JP2018033326A - Gene that controls cesium absorption, and cesium low-absorptive plant - Google Patents

Gene that controls cesium absorption, and cesium low-absorptive plant Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To identify a gene associated with the mechanism of cesium taken in by a plant, and provide a more effective and practical cesium reduction technique.SOLUTION: The present invention provides a polynucleotide composed of a base sequence of sequence number 9, a polynucleotide encoding an amino acid sequence of sequence number 11, and the like. The invention also provides a method of inhibiting cesium absorption by a plant, using the polynucleotide. The present invention further provides a cesium low-absorptive plant body or plant variety, a material for its growth, a harvest thereof, or a processed product thereof.SELECTED DRAWING: None

Description

本発明は、植物においてセシウム(Cs)吸収を制御する遺伝子に関する。本発明は、植物育種等の分野で有用である。   The present invention relates to genes that control cesium (Cs) absorption in plants. The present invention is useful in fields such as plant breeding.

2011年に発生した東日本大震災は、原子力発電所事故をも引き起こし、ベントや水素爆発により放出された放射性元素が広範囲の土壌や植物を汚染した。環境中に放出された放射性核種で半減期が短いヨウ素131(131I)などはすでに検出されない。しかし、セシウム137(137Cs)は原発からの放出量が多く、また半減期が30.2年と長いため、汚染された地域では今後長期間にわたり高い空中線量、ならびに植物および農作物の放射性セシウム汚染が問題となる。このように、東日本大震災は地震や津波の被害に加え、原子力発電所事故による放射性物質汚染をも被災地にもたらしている。被災地の農業の復興のためには農作物の風評被害を防ぎ、安全性を確保するために、主要な作物でセシウムの吸収量を低減させる(セシウムを吸収させない)技術を確立することが現在最も求められている。 The Great East Japan Earthquake that occurred in 2011 caused a nuclear power plant accident, and radioactive elements released by vents and hydrogen explosions contaminated a wide range of soils and plants. Radioactive nuclides released into the environment, such as iodine-131 ( 131I ) with a short half-life, are no longer detected. However, cesium 137 (137 Cs) is much amount released from primary and half-life 30. For two years and longer, higher antenna weight over the next in the contaminated area extended period, as well as radioactive cesium contamination of plants and crops problem It becomes. In this way, the Great East Japan Earthquake is causing damage to the affected areas in addition to damage from earthquakes and tsunamis, as well as radioactive material contamination caused by nuclear power plant accidents. For the reconstruction of agriculture in the affected areas, it is currently the most important to establish a technology that reduces the amount of cesium absorbed by major crops (does not absorb cesium) in order to prevent the reputational damage of crops and ensure safety. It has been demanded.

震災直後から多くの研究者による懸命な調査やモニタリングにより、環境中における137Csの挙動の把握が進められてきた。セシウムの土壌への吸着は他の1価カチオンよりもはるかに強いため、一旦吸着したセシウムは粘土鉱物から容易には脱着せず、結果的に土壌の表層に集積する。さらに、セシウムは粘土鉱物のFrayed Edgeと呼ばれるサイトにイオンの脱水を伴う形で吸着すると、ほぼ不可逆的に固定され時間の経過とともに植物にも吸収されにくくなることが明らかにされている(非特許文献1)。震災後、時間の経過とともに基準値を超える作物、特にコメについて、その点数は減っており、このことはセシウムの土壌への固定化が進んでいることを示している。また、カリウムを多量に施肥することで作物に取り込まれるセシウムを競合効果で抑制できることもわかってきている(非特許文献2)。
また、イネを含む種々の植物において、高親和性カリウム(high affinity K+, HAK)トランスポーターの遺伝子ファミリーの存在が知られており、系統解析や機能的な相違等が検討されてきている(非特許文献3)
Immediately after the earthquake disaster, 137 Cs behavior in the environment has been grasped by intensive research and monitoring by many researchers. Since adsorption of cesium onto soil is much stronger than other monovalent cations, once adsorbed cesium does not easily desorb from clay minerals and eventually accumulates on the surface of the soil. Furthermore, it has been clarified that when cesium is adsorbed on a site called frayed edge of clay minerals in a form accompanied by dehydration of ions, it is fixed almost irreversibly and becomes difficult to be absorbed by plants over time. Reference 1). After the earthquake, the number of crops that exceed standard values, especially rice, has decreased over time, indicating that cesium is being immobilized on the soil. It has also been found that cesium incorporated into crops can be suppressed by a competitive effect by fertilizing a large amount of potassium (Non-patent Document 2).
In addition, the existence of a gene family of high affinity potassium (high affinity K + , HAK) transporters is known in various plants including rice, and phylogenetic analysis and functional differences have been studied ( Non-patent document 3)

一方、植物におけるカドミウムの吸収に関しては、原因遺伝子が特定され、カドミウム吸収抑制イネ変異体と既存のイネ品種との交配により得られるカドミウム吸収抑制イネが提案されている(特許文献1)。   On the other hand, regarding the absorption of cadmium in plants, a causal gene has been identified, and cadmium absorption-suppressed rice obtained by crossing a cadmium absorption-suppressed rice mutant with an existing rice variety has been proposed (Patent Document 1).

国際公開WO2013/065517International Publication WO2013 / 065517

土壌植物系における放射セシウムの挙動とその変動要因、農環研報31、p75-129(2012)Behavior of radioactive cesium in soil plant systems and its variation factors, Agricultural Research Report 31, p75-129 (2012) Zhu et al, Plant uptake of radiocesium: a review of mechanisms, regulation and application. Journal of Experimental Botany. Vol.51(351), p1635-1645 (2000)Zhu et al, Plant uptake of radiocesium: a review of mechanisms, regulation and application.Journal of Experimental Botany.Vol.51 (351), p1635-1645 (2000) Zefeng Yang et al, Molecular evolution and functional divergence of HAK potassium transporter gene family in rice (Oryza sativa L.), J. Genet. Genomics, 36, 161-172 (2009)Zefeng Yang et al, Molecular evolution and functional divergence of HAK potassium transporter gene family in rice (Oryza sativa L.), J. Genet.Genomics, 36, 161-172 (2009) T. Fujiwara, Cesium uptake in rice: Possible transporter, distribution, and variation. Agricultural Implications of the Fukushima Nuclear Accident, p29-35 (2013)T. Fujiwara, Cesium uptake in rice: Possible transporter, distribution, and variation.Agricultural Implications of the Fukushima Nuclear Accident, p29-35 (2013) 小野勇治ら, イネの放射セシウムに関する品種間差, 福島県農業総合センター研究報告 放射性物質対策特集号 平成25年度, p29-32 (2014)Yuji Ono et al., Varietal Differences Regarding Radioactive Cesium in Rice, Fukushima Agricultural Research Center Research Report, Special Issue on Radioactive Substances 2013, p29-32 (2014)

現在、耕作再開地域では線量が高い圃場については表土の剥ぎ取りを行い、それ以外の比較的線量の低い圃場ではカリウムの多肥により作物のCs吸収量を抑える取り組みが進められている。しかし、表土の剥ぎ取りは膨大な量の土壌の処理(貯蔵)が必要となり、カリウムの多肥も、そのコストやカリウム肥料自体が放射性のカリウム40(40K)を含んでいること、またいつまで続けるべきかなど多くの問題点を含んでいる。 Currently, in areas where cultivation is resumed, topsoil is stripped for fields with high doses, and other fields with relatively low doses are undertaking efforts to reduce Cs absorption by crops with potassium. However, stripping off the topsoil requires processing (storage) of a huge amount of soil, and the amount of potassium fertilization is that the cost and potassium fertilizer itself contain radioactive potassium 40 ( 40 K). It includes many problems such as whether to continue.

これに対し、低吸収性品種など作物の改良は種子の提供だけで済むため、極めて低コストでかつ環境にやさしい対策といえる。水稲については様々な品種のセシウムの吸収性試験が行われたが、従来の食用品種群からはセシウム吸収量が極端に少ない品種は見出されていない(非特許文献4、5)。すなわち、セシウム吸収は少ないほど望ましいが、既存の遺伝子資源からは、セシウム吸収が十分に抑制されているという特性を、交配などにより主要栽培品種に取り入れることはできない。   On the other hand, improvement of crops such as low-absorbency varieties only requires the provision of seeds, which can be said to be a very low-cost and environmentally friendly measure. For paddy rice, various varieties of cesium absorbability were tested, but no varieties with extremely low cesium absorption were found in the conventional edible varieties (Non-Patent Documents 4 and 5). In other words, cesium absorption is preferably as low as possible, but existing gene resources cannot incorporate the characteristic that cesium absorption is sufficiently suppressed into main cultivars by crossing or the like.

セシウムが植物に取り込まれるメカニズムに関連した遺伝子を特定できれば、より効果的で実用的なCs低減技術を提供することが可能となる。そこで本発明者らは、主要品種に化学変異剤による突然変異誘発処理を行い、Cs低吸収性(高)という新しい遺伝特性を持った突然変異体を作出し、Cs吸収の制御遺伝子の解明およびこれらを育種材料にして主要品種にCs低吸収性の付加を目指した。そして化学変異剤(アジ化ナトリウム、MNU)により突然変異を誘発させた突然変異系統の集団からCs低吸収系統を選抜し、吸収制御遺伝子の特定とその系統を育種材料とした低吸収品種を開発とすることを鋭意検討し、本発明を完成した。   If a gene related to the mechanism by which cesium is taken into plants can be identified, a more effective and practical Cs reduction technology can be provided. Therefore, the present inventors performed mutagenesis treatment with a chemical mutant on main varieties, created mutants with a new genetic property of Cs low absorption (high), elucidated the control genes of Cs absorption and Using these as breeding materials, we aimed to add Cs low absorption to the main varieties. Then, Cs low-absorption line was selected from the group of mutant lines in which mutations were induced by chemical mutants (sodium azide, MNU), and the low-absorption varieties were developed by identifying the absorption control gene and using that line as breeding material. The present invention has been completed.

本発明は、以下を提供する。
[1]下記の(a)〜(f)のいずれか一のポリヌクレオチド:
(a)配列番号9の塩基配列からなるポリヌクレオチド;
(b)配列番号9の塩基配列からなるポリヌクレオチドと相補的な塩基配列からなるポリヌクレオチドとストリンジェントな条件下でハイブリダイズし、かつ植物のセシウム吸収を制御する機能を有するポリヌクレオチド;
(c)配列番号9の塩基配列と90%以上の同一性を有し、かつ植物のセシウム吸収を制御する機能を有するポリヌクレオチド;
(d)配列番号11のアミノ酸配列をコードするポリヌクレオチド;
(e)配列番号11のアミノ酸配列において1または複数のアミノ酸が欠失、置換若しくは付加されたアミノ酸配列をコードし、かつ植物のセシウム吸収を制御する機能を有するポリヌクレオチド;
(f)配列番号11のアミノ酸配列と90%以上の同一性を有するアミノ酸配列をコードし、かつ植物のセシウム吸収を制御する機能を有するポリヌクレオチド。
[2]イネ属植物に由来する、1に記載のポリヌクレオチド。
[3](a)または(d)である、1または2に記載のポリヌクレオチド。
[4]1に定義された(a)〜(f)のいずれか一のポリヌクレオチドを利用する、植物のセシウム吸収を抑制する方法。
[5]ポリヌクレオチドの利用が、該ポリヌクレオチドからなる遺伝子または該遺伝子にコードされるタンパク質の機能を低下させることである、4に記載の方法。
[6]ポリヌクレオチドの利用が、ポリヌクレオチドのエキソン部分に変異を生じさせることである、3〜5のいずれか1項に記載の方法。
[7]1に定義された(a)〜(f)のいずれか一のポリヌクレオチドに変異を有し、該ポリヌクレオチド、または該ポリヌクレオチドがコードするアミノ酸配列からなるタンパク質の機能が抑制されている、セシウム低吸収性植物体またはその一部。
[8]イネ属植物である、6に記載の植物体またはその一部。
[9]6または7に記載の植物体またはその一部を用いて育種された、セシウム低吸収性植物品種。
[10]植物が、イネである、9に記載の品種。
[11]8または9に記載の品種の繁殖材料。
[12]6もしくは7に記載の植物、または8または9に記載の品種の植物を利用することにより得られる、収穫物またはその加工品。
[13]1に定義された(a)〜(f)のいずれか一のポリヌクレオチドの、セシウム低吸収性のマーカーとしての使用。
The present invention provides the following.
[1] The polynucleotide according to any one of the following (a) to (f):
(A) a polynucleotide comprising the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 9;
(B) a polynucleotide having a function of hybridizing under stringent conditions with a polynucleotide comprising a nucleotide sequence complementary to a polynucleotide comprising the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 9 and controlling plant cesium absorption;
(C) a polynucleotide having a nucleotide sequence of SEQ ID NO: 9 of 90% or more and having a function of controlling plant cesium absorption;
(D) a polynucleotide encoding the amino acid sequence of SEQ ID NO: 11;
(E) a polynucleotide encoding an amino acid sequence in which one or more amino acids are deleted, substituted or added in the amino acid sequence of SEQ ID NO: 11, and having a function of controlling plant cesium absorption;
(F) a polynucleotide encoding an amino acid sequence having 90% or more identity with the amino acid sequence of SEQ ID NO: 11, and having a function of controlling plant cesium absorption.
[2] The polynucleotide according to 1, which is derived from a plant of the genus Rice.
[3] The polynucleotide according to 1 or 2, which is (a) or (d).
[4] A method for suppressing cesium absorption of a plant using the polynucleotide according to any one of (a) to (f) defined in 1.
[5] The method according to 4, wherein the use of the polynucleotide is to reduce the function of a gene comprising the polynucleotide or a protein encoded by the gene.
[6] The method according to any one of 3 to 5, wherein the use of the polynucleotide is to cause mutation in an exon part of the polynucleotide.
[7] Any one of the polynucleotides defined in (a) to (f) defined in 1 has a mutation, and the function of a protein comprising the polynucleotide or an amino acid sequence encoded by the polynucleotide is suppressed. A cesium low-absorption plant or a part thereof.
[8] The plant body according to 6, which is a rice genus plant, or a part thereof.
[9] A cesium low-absorption plant variety bred using the plant according to 6 or 7 or a part thereof.
[10] The cultivar according to 9, wherein the plant is rice.
[11] A breeding material of the variety according to 8 or 9.
[12] A harvest or processed product obtained by using the plant according to 6 or 7, or the plant of the variety described in 8 or 9.
[13] Use of the polynucleotide defined in any one of (a) to (f) defined in 1 as a marker for low cesium absorption.

本発明により、セシウムの吸収性に関与するポリヌクレオチド、およびそれがコードするアミノ酸配列からなるタンパク質が提供される。
本発明により、植物のセシウムの吸収を抑制する方法が提供される。
本発明により、セシウム低吸収性の、植物体、植物品種、その繁殖材料、その収穫物、その加工品が提供される。
According to the present invention, a polynucleotide involved in cesium absorbability and a protein comprising the amino acid sequence encoded by the polynucleotide are provided.
According to the present invention, a method of suppressing plant cesium absorption is provided.
According to the present invention, a plant body, a plant variety, a propagation material thereof, a harvested product thereof, and a processed product thereof having low cesium absorption are provided.

玄米のICP-MSによる分析結果。8027系統をそれぞれの個体を分けて収穫し、各個体の玄米を硝酸分解し、玄米Cs濃度を分析した。アジ化ナトリウム処理により1系統(系統名;D10-23)、MNU処理により2系統(系統名;E10-4、F5-136)、合計3系統のセシウム低吸収系統が選抜された(図1)。Analysis results of brown rice by ICP-MS. 8027 lines were harvested by dividing each individual, and brown rice of each individual was decomposed with nitrate and analyzed for brown rice Cs concentration. A total of 3 low cesium absorption systems were selected by treatment with sodium azide (1 strain (system name; D10-23) and 2 systems (system name; E10-4, F5-136) by MNU treatment (Fig. 1). . 圃場で栽培した水稲の玄米133Cs濃度。選抜した3系統を秋田県南秋田郡大潟村の水田と秋田県山本郡藤里町の水田で栽培した。いずれの圃場においても、3系統のCs濃度は、コントロールのあきたこまちに比較して、低く抑えられていた。The concentration of brown rice 133 Cs in paddy rice grown in the field. The three selected lines were cultivated in paddy fields in Ogata-mura, Minami-Akita-gun, Akita and paddy fields in Fujisato, Yamamoto-gun, Akita. In any field, the Cs concentration of the three lines was kept low compared to the control Akitakomachi. 圃場で栽培した水稲の玄米133Cs濃度。ワグネルポットを用い、圃場から採取した土壌に人為的に塩化セシウム(CsCl)を0.5ppm、1.0ppm添加したCsが吸収されやすい条件下で突然変異系統を栽培した。その結果ポット栽培においても3系統のCs濃度は、コントロールのあきたこまちに比較して、低く抑えられていた。The concentration of brown rice 133 Cs in paddy rice grown in the field. Using a Wagner pot, mutant strains were cultivated under conditions where Cs, which was artificially added with 0.5 ppm and 1.0 ppm of cesium chloride (CsCl) to soil collected from the field, was easily absorbed. As a result, even in pot cultivation, the Cs concentration of the three lines was kept low compared to the control Akitakomachi. 水耕液中のK+イオン濃度と地下部のCs吸収量。木村氏B液の標準となる水耕液中のカリウム濃度を×1とし、×0.5、×1.0、×2、×3と1/2倍から3倍の濃度まで変化させた時の、稲幼植物の根におけるCs吸収量の経時変化を確認した。この方法により、Cs吸収が制御された植物体を、より短期間に識別することができる。K + ion concentration in hydroponics and Cs absorption in the underground. Rice seedlings when the potassium concentration in the hydroponic liquid that is the standard of Mr. Kimura's B solution is x1, and the concentration is changed from 1/2 to 3 times as x0.5, x1.0, x2, x3 The time course of Cs uptake in plant roots was confirmed. By this method, plants with controlled Cs absorption can be identified in a shorter time. F1世代の対立性試験の結果。3系統得られたCs低吸収突然変異体同士を交配させたF1世代について、前述の水耕栽培法により、Cs吸収特性を調べた。その結果、もとの3系統の突然変異体とほぼ同じCsの低吸収性を示したResults of F1 generation conflict test. About the F1 generation which crossed three Cs low absorption mutants obtained, the Cs absorption characteristic was investigated by the above-mentioned hydroponics method. As a result, the low absorption of Cs was almost the same as the original three mutants. F2世代の対立性試験の結果。F2世代について、前述の水耕栽培法により、Cs吸収特性を調べた。その結果、もとの3系統の突然変異体とほぼ同じCsの低吸収性を示したResults of F2 generation conflict test. For the F2 generation, Cs absorption characteristics were examined by the hydroponics method described above. As a result, the low absorption of Cs was almost the same as the original three mutants. OsHAK1遺伝子の染色体上の位置。The position of the OsHAK1 gene on the chromosome. OsHAK1遺伝子の塩基配列。実線の下線はエキソン部分を示す。囲まれた2か所のGは、実施例において変異が生じていた塩基を表す。一点鎖線の下線は5プライム(5 prime)領域を、点線の下線は3プライム(3 prime)領域を示す。系統2は、この配列において、2171位のGがAに置換されており、タンパク質のアミノ酸としてはグリシン(Gly)がアスパラギン酸(Asp)に置換されていることが分かった。系統1および3は、4716位のGがAに置換されており、ストップコドンとなっていることが分かった。The base sequence of the OsHAK1 gene. The solid underline indicates the exon part. The two enclosed Gs represent the bases that were mutated in the examples. The underline of the alternate long and short dash line indicates the 5 prime region, and the underline of the dotted line indicates the 3 prime region. In line 2, it was found that G at position 2171 was replaced with A in this sequence, and glycine (Gly) was replaced with aspartic acid (Asp) as the amino acid of the protein. In lines 1 and 3, G at position 4716 was replaced with A, indicating that it was a stop codon. 相補性試験の結果。再分化培地で再生した形質転換体を木村氏B液で水耕栽培し15cmまで生育させた後、10ppbCsを添加した×0.5カリウム濃度の水耕液で1日間のCs吸収実験を行った。あきたこまち、日本晴と比較して形質転換体は2倍程度のCs吸収量を示した(図9)。Complementarity test results. The transformant regenerated in the regeneration medium was hydroponically cultivated with Mr. Kimura B solution and grown to 15 cm, and then a Cs absorption experiment was conducted for 1 day with a hydroponic solution of × 0.5 potassium concentration supplemented with 10 ppbCs. Compared with Akitakomachi and Nipponbare, transformants showed about twice the amount of Cs absorption (Fig. 9).

[遺伝子、タンパク質]
本発明者らは、イネにおいてセシウムの吸収の吸収を制御する遺伝子は、TIGR locus Os04g32920、Gene name OSJNBb0012E08.7のKUP/HAK/KT familyに属するOsHAK1遺伝子であると結論付けた。本発明は、植物においてセシウムの吸収を制御する遺伝子のまたはそのホモログ、すなわち下記の(a)〜(f)のポリヌクレオチドを提供する。
(a)配列番号9の塩基配列からなるポリヌクレオチド;
(b)配列番号9の塩基配列からなるポリヌクレオチドと相補的な塩基配列からなるポリヌクレオチドとストリンジェントな条件下でハイブリダイズし、かつ植物のセシウム吸収を制御する機能を有するポリヌクレオチド;
(c)配列番号9の塩基配列と高い同一性を有し、かつ植物のセシウム吸収を制御する機能を有するポリヌクレオチド;
(d)配列番号11のアミノ酸配列をコードするポリヌクレオチド;
(e)配列番号11のアミノ酸配列において1または複数のアミノ酸が欠失、置換若しくは付加されたアミノ酸配列をコードし、かつ植物のセシウム吸収を制御する機能を有するポリヌクレオチド;
(f)配列番号11のアミノ酸配列と高い同一性を有するアミノ酸配列をコードし、かつ植物のセシウム吸収を制御する機能を有するポリヌクレオチド。
[Gene, protein]
The present inventors concluded that the gene that controls absorption of cesium absorption in rice is the OsHAK1 gene belonging to the KUP / HAK / KT family of TIGR locus Os04g32920, Gene name OSJNBb0012E08.7. The present invention provides genes or homologues thereof that control cesium absorption in plants, that is, the following polynucleotides (a) to (f).
(A) a polynucleotide comprising the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 9;
(B) a polynucleotide having a function of hybridizing under stringent conditions with a polynucleotide comprising a nucleotide sequence complementary to a polynucleotide comprising the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 9 and controlling plant cesium absorption;
(C) a polynucleotide having a high identity with the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 9 and a function of controlling plant cesium absorption;
(D) a polynucleotide encoding the amino acid sequence of SEQ ID NO: 11;
(E) a polynucleotide encoding an amino acid sequence in which one or more amino acids are deleted, substituted or added in the amino acid sequence of SEQ ID NO: 11, and having a function of controlling plant cesium absorption;
(F) a polynucleotide encoding an amino acid sequence having high identity with the amino acid sequence of SEQ ID NO: 11 and having a function of controlling plant cesium absorption.

本明細書の一部である配列表には、配列番号9として、イネのOsHAK1遺伝子(gDNA)の塩基配列が示されている。また配列番号10として、イネのOsHAK1遺伝子のcDNAの塩基配列、および配列番号11として、cDNAから導き出されるアミノ酸配列が示されている。   In the sequence listing which is a part of the present specification, the base sequence of the rice OsHAK1 gene (gDNA) is shown as SEQ ID NO: 9. SEQ ID NO: 10 shows the nucleotide sequence of the rice OsHAK1 gene cDNA, and SEQ ID NO: 11 shows the amino acid sequence derived from the cDNA.

本発明はまた、配列番号11に記載のアミノ酸配列からなるタンパク質、およびそれらと構造的に類似しており、植物のセシウムの吸収を制御する機能を有するタンパク質、例えば下記の(D)、(E)または(F)のタンパク質を提供する:
(D)配列番号11のアミノ酸配列からなるタンパク質;
(E)配列番号11のアミノ酸配列において1または複数のアミノ酸が欠失、置換若しくは付加されたアミノ酸配列からなり、かつ植物のセシウム吸収を制御する機能を有するタンパク質;
(F)配列番号11のアミノ酸配列と高い同一性を有するアミノ酸配列からなり、かつ植物のセシウム吸収を制御する機能を有するタンパク質。
The present invention also includes a protein consisting of the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 11, and a protein that is structurally similar to them and has a function of controlling absorption of cesium in plants, such as the following (D), (E ) Or (F) protein:
(D) a protein consisting of the amino acid sequence of SEQ ID NO: 11;
(E) a protein comprising an amino acid sequence in which one or more amino acids are deleted, substituted or added in the amino acid sequence of SEQ ID NO: 11 and having a function of controlling plant cesium absorption;
(F) A protein comprising an amino acid sequence having high identity with the amino acid sequence of SEQ ID NO: 11, and having a function of controlling plant cesium absorption.

ポリヌクレオチドには、gDNA、cDNAおよび化学合成DNAが含まれ、一本鎖のもの、二本鎖のものが含まれる。   Polynucleotides include gDNA, cDNA and chemically synthesized DNA, including single-stranded and double-stranded.

ストリンジェントな条件とは、特別な場合を除き、6M尿素、0.4% SDS、0.5×SSCの条件またはこれと同等のハイブリダイゼーション条件を指し、温度は約65℃とする。   Unless otherwise specified, stringent conditions refer to 6M urea, 0.4% SDS, 0.5 × SSC or equivalent hybridization conditions, and the temperature is about 65 ° C.

1または複数のアミノ酸が欠失、置換若しくは付加されたアミノ酸配列というときの置換等されるアミノ酸の個数は、そのアミノ酸配列をコードするポリヌクレオチド、またはそのアミノ酸配列をコードするタンパク質が所望の機能を有する限り特に限定されないが、1〜9個または1〜4個程度であるか、同一または性質の似たアミノ酸配列をコードするような置換等であれば、所望の機能を消失しないであろう。そのような塩基配列またはアミノ酸配列に係るポリヌクレオチドを調製するための手段には、例えば、site-directed mutagenesis法(Kramer W & Fritz H-J: Methods Enzymol 154: 350、1987)がある。   The number of amino acids to be substituted when an amino acid sequence in which one or a plurality of amino acids are deleted, substituted or added is determined by the polynucleotide encoding the amino acid sequence or the protein encoding the amino acid sequence having the desired function. Although it is not particularly limited as long as it has, the desired function will not be lost if it is about 1-9, about 1-4, or a substitution that encodes the same or similar amino acid sequence. Means for preparing a polynucleotide according to such a base sequence or amino acid sequence include, for example, the site-directed mutagenesis method (Kramer W & Fritz HJ: Methods Enzymol 154: 350, 1987).

塩基配列に関し、高い同一性とは、少なくとも80%以上、好ましくは90%以上、さらに好ましくは95%以上、より好ましくは97%以上、さらに好ましくは99%以上の同一性を指す。また、アミノ酸配列に関し、高い同一性とは、少なくとも80%以上、好ましくは90%以上、より好ましくは95%以上、さらに好ましくは97%以上、最も好ましくは99%以上の同一性を指す。塩基配列またはアミノ酸配列の同一性は、当業者には周知のアルゴリズムBLAST(Proc. Natl. Acad. Sci. USA 87:2264-2268、 1990、Proc Natl Acad Sci USA 90: 5873、 1993)を用いて決定できる。BLASTのアルゴリズムに基づいたBLASTNやBLASTXと呼ばれるプログラムが開発されている(Altschul SF、 et al: J Mol Biol 215: 403、1990)。BLASTNを用いて塩基配列を解析する場合は、パラメーターは、例えばscore=100、wordlength=12とする。また、BLASTXを用いてアミノ酸配列を解析する場合は、パラメーターは、例えばscore=50、wordlength=3とする。BLASTとGapped BLASTプログラムを用いる場合は、各プログラムのデフォルトパラメーターを用いる。これらの解析方法の具体的な手法は当業者にはよく知られている(http://www.ncbi.nlm.nih.gov/)。   With respect to the nucleotide sequence, high identity refers to identity of at least 80% or more, preferably 90% or more, more preferably 95% or more, more preferably 97% or more, and further preferably 99% or more. Further, regarding amino acid sequences, high identity refers to identity of at least 80% or more, preferably 90% or more, more preferably 95% or more, still more preferably 97% or more, and most preferably 99% or more. The identity of the base sequence or amino acid sequence is determined using the algorithm BLAST (Proc. Natl. Acad. Sci. USA 87: 2264-2268, 1990, Proc Natl Acad Sci USA 90: 5873, 1993) well known to those skilled in the art. Can be determined. Programs called BLASTN and BLASTX based on the BLAST algorithm have been developed (Altschul SF, et al: J Mol Biol 215: 403, 1990). When analyzing a base sequence using BLASTN, parameters are set to, for example, score = 100 and wordlength = 12. In addition, when an amino acid sequence is analyzed using BLASTX, the parameters are, for example, score = 50 and wordlength = 3. When using BLAST and Gapped BLAST programs, the default parameters of each program are used. Specific techniques for these analysis methods are well known to those skilled in the art (http://www.ncbi.nlm.nih.gov/).

ポリヌクレオチドは、天然の植物組織材料から調製することができる。本発明のポリヌクレオチドを調製するためには、ハイブリダイゼーション技術(Southern EM: J Mol Biol 98: 503、1975)やポリメラーゼ連鎖反応(PCR)技術(Saiki RK、 et al: Science 230: 1350、1985、Saiki RK、 et al: Science 239: 487、1988)を利用することができる。例えば、イネのOsHAK1遺伝子の塩基配列(配列番号9)、またはその一部をプローブとして、またイネのOsHAK1遺伝子の塩基配列にハイブリダイズするオリゴヌクレオチドをプライマーとして、イネや他の植物から目的のポリヌクレオチドを単離することができる。ポリヌクレオチドは、イネ科(Poaceae(Gramineae))に属する植物由来、例えばイネ(Oryza)属に属する植物由来であってよい。   The polynucleotide can be prepared from natural plant tissue material. In order to prepare the polynucleotide of the present invention, hybridization technology (Southern EM: J Mol Biol 98: 503, 1975) and polymerase chain reaction (PCR) technology (Saiki RK, et al: Science 230: 1350, 1985, Saiki RK, et al: Science 239: 487, 1988). For example, the target OsHAK1 gene nucleotide sequence (SEQ ID NO: 9) or a part thereof is used as a probe, and an oligonucleotide that hybridizes to the rice OsHAK1 gene nucleotide sequence is used as a primer from rice or other plants to obtain the desired polynucleotide. Nucleotides can be isolated. The polynucleotide may be derived from a plant belonging to the family Gramineae (Poaceae (Gramineae)), for example, a plant belonging to the genus Oryza.

あるポリヌクレオチドまたはそれによりコードされるタンパク質が植物のセシウム吸収を制御するものであるか否かは、例えば対象ポリヌクレオチドからなる無傷の遺伝子を有する植物と、対象ポリヌクレオチドからなる遺伝子または該遺伝子にコードされるタンパク質の機能を低下させた植物と、一定量のセシウムが含まれる培地(土壌のような固体培地であっても、液体培地であってもよい)で栽培し、得られた植物体またはその一部(例えば、食用に供する部分、具体的には種子等)に含まれるセシウム量を比較することにより、判断することができる。このとき、栽培法は、従来技術に拠ることができるが、本発明者の検討によると、セシウムを添加し、カリウム濃度を調整した水耕液を用いた幼植物の地下部のセシウム量を測定することにより、より短期間に評価することができる。水耕液中のセシウム濃度は、1〜100ppbとすることができ、5〜20ppbとすることが好ましい。水耕液中のカリウム濃度は、標準場合の0.1〜1.0倍とすることができ、0.25〜1.75倍とすることが好ましい。具体的には、幼植物は通常の水耕液で栽培した後、水耕液を、セシウムを添加し、カリウム濃度を調整した水耕液に置換し、少なくとも24時間栽培した後に、地下部のセシウム量を測定することにより、評価することができる。セシウムの測定は、当業者に周知の方法、例えばICP-MSにより測定することができる。   Whether a polynucleotide or a protein encoded thereby controls plant cesium absorption is determined, for example, by referring to a plant having an intact gene comprising a target polynucleotide and a gene comprising the target polynucleotide or the gene. Plants obtained by cultivating a plant with a reduced function of the encoded protein and a medium containing a certain amount of cesium (either a solid medium such as soil or a liquid medium) Alternatively, the determination can be made by comparing the amount of cesium contained in a part thereof (for example, a part to be used for food, specifically a seed or the like). At this time, the cultivation method can be based on the prior art, but according to the study of the present inventor, the amount of cesium in the underground part of the young plant is measured using a hydroponic liquid in which cesium is added and the potassium concentration is adjusted. By doing so, it can be evaluated in a shorter time. The cesium concentration in the hydroponic liquid can be 1 to 100 ppb, and preferably 5 to 20 ppb. The potassium concentration in the hydroponic solution can be 0.1 to 1.0 times that of the standard case, and preferably 0.25 to 1.75 times. Specifically, after the seedlings were cultivated in a normal hydroponic solution, the hydroponic solution was replaced with a hydroponic solution in which cesium was added and the potassium concentration was adjusted, and after cultivation for at least 24 hours, It can be evaluated by measuring the amount of cesium. Cesium can be measured by a method well known to those skilled in the art, for example, ICP-MS.

制御の程度は、対象となるポリヌクレオチドを無傷で有する植物におけるセシウム吸収量を100(%)としたとき、85%以下、70%以下、50%以下、30%以下、25%以下まで抑制されていることであり得る。   The degree of control is suppressed to 85% or less, 70% or less, 50% or less, 30% or less, or 25% or less when the amount of cesium absorbed in a plant having the intact polynucleotide as the target is 100 (%). Can be.

[植物のセシウム吸収を制御する方法]
本発明はまた、上記(a)〜(f)のいずれか一のポリヌクレオチドを利用する、植物のセシウム吸収を抑制する方法を提供する。
[Method of controlling cesium absorption by plants]
The present invention also provides a method of suppressing plant cesium absorption, which utilizes the polynucleotide according to any one of (a) to (f) above.

植物のセシウム吸収を抑制するとは、特に記載した場合を除き、植物の地下部(通常、根)からのセシウム吸収を抑制することを指す。セシウム吸収を抑制する際に、同時に他の元素の吸収を抑制または促進することがある。セシウム吸収が抑制された植物を、「セシウム低吸収性」ということができる。   Suppressing cesium absorption of a plant means suppressing cesium absorption from the underground part (usually the root) of the plant, unless otherwise specified. When suppressing cesium absorption, absorption of other elements may be suppressed or promoted at the same time. A plant in which cesium absorption is suppressed can be referred to as “low cesium absorption”.

植物におけるセシウム吸収の抑制は、上記(a)〜(f)のいずれか一のポリヌクレオチドを利用することにより行うことができる。ポリヌクレオチドからなる遺伝子または該遺伝子にコードされるタンパク質の機能を低下させること(機能低下させることには、機能を失わせることも含まれる。)により行うことが好ましく、より好ましくは遺伝子のエキソン部分、さらに好ましくはもっとも下流のエキソン部分に少なくとも1カ所の変異を生じさせることにより行う。変異は、プライム領域に少なくとも1カ所の変異を生じさせることにより行ってもよい。プライム領域は、遺伝子が転写される際に重要な配列である。5プライム領域は、RNAポリメラーゼがDNAからmRNAを転写するときに結合する配列であり、また、3プライム領域は、mRNAの構造的な安定性にかかわると考えられている。プライム領域に変異がある場合、発現量が減るか、またはその遺伝子が発現しなくなる等の影響が生じる可能性がある。   Inhibition of cesium absorption in plants can be performed by using any one of the polynucleotides (a) to (f) above. It is preferably performed by lowering the function of a gene comprising a polynucleotide or a protein encoded by the gene (reducing the function includes loss of function), more preferably the exon part of the gene More preferably, at least one mutation is caused in the most downstream exon portion. Mutation may be performed by causing at least one mutation in the prime region. The prime region is an important sequence when a gene is transcribed. The 5 prime region is a sequence that binds when RNA polymerase transcribes mRNA from DNA, and the 3 prime region is thought to be involved in the structural stability of mRNA. When there is a mutation in the prime region, the expression level may be reduced, or the gene may not be expressed.

変異は、例えば、ストップコドンに対応する配列となる変異、性質の異なるアミノ酸をコードする配列となる変異、塩基の挿入または欠損(フレームシフトが起こるのでアミノ酸配列が異なるものとなる)等がある。変異は、少なくとも1カ所あればよく、2〜5カ所であってもよい。変異を生じさせる手法は限定されず、人為的に、例えば化学物質(例えば、アジ化ナトリウム、MNU)、UV照射、放射線照射、イオンビーム照射、高温または低温、気圧の変化等により生じさせたものであってもよく、自然に生じたものであってもよい。   Examples of the mutation include a mutation that becomes a sequence corresponding to a stop codon, a mutation that becomes a sequence encoding an amino acid having a different property, and insertion or deletion of a base (the amino acid sequence is different because a frame shift occurs). There may be at least one mutation, and 2 to 5 mutations. The method for causing the mutation is not limited, and it is artificially generated, for example, by chemical substances (for example, sodium azide, MNU), UV irradiation, radiation irradiation, ion beam irradiation, high or low temperature, change in atmospheric pressure, etc. It may be naturally occurring.

上記(a)〜(f)のいずれか一のポリヌクレオチドからなる遺伝子または該遺伝子にコードされるタンパク質の機能を低下させることはまた、アンチセンス法による遺伝子ノックダウンや、短鎖ヘアピンRNA(shRNA)、短鎖干渉RNA(siRNA)を介して遺伝子のノックダウンを行うRNA干渉(RNAi)技術を利用して行うこともできる。また、ゲノム編集の手法により、遺伝子ノックアウトを誘導してもよい。   Reducing the function of the gene consisting of the polynucleotide of any one of the above (a) to (f) or the protein encoded by the gene can also be achieved by gene knockdown by an antisense method, short hairpin RNA (shRNA ), RNA interference (RNAi) technology that knocks down genes via short interfering RNA (siRNA) can also be used. Alternatively, gene knockout may be induced by genome editing techniques.

セシウム吸収が抑制されているか否かは、例えば対象となるセシウム吸収が抑制されているであろう植物と、適切なコントロールである植物を、上述したように、一定量のセシウムが含まれる培地で栽培し、得られた植物体またはその一部に含まれるセシウム量を比較することにより、判断することができる。抑制の程度は、コントロールとなる植物におけるセシウム吸収量を100(%)としたとき、85%以下、70%以下、50%以下、30%以下、25%以下であり得る。   Whether or not cesium absorption is suppressed is determined by, for example, using a medium containing a certain amount of cesium, as described above, for a target plant whose cesium absorption will be suppressed and a plant that is an appropriate control. It can be judged by comparing the amount of cesium contained in the plant body or part thereof obtained after cultivation. The degree of inhibition can be 85% or less, 70% or less, 50% or less, 30% or less, or 25% or less when the amount of cesium absorption in the control plant is 100 (%).

セシウム吸収を抑制する対象となる植物は、上記の(a)〜(f)のポリヌクレオチドの利用により、セシウム吸収を抑制することができるものであれば特に限定されないが、好ましくは被子植物であり、より好ましくは単子葉植物網に属する植物であり、さらに好ましくはツユクサ亜網に属する植物であり、最も好ましくはイネ科(Poaceae(Gramineae))に属する植物、例えばイネ(Oryza)、オオムギ、ライムギ、パンコムギ、イヌムギ、ハトムギ、サトウキビ、トウモロコシ、モロコシ、アワ、キビ、ヒエいずれかの属に属する植物である。イネ科に属する植物のうちでは、好ましくはイネ属に属する植物であり、より好ましくはイネ(Oryza sativa L.)である。イネのうちでも、食用として多く流通している品種を対象とすることができ、このような品種には、ジャポニカ型の品種、例えばあきたこまち、コシヒカリ、ひとめぼれ、天のつぶ、はえぬき、ササニシキ、ヒノヒカリ、ななつぼし、キヌヒカリ、まっしぐら、あさひの夢、こしいぶき、きらら397、ゆめぴりか、つがるロマン、あいちのかおり、きぬむすめ、夢つくし、つや姫、彩のかがやき、ハツシモ、ふさこがねが含まれる。   The target plant for suppressing cesium absorption is not particularly limited as long as it can suppress cesium absorption by using the polynucleotides (a) to (f) described above, but is preferably an angiosperm. More preferably, it is a plant belonging to the monocotyledonous network, more preferably it is a plant belonging to the subfamily nettle, most preferably a plant belonging to the family Gramineae, such as rice (Oryza), barley, rye , Bread wheat, barley, pearl barley, sugar cane, corn, sorghum, millet, millet, and millet. Among the plants belonging to the family Gramineae, the plant is preferably a plant belonging to the genus Graminea, and more preferably rice (Oryza sativa L.). Among rice varieties, many varieties that are widely available for food can be targeted, and such varieties include japonica-type varieties such as Akitakomachi, Koshihikari, Hitomebore, Tenno-mushi, Haenuki, Sasanishiki, Hinohikari, Includes Nanatsuboshi, Kinuhikari, Masagura, Asahi's Dream, Koibuki, Kirara 397, Yume Pirka, Tsugaru Romance, Kaori Aichi, Kinusume, Yumetsushi, Tsuyahime, Shina Kagayaki, Hashishima, Fusako .

ゲノム内に変異を有することにより、セシウム低吸収性となった植物体がいったん得られれば、該植物体から有性生殖または無性生殖により子孫を得ることができる。また、該植物体やその子孫あるいはクローンから繁殖材料(例えば、種子、果実、切穂、塊茎、塊根、株、カルス、プロトプラストなど)を得て、それらを基に植物体を量産することも可能である。   Once a plant having a low cesium absorption is obtained by having a mutation in the genome, offspring can be obtained from the plant by sexual reproduction or asexual reproduction. It is also possible to obtain propagation materials (for example, seeds, fruits, cuttings, tubers, tuberous roots, strains, callus, protoplasts, etc.) from the plant and its descendants or clones, and mass-produce plants based on them. It is.

[セシウム低吸収性植物体またはその一部、セシウム低吸収性植物品種、繁殖材料、収穫物]
本発明はまた、請求項1に定義された(a)〜(f)のいずれか一のポリヌクレオチドに変異を有し、該ポリヌクレオチド、または該ポリヌクレオチドがコードするアミノ酸配列からなるタンパク質の機能が抑制されている、セシウム低吸収性植物体またはその一部を提供する。
[Cesium low-absorption plant or parts thereof, cesium low-absorption plant varieties, breeding materials, harvest]
The present invention also provides a function of a protein comprising a mutation in any one of the polynucleotides (a) to (f) defined in claim 1 and comprising the polynucleotide or an amino acid sequence encoded by the polynucleotide. Is provided, or a cesium-low-absorbing plant or a part thereof.

植物体は、特に記載した場合を除き、植物個体の意味で用いており、また植物体に関して「その一部」というときは、特別な場合を除き、種子(発芽種子、未熟種子を含む)、器官又はその部分(葉、根、茎、花、雄蕊、雌蘂、それらの片を含む)、植物培養細胞、カルス、プロトプラストを含む。植物体またはその一部は、繁殖材料も含む。   Unless otherwise specified, the plant body is used in the meaning of a plant individual, and when referring to a “part thereof” with respect to the plant body, unless otherwise specified, seeds (including germinated seeds and immature seeds), Includes organs or parts thereof (including leaves, roots, stems, flowers, stamens, pistils, fragments thereof), plant culture cells, callus, protoplasts. The plant body or part thereof also includes propagation material.

セシウム低吸収性であるとは、適切なコントロールとなる植物におけるセシウム吸収量を100(%)としたとき、セシウムの吸収が85%以下、70%以下、50%以下、30%以下、25%以下に抑制されうることをいう。   Low cesium absorption means that cesium absorption is 85% or less, 70% or less, 50% or less, 30% or less, 25% when the amount of cesium absorption in an appropriate control plant is 100 (%) The following can be suppressed.

なお、セシウム低吸収性植物体というときは、特に記載した場合を除き、本発明の方法によりセシウム吸収が抑制される工程を経て得えられた植物体のみならず、該植物体より得られた後代(第一世代、第二世代・・・)の植物体も、セシウム低吸収性の性質が維持されている限り、含む。   In addition, when it is referred to as a cesium low-absorbency plant body, it was obtained from the plant body as well as the plant body obtained through the step of suppressing cesium absorption by the method of the present invention, unless otherwise specified. Progeny (first generation, second generation ...) plants are also included as long as the low absorptive nature of cesium is maintained.

従来の栽培品種に由来し、本発明の方法によりセシウムの吸収性のみが異なり、他の点については由来する品種と同じ形質を有する植物は、栽培品種としての利用が期待できる。また本発明により得られたセシウム低吸収性の植物体を育種素材として用い、セシウム低吸収性の新たな植物品種を育種することができる。したがって、本発明は、セシウム低吸収性植物品種を提供する。およびそれから得られる繁殖材料、収穫物、および加工品を提供する。   Plants derived from conventional cultivars and differing only in the absorption of cesium by the method of the present invention and having the same traits as the cultivars derived from other points can be expected to be used as cultivars. Moreover, the plant body of low cesium absorption obtained by this invention can be used as a breeding material, and a new plant variety with low cesium absorption can be bred. Accordingly, the present invention provides a cesium low absorbency plant variety. And providing breeding materials, harvests, and processed products derived therefrom.

繁殖材料とは、特に記載した場合を除き、植物体の全部または一部で繁殖の用に供されるもの(「種苗」ということもある。)をいい、例えば、種子、苗、細胞、カルス、幼芽がある。収穫物とは、特に記載した場合を除き、植物体の全部または一部で繁殖の用に供されるもの(種苗)ではないものをいい、例えば、イネである場合、収穫物には、もみ、玄米、精米された米が含まれる。加工品は、例えば、イネ植物である場合、飯(炊飯した物)、米菓、もち、米粉及びそれを用いた食品が含まれる。   Unless otherwise specified, the propagation material refers to a material that is used for propagation in all or part of the plant body (sometimes referred to as “seed seedling”), for example, seed, seedling, cell, callus. There are young buds. Unless otherwise specified, the term “harvest product” refers to all or part of the plant that is not used for breeding (seed seedling). For example, in the case of rice, , Brown rice, and polished rice are included. For example, when the processed product is a rice plant, rice (cooked rice), rice confectionery, rice cake, rice flour and food using the same are included.

本発明のセシウム低吸収性植物品種の例は、イネの品種であり、本発明のセシウム低吸収性イネ品種が由来する品種の例は、ジャポニカ型の品種、例えばあきたこまち、コシヒカリ、ひとめぼれ、天のつぶ、はえぬき、ササニシキ、ヒノヒカリ、ななつぼし、キヌヒカリ、まっしぐら、あさひの夢、こしいぶき、きらら397、ゆめぴりか、つがるロマン、あいちのかおり、きぬむすめ、夢つくし、つや姫、彩のかがやき、ハツシモ、ふさこがねである。   Examples of plant varieties with low absorption of cesium of the present invention are rice varieties, and examples of varieties from which rice varieties with low absorption of cesium of the present invention are derived include varieties of japonica type, such as Akitakomachi, Koshihikari, Hitomibori, Tenno Tsubu, Haenuki, Sasanishiki, Hinohikari, Nanatsuboshi, Kinuhikari, Shigura, Asahi no Yume, Koishibuki, Kirara 397, Yumepirika, Tsuru Romantic, Kaori Aichi, Kinusume, Yumetsushi, Tsutsuhime, Aya no Kagayaki, Hassimo, Fusakogane.

本発明者らは、従来の栽培品種であるあきたこまちのイネ植物から、アジ化ナトリウム処理により1系統(系統名;D10-23)、MNU処理により2系統(系統名;E10-4、F5-136)のセシウム低吸収性イネ植物を得た。これらのうち一つの系統は、収量、稈長、熟期等の他の特性は、由来するあきたこまちとほぼ同様であり、栽培品種として十分な特性を有していることが分かっている。   From the rice plant of Akitakomachi, which is a conventional cultivar, the present inventors treated 1 line (line name; D10-23) by sodium azide treatment and 2 lines (line name; E10-4, F5-136) by MNU treatment. ) Low-absorption cesium plant. One of these lines has been found to have sufficient characteristics as a cultivar, with other characteristics such as yield, culm length, and maturity being almost the same as the origin of Akitakomachi.

従来、植物の品種改良は(1)交雑による有望系統の選抜、(2)放射線や化学物質による突然変異誘起などによって行われてきた。これらの作業は長期間を要することや変異の程度や方向性を制御できないことなどの問題があった。今回の発明により、植物のセシウム吸収を制御する遺伝子が特定されたので、機能性のこの遺伝子をもつ対象となる植物においてその機能を欠失または抑制することにより、対象植物のセシウム吸収を確実に低下させることができる。特定された遺伝子を標的とする変異を行うことは、交配と目的の形質に基づく選抜の繰り返しによる遺伝子移入に比較して極めて短期間に達成可能であり、他の形質の変化を伴わずに目的のセシウム低吸収性の形質のみの導入を可能とする。本発明は、セシウム低吸収性の植物品種育成に貢献できると考えられる。   Traditionally, plant breeding has been carried out by (1) selection of promising lines by crossing, and (2) mutagenesis by radiation or chemical substances. These operations have problems such as requiring a long time and inability to control the degree and direction of mutation. The present invention has identified a gene that controls cesium absorption by plants, so that the cesium absorption of the target plant can be ensured by deleting or suppressing the function in the target plant having this functional gene. Can be reduced. Mutation targeting the identified gene can be achieved in a very short period of time compared to gene transfer through repeated selection based on mating and the desired trait, and without changing other traits. It is possible to introduce only a low cesium-absorbing trait. The present invention is considered to contribute to the cultivation of plant varieties with low cesium absorption.

[遺伝子マーカー]
本発明はまた、野生型のセシウム吸収制御遺伝子と変異型セシウム吸収制御遺伝子との塩基配列の違いに基づき、植物体を識別することにも関する。識別は、例えば次のように行う。コシヒカリ等の従来のイネ品種の植物体と、セシウム低吸収性イネの植物体それぞれから抽出したゲノムDNAを鋳型とし、予め準備した標的配列(変異を含む部分)を増幅できるプライマーセットを用い、PCRにより標的配列を増幅する。得られた増幅産物を制限酵素で処理した後、電気泳動し泳動パターンの比較により両者を識別する。
[Gene marker]
The present invention also relates to identifying a plant based on the difference in base sequence between a wild-type cesium absorption control gene and a mutant cesium absorption control gene. The identification is performed as follows, for example. PCR using a primer set that can amplify target sequences (parts containing mutations) prepared in advance using genomic DNA extracted from plants of conventional rice varieties such as Koshihikari and plants of low-absorption cesium plants To amplify the target sequence. The obtained amplification product is treated with a restriction enzyme, then electrophoresed, and the two are distinguished by comparison of electrophoresis patterns.

実施例の項に記載した突然変異系統E10-4の場合、一塩基置換領域を含む塩基部分を増幅できるプライマーセット[例えば[HAK1N2 P1 (5'- CAGGATGATCCCGAACCAGCA -3':SEQ ID NO.: 5)、HAK1N2 P2 (5'- TCGCCCATGACCATGGAGGTG -3':SEQ ID NO.: 6)]で、PCR反応によってDNA断片を増幅させ、一塩基置換によって新たに生じる(または消失する)制限酵素サイトを持つDNA増幅断片を、特定の制限酵素(例えばHphI)で切断処理することで、他品種と識別することが可能である。例えば制限酵素としてHphIを用いた場合、E10-4由来の変異型のセシウム吸収制御遺伝子を有する植物体からのPCR産物は103bpと74bpの2つの断片が検出される。   In the case of the mutant strain E10-4 described in the Examples section, a primer set capable of amplifying a base portion including a single base substitution region [eg, [HAK1N2 P1 (5′-CAGGATGATCCCGAACCAGCA -3 ′: SEQ ID NO .: 5)] , HAK1N2 P2 (5'-TCGCCCATGACCATGGAGGTG-3 ': SEQ ID NO .: 6)], amplifying a DNA fragment by PCR reaction and DNA amplification with a restriction enzyme site newly generated (or disappeared) by single nucleotide substitution By cutting the fragment with a specific restriction enzyme (for example, HphI), it can be distinguished from other varieties. For example, when HphI is used as a restriction enzyme, two fragments of 103 bp and 74 bp are detected from the PCR product from a plant having a mutant cesium absorption control gene derived from E10-4.

実施例の項に記載した突然変異系統D10-23およびF5-136の場合は、一塩基置換領域を含む塩基部分を増幅できるプライマーセット[例えば[HAK1N13 P1 (5'- GTACGAGCTGGACCACATCGTC -3':SEQ ID NO.: 7)、HAK1N13 P2 (5'- TGCGGGATGGGGAGGTGCTTG -3':SEQ ID NO.: 8)]等で、PCR反応によってDNA断片を増幅させ、一塩基置換によって新たに生じる(または消失する)制限酵素サイトを持つDNA増幅断片を、特定の制限酵素、例えばVpaK11BI(Ava II)またはHae IIIで切断処理することにより、他品種と識別することができる。なおプライマーは、変異部分を含む標的配列を増幅できる塩基配列であればよい。また、制限酵素は変異部分を含む領域を認識して切断できるものであればよい。   In the case of the mutant strains D10-23 and F5-136 described in the Examples section, a primer set that can amplify a base portion including a single base substitution region [for example, [HAK1N13 P1 (5′-GTACGAGCTGGACCACATCGTC -3 ′: SEQ ID NO .: 7), HAK1N13 P2 (5'-TGCGGGATGGGGAGGTGCTTG-3 ': SEQ ID NO .: 8)] etc., a DNA fragment is amplified by PCR reaction and newly generated (or disappeared) by single base substitution A DNA amplified fragment having an enzyme site can be distinguished from other cultivars by cleaving with a specific restriction enzyme such as VpaK11BI (Ava II) or Hae III. The primer may be any base sequence that can amplify the target sequence including the mutated portion. Moreover, the restriction enzyme should just be a thing which can recognize and cut | disconnect the area | region containing a variation | mutation part.

また、いずれの突然変異系統について、DNA増幅断片をスピンカラム法やガラスビーズ吸着法等によって精製し、増幅部分のDNA塩基配列をシーケンサーによって読み取ることで、セシウム吸収制御遺伝子の配列に含まれる変異を検出し、この情報を基にマーカーを開発することで植物体の識別が可能になる。   For any mutant strain, the DNA amplification fragment is purified by spin column method, glass bead adsorption method, etc., and the DNA base sequence of the amplified portion is read by a sequencer, so that the mutation contained in the sequence of the cesium absorption control gene can be detected. Plants can be identified by detecting and developing markers based on this information.

以下、実施例により、本発明をさらに具体的に説明するが本発明はこれらの実施例に制限されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples, but the present invention is not limited to these examples.

[Cs低吸収系統の選抜]
(1)突然変異の誘発
突然変異の誘発方法としてアジ化ナトリウムとMNUの2種類の化学変異源を使用した。アジ化ナトリウム処理はあきたこまち種子を1.5 mMアジ化ナトリウム溶液(pH3.0 リン酸緩衝液)中でエアレーションを行いながら6時間処理を行った。またあきたこまちの受精卵処理は、開花した花に印をつけ、開花当日の夜12時に1.5mMのMNU溶液に開花した花を穂ごと1時間浸漬することで、突然変異誘発処理を行った。処理後の穂は約10時間流水で洗浄し、その後通常の栽培管理を行い、M1種子を収穫した。それぞれの処理によるM1種子は圃場で栽培し、M2世代種子はバルクで収穫し、突然変異集団とした。
[Selection of Cs low absorption system]
(1) Induction of mutation Two kinds of chemical mutation sources, sodium azide and MNU, were used as a method of inducing mutation. In the sodium azide treatment, Akitakomachi seeds were treated for 6 hours with aeration in 1.5 mM sodium azide solution (pH 3.0 phosphate buffer). Akitakomachi fertilized eggs were treated with mutagenesis by marking the flowered flowers and immersing the flowered flowers in a 1.5 mM MNU solution at 12 o'clock on the evening of the flower for 1 hour. After treatment, the ears were washed with running water for about 10 hours, and then normal cultivation management was performed to harvest M1 seeds. M1 seeds from each treatment were cultivated in the field, and M2 generation seeds were harvested in bulk to form a mutant population.

(2)セシウム吸収の変異体のスクリーニング
M3世代種子を育苗後、土壌中の水溶性セシウム(安定同位体133Cs)濃度が高い圃場に定植して、8027系統をそれぞれの個体を分けて収穫し、各個体の玄米を硝酸分解し、玄米Cs濃度をICP-MS(ThermoFisher Scientific co, XシリーズII)により分析した。
(2) Screening for mutants of cesium absorption
After seedling M3 generation seeds, planted in a field with a high concentration of water-soluble cesium (stable isotope 133 Cs) in the soil, harvested 8027 strains individually, and decomposed the brown rice of each individual to nitrate, The brown rice Cs concentration was analyzed by ICP-MS (ThermoFisher Scientific co, X Series II).

その結果、アジ化ナトリウム処理により1系統(系統名;D10-23)、MNU処理により2系統(系統名;E10-4、F5-136)、合計3系統のセシウム低吸収系統が選抜された(図1)。   As a result, a total of 3 cesium low-absorption lines were selected by treatment with sodium azide, 1 line (line name; D10-23), and 2 lines (line names; E10-4, F5-136) by MNU treatment ( Figure 1).

(3)選抜した突然変異系統のセシウム低吸収性の確認
2014年度に選抜した3系統を秋田県南秋田郡大潟村の水田と秋田県山本郡藤里町の水田で栽培した。その結果、大潟村で栽培した各系統の玄米Cs濃度は、コントロールのあきたこまちが7.5μg/kgと比較して0.36、0.70、0.31μg/kgといずれも10%以下と低く、藤里町で栽培した玄米Cs濃度もコントロールのあきたこまちのCs濃度が12.66μg/kgに対し、2.49、3.41、2.61μg/kgと約20〜27%程度と低く抑えられていた(図2)。
(3) Confirmation of low cesium absorption of selected mutant strains
Three lines selected in 2014 were cultivated in paddy fields in Ogata Village, Minami Akita County, Akita Prefecture and Fujisato Town, Yamamoto County, Akita Prefecture. As a result, the brown rice Cs concentration of each line cultivated in Ogata Village was lower than 10% below 0.36, 0.70 and 0.31μg / kg for the control Akitakomachi, which was cultivated in Fujisato Town. The brown rice Cs concentration was 2.49, 3.41, 2.61 μg / kg, which was about 20-27% lower than that of the control Akitakomachi 12.66 μg / kg (FIG. 2).

セシウムはイオンの状態で土壌溶液中に溶存したものが植物に吸収される。灌漑水などにより水田に新たにイオンとして土壌に供給されたセシウムは時間の経過とともに土壌の粘土粒子のFrayed edgeと呼ばれる層間構造内に取りこまれ、固定化される。そのため新たに土壌に供給されたセシウムほど植物に吸収されやすいという特徴が示唆されている。そこでワグネルポットを用い、先述の大潟村、藤里町の2カ所の圃場から採取した土壌に人為的に塩化セシウム(CsCl)を0.5ppm、1.0ppm添加したCsが吸収されやすい条件下で突然変異系統を栽培し、収穫した玄米中のCs濃度を測定した。その結果ポット栽培においても3系統は、コントロールのあきたこまちの玄米中のCs濃度と比較し、大潟村の土壌においては新たにCsを添加しても11%以下に藤里町の土壌での栽培でも30%以下となった(図3)。   Cesium dissolved in soil solution in the form of ions is absorbed by plants. Cesium newly supplied to the soil as ionic water by irrigation water, etc. is taken in and fixed in an interlayer structure called the frayed edge of the clay particles of the soil over time. For this reason, it has been suggested that cesium newly supplied to soil is more easily absorbed by plants. So, using a Wagner pot, mutant strains under conditions where Cs is easily absorbed by adding 0.5 ppm and 1.0 ppm of cesium chloride (CsCl) to the soil collected from the two fields of Ogata and Fujisato. Cs concentration in the brown rice harvested and harvested was measured. As a result, in the pot cultivation, the three lines were compared with the Cs concentration in the brown rice of the control Akitakomachi, and in the soil of Ogata village, it was reduced to 11% or less even when Cs was newly added. % Or less (Figure 3).

[Cs吸収が変異した系統の簡便な同定法(水耕栽培法)の開発]
Cs吸収制御遺伝子の特定やその制御遺伝子の交配や遺伝子組み換えによる他の栽培品種への導入にはCs吸収の変異を持つ系統の簡便な同定法が要求される。3系統のCs吸収変異系統の自殖種子を2週間水耕栽培で育てた幼植物のCs吸収特性を調べた。具体的には自殖種子を種子消毒後3日間浸種したのち、28℃ 明期16時間/暗期8時間のグロースチャンバー内で水耕栽培を開始し、発芽3日後に植え替えを行いその後2週間栽培した。水耕液には木村氏B液の組成を一部改変したものを通常のカリウム濃度のものを用いた(表1)。2週間栽培後、数段階に異なるカリウム濃度に調整した木村氏B液(表2)にCs(塩化セシウム)を10ppbとなるように添加したものに幼植物を移し、5日後まで経時的に植物体をサンプリングし、地下部のCs濃度を分析した。
[Development of simple identification method (hydroponic cultivation method) for strains with altered Cs absorption]
For identification of Cs absorption control genes, introduction of the control genes into other cultivars by mating and genetic recombination, a simple method for identifying strains with Cs absorption mutations is required. The Cs absorption characteristics of the seedlings grown by hydroponics for 2 weeks were investigated. Specifically, after seed seed disinfection for 3 days after seed disinfection, hydroponics was started in a growth chamber at 28 ° C, 16 hours light period / 8 hours dark period, replanted 3 days after germination, and then 2 Grown weekly. As the hydroponic solution, one with a partial modification of the composition of Mr. Kimura B solution was used with a normal potassium concentration (Table 1). After 2 weeks of cultivation, the seedlings were transferred to Kimura B liquid (Table 2) adjusted to different potassium concentrations in several stages to which Cs (cesium chloride) was added to 10 ppb, and the plants were grown over time until 5 days later. The body was sampled and analyzed for Cs concentration in the underground.

木村氏B液の標準となる水耕液中のカリウム濃度を×1とし、×0.5、×1.0、×2、×3と1/2倍から3倍の濃度まで変化させた時のCs吸収量の経時変化を確認した。1日後のコントロールのあきたこまちに対する突然変異系統の根のCs濃度は標準のカリウム濃度(×1.0)の水耕液では25.4%、23.8%、18.4%であったが、×0.5のカリウム濃度の水耕液では14.1%、11.3%、11.7%となり、その濃度比は大きくなり、より高精度な識別が可能となる。一方、水耕液のカリウム濃度が濃くなるに従い、コントロールのあきたこまちのCs吸収量は急激に低下し、本発明で得られた3系統の突然変異体のCs吸収量はコントロールのあきたこまちの82.1%、75.5%、65.3%と濃度比が小さくなり、識別が困難になることが明らかになった(表3、図4)。   The amount of Cs absorbed when the concentration of potassium in the hydroponic liquid that is the standard for Mr. Kimura's B solution is x1, and the concentration is changed from 1/2 to 3 times x0.5, x1.0, x2, x3. The change with time was confirmed. The Cs concentration of the root of the mutant line relative to the control Akitakomachi one day later was 25.4%, 23.8%, and 18.4% for the standard potassium concentration (× 1.0) hydroponic liquid, but the hydroponic culture with × 0.5 potassium concentration In the case of liquid, it becomes 14.1%, 11.3%, 11.7%, the concentration ratio becomes large, and more accurate discrimination becomes possible. On the other hand, as the potassium concentration of the hydroponic solution increased, the amount of Cs absorbed by the control Akitakomachi decreased rapidly, and the amount of Cs absorbed by the three mutants obtained in the present invention was 82.1% of that of the control Akitakomachi, It became clear that the concentration ratio was 75.5% and 65.3%, making it difficult to distinguish (Table 3, Figure 4).

以上の結果からCsを添加し、カリウム濃度を調整した水耕液を用いた稲幼植物の根へCsの吸収量を測定することにより、本発明のCs吸収制御遺伝子の形質をもった植物体を、玄米まで生産することなく、より短期間に識別することができる。具体的には木村氏B液で2週間栽培した幼植物を、Cs(10ppb)を添加した×0.5のカリウム濃度の水耕液に移し、24時間以降の地下部のCs吸収量をICP-MSで測定することで、Cs低吸収個体を選抜することができる。   From the above results, by adding Cs and measuring the amount of Cs absorbed into the roots of rice seedlings using a hydroponic solution adjusted for potassium concentration, a plant having the trait of the Cs absorption control gene of the present invention Can be identified in a shorter period of time without producing brown rice. Specifically, young plants cultivated with Mr. Kimura B for 2 weeks were transferred to a hydroponic solution with a potassium concentration of 0.5 with Cs (10 ppb) added, and the amount of Cs absorbed in the underground after 24 hours was ICP-MS Cs low absorption individual can be selected by measuring with.

[原因遺伝子の特定]
(1)対立性試験
3系統得られたCs低吸収突然変異体同士を交配させたF1世代およびF2世代について、前述の水耕栽培法により、Cs吸収特性を調べた。その結果、F1世代およびF2世代のいずれもが、もとの3系統の突然変異体とほぼ同じCsの低吸収性を示した(図5,6)。このことから3系統のCs吸収制御遺伝子は同じものであることが明らかとなった。
[Identification of causative gene]
(1) Confrontation test
The Cs absorption characteristics of the F1 and F2 generations obtained by crossing three Cs low-absorption mutants were examined by the hydroponics method described above. As a result, both F1 generation and F2 generation showed low absorption of Cs, which was almost the same as the original three strains (Figs. 5 and 6). This revealed that the three Cs absorption control genes are the same.

(2)遺伝子マッピング
遺伝子のマッピングに用いられるインディカ系統のカサラスの前述の水耕栽培法によりCs吸収性を分析したところ、カサラスはあきたこまちと同じくCs高吸収性であった。Cs低吸収系統とカサラスとの交配を実施し、F2世代について水耕栽培法により根へのCs吸収量を分析し、Cs低吸収個体をホモ個体として選抜した。これらの植物体からゲノムDNAの抽出、ラフマッピングを行い、Cs吸収制御遺伝子の染色体および染色体上の位置の絞り込みを行った。
(2) Gene mapping When Cs absorptivity was analyzed by the above-mentioned hydroponic cultivation method of Kasalath of the Indica line used for gene mapping, Kasalath was Cs superabsorbent like Akitakomachi. The Cs low-absorption line was crossed with Kasalath, the Cs absorption amount to the roots was analyzed by hydroponics for the F2 generation, and Cs low-absorption individuals were selected as homozygous individuals. Genomic DNA was extracted from these plants and rough mapping was performed to narrow down the chromosomes and positions of Cs absorption control genes.

その結果、原因遺伝子は第4染色体上の遺伝学的距離で52.6から58.9cMの間に座上している遺伝子であることが明らかとなった。   As a result, it was clarified that the causative gene is a gene located between 52.6 and 58.9 cM at a genetic distance on chromosome 4.

(3)次世代シーケンス解析
3系統の突然変異系統を各10個体ずつ木村氏B液で2週間水耕栽培した。これらの3系統の幼植物からゲノムDNAを抽出した。コントロールとして親品種であるあきたこまちからも同様にDNAを抽出した。全ゲノム配列は,HiSeq1000(イルミナ社)を用いて、リード長100 bp、両末端解析の条件で取得した。全ゲノム解析には、各突然変異系統は1/3レーン分、あきたこまちは1レーン分のリード配列を用いた。リード配列はリファレンス配列(IRGSP1.0)に対してBWAの初期条件でアライメントした。遺伝子マッピングで明らかにされた染色体領域について、IGVで可視化して、突然変異系統とあきたこまちの塩基配列を比較しながら原因遺伝子の特定を行った。
(3) Next-generation sequence analysis
Three mutant strains were hydroponically cultivated with 10 each of Mr. Kimura B solution for 2 weeks. Genomic DNA was extracted from these three strains of young plants. As a control, DNA was also extracted from the parent cultivar Akitakomachi. The whole genome sequence was obtained using HiSeq1000 (Illumina) under the conditions of 100 bp read length and both end analysis. For the whole genome analysis, 1/3 lanes of each mutant strain and 1 lane of Akitakomachi were used. The lead sequence was aligned with the reference sequence (IRGSP1.0) under the initial conditions of BWA. The chromosomal region revealed by gene mapping was visualized by IGV, and the causative gene was identified by comparing the nucleotide sequences of the mutant strain and Akitakomachi.

その結果、各突然変異系統には多数の一塩基置換がみられるものの、3系統に共通して変異が生じていた遺伝子はOsHAK1遺伝子のみであった。よって、Cs低吸収変異の原因遺伝子はTIGR locus Os04g32920、Gene name OSJNBb0012E08.7のKUP/HAK/KT familyに属するOsHAK1遺伝子であると結論付けた。OsHAK1遺伝子の染色体上の位置を図7に示す。   As a result, although there were many single-base substitutions in each mutant line, the only gene that had mutations common to the three lines was the OsHAK1 gene. Therefore, it was concluded that the causative gene of the Cs low-absorption mutation is the OsHAK1 gene belonging to the KUP / HAK / KT family of TIGR locus Os04g32920, Gene name OSJNBb0012E08.7. FIG. 7 shows the position of the OsHAK1 gene on the chromosome.

(4)突然変異体のOsHAK1遺伝子のシーケンス解析
3系統変異体のcDNAを鋳型としてOsHAK1の遺伝子領域をサンガーシーケンスにより配列解析した結果、いずれの系統もエキソン部分に1塩基置換の変異が検出された。2系統(D10-23およびF5-136)は同じ塩基が置換され、アミノ酸配列の1カ所のアミノ酸の置換(GlyがAspに置換)が生じ、残りの1系統(E10-4)は途中でストップコドンに置換されたものであった(図8)。
(4) Sequence analysis of mutant OsHAK1 gene
As a result of sequencing the OsHAK1 gene region by Sanger sequencing using the cDNA of the three strains as a template, a single base substitution mutation was detected in the exon part of all strains. Two lines (D10-23 and F5-136) are replaced with the same base, and one amino acid substitution (Gly is replaced with Asp) occurs in the amino acid sequence, and the remaining one line (E10-4) stops halfway It was replaced with a codon (FIG. 8).

(5)相補性試験
日本晴を木村氏B液で2週間水耕栽培し、根よりNucleoSpin(R) RNA Midi(マッハライ・ナーゲル社)を用いてTotal RNAを抽出した。その後SuperScript(R) III First-Strand Synthesis SuperMix(ThermoFisher Scientific co.,)を用い、Oligo dTプライマーでmRNAからcDNAを合成した。その後、以下のプライマーセット:
HAK1_5primeF CCAGCCGGCGAGAGAGAGC (SEQ ID NO.: 1)
HAK1_3primeR AGCATGGACAACACACCACCAGTG (SEQ ID NO.: 2)
によりOsHAK1遺伝子の全長をKOD -Plus- Neo(TOYOBO)を用いたPCRにより増幅した。
(5) Complementarity test Nipponbare was hydroponically cultivated with Mr. Kimura B solution for 2 weeks, and total RNA was extracted from the roots using NucleoSpin® RNA Midi (Machalai Nagel). Then SuperScript (R) III First-Strand Synthesis SuperMix (ThermoFisher Scientific co.,) Was used to synthesize cDNA from mRNA in Oligo dT primer. Then the following primer set:
HAK1_5primeF CCAGCCGGCGAGAGAGAGC (SEQ ID NO .: 1)
HAK1_3primeR AGCATGGACAACACACCACCAGTG (SEQ ID NO .: 2)
Was used to amplify the full length of the OsHAK1 gene by PCR using KOD-Plus-Neo (TOYOBO).

増幅したPCR産物をアガロースゲルによる電気泳動で確認後、このPCR産物を鋳型に、以下のプライマーセット:
Hind3-HAK1_5prime_F AAGCTTCCAGCCGGCGAGAGAGA (SEQ ID NO.: 3)
HAK1_3prime_R-Hind3 AAGCTTAGCATGGACAACACACCACCAGTG (SEQ ID NO.: 4)
とKOD -Plus- Neo(TOYOBO)を用いたPCRにより増幅し、PCR産物の両端にHindIIIの制限酵素部位を付加した。増幅産物は、TArget CloneTM -Plus-キット(TOYOBO)を用い、平滑末端の両端にA付加反応後、pTA2ベクターにTAクローニングにより挿入した。このベクターを大腸菌(DH-5α)に導入し、培養後、プラスミドを抽出し、HindIIIによる制限酵素処理後、アガロースゲルで電気泳動し挿入配列の切り出し、精製を行った。HindIIIで切断、アルカリフォスファターゼ処理を行ったpBUH3ベクターに、このDNA断片をライゲーションにより挿入し、大腸菌に導入し、培養後プラスミドを抽出した。このプラスミドはユビキチンプロモーターでOsHAK1遺伝子を強制発現させることができる。
After confirming the amplified PCR product by agarose gel electrophoresis, using this PCR product as a template, the following primer set:
Hind3-HAK1_5prime_F AAGCTTCCAGCCGGCGAGAGAGA (SEQ ID NO .: 3)
HAK1_3prime_R-Hind3 AAGCTTAGCATGGACAACACACCACCAGTG (SEQ ID NO .: 4)
And KOD-Plus-Neo (TOYOBO) was used for PCR amplification, and HindIII restriction enzyme sites were added to both ends of the PCR product. The amplification product was inserted into the pTA2 vector by TA cloning after A addition reaction at both ends of the blunt end using the TArget Clone ™ -Plus-kit (TOYOBO). This vector was introduced into Escherichia coli (DH-5α), and after culture, the plasmid was extracted, treated with restriction enzyme with HindIII, electrophoresed on an agarose gel, and the inserted sequence was excised and purified. This DNA fragment was inserted into pBUH3 vector cut with HindIII and treated with alkaline phosphatase by ligation, introduced into E. coli, and the plasmid was extracted after culture. This plasmid can forcefully express the OsHAK1 gene with the ubiquitin promoter.

得られたプラスミドでアグロバクテリウムを形質転換し、ベクターを保有したアグロバクテリウムをCs低吸収突然変異体F5-136のカルスに感染させ、正常に機能するOsHAK1遺伝子を持ったF5-136形質転換体を作成した。   Transform Agrobacterium with the obtained plasmid, infect the callus of Cs low-absorption mutant F5-136 with Agrobacterium carrying the vector, and transform F5-136 with the functioning OsHAK1 gene Created the body.

再分化培地で再生した形質転換体を木村氏B液で水耕栽培し15cmまで生育させた後、10ppbCsを添加した×0.5カリウム濃度の水耕液で1日間のCs吸収実験を行った。あきたこまち、日本晴と比較して形質転換体は2倍程度のCs吸収量を示した(図9)。この結果からCs低吸収突然変異体はOsHAK1遺伝子の形質転換によりCs吸収能力が復帰することが確認され、本発明で見いだされた3系統のCs吸収制御遺伝子はOsHAK1遺伝子であることが明らかとなった。   The transformant regenerated in the regeneration medium was hydroponically cultivated with Mr. Kimura B solution and grown to 15 cm, and then a Cs absorption experiment was conducted for 1 day with a hydroponic solution of × 0.5 potassium concentration supplemented with 10 ppbCs. Compared with Akitakomachi and Nipponbare, transformants showed about twice the amount of Cs absorption (Fig. 9). From this result, it was confirmed that the Cs low-absorption mutant was restored to the Cs absorption capacity by transformation of the OsHAK1 gene, and it was revealed that the three Cs absorption control genes found in the present invention are the OsHAK1 gene. It was.

本発明は、新規米品種の開発に利用できる。   The present invention can be used to develop new rice varieties.

SEQ ID NO.:1 PCR primer HAK1_5primeF
SEQ ID NO.:2 PCR primer HAK1_3primeR
SEQ ID NO.:3 PCR primer Hind3-HAK1_5prime_F
SEQ ID NO.:4 PCR primer HAK1_3prime_R-Hind3
SEQ ID NO.:5 PCR primer HAK1N2 P1
SEQ ID NO.:6 PCR primer HAK1N2 P2
SEQ ID NO.:7 PCR primer HAK1N13 P1
SEQ ID NO.:8 PCR primer HAK1N13 P2
SEQ ID NO.:9 OsHAK1 gDNA
SEQ ID NO.:10 OsHAK1 cDNA
SEQ ID NO.:11 deduced protein OsHAK1
SEQ ID NO.:1 PCR primer HAK1_5primeF
SEQ ID NO.:2 PCR primer HAK1_3primeR
SEQ ID NO.:3 PCR primer Hind3-HAK1_5prime_F
SEQ ID NO.:4 PCR primer HAK1_3prime_R-Hind3
SEQ ID NO.:5 PCR primer HAK1N2 P1
SEQ ID NO.:6 PCR primer HAK1N2 P2
SEQ ID NO.:7 PCR primer HAK1N13 P1
SEQ ID NO.:8 PCR primer HAK1N13 P2
SEQ ID NO.:9 OsHAK1 gDNA
SEQ ID NO.:10 OsHAK1 cDNA
SEQ ID NO.:11 deduced protein OsHAK1

Claims (13)

下記の(a)〜(f)のいずれか一のポリヌクレオチド:
(a)配列番号9の塩基配列からなるポリヌクレオチド;
(b)配列番号9の塩基配列からなるポリヌクレオチドと相補的な塩基配列からなるポリヌクレオチドとストリンジェントな条件下でハイブリダイズし、かつ植物のセシウム吸収を制御する機能を有するポリヌクレオチド;
(c)配列番号9の塩基配列と90%以上の同一性を有し、かつ植物のセシウム吸収を制御する機能を有するポリヌクレオチド;
(d)配列番号11のアミノ酸配列をコードするポリヌクレオチド;
(e)配列番号11のアミノ酸配列において1または複数のアミノ酸が欠失、置換若しくは付加されたアミノ酸配列をコードし、かつ植物のセシウム吸収を制御する機能を有するポリヌクレオチド;
(f)配列番号11のアミノ酸配列と90%以上の同一性を有するアミノ酸配列をコードし、かつ植物のセシウム吸収を制御する機能を有するポリヌクレオチド。
The polynucleotide of any one of the following (a) to (f):
(A) a polynucleotide comprising the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 9;
(B) a polynucleotide having a function of hybridizing under stringent conditions with a polynucleotide comprising a nucleotide sequence complementary to a polynucleotide comprising the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 9 and controlling plant cesium absorption;
(C) a polynucleotide having a nucleotide sequence of SEQ ID NO: 9 of 90% or more and having a function of controlling plant cesium absorption;
(D) a polynucleotide encoding the amino acid sequence of SEQ ID NO: 11;
(E) a polynucleotide encoding an amino acid sequence in which one or more amino acids are deleted, substituted or added in the amino acid sequence of SEQ ID NO: 11, and having a function of controlling plant cesium absorption;
(F) a polynucleotide encoding an amino acid sequence having 90% or more identity with the amino acid sequence of SEQ ID NO: 11, and having a function of controlling plant cesium absorption.
イネ属植物由来である、請求項1に記載のポリヌクレオチド。 The polynucleotide according to claim 1, which is derived from a rice genus plant. (a)または(d)である、請求項1または2に記載のポリヌクレオチド。 The polynucleotide according to claim 1 or 2, which is (a) or (d). 請求項1に定義された(a)〜(f)のいずれか一のポリヌクレオチドを利用する、植物のセシウム吸収を抑制する方法。 A method for suppressing cesium absorption of a plant using the polynucleotide according to any one of (a) to (f) defined in claim 1. ポリヌクレオチドの利用が、該ポリヌクレオチドからなる遺伝子または該遺伝子にコードされるタンパク質の機能を低下させることである、請求項4に記載の方法。 The method according to claim 4, wherein the use of the polynucleotide is to reduce the function of a gene comprising the polynucleotide or a protein encoded by the gene. ポリヌクレオチドの利用が、ポリヌクレオチドのエキソン部分に変異を生じさせることである、請求項3〜5のいずれか1項に記載の方法。 The method according to any one of claims 3 to 5, wherein the use of the polynucleotide is to cause mutation in an exon part of the polynucleotide. 請求項1に定義された(a)〜(f)のいずれか一のポリヌクレオチドに変異を有し、該ポリヌクレオチド、または該ポリヌクレオチドがコードするアミノ酸配列からなるタンパク質の機能が抑制されている、セシウム低吸収性植物体またはその一部。 The polynucleotide of any one of (a) to (f) defined in claim 1 has a mutation, and the function of the protein comprising the polynucleotide or an amino acid sequence encoded by the polynucleotide is suppressed. , Cesium low-absorption plant or parts thereof. イネ属植物である、請求項6に記載の植物体またはその一部。 The plant body of Claim 6 which is a rice genus plant, or its part. 請求項6または7に記載の植物体またはその一部を用いて育種された、セシウム低吸収性植物品種。 A cesium low-absorbency plant variety bred using the plant according to claim 6 or 7 or a part thereof. 植物が、イネである、請求項9に記載の品種。 The cultivar according to claim 9, wherein the plant is rice. 請求項8または9に記載の品種の繁殖材料。 A breeding material of the variety according to claim 8 or 9. 請求項6もしくは7に記載の植物、または請求項8または9に記載の品種の植物を利用することにより得られる、収穫物またはその加工品。 A harvest or a processed product thereof obtained by using the plant according to claim 6 or 7, or the plant of the variety according to claim 8 or 9. 請求項1に定義された(a)〜(f)のいずれか一のポリヌクレオチドの、セシウム低吸収性のマーカーとしての使用。 Use of the polynucleotide defined in any one of (a) to (f) as defined in claim 1 as a marker for low cesium absorption.
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