon Amplified
Polymorphism)、レトロトランスポゾン−マイクロサテライト増幅多形(REMAP)(Kalendarら、1999、Theor.Appl.Genet 98:704−711)、RNA切断生成物(Lynxタグのような)などを挙げることができる、いかなる種類の核酸に基づくマーカーも指すものとする。
「遺伝子組換え頻度」は2遺伝子座間の乗換え事象(組換え)の頻度である。組換え頻度は、減数分裂後のマーカーおよび/若しくは形質の分離を追跡することにより観察し得
る。
「ゲノム」は、1染色体若しくは染色体組により運搬される全DNAすなわち遺伝子の組全体を指す。
「遺伝子型」という用語は、観察可能な形質(表現型)と対比されるところの1若しくはそれ以上の遺伝子座での1個体(若しくは個体の群)の遺伝子構成である。遺伝子型は、該個体がその親から受け継いだ1若しくはそれ以上の既知の遺伝子座の対立遺伝子(1若しくは複数)により定義される。遺伝子型という用語は、単一遺伝子座での、複数の遺伝子座での、1個体の遺伝子構成を指すのに使用し得るか、若しくは、より一般的には、遺伝子型という用語は、そのゲノム中の全遺伝子についての1個体の遺伝子構成を指すのに使用し得る。
「生殖質」は、1個体(例えば1植物)、個体の1群(例えば植物の1系列、変種若しくは系統群)、または1系列、変種、種若しくは培養物に由来する1クローンの若しくはそれらからの遺伝物質を指す。生殖質は生物体若しくは細胞の一部であり得るか、または生物体若しくは細胞から離れていることができる。一般に、生殖質は、1生物体若しくは細胞培養物の遺伝の質のいくつか若しくは全部の物理的基礎を提供する特定の分子構成をもつ遺伝物質を提供する。本明細書で使用されるところの生殖質は、それから新たな植物が成長されうる細胞、種子若しくは組織、または植物全体に培養し得る葉、茎、花粉若しくは細胞のような植物部分を包含する。
「ハプロタイプ」は、多数の遺伝子座の1個体の遺伝子型、すなわち対立遺伝子の組合せである。典型的に、1ハプロタイプにより記述される遺伝子座は物理的かつ遺伝的に連鎖されて、すなわち同一染色体セグメント上にある。「ハプロタイプ」という用語は、単一マーカー遺伝子座のような特定の1遺伝子座の配列、多形、若しくは所定の1ゲノム中の1染色体セグメントに沿った複数の遺伝子座の配列多形を指すことができる。前者は「マーカーハプロタイプ」若しくは「マーカー対立遺伝子」ともまた称され得る一方、後者は「LRH(long−range haplotype)」ともまた称され得る。
「ヘテロ強勢群」は、異なるヘテロ強勢群からの遺伝子型と交配される場合に良好に機能する1組の遺伝子型を含んでなる(Hallauerら(1998)Corn breeding、p.463−564。G.F.SpragueとJ.W.Dudley(編)Corn and corn improvement中)。近交系はヘテロ強勢群に分類され、そして、系統、分子マーカーに基づく会合、およびハイブリッド組合せにおける性能のようないくつかの基準に基づき、1ヘテロ強勢群内で系統群にさらに細分される(Smithら(1990)Theor.Appl.Gen.80:833−840)。米国における2種の最も広範に使用されるヘテロ強勢群は「Iowa Stiff Stalk Synthetic」(BSSS)および「Lancaster」若しくは「Lancaster Sure Crop」(ときにNSS若しくはiron−Stiff
Stalkと称される)と称される。
「ヘテロ接合の」という用語は、多様な対立遺伝子が相同染色体上の対応する遺伝子座に存する遺伝子状態を意味している。
「ホモ接合の」という用語は、同一の対立遺伝子が相同染色体上の対応する遺伝子座に存する遺伝子状態を意味している。
「ハイブリダイゼーション」若しくは「核酸ハイブリダイゼーション」は、相補RNAおよびDNA鎖の対形成ならびに相補DNA一本鎖の対形成を指す。
「ハイブリダイズする」という用語は、核酸鎖の相補領域間で塩基対を形成することを意味している。
「IBM遺伝子地図」は、以下の地図:IBM、IBM2、IBM2 neighbors、IBM2 FPC0507、IBM2 2004 neighbors、IBM2
2005 neighbors、IBM2 2005 neighbors frame若しくはIBM2 2008 neighborsのいずれかを指す。IBM遺伝子地図は、初期交配からの子孫が、マッピングのため組換え近交系を構築することの前に複数世代についてランダム率(random rate)であった、B73×Mo17集団に基づく。より新しいバージョンは、遺伝子およびBACのマッピングされたクローンの追加、ならびに他の遺伝子地図から得られる情報の取り込みによる強化された地図改良を反映する。
「インデル」という用語は、その中で1系統が第二の系統に関して挿入を有すると称されうる、若しくは第二の系統が第一の系統に関して欠失を有すると称されうる、挿入若しくは欠失を指す。
「遺伝子浸透」若しくは「遺伝子浸透すること」という用語は、1遺伝子背景(genetic background)から別のものへの1遺伝子座の所望の1対立遺伝子の伝達を指す。例えば、指定される1遺伝子座での所望の1対立遺伝子の遺伝子浸透は、同一種の2親間の性的交配を介して最低1子孫に伝達され得、ここで親の少なくとも一方がそのゲノム中に該所望の対立遺伝子を有する。あるいは、例えば、1対立遺伝子の伝達は例えば融合プロトプラスト中の2種のドナーゲノム間の組換えにより発生し得、ここで該ドナープロトプラストの少なくとも一方がそのゲノム中に該所望の対立遺伝子を有する。該所望の対立遺伝子は、例えば、マーカー、QTL、導入遺伝子などの選択された1対立遺伝子であり得る。いずれの場合においても、該所望の対立遺伝子を含んでなる子孫を、所望の遺伝的背景を有する系統に繰り返し戻し交配しかつ該所望の対立遺伝子について選択して、選択された遺伝的背景で固定されたようになる対立遺伝子をもたらし得る。例えば、本明細書に記述される第1染色体の遺伝子座を、問題の多いグリーンスナップ(green snap)を有する反復親に遺伝子浸透しうる。遺伝子浸透された遺伝子若しくは遺伝子座をもつ該反復親系統はその場合、増大された培養能および形質転換能を有する。
本明細書で使用されるところの「連鎖(linkage)」という用語は、1マーカー遺伝子座が別のマーカー遺伝子座若しくはいくつかの他の遺伝子座(例えば培養能および形質転換能の遺伝子座)と関連する程度を記述するのに使用される。分子マーカーと表現型の間の連鎖の関係は「確率」若しくは「補正確率」として示される。連鎖は所望の限度若しくは範囲として表現し得る。例えば、いくつかの態様において、いずれのマーカーも、該マーカーが50、40、30、25、20若しくは15地図単位(すなわちcM)未満分離されている場合に、いずれかの他のマーカーに(遺伝子的かつ物理的に)連鎖される。いくつかの局面において、連鎖の挟まれる範囲、例えば10と20cMの間、10と30cMの間若しくは10と40cMの間を定義することが有利である。あるマーカーが第二の遺伝子座により緊密に連鎖されるほど、そのマーカーは該第二の遺伝子座のより良好な指標となる。従って、あるマーカー遺伝子座および第二の遺伝子座のような「密接に連鎖される遺伝子座」は、10%若しくはより小さい、好ましくは約9%若しくはより小さい、さらにより好ましくは約8%若しくはより小さい、なおまたより好ましくは約7%若しくはより小さい、さらにより好ましくは約6%若しくはより小さい、なおまたより好ましくは約5%若しくはより小さい、さらにより好ましくは約4%若しくはより小さい、なおまたより好ましくは約3%若しくはより小さい、およびさらにより好ましくは約2%
若しくはより小さい遺伝子座間の組換え頻度を表す。高度に好ましい態様において、関連する遺伝子座は、約1%若しくはより小さい、例えば約0.75%若しくはより小さい、より好ましくは約0.5%若しくはより小さい、またはなおまたより好ましくは約0.25%若しくはより小さい組換え頻度を表す。同一染色体に、かつ該2遺伝子座間の組換えが10未満(例えば約9%、8%、7%、6%、5%、4%、3%、2%、1%、0.75%、0.5%、0.25%若しくはより小さい)の頻度で起こるような距離に、局在化される(localized)2遺伝子座もまた、相互「に近接」であると言われる。1cMは1%の組換え頻度を示す2マーカー間の距離であるため、いずれのマーカーも、緊密に接近して、例えば10cM距離若しくはそれ未満にあるいずれかの他のマーカーに緊密に連鎖(遺伝子的かつ物理的に)される。同一染色体上の2個の緊密に連鎖されるマーカーは、相互から9、8、7、6、5、4、3、2、1、0.75、0.5若しくは0.25cMまたはより小さく配置され得る。
「連鎖不平衡」という用語は、遺伝子座若しくは形質(または双方)の非ランダム分離を指す。いずれの場合も、連鎖不平衡は、関連する遺伝子座が、それらがランダムより大きい(すなわち非ランダム)頻度で一緒に分離するように染色体の長さに粗って十分な物理的近接内にある(同時分離する形質の場合、該形質の根底にある遺伝子座が相互に十分に近接している)ことを意味している。連鎖不平衡を示すマーカーは連鎖されているとみなされる。連鎖される遺伝子座は、時間の50%以上、例えば時間の約51%から約100%まで同時分離する。言い換えれば、同時分離する2マーカーは50%未満の組換え頻度を有する(かつ、定義上、同一染色体上で50cM未満分離されている)。本明細書で使用されるところの連鎖は、2マーカー間、若しくは、あるいは1マーカーと1表現型の間であり得る。あるマーカー遺伝子座はある形質例えば低下されたグリーンスナップ「と関連し」(に連鎖され)得る。表現型の形質への分子マーカーの連鎖の程度は、例えば該表現型とのその分子マーカーの同時分離の統計学的確率として測定される。
連鎖不平衡は、最も普遍的には、Hill,W.G.とRobertson,A、Theor Appl.Genet 38:226−231(1988)により記述される式を使用して計算される量r2を使用して評価される。r2=1の場合、完全なLDが該2マーカー遺伝子座間に存在し、該マーカーが組換えにより分離されておらずかつ同一の対立遺伝子頻度を有することを意味している。1/3より上のr2の値は、マッピングに有用であるべき十分に強力なLDを示す(Ardlieら、Nature Reviews Genetics 3:299−309(2002))。これゆえに、対立遺伝子は、対のマーカー遺伝子座間のr2値が0.33、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9若しくは1.0より大きい若しくはこれに等しい場合に連鎖不平衡にある。
本明細書で使用されるところの「連鎖平衡」は、2マーカーが独立に分離するすなわち子孫間でランダムに選別する状況を記述する。連鎖平衡を示すマーカーは連鎖されない(それらが同一染色体上にあろうとなかろうと)とみなされる。
「ロッド(LOD)値」若しくは「LODスコア」(Risch、Science 255:803−804(1992))は、2マーカー遺伝子座間の連鎖の程度を記述するために区間マッピングで使用され、2マーカー間の3のLODスコアは連鎖が連鎖なしより1000倍よりありそうであることを示す一方、2のLODスコアは連鎖が連鎖なしより100倍よりありそうであることを示す。2より大きい若しくはこれに等しいLODスコアを、連鎖を検出するのに使用しうる。
「遺伝子座」は遺伝子若しくはマーカーが配置されている染色体上の位置である。
「トウモロコシ(maize)」は、トウモロコシ(Zea mays L.ssp.
mays)の1植物を指し、そして「トウモロコシ(corn)」としてもまた知られる。
「トウモロコシ植物」という用語は:トウモロコシ植物全体、トウモロコシ植物細胞、トウモロコシ植物のプロトプラスト、それからトウモロコシ植物を再生し得るトウモロコシ植物細胞若しくはトウモロコシ組織培養物、トウモロコシ植物カルス、および、トウモロコシ植物、若しくはトウモロコシ種子、トウモロコシ穂軸、トウモロコシ花、トウモロコシ子葉、トウモロコシ葉、トウモロコシ茎、トウモロコシ芽体、トウモロコシ根、トウモロコシ根端などのようなトウモロコシ植物の部分中で無傷であるトウモロコシ植物細胞を包含する。
「マーカー」は参照点として使用されるヌクレオチド配列若しくはそのコードされる産物(例えばタンパク質)である。マーカーが組換えを検出することで有用であるために、それらは監視されている集団内で差違すなわち多形を検出することが必要である。分子マーカーについて、これは、ポリヌクレオチド配列の差違(例えばSSR、RFLP、FLP、SNP)によるDNAレベルでの差違を意味している。ゲノムの変動性はいかなる起源、例えば挿入、欠失、重複、反復要素、点突然変異、組換え事象、若しくは転位因子の存在および配列のものでもあり得る。分子マーカーはゲノム若しくは発現された核酸(例えばEST)由来であり得、かつまたPCRに基づく方法の使用を介して配列フラグメントを増幅することが可能なプローブ若しくはプライマー対として使用される核酸も指すことができる。多数のトウモロコシ分子マーカーが当該技術分野で既知であり、そして、Maize GDBインターネットリソース、およびアリゾナ大学により運営されるアリゾナゲノミクス研究所(Arizona Genomics Institute)インターネットリソースのような多様な供給源から公表され若しくは利用可能である。
1集団のメンバー間の遺伝子多形に対応するマーカーは当該技術分野で確立した方法により検出し得る。これらは、例えば、DNAシークエンシング、PCRに基づく配列特異的増幅法、制限断片長多形(RFLP)の検出、イソ酵素マーカーの検出、対立遺伝子特異的ハイブリダイゼーション(ASH)によるポリヌクレオチド多形の検出、植物ゲノムの増幅された可変配列の検出、自家持続配列複製の検出、単純反復配列(SSR)の検出、一塩基多形(SNP)の検出、若しくは増幅断片長多形(AFLP)の検出を包含する。確立した方法は、発現配列タグ(EST)ならびにEST配列およびランダム増幅多形DNA(RAPD)由来のSSRマーカーの検出についてもまた既知である。
「マーカー対立遺伝子」あるいは「マーカー遺伝子座の対立遺伝子」は、あるマーカー遺伝子座について多形である1集団中で該マーカー遺伝子座で見出される多数の多形ヌクレオチド配列の1つを指すことができる。
「マーカー支援選抜(Marker assisted selection)(MAS)」は、表現型がマーカーの遺伝子型に基づいて選択される方法である。
「マーカー支援対抗選抜(Marker assisted counter−selection)」は、選択されないことができる植物を同定するのにマーカー表現型を使用してそれらが育種プログラム若しくは植付けから除外されることを可能にする方法である。
「マーカーハプロタイプ」は、1マーカー遺伝子座例えばPZA01216対立遺伝子1の対立遺伝子の組合せを指す。
「マーカー遺伝子座」は、特定の1マーカーを見出し得る場合のある種のゲノム中の特
定の染色体位置である。マーカー遺伝子座を、第二の連鎖される遺伝子座、例えばある表現型の形質の発現をコードする若しくはそれに寄与する連鎖される遺伝子座の存在を追跡するのに使用し得る。例えば、あるマーカー遺伝子座を、該マーカー遺伝子座に遺伝子的若しくは物理的に連鎖されるQTL若しくは単一遺伝子のようなある遺伝子座の対立遺伝子の分離を監視するのに使用し得る。
「マーカープローブ」は、核酸ハイブリダイゼーションにより、マーカー遺伝子座の存在を同定するのに使用し得る核酸配列若しくは分子、例えばあるマーカー遺伝子座配列に相補的である核酸プローブであり、該マーカー遺伝子座の30若しくはそれ以上の隣接ヌクレオチド(該マーカー遺伝子座配列の「全部若しくは一部分」)を含んでなるマーカープローブを核酸ハイブリダイゼーションに使用しうる。あるいは、いくつかの局面において、マーカープローブは、あるマーカー遺伝子座に存在する特定の対立遺伝子を識別(すなわち遺伝子型同定)することが可能であるいずれかの種類のプローブを指す。
「分子マーカー」という用語は、連鎖される1遺伝子座を同定する場合に参照点として使用される、上で定義されたところの遺伝子マーカー若しくはそのコードされる産物(例えばタンパク質)を指すのに使用しうる。マーカーは、ゲノムヌクレオチド配列若しくは発現されたヌクレオチド配列(例えばスプライスされたRNA、cDNAなど)、またはコードされるポリペプチドに由来し得る。該用語は、マーカー配列を増幅することが可能なプローブ若しくはプライマー対として使用される核酸のような、マーカー配列に相補的若しくはそれに隣接する核酸配列もまた指す。
「分子マーカープローブ」は、マーカー遺伝子座の存在を同定するのに使用し得る核酸配列若しくは分子、例えばあるマーカー遺伝子座配列に相補的である核酸プローブである。あるいは、いくつかの局面において、マーカープローブは、あるマーカー遺伝子座に存在する特定の対立遺伝子を識別(すなわち遺伝子型同定)することが可能であるいかなる種類のプローブも指す。核酸は、それらが例えばワトソン−クリックの塩基対形成規則に従って溶液中で特異的にハイブリダイズする場合に「相補的」である。本明細書に記述されるマーカーのいくつかは、本明細書に記述される非同一線上(non−collinear)領域のようなインデル領域上に配置される場合にハイブリダイゼーションマーカーともまた称される。これは、該挿入領域が、定義上、該挿入を伴わない植物に相対して多形であるためである。従って、該マーカーは、該インデル領域が存在若しくは非存在であるかどうかを示すことのみが必要である。いかなる適するマーカー検出技術もこうしたハイブリダイゼーションマーカーを同定するのに使用することができ、例えばSNP技術を本明細書に提供される実施例で使用する。
「ヌクレオチド配列」、「ポリヌクレオチド」、「核酸配列」および「核酸フラグメント」は互換性に使用され、そして、合成、非天然若しくは変えられたヌクレオチド塩基を場合によっては含有する一若しくは二本鎖であるRNA若しくはDNAのポリマーを指す。「ヌクレオチド」は、それからDNA若しくはRNAポリマーが構築されかつプリン若しくはピリミジン塩基、五炭糖およびリン酸基よりなる単量体単位である。ヌクレオチド(通常それらの5’−一リン酸の形態で見出される)は、以下のとおりそれらの一文字呼称により称される:アデニル酸若しくはデオキシアデニル酸(それぞれRNA若しくはDNAについて)に対し「A」、シチジル酸若しくはデオキシシチル酸に対し「C」。グアニル酸若しくはデオキシグアニル酸に対し「G」。ウリジル酸に対し「U」、デオキシチミジル酸に対し「T」、プリン(A若しくはG)に対し「R」、ピリミジン(C若しくはT)に対し「Y」、G若しくはTに対し「K」、A若しくはC若しくはTに対し「H」、イノシンに対し「I」およびいずれかのヌクレオチドに対し「N」。
「表現型」または「表現型の形質」若しくは「形質」という用語は、ある生物体の1種
若しくはそれ以上の形質を指す。表現型は、裸眼に、または当該技術分野で既知のいずれかの他の評価手段、例えば顕微鏡検査、生化学的分析若しくは電気機械アッセイにより観察可能であり得る。いくつかの場合において、1表現型は単一の遺伝子若しくは遺伝子座により直接制御され、すなわち「単一遺伝子形質」。他の場合において、1表現型は数種の遺伝子の結果である。
ゲノムの「物理的地図」は染色体DNA上の同定可能な目印(遺伝子、マーカーなどを包含する)の直線的順序を示す地図である。しかしながら、遺伝子地図と対照的に、目印間の距離は絶対であり(例えば塩基対若しくは単離されかつ重なる隣接遺伝子フラグメント中で測定される)そして遺伝子組換えに基づかない。
「植物」は、植物全体、そのいずれかの部分、またはある植物由来の細胞若しくは組織培養物であり得る。従って、「植物」という用語は:植物全体、植物の構成要素若しくは器官(例えば葉、茎、根など)、植物組織、種子、植物細胞、および/若しくはその子孫のいずれも指すことができる。植物細胞は、植物の、植物から採られた、若しくは植物から採られた細胞から培養により派生される細胞である。
「植物組織培養」は、既知組成の栄養培地上で無菌条件下に植物の細胞、組織若しくは器官を維持若しくは成長させるのに使用される技術の集合体を指す。植物組織培養は、多くの植物細胞が植物全体を再生する能力を有するという事実に頼る。植物組織培養における多様な技術は伝統的な繁殖方法を上回るある種の利点を提供しうる。
「多形」は、単に新たな突然変異によるには普遍的すぎるDNA中の変動である。多形は1集団において最低1%の頻度を有しなければならない。多形は、一塩基多形すなわちSNP、若しくは「インデル」ともまた本明細書で称される挿入/欠失多形であり得る。
「確率値」若しくは「p値」は、表現型および特定の1マーカー対立遺伝子の存在若しくは非存在の特定の組合せがランダムであるという統計学的尤度である。従って、確率スコアが低いほど表現型および特定の1マーカーが同時分離することができる尤度が大きくなる。いくつかの局面において、確率スコアは「有意」若しくは「有意でない」とみなされる。いくつかの態様において、任意組合せの0.05という確率スコア(p=0.05、若しくは5%確率)は同時分離の有意の指示とみなされる。しかしながら、許容できる確率は50%(p=0.5)未満のいずれの確率でもあり得る。例えば、有意の確率は、0.25未満、0.20未満、0.15未満、0.1未満、0.05未満、0.01未満若しくは0.001未満であり得る。
「子孫(progeny)」という用語は交配から発生される子孫(offspring)を指す。
「子孫植物」は2植物間の交配から発生される。
「参照配列」は配列比較の基礎として使用される定義された配列である。参照配列は、該遺伝子座で多数の系統の遺伝子型を同定すること、該ヌクレオチド配列を配列アライメントプログラム(例えばSequencher)で整列させること、およびその後該アライメントのコンセンサス配列を得ることにより得られる。
「再生」は植物細胞(例えば植物のプロトプラスト、カルス若しくは外植体)から植物を成長させる過程である。
「Stiff Stalk」ヘテロ強勢群は北部米国およびカナダのトウモロコシ栽培
地域における主要ヘテロ強勢群を表す。それはまたIowa Stiff Stalk Synthetic(すなわちBSSS)ヘテロ強勢群とも称することができる。
「形質転換」という用語は、その中で外来性DNAが染色体中に組み込まれる若しくは自己複製が可能である細胞若しくはプロトプラスト中に、DNA配列若しくは構築物(例えばベクター若しくは発現カセット)を導入する過程を指す。
「ストリンジェントな条件下」という句は、プローブ若しくはポリヌクレオチドが、典型的には核酸の複雑な混合物中で特定の1核酸配列にハイブリダイズすることができるが、しかし本質的に他の配列にしない条件を指す。ストリンジェントな条件は配列依存的であり、そして異なる環境で異なることができる。
より長い配列はより高温で特異的にハイブリダイズする。一般に、ストリンジェントな条件は、定義されるイオン強度pHで特定の配列について熱的融点(thermal melting point)(Tm)より約5〜10℃より低くなるよう選択される。Tmは、標的に相補的なプローブの50%が平衡で標的配列にハイブリダイズする温度(規定されるイオン強度、pHおよび核酸濃度下で)であり(標的配列がTmで過剰に存在する際に、プローブの50が平衡で占有される)、ストリンジェントな条件は、pH7.0ないし8.3で塩濃度が約1.0Mナトリウムイオン未満、典型的には約0.01ないし1.0Mナトリウムイオン濃度(若しくは他の塩)であるものであることができ、ならびに、温度は短いプローブ(例えば10ないし50ヌクレオチド)について最低約30℃、および長いプローブ(例えば50ヌクレオチド以上)について最低約60℃である。ストリンジェントな条件はホルムアミドのような不安定化剤の添加でもまた達成しうる。選択的すなわち特異的ハイブリダイゼーションについて、正の信号はバックグラウンドの最低2倍、好ましくはバックグラウンドハイブリダイゼーションの10倍である。例示的なストリンジェントなハイブリダイゼーション条件は、しばしば:65℃で0.2×SSCおよび0.1%SDS中での洗浄を伴う、42℃でインキュベートする50%ホルムアミド、5×SSCおよび1%SDS、若しくは65℃でインキュベートする5×SSC、1%SDSである。PCRについて、約36℃の温度は低ストリンジェンシー増幅に典型的であるとは言え、アニーリング温度はプライマー長さに依存して約32℃と48℃の間で変動しうる。ハイブリダイゼーションパラメータを決定するための付加的な指針が多数の参考文献に提供されている。
配列アライメントおよび同一性パーセント計算は、限定されるものでないがLASERGENE.RTM.バイオインフォーマティクスコンピュータ計算ソフトウェアパッケージ(DNASTAR.RTM.Inc.、ウィスコンシン州マディソン)のMEGALIGN.RTMプログラムを挙げることができる、相同的配列を検出するよう設計された多様な比較方法を使用して決定しうる。別の方法で述べられない限り、本明細書に提供される配列の複数のアライメントは、デフォルトのパラメータ(GAP PENALTY=10、GAP LENGTH PENALTY=10)を用いてClustal Vアライメント法(HigginsとSharp、CABIOS.5:151−153(1989))を使用して実施し、Clustal V法を使用するタンパク質配列の対のアライメントおよび同一性パーセントの計算のためのデフォルトのパラメータは、KTUPLE=1、GAP PENALTY=3、WINDOW=5およびDIAGONALS SAVED=5である。核酸について、これらパラメータは、KTUPLE=2、GAP PENALTY=5、WINDOW=4およびDIAGONALS SAVED=4である。Clustal Vプログラムを使用する配列のアライメント後に、同一プログラム上の「配列距離」表を見ることにより「同一性パーセント」および「相違」を得ることが可能であり;別の方法で述べられない限り、本明細書で提供かつ特許請求される同一性パーセントおよび相違はこの様式で計算した。
「ベクター」は、宿主細胞中で複製が可能でありかつ/若しくは付属されたセグメントの複製をもたらすように別のDNAセグメントがそれに効果的に連結され得るDNA分子である。プラスミドは1例示的ベクターである。
本発明を詳細に記述する前に、本発明は特定の態様に制限されないことが理解されるべきである。本明細書で使用される用語は特定の態様を記述する目的上でありかつ制限することを意図していないこともまた理解されるべきである。本明細書および付録として追加される請求の範囲で使用されるところの、単数および単数形例えば「ある(a)」、「ある(an)」および「該(the)」の用語は、文脈が別の方法で明確に指図しない限り複数の指示対象を包含する。従って、例えば、「植物(plant)」、「該植物(the plant)」若しくは「ある植物(a plant)」への言及は複数の植物もまた包含する。文脈に依存して、「植物」という用語の使用はその植物の遺伝子的に類似若しくは同一の子孫もまた包含し得る。「ある核酸(a nucleic acid)」という用語の使用は、場合によってはその核酸分子の多くのコピーを包含する。
遺伝子マッピング
増大された培養能および形質転換能のような特定の表現型と相関する特定の遺伝子座が1生物体のゲノム中でマッピングされ得ることが、かなり長い間認識されている。植物育種家は、連鎖不平衡として明示される所望の表現型を伴う同時分離の統計学的に有意の確率を示すマーカー対立遺伝子を検出することにより所望の個体を同定するために、分子マーカーを有利に使用し得る。目的の形質と同時分離する1分子マーカー若しくは分子マーカーのクラスターを同定することにより、育種家は、適正な分子マーカー対立遺伝子について選択することにより所望の表現型を迅速に選択することが可能である(マーカー支援選抜若しくはMASと呼ばれる方法)。
当該技術分野で公知の多様な方法が、増大された培養能および形質転換能のような目的の形質と同時分離する分子マーカー若しくは分子マーカーのクラスターを検出するために利用可能である。これらの方法の根底にある基本概念は、それについて代替の遺伝子型(若しくは対立遺伝子)が大きく異なる平均的表現型を有するマーカーの検出である。従って、代替遺伝子型(若しくは対立遺伝子)間の差違の大きさまたはその差違の有意性のレベルのマーカー遺伝子座間の比較を行う。形質遺伝子は、最大の関連する遺伝子型の差違を有するマーカー(1若しくは複数)の最も近くに配置されていることが推論される。
目的の形質遺伝子座を検出するのに使用される2つのこうした方法は:1)集団に基づく連関分析および2)伝統的な連鎖分析である。集団に基づく連関分析において、系統を、複数の始祖例えば有望育種系統をもつ既存集団から得る。集団に基づく連関分析は、連鎖不平衡(LD)の消滅、および、非構造化集団において、目的の形質を制御する遺伝子とそれらの遺伝子に緊密に連鎖されるマーカーの間の相関のみが非常に多くの世代の任意交配後に留まることができるという概念に頼る。現実には、ほとんどの既存集団は集団下部構造を有する。従って、構造化関連アプローチの使用は、ゲノム全体にランダムに分布されているマーカーから得られるデータを使用して個体を集団に割り当てることにより集団構造を制御するのを助け、それにより個別の集団(亜集団ともまた呼ばれる)内の集団構造による不平衡を最小化する。表現型値を、亜集団中の各系統のそれぞれのマーカー遺伝子座で遺伝子型(対立遺伝子)と比較する。重大なマーカーと形質の関連は、マーカー遺伝子座と、その形質の発現に関与する1若しくはそれ以上の遺伝子座の間の近い近接を示す。
同一の原理が伝統的連鎖分析の根底にあるが;しかしながら、LDは少数の始祖から1集団を創成することにより生成される。該始祖は構築された集団内の多形のレベルを最大
化するよう選択され、そして多形の部位を、所定の1表現型を伴う同時分離のそれらのレベルについて評価する。多数の統計学的方法が重大なマーカーと形質の関連を同定するのに使用されている。1つのこうした方法は区間マッピングのアプローチ(LanderとBotstein、Genetics 121:185−199(1989)であり、ここで遺伝子地図に沿った多くの位置のそれぞれ(1cM区間で言う)を、目的の形質を制御する遺伝子がその位置に配置される尤度について試験する。遺伝子型/表現型データを使用してLODスコア(尤度比の対数)を各試験位置について計算する。LODスコアが閾値を超える場合、遺伝子地図上のその位置に、目的の形質を制御する遺伝子の場所(特定の2マーカー遺伝子座間に入ることができる)についての重大な証拠が存在する。
上述されたとおり、当該技術分野で公知の方法が、増大された培養能および形質転換能のような目的の形質と同時分離する分子マーカー若しくは分子マーカーのクラスターを検出するために利用可能である。しかしながら、培養、形質転換および再生の行為のようなある種の実験的処置は、目的の形質の遺伝子領域を含有する植物のみが生存しかつBC1植物になることが可能であるように、植物の遺伝子的に分離する集団に選択圧を適用する。その後、ある遺伝子座が目的の形質に重要である場合には、親の一方により運搬される1対立遺伝子が選択されるであろう。従って、選択圧を適用した後にゲノムを走査する場合、目的の形質に重要である対立遺伝子は50%以上の頻度で存在する。50%以上への大きな逸脱を示すマーカーは選択の正の効果を示す遺伝子座を表し、そしてχ2検定(p<0.05)を使用して同定し得る。こうした分子マーカー検出方法を内に記述する。
増大された培養能および形質転換能と関連するマーカー。
増大された培養能および形質転換能と関連するマーカーが本明細書で同定される。該方法は、トウモロコシ植物の生殖質の強化と関連する最低1種のマーカー対立遺伝子の存在を検出することを必要とする。該マーカー遺伝子座は、PZA01216.1、DAS_PZ−7146、DAS−PZ−12685、magi17761、Mo17−100177、DAS−PZ−5617、DAS−PZ−2343、PZA03203−2、Mo17−100291、PZA03409、DAS−PZ−19188、DAS−PZ−2043、DAS−PZ−20570、PZA02965、Mo17−14519、DAS−PZ−12236、magi52178およびDAS−PZ−366、ならびにこれらマーカーに連鎖されるいかなる他のマーカー(連鎖されるマーカーはMaize GDBリソースから決定し得る)も包含する、表1に提供されるマーカー遺伝子座のいずれからも選択し得る。
単一染色体上のゲノムDNAの隣接した直線状の区間上に配置される遺伝要素すなわち遺伝子は物理的に連結されている。双方が培養能および形質転換能と高度に関連するマーカーasg62およびmagi87535が、培養能および形質転換能のQTLの輪郭を描く。asg62およびmagi87535若しくはClustal Vアライメント法に基づきasg62に95%同一であるヌクレオチド配列、ならびにmagi87535若しくはClustal Vアライメント法に基づきmagi87535に95%同一であるヌクレオチド配列の間かつこれらを包含する隣接DNAに集合するいかなるポリヌクレオチドも、培養能および形質転換能と関連するマーカー遺伝子座を収容し得る。公的に利用可能なマーカーの配列はMaize GDBリソースを使用して見出し得る。
さらに、双方が培養能および形質転換能と高度に関連するnpi386aおよびgpm174bが、培養能および形質転換能のQTLの輪郭を描く。npi386a若しくはClustal Vアライメント法に基づきnpi386aに95%同一であるヌクレオチド配列、およびgpm174b若しくはClustal Vアライメント法に基づきgpm174bに95%同一であるヌクレオチド配列の間かつこれらを包含する隣接DNAに
集合するいかなるポリヌクレオチドも、培養能および形質転換能と関連するマーカー遺伝子座を収容し得る。公的に利用可能なマーカーの配列はMaize GDBリソースを使用して見出し得る。
さらに、双方が培養能および形質転換能と高度に関連するagrr37bおよびnfa104が、培養能および形質転換能のQTLの輪郭を描く。agrr37b若しくはClustal Vアライメント法に基づきagrr37bに95%同一であるヌクレオチド配列、およびnfa104若しくはClustal Vアライメント法に基づきnfa104に95%同一であるヌクレオチド配列の間かつこれらを包含する隣接DNAに集合するいかなるポリヌクレオチドも、培養能および形質転換能と関連するマーカー遺伝子座を収容し得る。公的に利用可能なマーカーの配列はMaize GDBリソースを使用して見出し得る。
さらに、双方が培養能および形質転換能と高度に関連するumc156aおよびpco061578が、培養能および形質転換能のQTLの輪郭を描く。umc156a若しくはClustal Vアライメント法に基づきumc156aに95%同一であるヌクレオチド配列、およびpco061578若しくはClustal Vアライメント法に基づきpco061578に95%同一であるヌクレオチド配列の間かつこれらを包含する隣接DNAに集合するいかなるポリヌクレオチドも、培養能および形質転換能と関連するマーカー遺伝子座を収容し得る。公的に利用可能なマーカーの配列はMaize GDBリソースを使用して見出し得る。
さらに、双方が培養能および形質転換能と高度に関連するphp20608aおよびidp6638が、培養能および形質転換能のQTLの輪郭を描く。php20608a若しくはClustal Vアライメント法に基づきphp20608aに95%同一であるヌクレオチド配列、およびidp6638若しくはClustal Vアライメント法に基づきidp6638に95%同一であるヌクレオチド配列の間かつこれらを包含する隣接DNAに集合するいかなるポリヌクレオチドも、培養能および形質転換能と関連するマーカー遺伝子座を収容し得る。公的に利用可能なマーカーの配列はMaize GDBリソースを使用して見出し得る。
さらに、双方が培養能および形質転換能と高度に関連するbnl4.36およびumc1482が、培養能および形質転換能のQTLの輪郭を描く。bnl4.36若しくはClustal Vアライメント法に基づきbnl4.36に95%同一であるヌクレオチド配列、およびumc1482若しくはClustal Vアライメント法に基づきumc1482に95%同一であるヌクレオチド配列の間かつこれらを包含する隣接DNAに集合するいかなるポリヌクレオチドも、培養能および形質転換能と関連するマーカー遺伝子座を収容し得る。公的に利用可能なマーカーの配列はMaize GDBリソースを使用して見出し得る。
さらに、双方が培養能および形質転換能と高度に関連するumc126aおよびidp8312が、培養能および形質転換能のQTLの輪郭を描く。umc126a若しくはClustal Vアライメント法に基づきumc126aに95%同一であるヌクレオチド配列、およびidp8312若しくはClustal Vアライメント法に基づきidp8312に95%同一であるヌクレオチド配列の間かつこれらを包含する隣接DNAに集合するいかなるポリヌクレオチドも、培養能および形質転換能と関連するマーカー遺伝子座を収容し得る。公的に利用可能なマーカーの配列はMaize GDBリソースを使用して見出し得る。
さらに、双方が培養能および形質転換能と高度に関連するbnl9.11aおよびgp
m609aが、培養能および形質転換能のQTLの輪郭を描く。bnl9.11a若しくはClustal Vアライメント法に基づきbnl9.11aに95%同一であるヌクレオチド配列、およびgpm609a若しくはClustal Vアライメント法に基づきgpm609aに95%同一であるヌクレオチド配列の間かつこれらを包含する隣接DNAに集合するいかなるポリヌクレオチドも、培養能および形質転換能と関連するマーカー遺伝子座を収容し得る。公的に利用可能なマーカーの配列はMaize GDBリソースを使用して見出し得る。
さらに、双方が培養能および形質転換能と高度に関連するwx1およびbnlg1209が、培養能および形質転換能のQTLの輪郭を描く。wx1若しくはClustal Vアライメント法に基づきwx1に95%同一であるヌクレオチド配列、およびbnlg1209若しくはClustal Vアライメント法に基づきbnlg1209に95%同一であるヌクレオチド配列の間かつこれらを包含する隣接DNAに集合するいかなるポリヌクレオチドも、培養能および形質転換能と関連するマーカー遺伝子座を収容し得る。公的に利用可能なマーカーの配列はMaize GDBリソースを使用して見出し得る。
連鎖の1普遍的尺度は形質が同時分離する頻度である。これは同時分離のパーセンテージ(組換え頻度)として、若しくはセンチモルガン(cM)で表現し得る。cMは遺伝子組換え頻度の尺度の単位である。1cMは1遺伝子座の1形質が単一世代において乗換えにより別の遺伝子座の形質から切り離されることができる1%の可能性に等しい(該形質が99%の確率で一緒に分離することを意味している)。染色体距離は形質間の乗換え事象の頻度にほぼ比例するため、組換え頻度と相関する近似の物理的距離が存在する。
マーカー遺伝子座はそれら自体形質であり、そして分離中のマーカー遺伝子座を追跡することにより標準的連鎖分析に従って評価し得る。従って、1cMは、あるマーカー遺伝子座が単一世代において乗換えにより別の遺伝子座から分離されることができる1%の可能性に等しい。
表2に列挙されるマーカーに連鎖される他のマーカーを、トウモロコシ植物における培養能および形質転換能を予測するのに使用し得る。これは、PZA01216.1、DAS−PZ−7146、DAS−PZ−12685、magi17761、Mo17−100177、DAS−PZ−5617、DAS−PZ−2343、PZA03203−2、Mo17−100291、PZA03409、DAS−PZ−19188、DAS−PZ−2043、DAS−PZ−20570、PZA02965、Mo17−14519、DAS−PZ−12236、magi52178およびDAS−PZ−366の50cM以内のいかなるマーカーも包含し、該マーカーは培養能および形質転換能を関連させる。あるマーカーが目的の形質を制御する遺伝子に近いほど、そのマーカーは所望の形質の指標としてより効果的かつ有利になる。緊密に連鎖された遺伝子座は、約10%若しくはより小さい、好ましくは約9%若しくはより小さい、さらにより好ましくは約8%若しくはより小さい、なおまたより好ましくは約7%若しくはより小さい、さらにより好ましくは約6%若しくはより小さい、なおまたより好ましくは約5%若しくはより小さい、さらにより好ましくは約4%若しくはより小さい、なおまたより好ましくは約3%若しくはより小さい、そしてさらにより好ましくは約2%若しくはより小さい、遺伝子座間の乗換え頻度を表す。高度に好ましい態様において、関連する遺伝子座(例えばマーカー遺伝子座と標的遺伝子座)は、約1%若しくはより小さい、例えば約0.75%若しくはより小さい、より好ましくは約0.5%若しくはより小さい、またはなおまたより好ましくは約0.25%若しくはより小さい組換え頻度を表す。従って、該遺伝子座は、約10cM、9cM、8cM、7cM、6cM、5cM、4cM、3cM、2cM、1cM、0.75cM、0.5cM若しくは0.25cMまたはより少なく離れている 言い換えれば、同一染色体に、かつ、2遺伝子座間の組換えが10%未満(例えば約9%、8%、7%、6%、5
%、4%、3%、2% 1%、0.75%、0.5%、0.25.度若しくはより小さい)の頻度で発生するような距離に局在化される2遺伝子座は、相互「に近接して」いると言われる。
特定のマーカー対立遺伝子は増大された培養能および形質転換能を伴う同時分離を示し得るとは言え、該マーカー遺伝子座は必ずしも培養能および形質転換能の表現型の発現の原因ではないことに注目することが重要である。例えば、マーカーポリヌクレオチド配列が増大された培養能および形質転換能を付与する1遺伝子の一部である(例えば遺伝子読み取り枠の一部である)ことは要件ではない。特定の1マーカー対立遺伝子と増大された培養能および形質転換能の表現型の間の関連は、該マーカー対立遺伝子と、該対立遺伝子が発した祖先のトウモロコシ系統中の該対立遺伝子の間の元の「カップリング」連鎖相による。最終的に、反復する組換えで、マーカーと遺伝子座の間の乗換え事象がこの方向を変え得る。この理由上、好都合なマーカー対立遺伝子は、分離する集団を創成するのに使用される抵抗性の親内に存在する連鎖相に依存して変化しうる。これは、該マーカーを該表現型の分離を監視するのに使用し得るという事実を変えない。それは、どのマーカー対立遺伝子を所定の分離する集団中で好都合とみなすかを変えるのみである。
「染色体間隔」という用語は、本発明に示されるマーカーのいずれかにより定義されるいかなるおよび全部の区間も指示する。培養能および形質転換能と相関する染色体間隔が提供される。第1染色体に配置される1区間は、asg62およびmagi87535を含んでなりかつこれらにより隣接される。染色体間隔asg62およびmagi87535の1下位区間がPZA01216.1およびmagi17761である。第4染色体上に配置される別の区間は、npi386aおよびgpm174bを含んでなりかつこれらにより隣接され、そしてMo17−100177を包含する。第4染色体上に配置される別の区間は、agrr37bおよびnfa104を含んでなりかつこれらにより隣接される。agrr37bおよびnfa104の1下位区間がDAS−PZ−5617およびDAS−PZ−19188である。第4染色体上に配置される別の区間は、umc156aおよびpco061578を含んでなりかつこれらにより隣接され、そしてDAS−PZ−2043を包含する。第4染色体上に配置される別の区間は、php20608aおよびidp6638を含んでなりかつこれらにより隣接され、そしてDAS−PZ−20570を包含する。第5染色体上に配置される別の区間は、bnl4.36およびumc1482を含んでなりかつこれらにより隣接され、そしてPZA02965を包含する。第5染色体上に配置される別の区間は、umc126aおよびidp8312を含んでなりかつこれらにより隣接される。染色体間隔umc126aおよびidp8312の1下位区間がMo17−14519およびDAS−PZ−12236である。第8染色体上に配置される別の区間は、bnl9.11aおよびgpm609aを含んでなりかつこれらにより隣接され、そしてmagi52178を包含する。第9染色体上に配置される別の区間は、wx1およびbnlg1209を含んでなりかつこれらにより隣接され、そしてDAS−PZ−366を包含する。
当該技術分野で公知の多様な方法が染色体間隔を同定するために利用可能である。こうした染色体間隔の境界は、目的の形質を制御する遺伝子に連鎖されることができるマーカーを包含するよう引かれる。言い換えれば、その区間(該区間の境界を定義する末端マーカーを包含する)内にあるいかなるマーカーも培養能および形質転換能のマーカーとして使用し得るような染色体間隔が区分される。上述される区間は培養能および形質転換能と同時分離するマーカーの1クラスターを包含する。マーカーの該クラスター形成は該染色体上の比較的小さいドメイン中で発生し、それら染色体領域中の目的の形質を制御する遺伝子の存在を示す。該区間は培養能および形質転換能と同時分離するマーカーを包含するように区分された。該区間は、該区間内に位置するマーカーならびに該末端を定義するマーカーを包含する。例えば、asg62およびmagi87535は、Stiff St
alk亜集団中で培養能および形質転換能と同時分離するマーカーのクラスターを包含する1染色体間隔を定義する。第二の1例は下位区間PZA01216.1およびmagi17761を包含し、これらはStiff Stalk亜集団中で培養能および形質転換能と同時分離するマーカーの1クラスターを包含する1染色体間隔を定義する。該区間の終点を定義する末端マーカーにより記述される区間は、末端マーカー、および、それらマーカーが現在既知であろうと未知であろうとその染色体ドメイン内に集中するいかなるマーカーも包含することができる。
染色体間隔は、目的の1マーカー(と連鎖不平衡を示すよう)に連鎖されるマーカーによってもまた定義され得、そして関連研究の状況で連鎖不平衡(LD)の普遍的尺度である。asg62およびmagi87535の区間、PZA01216.1およびmagi17761の下位区間、若しくはasg62およびmagi87535のいずれかの他の下位区間内にあるいずれかの第1染色体マーカー遺伝子座と、増大された培養能および形質転換能と関連する1対立遺伝子を有するその区間内の同定された1マーカーとの間のLDのr2値が1/3以上である(Ardlieら Nature Reviews Genetics 3:299−309(2002))場合、該遺伝子座は連鎖されている。同様に、それは本明細書に記述されるいずかなる区間内のいかなるマーカーにも適用される。
本発明のマーカーはまた、そうでなければハプロタイプとして知られるマーカー遺伝子座の対立遺伝子の組合せでもあり得る。当業者は、本明細書で同定される第1、4、5、8および9染色体のマーカー中およびその周囲のマーカー遺伝子座に追加の多形部位が存在しうることを期待するとみられ、ここで1若しくはそれ以上の多形部位が、増大された培養能および形質転換能と関連する1対立遺伝子と連鎖不平衡(LD)にある。異なる多形部位の特定の2対立遺伝子は、該部位の一方での該対立遺伝子の存在が同一染色体上の他の部位の該対立遺伝子の存在を予測する傾向がある場合に、LDにあると言われる(Stevens、Mol.Diag.4:309−17(1999))。
マーカー支援選抜
分子マーカーは多様な植物育種応用で使用し得る(例えば、Staubら(1996)Hortscience 729−741;Tanksley(1983)Plant Molecular Biology Reporter 1:3−8を参照されたい)。目的の主領域の1つは、マーカー支援選抜(MAS)を使用して遺伝子を戻し交配および遺伝子浸透する効率を増大させることである。所望の表現型の形質に影響を及ぼす1遺伝子座との連鎖を示す1分子マーカーは、ある植物集団での該形質の選択のための有用なツールを提供する。これは、該表現型がアッセイすることが困難である、例えば多くの疾患抵抗性の形質、若しくは植物発達の後の段階で発生する、例えば穀粒の特徴の場合にとりわけ真実である。DNAマーカーアッセイはより少なく労力を要しかつ圃場若しくは温室の表現型決定より少ない物理的空間を占めるため、はるかにより大きな集団をアッセイし得、レシピエント系統に移動されるドナー系統からの標的セグメントをもつ組換え体を見出す可能性を増大させる。連鎖が緊密になるほど、該マーカーはより有用になる。組換えは該マーカーと該形質を引き起こす遺伝子の間で発生することがより少なくありそうであり、これが偽陽性をもたらし得るためである。隣接するマーカーを有することは、二重組換え事象が必要とされるであろうため、偽陽性選択が発生することができる可能性を低下させる。理想的な状況は、該遺伝子それ自体中に1マーカーを有することであり、その結果、組換えは該マーカーと該遺伝子の間で発生し得ない。こうしたマーカーは「完全マーカー」と呼ばれる。
ある遺伝子がMASにより遺伝子浸透される場合、導入されるのは該遺伝子のみならずしかしまた隣接領域もである(Gepts.(2002).Crop Sci;42:1
780−1790)。これは「リンケージドラッグ」と称され、ドナー植物がレシピエント植物に高度に無関係である場合、これら隣接領域は農学的に望ましくない形質をコードしうる追加の遺伝子を運搬する。この「リンケージドラッグ」は、有望トウモロコシ系統への複数サイクルの戻し交配後でさえ、低下された収量若しくは他の負の農学的特徴もまたもたらしうる。これはまたときに「収量低下」とも称される。隣接領域の大きさは追加の戻し交配により低下され得るとは言え、育種家は該領域の大きさ若しくは組換えブレイクポイントに対する制御を有しないため、これは常に成功裏でない(Youngら、(1998)Genetics 120:579−585)。古典的育種において、ドナーセグメントの大きさの低減に寄与する組換えが選択されることは通常偶然にのみである(Tanksleyら(1989).Biotechnology 7:257−264)。この種類の戻し交配における20回の戻し交配後でさえ、選択されている遺伝子になお連鎖されるドナー染色体の相当な大きさの片を見出すことを期待しうる。しかしながらマーカーを用いて、目的の遺伝子近くの組換えを経験したまれな個体を選択することが可能である。150の戻し交配植物において、最低1植物が単一減数分裂地図距離に基づき該遺伝子の1cM以内の乗換えを経験していることができる95%の可能性が存在する。マーカーはそれら個体の決定的な同定を明言することができる。300植物の追加の1戻し交配で、該遺伝子の他の側の1cMの単一減数分裂地図距離内の1個の乗換えの95%の可能性が存在するとみられ、単一減数分裂地図距離に基づき2cM未満の標的遺伝子周囲のセグメントを生成する。これはマーカーを用いて2世代で達成され得る一方、それはマーカーなしで平均100世代を必要としたとみられる(Tanksleyら、上記を参照されたい)。ある遺伝子の正確な場所が既知である場合、該遺伝子の周囲の隣接するマーカーを、多様な集団の大きさでの組換えについて選択するのに利用し得る。例えば、より小さい集団の大きさにおいて、組換えは該遺伝子からさらに離れて期待されることができ、従ってより遠位の隣接するマーカーが該組換えを検出するのに必要とされるとみられる。
増大する密度の公的トウモロコシマーカーを含有するトウモロコシゲノムの統合された連鎖地図の利用可能性が、トウモロコシの遺伝子マッピングおよびMASを助長した。例えば、Maize GDBウェブサイト上でオンラインで利用可能であるIBM2 Neighbors地図を参照されたい。
MASの実施の重要な要素は:(i)分離する集団すなわちランダム若しくは構造化集団であり得る、それ内でマーカーと形質の関連を決定することができる集団を定義すること:(ii)該形質に関する多形マーカーの分離若しくは関連を監視すること、および統計学的方法を使用して連鎖若しくは関連を決定すること:(iii)統計学的解析の結果に基づき1組の所望のマーカーを定義すること、ならびに(iv)マーカーに基づく選択の決定が下されることを可能にするための育種生殖質の現在の組へのこの情報の使用および/若しくは外挿である。本開示に記述されるマーカーならびにSSRおよびFLPのような他のマーカーの種類を、マーカー支援選抜プロトコルで使用し得る。
SSRは、6bp若しくはより小さい長さをもつ縦列反復DNAの比較的短いひと続き(run)と定義し得る(Tautz(1989)Nucleic Acid Research 17:6463−6471;Wangら(1994)Theoretical
and Applied Genetics、88:1−6)多形は、おそらくDNA複製中の翻訳スリップにより引き起こされる反復単位の数の変動により生じる(LevinsonとGutman(1987)Mol Biol Evol 4:203−221)。反復長さの変動は、保存された反復しない隣接領域に対しPCRプライマーを設計することにより検出することができ(WeberとMay(1989)Am J Hum Genet.44:388−396)、SSRは、それらが複対立、共優性、再現可能でありかつハイスループット自動化の影響を受けやすいため、マッピングおよびMASに高度に適する(Rafalskiら(1996)Generating and usin
g DNA markers in plants.Non−mammalian genomic analysis:a practical guide.Academic press中、pp 75−135)。
多様な種類のSSRマーカーを生成し得、そして抵抗性系統からのSSRプロファイルを増幅産物のゲル得電気泳動により得ることができる。マーカーの遺伝子型のスコアリングは増幅されたフラグメントの大きさに基づく。トウモロコシのSSRサービスが、カナダ国ケベック州サン・ジャン・シュル・リシュリューのDNA Landmarksにより契約に基づいて公衆に利用可能である。
多様な種類のFLPマーカーもまた生成し得る。最も普遍的には、増幅プライマーを使用して断片長多形を生成する。こうしたFLPマーカーは、該プライマーにより増幅される領域が典型的には高度に反復する領域でないことを除き、多くの点でSSRマーカーに類似している。それでもなお、該増幅された領域すなわちアンプリコンは、しばしば挿入若しくは欠失により生殖質間で十分な変動性を有することができ、その結果該増幅プライマーにより生成されるフラグメントが多形の個体間で識別され得、そしてこうしたインデルはトウモロコシで頻繁に発生することが知られている(Bhattramakkiら(2002).Plant Mol Biol 48、539−547;Rafalski(2002b)、上記)。
SNPマーカーは単一塩基対ヌクレオチド置換を検出する。全部の分子マーカーの種類のうち、SNPは最も豊富であり、従って最高の遺伝子地図分解能を提供する可能性を有する(Bhattramakkiら 2002 Plant Molecular Biology 48:539−547)。SNPはいわゆる「超ハイスループット」様式でSSRよりなおより高レベルのスループットでアッセイされ得る。それらが大量のDNAを必要とせずかつ該アッセイの自動化が簡単でありうるからである。SNPは比較的低コストシステムであるという見込みもまた有する。これら3因子が一緒になって、SNPをMASでの使用について高度に魅力的にする。限定されるものでないがハイブリダイゼーション、プライマー伸長、オリゴヌクレオチドライゲーション、ヌクレアーゼ切断、ミニシークエンシングおよびコード化領域(coded sphere)を挙げることができるいくつかの方法が、SNP遺伝子型同定に利用可能である。こうした方法は:Gut(2001)Hum Mutat 17 pp,475−492:Shi(2001)Clin Chem 47、pp.164−172;Kwok(2000)Pharmacogenomics 1、pp.95−100:BhattramakkiとRafalski(2001)Discovery and application of single nucleotide polymorphism markers in plants.R,J Henry、編、Plant Genotyping:The DNA Fingerprinting of Plants、CABI Publishing、ウォーリングフォード中で総説されている。広範な商業的に利用可能な技術は、これら、およびMasscodeTM(Qiagen)、Invader(登録商標)(Third Wave Technologies)、SnapShot(登録商標)(Applied Biosystems)、Taqman(登録商標)(Applied Biosystems)およびBeadarraysTM(Illumina)を包含するSNPを調べる他の方法を利用する。
1配列内若しくは連結された配列にわたる一緒の多数のSNPを、いずれか特定の遺伝子型についてハプロタイプを記述するのに使用し得る(Chingら(2002)、BMC Genet.3:19 pp Guptaら 2001、Rafalski(2002b)、Plant Science 162:329−333)。ハプロタイプは単一SNPよりもより情報を提供し得、そしていずれか特定の遺伝子型をより記述し得る。例
えば、単一SNPは増大された培養能および形質転換能をもつ特定の1系統若しくは変種について対立遺伝子「T」でありうるが、しかし、該対立遺伝子「T」は反復親について利用されているトウモロコシ育種集団でもまた存在しうる。この場合、あるハプロタイプ、例えば連鎖されたSNPマーカーの対立遺伝子のある組合せがより情報を提供しうる。ある独特のハプロタイプがあるドナー染色体領域に一旦割り当てられれば、そのハプロタイプを、ある個体が特定の1遺伝子を有するかどうかを決定するためにその集団若しくはそのいずれかのサブセットで使用し得る。例えば第WO2003054229号明細書を参照されたい。当業者に既知の自動化ハイスループットマーカー検出プラットフォームを使用することが、この過程を高度に効率的かつ効果的にする。
表2に列挙される配列を、本開示に列挙されるQTL区間内の追加の多形SNP(および他のマーカー)を得るために容易に使用し得る。記述される地図領域内のマーカーを、記述されるマーカーと同一の近接した場所で新たな配列を見出すために、BAC若しくは他のゲノムライブラリーにハイブリダイズ、またはゲノム配列と電子的に整列し得る。
上述されたところのSSR、FLPおよびSNPに加え、限定されるものでないが発現配列タグ(EST)から開発されるマーカー、EST配列由来のSSRマーカー、ランダム増幅多形DNA(RAPD)、および他の核酸に基づくマーカーを挙げることができる他の種類の分子マーカーもまた広範に使用される。
イソ酵素プロファイルおよび連鎖される形態学的特徴を、いくつかの場合においてマーカーとして間接的にもまた使用し得る。それらはDNAの差違を直接検出しないにしても、それらはしばしば、特定の遺伝子の差違により影響される。しかしながら、DNAの変動を検出するマーカーは、イソ酵素若しくは形態学的マーカーよりはるかにより多数かつ多形である(Tanksley(1983)Plant Molecular Biology Reporter 1:3−8)。
配列アライメント若しくはコンティグもまた、本明細書に列挙される特定のマーカーの上流若しくは下流の配列を見出すのに使用しうる。本明細書に記述されるマーカーに近いこれら新たな配列が、その場合、機能的に同等のマーカーを発見および開発するのに使用される。例えば、異なる物理的および/若しくは遺伝子地図を整列して、本開示内に記述されないがしかし類似の領域内にある同等のマーカーの位置を決定する。これら地図は、トウモロコシ種内に、またはコメ、コムギ、オオムギ若しくはモロコシのようなトウモロコシと遺伝子的若しくは物理的に整列されている他の種にわたってさえありうる。
一般に、MASは培養能および形質転換能との同時分離の大きな尤度を有すると同定された多形マーカーを使用する。こうしたマーカーは、該植物にその培養能および形質転換能の表現型を与える遺伝子(1若しくは複数)近くに位置付けられると推定され、かつ、所望の形質若しくはマーカーの指標とみなされる。植物を該マーカー中の所望の1対立遺伝子の存在について試験し、そして1若しくはそれ以上の遺伝子座に所望の遺伝子型を含有する植物は、所望の遺伝子型を所望の表現型と一緒にそれらの子孫に移すことが期待される。指定される1対立遺伝子を、PZA01216.1、DAS−PZ−7146、DAS−PZ−12685、magi17761、Mo17−100177、DAS−PZ−5617、DAS−PZ−2343、PZA03203−2、Mo17−100291、PZA03409、DAS−PZ−19188、DAS−PZ−2043、DAS−PZ−20570、PZA02965、Mo17−14519、DAS−PZ−12236、magi52178およびDAS−PZ−366を包含する、本明細書に記述されるマーカー遺伝子座のいずれか1つに有する植物を同定することにより、増大された培養能および形質転換能を有するトウモロコシ植物を同定するための手段が、本明細書に提示される。
本明細書に提示される区間は、増大された培養能および形質転換能を示す植物を選択するためのMASにおける使用を見出す。asg62およびmagi87535により定義されかつこれらを包含する第1染色体の区間内に位置するいかなるマーカーも本目的上使用し得る。加えて、asg62およびmagi87535により定義されかつこれらを包含する第1染色体の区間内の1若しくはそれ以上のマーカー遺伝子座に対立遺伝子を含んでなるハプロタイプを、増大された培養能および形質転換能をトウモロコシ系統若しくは変種に導入するのに使用し得る。
npi386aおよびgpm174bにより定義されかつこれらを包含する第4染色体の区間内に位置するいかなるマーカーも本目的上使用し得る。加えて、npi386aおよびgpm174bにより定義されかつこれらを包含する第4染色体の区間内の1若しくはそれ以上のマーカー遺伝子座に対立遺伝子を含んでなるハプロタイプを、増大された培養能および形質転換能をトウモロコシ系統若しくは変種に導入するのに使用し得る。
agrr37bおよびnfa104により定義されかつこれらを包含する第4染色体の区間内に位置するいかなるマーカーも本目的上使用し得る。加えて、agrr37bおよびnfa104により定義されかつこれらを包含する第4染色体の区間内の1若しくはそれ以上のマーカー遺伝子座に対立遺伝子を含んでなるハプロタイプを、増大された培養能および形質転換能をトウモロコシ系統若しくは変種に導入するのに使用し得る。
umc156aおよびpco061578により定義されかつこれらを包含する第4染色体の区間内に位置するいかなるマーカーも本目的上使用し得る。加えて、umc156aおよびpco061578により定義されかつこれらを包含する第4染色体の区間内の1若しくはそれ以上のマーカー遺伝子座に対立遺伝子を含んでなるハプロタイプを、増大された培養能および形質転換能をトウモロコシ系統若しくは変種に導入するのに使用し得る。
php20608aおよびidp6638により定義されかつこれらを包含する第4染色体の区間内に位置するいかなるマーカーも本目的上使用し得る。加えて、php20608aおよびidp6638により定義されかつこれらを包含する第4染色体の区間内の1若しくはそれ以上のマーカー遺伝子座に対立遺伝子を含んでなるハプロタイプを、増大された培養能および形質転換能をトウモロコシ系統若しくは変種に導入するのに使用し得る。
bnl4.36およびumc1482により定義されかつこれらを包含する第5染色体の区間内に位置するいかなるマーカーも本目的上使用し得る。加えて、bnl4.36およびumc1482により定義されかつこれらを包含する第5染色体の区間内の1若しくはそれ以上のマーカー遺伝子座に対立遺伝子を含んでなるハプロタイプを、増大された培養能および形質転換能をトウモロコシ系統若しくは変種に導入するのに使用し得る。
umc126aおよびidp8312により定義されかつこれらを包含する第5染色体の区間内に位置するいかなるマーカーも本目的上使用し得る。加えて、umc126aおよびidp8312により定義されかつこれらを包含する第5染色体の区間内の1若しくはそれ以上のマーカー遺伝子座に対立遺伝子を含んでなるハプロタイプを、増大された培養能および形質転換能をトウモロコシ系統若しくは変種に導入するのに使用し得る。
bnl9.11aおよびgpm609aにより定義されかつこれらを包含する第8染色体の区間内に位置するいかなるマーカーも本目的上使用し得る。加えて、bnl9.11aおよびgpm609aにより定義されかつこれらを包含する第8染色体の区間内の1若
しくはそれ以上のマーカー遺伝子座に対立遺伝子を含んでなるハプロタイプを、増大された培養能および形質転換能をトウモロコシ系統若しくは変種に導入するのに使用し得る。
wx1およびbnlg1209により定義されかつこれらを包含する第9染色体の区間内に位置するいかなるマーカーも本目的上使用し得る。加えて、wx1およびbnlg1209により定義されかつこれらを包含する第9染色体の区間内の1若しくはそれ以上のマーカー遺伝子座に対立遺伝子を含んでなるハプロタイプを、増大された培養能および形質転換能をトウモロコシ系統若しくは変種に導入するのに使用し得る。
増大された培養能および形質転換能と関連する対立遺伝子と連鎖不平衡にあるいかなる対立遺伝子若しくはハプロタイプも、増大された培養能および形質転換能をもつ植物を選択するためMASで使用し得る。
以下の実施例は具体的に説明するために提供されるがしかし付録として追加される請求の範囲を制限するためでない。本明細書に記述される実施例および態様は具体的説明の目的上のみであること、ならびに、当業者は、本発明の技術思想若しくは付録として追加される請求の範囲の範囲から離れることなく変えられ得る多様な試薬若しくはパラメータを認識することができることが理解される。
植物材料
初期交配を、高度に形質転換可能な系統A188とダウ アグロサイエンシィズ(DAS)有望近交系D046358およびSLB24の間で行った。これら集団からのF1植物をその後有望系統に戻し交配し、そして未熟なBC1(戻し交配1)胚を収集し、培養しかつBC1植物に再生した。再生された植物からの葉組織を収集し、そして、DNAを、Biocel 1800ロボットプラットフォーム(Agilent Technologies、カリフォルニア州サンタクララ)およびQiagen MagAttractプロトコル(Qiagen、カリフォルニア州バレンシア)を使用して抽出した。
胚の収集
D046358およびSLB24集団からの穂を、次亜塩素酸ナトリウム(5%)および2滴のTween 20の20%溶液中の20〜30分間の浸漬により表面滅菌し、次いで滅菌水で3回すすいだ。未熟接合胚(1.0〜2.0mm)を各穂から無菌的に切開し、そしてアグロバクテリウム属(Acrobacterium)感染のため微小遠心管にランダムに分配した。胚は、複数の穂が同一系統から入手可能であった場合にプールした。
再生能力についてのスクリーニング
異なる系統および交配からの胚を、培養で再生するそれらの能力についてスクリーニングした。形質転換に使用された穂のそれぞれからの少数の胚(5〜30)を、選択剤を欠く2種類の培地(ZM00002234若しくはZM00001341、表1.5若しくは1.4)上でプレーティングした。培養物を暗所で28℃で14日間インキュベートした。増殖された胚を同一種類の培地上で継代し、そして暗所で28℃で別の14日間インキュベートした。胚形成カルスを再生培地(ZM00002388、表1.8)に移し、そして、平方メートルあたり秒あたり80〜100マイクロモル(μmol m-2-1)の光強度を伴う16/8時間(h)の明/暗下28℃で10〜14日間インキュベートした。若芽(shoot)が開始されたカルスを第二の種類の再生培地(ZM000022
42、表1.10)に移し、そして80〜100μmol m-2-1の光強度を伴う16/8hの明/暗下28℃で10〜14日間インキュベートした。再生頻度を、プレーティングされた胚の数により除算される、最低1個の若芽を再生した胚の数として推定した。
形質転換
実施例4.1:アグロバクテリウム属(Agrobacterium)株および構築物
スーパーバイナリーベクターpDAB1405を運搬するアグロバクテリウム(Agrobacterium tumefaciens)株LBA4404を全部の形質転換実験に使用した。pDAB1405構築物は、ZmUbi1プロモーターおよびそのイントロンの制御下のGFP遺伝子v.2、ならびにOsActin1プロモーターおよびそのイントロンの制御下のPAT遺伝子v.3を含有する。該2遺伝子およびプロモーターはRB7 MAR配列により隣接された(図1)。
実施例4.2:アグロバクテリウム属(Agrobacterium)培養の開始
宿主アグロバクテリウム(Agrobacterium tumefaciens)株LBA4404中のスーパーバイナリーベクターpDAB1405のグリセロールストックをDAS Research Culture Collectionから得た。ストリーキングされたプレートを、100mg/Lスペクチノマイシン、250mg/Lストレプトマイシンおよび10mg/Lテトラサイクリンを含有するAB最少培地(AT00002172、表1.13)を使用して作成し、そして20℃で3〜4日間増殖させた。1個の単一コロニーをその後拾い、そして同一抗生物質を含有するYEPプレート(AT0002170、表1.14)上にストリーキングし、そして28℃で1〜2日間インキュベートした。
実施例4.3:アグロバクテリウム属(Agrobacterium)共培養
実験日に、アグロバクテリウム属(Agrobacterium)のコロニーをYEPプレートから採取し、50mlチューブ中で7〜10mlの感染培地(ZM000022
31、表1.1)に懸濁し、そして細胞密度を分光光度計を使用してOD550=1.2〜1.4に調節した。アグロバクテリウム属(Agrobacterium)培養物を、胚切開を実施した間、分あたり100回転(rpm)の回転振とう器上に置いた。大きさが1.5〜2.0mmの間の未熟接合胚を滅菌されたトウモロコシ穀粒から単離し、そして1mlの感染培地中に置き(2.0mlエッペンドルフチューブ中約30〜130胚)、次いで同一培地で1回洗浄した。アグロバクテリウム属(Agrobacterium)懸濁液(1.0ml)を各チューブに添加し;チューブを20分間反転し、そしてその後室温で5分間静置させた。胚をその後共培養培地(ZM00002232若しくはZM00001358、表1.2若しくは1.3)上に移した。胚をその後、顕微鏡を使用して胚盤を上に向けた。20℃で3日の共培養後に、緑色蛍光タンパク質(GFP)導入遺伝子の一過性発現を観察してアグロバクテリウム属(Agrobacterium)感染を検証した。
実施例4.4:カルス選択および遺伝子導入事象の再生
共培養期間後に、胚を、抗生物質セフォタキシムを含有する休止培地(ZM00002234若しくはZM0001341、表1.5若しくは1.4)に移し、そして暗所で28℃で7日間インキュベートした。胚をその後、導入されたpat遺伝子の選択剤として3mg/Lビアラホスを含有する選択1培地(ZM00002240若しくはZM00002180、表1.6若しくは1.7)上に移し、そして暗所で28℃で14日間インキュベートした。GFPを発現する増殖する胚形成カルスを立体顕微鏡下により小さい片(2〜3mm)に切断し、3mg/Lビアラホスを含有する選択培地上に移し、そして暗所で28℃で別の10〜14日間インキュベートした。1個の胚から切断された全部の片を黒色マーカーで丸で囲みそして1事象とみなした。この選択段階が、カルスがさらに増殖することを可能にしかつ安定なGFP発現の均一性を強化した。カルス選択期間はおよそ4ないし6週間持続した。GFPを発現する増殖する胚形成カルスを、3mg/Lビアラホスを含有する再生1培地(ZM00002254、表1.9)上に移し、そして暗所で28℃で7〜10日間培養した。この期間は胚形成カルスの成熟に不可欠であった。
若芽が開始された胚形成カルスを、ビアラホスを含まない再生2培地(ZM00002242若しくはZM00002255、表1.10若しくは1.11)上に移した。該培養物を、80〜100μmol m-2-1の光強度を伴う16/8hの明/暗下28℃で10〜14日間インキュベートした。一次根を伴う小さい若芽をその後、マジェンタボックス中の若芽伸長および発根培地(ZM00002238、表1.12)に移し、そして16/8hの明/暗下28℃で7〜10日間インキュベートした。推定上の小植物をGFP発現について確認し、そしてその後遺伝子導入事象として評価した。
BC1植物の遺伝子型を同定すること
SLB24集団について、173のBC1植物を独立の培養物から再生した一方、117のBC1植物をD046358集団について再生した。KBioscience競争的対立遺伝子特異的PCR系、若しくはKASParTM(KBiosciences、英国ハートフォードシャー)を使用して、SLB24およびD046358集団についてそれぞれ256および235の多形マーカーを使用して、再生された植物からの葉組織からのDNAの遺伝子型を同定した。KASParTM系は、2成分(1)SNP特異的アッセイ(3種の未標識プライマーの組合せ)ならびに(2)普遍的蛍光レポーティング系および特別に開発されたTaqポリメラーゼを包含する全部の他の必要とされる成分を含有する普遍的反応混合物から構成される。3種のプライマーすなわち対立遺伝子特異的1(A1)、対立遺伝子特異的2(A2)および共通(C1)若しくはリバースを、ワークフローマネージャー、Kraken(KBiosciences、英国ハートフォードシャー)のアッセイ設計アルゴリズムを使用して設計した。
12μMのA1およびA2のそれぞれならびに30μMのC1よりなる該3種のプライマーのアッセイ混合物を作成した。普遍的1536反応混合物を1×に希釈した。2.0μlの容量のMagAttract抽出されたDNAから1:20希釈されたDNAを、液体取り扱いロボットを使用してPCRプレート中に分注し、そして65℃で2時間乾燥した。次に、1.3μlの1×KASP 1536反応混合物を該PCRプレートに添加した。プレートをFusionヒートシーラー(KBioscience、英国ハートフォードシャー)を使用して封止した。サーマルサイクリングは、以下の条件:94℃で15分間の初期変性およびホットスタート酵素活性化、次いで10サイクルの94℃で20秒間の変性、および65〜57℃にわたり60秒間タッチダウン(サイクルあたり0.8℃下落する)を用いるHydrocycler水浴サーマルサイクラー(Kbioscience、英国ハートフォードシャー)中で完了した。これに29サイクルの94℃で20秒間の変性および60秒間の57℃アニーリングが続いた。
KASParTMは、遺伝子型を識別するためにフルオロフォアFAMおよびVICを使用する。受動的参照色素ROXもまた、ウェルごとの液体容量の差違により引き起こされる信号の変動の正規化を可能にするため使用する。Krakenで、FAMおよびVICデータをそれぞれxおよびy軸上にプロットする。遺伝子型をその後、試料クラスターに従って決定し得る。
統計学的解析
培養、形質転換および再生の行為は、組織培養、形質転換および再生に重要な遺伝子領
域を含有する胚のみが生存しかつBC1植物になることが可能であったように、胚の遺伝子的に分離する集団に選択圧を適用した。その後、ある遺伝子座が培養、形質転換若しくは再生に重要である場合には、親の一方により運搬されるある対立遺伝子が選択されるとみられる。従って、該ゲノムを培養および植物再生後に走査する場合、培養能および形質転換能に重要である対立遺伝子は50%より大きい頻度で存在する。50%以上への重大な逸脱を示すマーカーは選択の正の効果を示す遺伝子座を表し、そしてχ2検定(p<0.05)を使用して同定された。
χ2解析結果は増大された培養能および形質転換能と関連する9遺伝子領域を示した(表2)。これら遺伝子領域は第1、4、5、8および9染色体上に配置され、そして培養能および形質転換能と関連するとして以前に報告されなかった新規領域を表す。Binの境界はMaize GDBウェブサイト上のIBM2 2008 Neighbors地図を使用して決定された。
マーカーの枠組みおよびマーカー支援選抜のための使用
1組の共通のマーカーを、染色体間隔中のマーカーを同定するための枠組みを確立するのに使用し得る。表3は、B73参照ゲノム、バージョン2上で相互に関して一致する位置にあるマーカーを示す。DAS専有マーカーの物理的場所はDAS専有のGBrowserを使用して決定した。公的マーカーの物理的場所を、公的に利用可能なMaize GDBウェブサイト上でB73参照ゲノム、バージョン2を使用して決定した。
その遺伝子座の好都合な1対立遺伝子と連鎖不均衡にある対立遺伝子を有する、目的の形質と関連する緊密に連鎖されるマーカーを、増大された培養能および形質転換能をもつ子孫植物について選択するために効果的に使用しうる。従って、表3に列挙されるもののような本明細書の中に記述されるマーカー、ならびに同一染色体間隔に遺伝子的若しくは物理的に位置付けられる他のマーカーを、増大された培養能および形質転換能をもつトウモロコシ植物について選択するのに使用しうる。典型的に、1組のこれらマーカーを、目的の形質と関連する領域中で使用することができる(例えば2若しくはそれ以上、3若しくはそれ以上、4若しくはそれ以上、5若しくはそれ以上)。場合によっては、実際の遺伝子および/若しくは遺伝子座内の1マーカーを使用しうる。増大された培養能および形
質転換能と関連するゲノム領域を増幅かつ検出するための例示的プライマーを表4に示す。
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Claims (12)

  1. 増大された培養能および/若しくは形質転換能を表すトウモロコシ植物の同定方法であって、該方法が:
    a)トウモロコシ植物の生殖質中で最低9個のマーカー遺伝子座を検出することであって、最低1個のマーカー遺伝子座が各染色体間隔(i)−(ix):
    (i)asg62およびmagi87535を含んでなりかつこれらにより隣接され;
    (ii)npi386aおよびgpm174bを含んでなりかつこれらにより隣接され;(iii)agrr37bおよびnfa104を含んでなりかつこれらにより隣接され;(iv)umc156aおよびpco061578を含んでなりかつこれらにより隣接され;
    (v)php20608aおよびidp6638を含んでなりかつこれらにより隣接され;
    (vi)bnl4.36およびumc1482を含んでなりかつこれらにより隣接され;(vii)umc126aおよびidp8312を含んでなりかつこれらにより隣接され;
    (viii)bnl9.11aおよびgpm609aを含んでなりかつこれらにより隣接され;ならびに
    (ix)wx1およびbnlg1209を含んでなりかつこれらにより隣接され
    内に配置され;ならびに
    b)最低1個の対立遺伝子が、増大された培養能および/若しくは形質転換能と関連する、
    ことを含んでなる、上記方法。
  2. 最低1個のマーカー遺伝子座が:
    (i)PZA01216.1、DAS−PZ−7146、DAS−PZ−12685およびmagi17761;
    (ii)Mo17−100177;
    (iii)DAS−PZ−5617、DAS−PZ−2343、PZA03203−2、Mo17−100291、PZA03409およびDAS−PZ−19188;
    (iv)DAS−PZ−2043;
    (v)DAS−PZ−20570;
    (vi)PZA02965;
    (vii)Mo17−14519およびDAS−PZ−12236;
    (viii)magi52178;ならびに、
    (ix)DAS−PZ−366
    よりなる群(i)−(ix)のそれぞれから選択される、請求項1に記載の方法。
  3. トウモロコシ植物がStiff Stalkヘテロ強勢群に属する、請求項1に記載の方法。
  4. 請求項1の方法により同定されるトウモロコシ植物。
  5. 増大された培養能および/若しくは形質転換能を表すトウモロコシ植物の同定方法であって、該方法が、トウモロコシ植物の生殖質中で1若しくはそれ以上のマーカー遺伝子座に対立遺伝子を含んでなるハプロタイプを検出することを含んでなり、ここで:
    a)1若しくはそれ以上のマーカー遺伝子座が各染色体間隔(i)−(ix):
    (i)asg62およびmagi87535を含んでなりかつこれらにより隣接され;
    (ii)npi386aおよびgpm174bを含んでなりかつこれらにより隣接され;(iii)agrr37bおよびnfa104を含んでなりかつこれらにより隣接され;
    (iv)umc156aおよびpco061578を含んでなりかつこれらにより隣接され;
    (v)php20608aおよびidp6638を含んでなりかつこれらにより隣接され;
    (vi)bnl4.36およびumc1482を含んでなりかつこれらにより隣接され;(vii)umc126aおよびidp8312を含んでなりかつこれらにより隣接され;
    (viii)bnl9.11aおよびgpm609aを含んでなりかつこれらにより隣接され;ならびに
    (ix)wx1およびbnlg1209を含んでなりかつこれらにより隣接され
    内に配置され;ならびに
    b)該ハプロタイプが増大された培養能および/若しくは形質転換能と関連する、
    上記方法。
  6. 該1若しくはそれ以上のマーカー遺伝子座が、各染色体間隔(i)−(ix):
    (i)asg62およびmagi87535を含んでなりかつこれらにより隣接され;
    (ii)npi386aおよびgpm174bを含んでなりかつこれらにより隣接され;(iii)agrr37bおよびnfa104を含んでなりかつこれらにより隣接され;(iv)umc156aおよびpco061578を含んでなりかつこれらにより隣接され;
    (v)php20608aおよびidp6638を含んでなりかつこれらにより隣接され;
    (vi)bnl4.36およびumc1482を含んでなりかつこれらにより隣接され;(vii)umc126aおよびidp8312を含んでなりかつこれらにより隣接され;
    (viii)bnl9.11aおよびgpm609aを含んでなりかつこれらにより隣接され;ならびに
    (ix)wx1およびbnlg1209を含んでなりかつこれらにより隣接され
    内に配置される、請求項5に記載の方法。
  7. トウモロコシ植物がStiff Stalkヘテロ強勢群に属する、請求項5に記載の方法。
  8. 請求項5の方法により同定されるトウモロコシ植物であって、該トウモロコシ植物が、その生殖質内に増大された培養能および/若しくは形質転換能と関連するハプロタイプを含んでなり、該ハプロタイプが、各染色体間隔(i)−(ix):
    (i)asg62およびmagi87535を含んでなりかつこれらにより隣接され;
    (ii)npi386aおよびgpm174bを含んでなりかつこれらにより隣接され;(iii)agrr37bおよびnfa104を含んでなりかつこれらにより隣接され;(iv)umc156aおよびpco061578を含んでなりかつこれらにより隣接され;
    (v)php20608aおよびidp6638を含んでなりかつこれらにより隣接され;
    (vi)bnl4.36およびumc1482を含んでなりかつこれらにより隣接され;(vii)umc126aおよびidp8312を含んでなりかつこれらにより隣接され;
    (viii)bnl9.11aおよびgpm609aを含んでなりかつこれらにより隣接され;ならびに
    (ix)wx1およびbnlg1209を含んでなりかつこれらにより隣接され
    内に配置される1若しくはそれ以上のマーカー遺伝子座に対立遺伝子を含んでなる、上記
    植物。
  9. a)最低9個のマーカー遺伝子座を有する第一のトウモロコシ植物を得ることであって、最低1マーカー遺伝子座が各染色体間隔(i)−(ix):
    (i)asg62およびmagi87535を含んでなりかつこれらにより隣接され;
    (ii)npi386aおよびgpm174bを含んでなりかつこれらにより隣接され;(iii)agrr37bおよびnfa104を含んでなりかつこれらにより隣接され;(iv)umc156aおよびpco061578を含んでなりかつこれらにより隣接され;
    (v)php20608aおよびidp6638を含んでなりかつこれらにより隣接され;
    (vi)bnl4.36およびumc1482を含んでなりかつこれらにより隣接され;(vii)umc126aおよびidp8312を含んでなりかつこれらにより隣接され;
    (viii)bnl9.11aおよびgpm609aを含んでなりかつこれらにより隣接され;ならびに
    (ix)wx1およびbnlg1209を含んでなりかつこれらにより隣接され
    内に配置され;かつ、該マーカー遺伝子座の対立遺伝子が増大された培養能および/若しくは形質転換能と関連し;
    b)第一のトウモロコシ植物を第二のトウモロコシ植物に交配すること;
    c)子孫を最低1個の対立遺伝子について評価すること;ならびに
    d)該最低1個の対立遺伝子を所有する子孫植物を選択すること
    を含んでなる、マーカー支援選抜方法。
  10. 最低1個のマーカー遺伝子座が:
    (i)PZA01216.1、DAS−PZ−7146、DAS−PZ−12685およびmagi17761;
    (ii)Mo17−100177;
    (iii)DAS−PZ−5617、DAS−PZ−2343、PZA03203−2、Mo17−100291、PZA0340およびDAS−PZ−19188;
    (iv)DAS−PZ−2043;
    (v)DAS−PZ−20570;
    (vi)PZA02965;
    (vii)Mo17−14519およびDAS−PZ−12236;
    (viii)magi52178;ならびに、
    (ix)DAS−PZ−366
    よりなる群(i)−(ix)のそれぞれから選択される、請求項9に記載の方法。
  11. トウモロコシ植物がStiff Stalkヘテロ強勢群に属する、請求項9に記載の方法。
  12. 請求項9に記載の方法により選択されるトウモロコシ子孫植物であって、該植物が1マーカー遺伝子座の最低1個の対立遺伝子を有し、最低1個のマーカー遺伝子座が各染色体間隔(i)−(ix):
    (i)asg62およびmagi87535を含んでなりかつこれらにより隣接され;
    (ii)npi386aおよびgpm174bを含んでなりかつこれらにより隣接され;(iii)agrr37bおよびnfa104を含んでなりかつこれらにより隣接され;(iv)umc156aおよびpco061578を含んでなりかつこれらにより隣接され;
    (v)php20608aおよびidp6638を含んでなりかつこれらにより隣接され

    (vi)bnl4.36およびumc1482を含んでなりかつこれらにより隣接され;(vii)umc126aおよびidp8312を含んでなりかつこれらにより隣接され;
    (viii)bnl9.11aおよびgpm609aを含んでなりかつこれらにより隣接され;ならびに
    (ix)wx1およびbnlg1209を含んでなりかつこれらにより隣接され
    内に配置される、上記植物。
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