JP2021029248A - 水稲の害虫抵抗調節タンパク質、それをコードする遺伝子およびその用途 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、水稲害虫抵抗性調節タンパク質、それをコードする遺伝子およびその用途を提供することを目的とする。【解決手段】本発明として、水稲害虫抵抗性調節タンパク質Ｏｓ０４ｇ０５５６０、それをコードする遺伝子およびその用途が公開された。このタンパク質のコーディング遺伝子の発現を低下させるかノックアウトすることで、感受性植物が高害虫抵抗機能を有することとなり、それにより高ウンカ抵抗性植物を育成することができる。前記タンパク質、それをコードする遺伝子は植物の遺伝的改善に適用できる。【選択図】なし

Description

本発明は、分子生物学の分野に属し、具体的には水稲の害虫抵抗調節タンパク質、それをコードする遺伝子およびその用途に関する。

ヒトがポストゲノム時代に入るのに伴って、機能ゲノムの研究を全面的に行うことは既にライフサイエンスでの研究のフロンティア分野となる。水稲の遺伝子組み換え技術は相対的に容易であって、且つ他のイネ科作物のゲノムとの共線性を有するので、モデル植物と見なされることとなる。目下、水稲のゲノムの精確な遺伝地図と物理地図は既に完了しており、更に水稲の機能遺伝子を研究することは、社会や経済の発展と生物学の研究にとって重大な意義がある。

現在では、世界中の半分以上の人は水稲を主食としている。食品安全問題は、全世界中でも人民の面している課題である。２０世紀５０、６０年代での矮性育種と７０年代でのハイブリッドライス育成という二つの科学革新により、水稲の収量は大幅に向上した。しかし、最近数十年以来、水稲は広範囲に害虫による災害を受けて、水稲の生産は深刻な局面に面した。中国ではトビイロウンカが水稲の生産の主な害虫であり、その成虫と幼虫が口部で水稲を刺してその汁を摂取して、水稲は葉が黄色くなって又は枯れて、収量の減少又はゼロ収量を引き起こすこととなる。『中国農業年鑑』の記載によれば、トビイロウンカによる災害は１９６６、１９６９、１９７３、１９７７、１９８３及び２００３年に全国に亘って大きなバーストがあり、１９８７、１９９１、２００５、２００６及び２００７年に全国的超バーストがあり、被害面積は水稲の総面積の５０％以上に達し、中国の水稲生産に深刻な損害をもたらした。且つトビイロウンカによる危害は、水稲の登熟期に発生することが多く、この場合では殺虫剤を多量に使用すると、イネへの汚染も非常に深刻な問題となる。

トビイロウンカ抵抗性遺伝子を利用して害虫抵抗性水稲品種を育成することは、トビイロウンカを全面的に予防と治療することにとって最も経済且つ効果的な方法である。国際稲研究所（ＩＲＲＩ）の研究結果及び東南アジアでの水稲生産の実践は、ただ中程度の抵抗レベルを有する水稲品種としても、トビイロウンカの群れを、災害を及ぼすレベル以下に抑えるのに十分であり、水稲に実際の危害及び収量損害をもたらすことを解消できることを証明した。従って、水稲のトビイロウンカ抵抗性遺伝子を見つけて且つそれを水稲の育種に適用することは、水稲トビイロウンカを予防と治療する根本的な対策である。

２０世紀６０年代から、トビイロウンカの抵抗性遺伝及び育種が研究されてきたが、新たな生物型（又は新病原型）の出現に伴って、害虫抵抗品種は利用できる期間が縮小して、抵抗性が喪失するリスクに面する。例えば国際稲研究所が１９７３年に提案したＢｐｈ１遺伝子を有する品種ＩＲ２６は、２〜３年の後で損害をもたらし得る生物型２が現れ、１９７７〜１９７８年に提案したＢｐｈ２抵抗性遺伝子を有する品種ＩＲ３６及びＩＲ４２は１９８２年に続々と複数の国で新たな生物型のトビイロウンカが出て、更に１９８３年に相応する新たな抵抗性品種ＩＲ５６及びＩＲ６４を育成するほかにしかたがない。２００６年にＳｅｏは、韓国での、異なるウンカ抵抗性遺伝子を有する複数種類の水稲品種を測定し、その結果、その中でＣｈｅｏｎｇｃｈｅｏｎｇｂｙｅｏ（Ｂｐｈ１遺伝子を含む）、ＡＳＤ７とＭ６３（Ｂｐｈ２遺伝子を含む）の水稲の害虫抵抗性は多少下降したが、Ｇａｙａｂｙｅｏ（Ｂｐｈ１とＢｐｈ２遺伝子を同時に含む）の水稲は依然としてよい害虫抵抗性（Ｓｅｏ ｅｔ ａｌ．， ２００９）を有する。Ｐｔｂ３３（Ｂｐｈ２とＢｐｈ３遺伝子とを同時に含む）は、被害となる可能性が低く、被害レベルは２．５であり、品種は害虫抵抗性を表した（張揚ら、２０１１）。

従って、アンチソース素材を引き続き真面目に選出して研究し、新たな抵抗性遺伝子を探して、且つその関係遺伝子をポジショニングしてクローンし、新たな高抵抗性遺伝子素材を有する水稲品種を研究開発するのは、非常に重大な意義がある。

本発明は、水稲害虫抵抗性調節タンパク質、それをコードする遺伝子およびその用途を提供することを目的とする。

本発明は下記の技術案を採用する。
ａ）配列番号１に示すアミノ酸配列、
或いはｂ）配列番号１に示すアミノ酸配列における一つ又は複数のアミノ酸を置換及び／又は除去及び／又は添加してなるアミノ酸配列を有する、
タンパク質Ｏｓ０４ｇ０５５６０の、水稲害虫抵抗性調節タンパク質としての使用。
その中、配列番号１は、
ＭＡＣＬＱＬＱＶＬＬＬＬＡＣＬＬＬＤＡＰＨＬＳＳＡＡＡＴＶＰＴＰＰＦＳＦＮＦＤＦＳＮＭＳＴＹＫＰＤＤＬＲＦＥＧＮＡＴＶＨＧＳＦＶＤＬＴＣＮＡＹＧＬＤＩＳＱＣＴＡＧＲＭＳＹＮＨＰＶＰＦＹＤＱＴＴＫＥＶＡＳＦＳＴＱＦＴＦＫＩＩＶＰＲＦＮＮＤＫＥＫＧＤＧＭＡＦＦＬＡＲＹＰＳＲＭＰＰＤＳＧＧＧＳＬＧＬＩＴＮＮＮＹＳＳＦＧＰＤＱＦＶＳＶＥＦＤＴＹＮＮＴＷＥＱＰＫＱＴＧＤＨＭＧＩＮＩＮＴＶＴＦＳＴＮＴＴＳＶＳＳＦＳＰＮＥＳＭＭＫＡＳＩＴＦＤＳＫＴＳＭＬＶＡＳＬＱＹＴＧＮＹＳＮＹＡＰＶＮＶＳＡＫＬＰＤＰＴＴＬＬＰＳＥＶＡＶＧＦＳＡＡＴＧＡＡＦＥＬＨＱＩＨＳＷＳＦＮＳＴＩＡＡＰＶＱＫＤＨＫＫＡＩＡＶＧＶＳＩＧＧＧＬＩＬＶＬＬＶＷＳＩＬＳＷＷＫＷＲＫＴＮＲＥＦＤＫＧＴＲＧＡＣＲＦＮＹＨＲＬＡＡＡＴＮＨＦＳＭＤＮＲＩＧＡＧＴＦＧＥＶＨＫＧＦＬＴＱＬＧＲＥＶＡＶＫＫＩＬＲＥＳＲＡＧＮＫＤＦＦＤＥＶＱＴＩＳＲＡＫＱＫＮＬＶＥＬＬＧＷＧＭＫＧＳＳＩＩＤＦＶＭＣＷＲＲＱＫＮＴＤＬＦＬＶＹＥＦＶＤＮＧＮＬＨＭＨＬＹＥＫＥＡＬＬＳＷＲＩＲＹＫＩＶＫＧＩＩＳＡＬＶＹＬＨＨＤＲＨＰＹＩＬＨＲＤＩＫＰＳＮＩＬＬＤＫＮＦＮＡＲＬＡＤＦＧＬＳＲＴＡＤＮＧＴＩＱＳＳＭＶＶＧＴＥＮＹＬＤＰＥＣＲＫＴＧＫＦＮＲＳＳＤＶＦＳＦＧＬＶＬＬＥＩＡＣＫＫＤＥＮＳＹＡＱＶＷＥＲＹＩＤＫＴＬＭＱＡＡＤＤＲＬＱＧＡＦＤＫＲＱＭＥＲＶＩＶＬＧＬＷＣＣＱＰＮＩＥＭＲＰＴＭＥＫＡＭＤＦＬＥＳＤＧＰＬＰＫＬＡＫＰＥＩＴＳＳＳＡＰＳＮ
である。
更に、前記害虫はイネウンカであり、好ましくは、前記イネウンカはトビイロウンカ、セジロウンカ、ヒメトビウンカの少なくとも一種である。
上述したタンパク質Ｏｓ０４ｇ０５５６０をコードするコーディング遺伝子の、水稲ウンカ抵抗性調節遺伝子としての使用である。
更に、コーディング遺伝子のヌクレオチド配列は配列番号２に示すとおりである。
更に、コーディング遺伝子のｃＤＮＡのヌクレオチド配列は配列番号３に示すとおりである。
水稲の害虫抵抗性を向上させる方法であって、水稲におけるタンパク質Ｏｓ０４ｇ０５５６０の発現量を低下させるステップを含み、タンパク質Ｏｓ０４ｇ０５５６０のアミノ酸配列はａ）配列番号１に示すアミノ酸配列、或いはｂ）配列番号１に示すアミノ酸配列における一つ又は複数のアミノ酸を置換及び／又は除去及び／又は添加してなるアミノ酸配列である。
更に、タンパク質Ｏｓ０４ｇ０５５６０のコーディング遺伝子をノックアウトすること又はその発現量を低下させることでタンパク質Ｏｓ０４ｇ０５５６０の発現量を低下させることを達成し、コーディング遺伝子のヌクレオチド配列は配列番号２に示すとおりである。
更に、前記害虫はイネウンカであり、好ましくは、前記イネウンカはトビイロウンカ、セジロウンカ、ヒメトビウンカの少なくとも一種である。
害虫抵抗性水稲の育成方法であって、水稲におけるタンパク質Ｏｓ０４ｇ０５５６０の発現量を低下させることで、水稲の害虫抵抗性を向上させるステップを含み、その中、タンパク質Ｏｓ０４ｇ０５５６０のアミノ酸配列は、ａ）配列番号１に示すアミノ酸配列、或いはｂ）配列番号１に示すアミノ酸配列における一つ又は複数のアミノ酸を置換及び／又は除去及び／又は添加してなるアミノ酸配列である。
更に、タンパク質Ｏｓ０４ｇ０５５６０のコーディング遺伝子をノックアウトすること又はその発現量を低下させることによりタンパク質Ｏｓ０４ｇ０５５６０の発現量を低下させることを達成して、コーディング遺伝子のヌクレオチド配列は配列番号２に示すとおりである。
更に、前記害虫はイネウンカ、好ましくは、前記イネウンカはトビイロウンカ、セジロウンカ、ヒメトビウンカの少なくとも一種である。

本発明は下記の効果を奏する。
本発明は、新たな水稲害虫抵抗調節タンパク質Ｏｓ０４ｇ０５５６０およびそれをコードする遺伝子を提供した。このタンパク質をコードする遺伝子の発現を低下させる又はノックアウトすることで、感受性植物が高害虫抵抗性能を有することとなり、それにより高ウンカ抵抗性植物を育成できる。前記タンパク質およびそれをコードする遺伝子は植物の遺伝的改善に適用できる。

以下、更に実施例を挙げて本発明を詳細に説明する。理解すべきなのは、以下の実施例は単に本発明を更に説明するのに適用されて、本発明の保護範囲に対する制限と理解してはならず、当業者は本発明に釈明された原理に従い作成する非本質的な改善と調整は全て本発明の保護範囲に属する。下記の実例における具体的なプロセスパラメーター等でも適切な範囲内の一つの実例に過ぎず、つまり下文の実例における具体的な数値に限らず、当業者は本文の説明に基づいて適切な範囲内で選出することができる。

実施例１
遺伝子編集技術を利用して、遺伝子ノックアウト実験（ｋｎｏｃｋｏｕｔ）でＯｓ０４ｇ０５５６０遺伝子をノックアウトすることで、感受性水稲品種である日本晴が高害虫抵抗性を得ることとなる。

一．水稲の遺伝子をノックアウトしたキャリアの作製
Ｏｓ０４ｇ０５５６０遺伝子のｃＤＮＡ配列に応じて、その前端の配列をターゲット配列として選出し、ｇＲＮＡ（ｇｕｉｄｅ ＲＮＡ）配列を設計して合成する（配列は以下に示すように、ただしターゲット配列及び対応するｇＲＮＡ配列はこの配列に限られない）。ｇＲＮＡ配列断片をハイグロマイシン抵抗性ラベルを包含するｐＢＷＡ（Ｖ）Ｈキャリアに組み換えする。このＣＲＩＳＰＲ／Ｃａｓ９ゲノムを利用してキャリアシステムを編集し、ターゲット配列の中の一つ又は３の整数倍ではない塩基対を突然変異で削除する（一つの塩基対を削除するか、一つの塩基対をターゲット配列に添加する）。その発現による生成物は元のアミノ酸生成物ではなくなるように、Ｏｓ０４ｇ０５５６０遺伝子のｃＤＮＡ配列にフレームシフト変異を引き起こすことで、Ｏｓ０４ｇ０５５６０遺伝子をノックアウトする目的を実現する。
ｇＲＮＡ配列１：５’−ＧＡＣＣＴＣＡＣＣＴＧＣＡＡＣＧＣＡＴＡ−３’（配列番号４）、
ターゲット配列１：５’− ＧＡＣＣＴＣＡＣＣＴＧＣＡＡＣＧＣＡＴＡＴＧＧ−３’（配列番号５）。
ｇＲＮＡ配列２：５’− ＧＣＧＧＡＴＧＴＣＧＴＡＣＡＡＴＣＡＣＣ−３’（配列番号６）、
ターゲット配列２：５’− ＧＣＧＧＡＴＧＴＣＧＴＡＣＡＡＴＣＡＣＣＣＧＧ−３’（配列番号７）。

二．遺伝転換により水稲遺伝子ノックアウト苗を得る
１）感受性水稲である日本晴の成熟胚を素材としてカルスを誘発する
培養済みのアグロバクテリウム（ＥＨＡ１０５）のブロスを遠沈管に置き、遠心してその上清を取って、アグロバクテリウム懸濁液を調製して、一定の大きさまで成長したカルスを選出し、アグロバクテリウム懸濁液に置いて浸透し、カルスを共培養培地に置く。
２）選出
カルスを取り出して、乾かされたカルスを選出して培地に移転して第一回の選出を行って、そして抵抗性カルスが生えている最初カルスを新たな培地に移転して、第二回の選出を行う。
３）誘発による抵抗性カルスの差別化及び根生み
抵抗性カルスを選出し、差別化培地が内蔵されたシャーレに移転して、密封膜で密封して、定温培養室の中に苗に差別化するまで放置する。苗が１ｃｍ前後に成長したら、発根培地に移転して苗を生育させる。
４）ハイグロマイシン（Ｈｙｇ）抵抗性遺伝子のＰＣＲ測定
ハイグロマイシン抵抗性遺伝子特異的プライマーにより、一般的なＰＣＲ方法で増幅して、水稲の苗にはこの遺伝子が含まれるか否かを測定する。含まれれば転換陽性苗であると確認できる。
抵抗性遺伝子特異的プライマーは
Ｈｙｇ−ｆ：５’−ＡＣＧＧＴＧＴＣＧＴＣＣＡＴＣＡＣＡＧＴＴＴＧＣＣ−３’（配列番号８）、
Ｈｙｇ−ｒ：５’−ＴＴＣＣＧＧＡＡＧＴＧＣＴＴＧＡＣＡＴＴＧＧＧＡ−３’（配列番号９）
である。
５）陽性苗の遺伝子ノックアウトの測定
ターゲットの近くに測定プライマーを設けてＰＣＲを行って、その後シーケンシングを行って、遺伝子をノックアウトした状態を測定する（ノックアウトされたホモ接合体を確かに得るかどうかを検定する）。感受性水稲である日本晴のＯｓ０４ｇ０５５６０遺伝子を確かにノックアウトしたホモ接合体を得た。

三．水稲遺伝子をノックアウトした苗の害虫抵抗性の鑑定
感受性水稲である日本晴のＯｓ０４ｇ０５５６０遺伝子をノックアウトしたホモ接合体は、苗の段階を鑑定する方法でそのトビイロウンカに対する害虫抵抗性を鑑定する。

その結果、感受性品種である日本晴の生存率は０％であり、Ｏｓ０４ｇ０５５６０遺伝子をノックアウトしたホモ接合体の生存率は１００％であり、且つその抵抗性のレベルは０級〜１級（高抵抗性レベル）であることが分かる。

実施例２
Ｏｓ０４ｇ０５５６０と現在のトビイロウンカ遺伝子との効果の比較
感受性水稲品種である日本晴（抵抗性レベルは９級）のＯｓ０４ｇ０５５６０遺伝子をノックアウトした後、その抵抗性レベルは、０級〜１級（高抵抗性レベル）に明らかに向上した。

出願人は従来の抵抗性品種に対して苗の鑑定を行った結果、それらの害虫抵抗性が深刻に喪失したことが分かる。目下、Ｍｕｄｇｏ（Ｂｐｈ１を含む）の平均抵抗性レベルは５．４級で、ＡＳＤ７（Ｂｐｈ２を含む）の平均抵抗性レベルは８．８９級で、Ｒａｔｈｕ Ｈｅｅｎａｔｉ（Ｂｐｈ３を含む）の平均抵抗性レベルは４．６１級で、Ｂａｂａｗｅｅ（Ｂｐｈ４を含む）の平均抵抗性レベルは８．１４級である。

比較することで、本発明の水稲ウンカ抵抗性遺伝子Ｏｓ０４ｇ０５５６０を水稲の育種に適用するのは、良い見通しを有することが分かる。分子育種方法又は遺伝子工学の方法により、このタンパク質をコードする遺伝子をノックアウトすること、又はその発現を低下させることは、感受性植物が高害虫抵抗機能を有することとなり、よって高ウンカ抵抗性水稲を育成できる。

実施例３
Ｏｓ０４ｇ０５５６０によるセジロウンカ抵抗効果
感受性水稲品種である日本晴（抵抗性レベル９級）のＯｓ０４ｇ０５５６０遺伝子をノックアウトした後、苗の段階の鑑定方法でそのセジロウンカ抵抗性レベルを鑑定する。

その結果、感受性受体品種である日本晴の生存率は０％であり、Ｏｓ０４ｇ０５５６０遺伝子をノックアウトしたホモ接合体の生存率は１００％であり、且つその抵抗性レベルは０級〜１級（高抵抗性レベル）であることが分かる。
従って、本発明の、水稲ウンカ抵抗性を調節する遺伝子Ｏｓ０４ｇ０５５６０はセジロウンカ抵抗の育種に適用されても良い効果を有する。

Claims (10)

1. ａ）配列番号１に示すアミノ酸配列、或いは
   ｂ）配列番号１に示すアミノ酸配列における一つ又は複数のアミノ酸を置換及び／又は除去及び／又は添加してなるアミノ酸配列を有する、
   タンパク質Ｏｓ０４ｇ０５５６０の、水稲害虫抵抗性調節タンパク質としての使用。
2. 前記害虫は、イネウンカであり、好ましくは、前記イネウンカはトビイロウンカ、セジロウンカ、ヒメトビウンカの少なくとも一種であることを特徴とする請求項１に記載の使用。
3. 請求項１又は２に記載のタンパク質Ｏｓ０４ｇ０５５６０をコードするコーディング遺伝子の、水稲ウンカ抵抗性調節遺伝子としての使用。
4. 前記コーディング遺伝子のヌクレオチド配列は配列番号２に示す通りであることを特徴とする請求項３に記載の使用。
5. 水稲におけるタンパク質Ｏｓ０４ｇ０５５６０の発現量を低下させるステップを含み、
   そのうち、タンパク質Ｏｓ０４ｇ０５５６０のアミノ酸配列は、ａ）配列番号１に示すアミノ酸配列、或いはｂ）配列番号１に示すアミノ酸配列における一つ又は複数のアミノ酸を置換及び／又は除去及び／又は添加してなるアミノ酸配列である、
   水稲の害虫抵抗性を向上させる方法。
6. タンパク質Ｏｓ０４ｇ０５５６０のコーディング遺伝子をノックアウトすること、又はその発現量を低下させることによりタンパク質Ｏｓ０４ｇ０５５６０の発現量を低下させて、前記コーディング遺伝子のヌクレオチド配列は配列番号２に示す通りであることを特徴とする請求項５に記載の方法。
7. 前記害虫はイネウンカであり、好ましくは、前記イネウンカはトビイロウンカ、セジロウンカ、ヒメトビウンカの少なくとも一種であることを特徴とする請求項５又は６に記載の方法。
8. 水稲におけるタンパク質Ｏｓ０４ｇ０５５６０の発現量を低下させることで、水稲の害虫抵抗性を向上させるステップを含み、
   そのうち、タンパク質Ｏｓ０４ｇ０５５６０のアミノ酸配列は、ａ）配列番号１に示すアミノ酸配列、或いはｂ）配列番号１に示すアミノ酸配列における一つ又は複数のアミノ酸を置換及び／又は除去及び／又は添加してなるアミノ酸配列である、害虫抵抗性水稲の育成方法。
9. タンパク質Ｏｓ０４ｇ０５５６０のコーディング遺伝子をノックアウトすること、又はその発現量を低下させることによりタンパク質Ｏｓ０４ｇ０５５６０の発現量を低下させて、前記コーディング遺伝子のヌクレオチド配列は配列番号２に示す通りであることを特徴とする請求項８に記載の育成方法。
10. 前記害虫はイネウンカであり、好ましくは、前記イネウンカはトビイロウンカ、セジロウンカ、ヒメトビウンカの少なくとも一種であることを特徴とする請求項８又は９に記載の育成方法。