JP2021181574A - 新規機能性を有するデンプンの組成物及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
本出願は2016年4月5日に出願された米国出願第15/090,926号の継続出願であり、その開示の全体を参照によりすべての目的で本明細書中に取り込む。
本発明は植物及び穀物に由来するトウモロコシデンプン、このようなデンプンの組成物及びその製造方法に関する。
既存のワキシーシュガリー−2二重変異トウモロコシデンプンは、非常に良好な凍解安定性を示す。しかしながら、既存のワキシーシュガリー−2トウモロコシデンプンの粘度はAMIOCA(商標)デンプンなどの商業的なワキシートウモロコシデンプンよりも実質的に低かった。さらに、既存のワキシーシュガリー−2二重変異トウモロコシデンプンの糊化温度はAMIOCA(商標)デンプンよりも実質的に低い。それゆえ、良好な凍解安定性、高められた粘度及び/又はより高い糊化温度を有するトウモロコシデンプンを製造することが当該技術において必要とされている。
本発明は自然に見出されていない新規の機能性を備えたデンプンを提供する。幾つかの実施形態において、該デンプンは、例えば、Megazyme(登録商標)などのアミロース/アミロペクチンアッセイキットを用いて約2wt%〜約20wt%のアミロース含有分を含む。幾つかの実施形態において、デンプンはラピッド・ビスコ・アナライザー(RVA, Newport Scientific, Sydney, Australia)を用いて測定して、対照デンプンのデンプン糊化温度よりも少なくとも約5%高い水性デンプン糊化温度を備える。幾つかの実施形態において、デンプンは胚乳に少なくとも1つのwx-Stonor (wxS)アレルを含むワキシーシュガリー−2二重変異コーン植物に由来する。幾つかの実施形態において、ワキシーシュガリー−2二重変異コーン植物は劣性su2 変異アレルを含む。
定義
本明細書中において、本記載及び特許請求の範囲で使用されるとおりの動詞「含む又は備える(comprise)」及びその活用形は非限定的な意味で使用され、その用語の後続の品目は含むが、詳細に記載されていない品目を排除しないことを意味する。
植物の任意の部分を指し、限定するわけではないが、胚、胚乳、芽、根、茎、種子、茎、托葉、葉、花弁、花、胚珠、包葉、枝、葉柄、節間、樹皮、柔毛、茎葉、根茎、葉状体、葉身、胚珠、花粉、雄ずいなどが挙げられる。
ワキシー遺伝子は顆粒結合デンプンシンターゼI(GBSSI)遺伝子である。この遺伝子は、生育穀粒の三倍体胚乳及び半数体花粉及び胚嚢におけるアミロース生合成を担うデンプン顆粒結合ADP−グルコース−グルコシルトランスフェラーゼ(EC 2.4.1.242)をコードする。「Wx」は野生型アレルを指し、そして「wx」はヌル参照変異誘発アレルを指す。用語wxS (別名 wx-Stonor)、wx-G、wx-B5及びwx-Mはワキシー遺伝子においてレトロトランスポゾン挿入を有する中間アレルを指し、Wessler及びVaragona (PNAS, 82:4177-4181, 1985)ならびにVaragonaら (The Plant Cell, 4:811-820, 1992)に記載されるとおりであり、その各々を参照によりその全体を本明細書中に取り入れる。これらの中間アレルは該アレルを有する植物において、野生型植物におけるワキシータンパク質活性よりも低いワキシータンパク質活性をもたらす。トウモロコシワキシー遺伝子はSEQ ID NO: 1の配列を有するタンパク質をコードする。
トウモロコシ植物におけるwx-Stonorアレルはワキシー遺伝子のイントロン5のスプライスドナー部位におけるレトロトランスポゾン挿入によりもたらされる。挿入はスプライス機構(splicing machinery)に影響を及ぼさないが、野生型アレルと比較して低レベルの酵素活性をもたらす(例えば、野生型のわずか約9.5%のGBSSI活性)。結果的に、wx-Stonor アレルを有する植物はwx-Stonorアレルを有しない同一の植物よりも高いアミロースレベルを有する。
シュガリー2遺伝子はデンプンシンターゼアイソフォームIIa (SSIIa, EC 2.4.1.21)をコードする。「SU2」は野生型アレルを指し、そして「su2」は劣性の変異誘発アレルを指す。トウモロコシ中のシュガリー−2タンパク質の機能はZhangら(Plant Molecular Biology, 54(6):865-879, 2004)(参照によりその全体を本明細書中に取り込む)に記載されている。トウモロコシ野生型SU2遺伝子はSEQ ID NO: 2の配列を有する野生型タンパク質をコードする。
該用語はNational Starch and Chemical Companyであって、現在はIngredion Incorporatedにより製造されているAMIOCA(商標)コーンデンプンを指す。
該用語はwxwxwxSU2su2su2の遺伝子型を有するトウモロコシ胚乳から単離されたデンプンを指す。
該用語は、ワキシーシュガリー2二重劣性突然変異体の胚乳である、wxwxwxsu2su2su2の遺伝子型を有するトウモロコシ胚乳から単離されたデンプンを指す。変異ワキシー遺伝子はその良好な凍解安定性に寄与し、そして変異シュガリー2遺伝子はより短い分子鎖長をもたらす。しかしながら、デンプンは低い一体性のデンプン顆粒を有する。顆粒は容易に破壊し、そしてデンプンは低い粘度を有する。
該用語はNational Starch and Chemical Companyであって、現在はIngredion Incorporatedにより製造されているMELOJEL(登録商標)コーンデンプンを指す。
該用語は比較のための適切な対照植物を指す。幾つかの実施形態において、対照植物は野生型植物であることができる。幾つかの実施形態において、対照植物は本明細書中に記載されるとおりの中間ワキシー遺伝子を有しない植物である。幾つかの実施形態において、対照植物はwxwxwxSU2su2su2デンプン又はwxwxwxsu2su2su2デンプンを製造するコーン植物である。従って、幾つかの実施形態において、対照コーン植物は胚乳においてwx-Sアレルを有しないコーン植物である。
該用語は対照デンプンを指す。
wxSwxwxsu2su2su2:
該用語は1ドースのwxSを有するトウモロコシ胚乳を指す。
wxSwxwxsu2su2su2デンプン:
該用語は1ドースのwxSを有するwxSwxwxsu2su2su2遺伝子型を有するトウモロコシ胚乳から単離されたデンプンを指す。
wxSwxSwxsu2su2su2:
該用語は2ドースのwxSを有するトウモロコシ胚乳を指す。
wxSwxSwxsu2su2su2デンプン:
該用語は2ドースのwxSを有する遺伝子型wxSwxSwxsu2su2su2を有するトウモロコシ胚乳から単離されたデンプンを指す。
wxSwxSwxSsu2su2su2:
該用語は3ドースのwxSを有するトウモロコシ胚乳を指す。
wxSwxSwxSsu2su2su2 デンプン:
該用語は3ドースのwxSを有する遺伝子型wxSwxSwxSsu2su2su2を有するトウモロコシ胚乳から単離されたデンプンを指す。
1つの態様において、本開示は野生型GBSSI遺伝子(Wx)よりも低いGBSSI活性を有するが、劣性の機能欠損GBSSI遺伝子(wx)よりも高いGBSSI活性を有する中間GBSSIアレルを含む二重変異コーン植物から誘導されるデンプンを提供する。幾つかの実施形態において、中間GBSSIアレルを有する二重変異コーン植物は胚乳に少なくとも1つのwx-Stonor (wxS)アレルを含むワキシーシュガリー2コーン植物である。幾つかの実施形態において、ワキシーシュガリー2コーン植物はwxwxsu2su2の遺伝子型を有する第一のコーン植物及びwxSwxSsu2su2の遺伝子型又はwxSwxsu2su2の遺伝子型を有する第二のコーン植物の他家受粉により生成される。さらなる実施形態において、ワキシーシュガリー2コーン植物の胚乳は1ドース、2ドース又は3ドースのwxSアレルを有し、そして胚乳はwxSwxwxsu2su2su2, wxSwxSwxsu2su2su2又はwxSwxSwxSsu2su2su2の遺伝子型を有する。
デンプンはアミロース及びアミロペクチンを含む。アミロースはα(1→4)グリコシド結合により連結されているα-D-グルコース単位から形成されるらせんポリマーである。アミロペクチンはα(1→4)及びα(1→6)グリコシド結合を含むグルコースの高度に枝分かれしたポリマーである。枝分かれはα(1→6)結合で起こり、それは約24〜30個のグルコース単位毎に起こる。幾つかの実施形態において、デンプン中のアミロース含有分は実施例のセクションで示すように、Megazyme(登録商標)により製造されるアミロース/アミロペクチンアッセイキットなどのアミロース/アミロペクチンアッセイキットを用いて測定されうる。
本明細書中に使用されるときに、糊化温度は実施例のセクションで示されるとおりに測定されることが意図される。デンプンの糊化温度は水中に懸濁したときにデンプン粒子の初期膨潤が起こる温度である。幾つかの実施形態において、本明細書中に記載されるデンプンはRVA分析を用いて測定して、対照デンプンの糊化温度よりも少なくとも約5%大きい水性糊化温度を有する。幾つかの実施形態において、水性糊化温度は約1%〜約100%、約1%〜約50%、約5%〜約50%、約5%〜約40%、約5%〜約30%、約5%〜約25%、約5%〜約20%又は約5%〜約14 %だけ増加され、それらの間のすべての値及び副次範囲を含む。特定の実施形態において、水性糊化温度は二重変異ワキシーシュガリー2コーン植物などの対照植物の水性糊化温度よりも約5%〜約14% だけ大きい。
本明細書中に使用されるときに、結晶化のエンタルピーの変化は実施例のセクションで示されるとおりに測定されることが意図される。結晶化は沈殿により溶液から固体結晶を形成するプロセスを指す。幾つかの実施形態において、ワキシーシュガリー2二重変異コーン植物の胚乳に少なくとも1つのwx-Stonor (wxS)アレルを導入すると、対照コーン植物からのデンプンと比較して、結晶化のエンタルピーの変化を増加することが観察された。エンタルピー変化は示差走査熱量測定(DSC)などを用いて測定することができる。幾つかの実施形態において、結晶化のエンタルピーの変化は約10%〜約300%、約10%〜約200%、約10%〜約150%、約10%〜約100%又は約10%〜約50%だけ増加され、それらの間のすべての値及び副次範囲を含む。1つのこのような実施形態において、結晶化のエンタルピーの変化はDSCを用いて測定して、対照デンプンの結晶化のエンタルピーの変化よりも約70%〜約200%大きい。
凍解安定性は、本明細書中に使用されるときに、実施例のセクションで示されるとおりに測定されることが意図される。幾つかの実施形態において、本明細書中に記載されるデンプンは望ましい凍解安定性、例えば、改良された凍解安定性を示す。凍解安定性は水に有効量のデンプンを添加し、スラリーを形成することにより測定することができ、該スラリーを、その後、加熱調理し、そして凍結/冷却のサイクルの後にシネリシスを測定する。幾つかの実施形態において、コーン植物の胚乳中に少なくとも1つのwx-Stonor (wxS)アレルを導入することで、対照デンプンと比較して、それから得られるデンプンの解凍安定性を低減しなかった。他の実施形態において、コーン植物の胚乳中への少なくとも1つのwx-Stonor (wxS)アレルの導入はデンプンの凍解安定性を改良した。1つのこのような実施形態において、デンプンは少なくとも3回から少なくとも5回の凍解サイクルに耐えることができる。
粒度分布及び一体性は、本明細書中に使用されるときに、実施例のセクションで示されるとおりに測定されることが意図される。
粘度は、本明細書中に使用されるときに、実施例のセクションで示されるとおりに測定されることが意図される。幾つかの実施形態において、本明細書中に記載されるデンプンは水性ピーク粘度がRVA分析を用いて測定して、対照デンプンの水性ピーク粘度よりも少なくとも約10%高い。幾つかの実施形態において、水性ピーク粘度は約10%〜約300%、約10%〜約250%、約10%〜約200%、約10%〜約150%、約10%〜約100%又は約10%〜約50%だけ増加した。ここで、それらの間のすべての値及び副次範囲を含む。幾つかの実施形態において、水性ピーク粘度は少なくとも約10%、少なくとも約20%、少なくとも約30%、少なくとも約40%、少なくとも約50%、少なくとも約60%、少なくとも約70%、少なくとも約80%、少なくとも約90%、少なくとも約100%、少なくとも約110%、少なくとも約120%、少なくとも約130%、少なくとも約140%、少なくとも約150%、少なくとも約160%、少なくとも約170%、少なくとも約180%、少なくとも約190%又は少なくとも約200%だけ増加した。ここで、それらの間のすべての値を含む。
本発明の植物の穀粒からのデンプンの抽出は当該技術分野でよく知られている湿潤ミリング又は乾燥ミリングプロセスにより標準的な様式で行うことができるが、このような方法に限定されない。1つの典型的な湿潤ミリングプロセスにおいて、植物を強い空気流、シフター及び電磁石により清浄化し、所望しない材料を除去する。その後、少量の二酸化硫黄を含む温かい水中に浸す。浸漬用の水を抜き取り、柔軟化された穀粒をアトリションミルに通し、それを引き裂く。胚芽を除去し、残りの混合物を破砕し、洗浄し、スラリーとし、ふるい掛けする。デンプンを遠心分離技術によりグルテンから分離し、そして残りのスラリー化デンプンを、その後に、ろ過し、洗浄し、懸濁させそして再ろ過する。
一般に使用されている温度よりも低い浸漬水温度を用いるなどした、上記の抽出プロセスのいずれかによる幾つかの修飾は望ましくそしてデンプン実務者に容易に認識されるであろうことが理解されうる。
デンプンはα化されてもよい。α化デンプンの調製のための例示の方法は米国特許第4,280,851号明細書(Pitchonら)、米国特許第4,465,702号明細書(Eastmanら)、米国特許第5,037,929号明細書(Rajagopalan)、米国特許第5,131,953号明細書(Kasicaら)及び米国特許第5,149,799号明細書(Rubens)に記載されている。従来のデンプンのα化手順は当業者によく知られており、文献Chapter XXII--"Production and Use of Pregelatinized Starch", Starch: Chemistry and Technology, Vol. III--Industrial Aspects, R. L. Whistler and E. F. Paschall, Editors, Academic Press, New York 1967などに記載されている。
本発明は上記のデンプンを生産する植物を提供する。デンプンを生産する植物としては、限定するわけではないが、トウモロコシ、バレイショ、コムギ、タピオカ、コメ、キャッサバ及びソルガムが挙げられる。
本発明の植物を製造するために、適切な育種法又は選択法は使用されうる。好適な選択法は、一般に、系統選択、改変系統選択、集団選択、循環選択及び戻し交雑育種が挙げられる。
ライムギ、多種のトウモロコシ及びサトウダイコン、ハムシ科グラス、アルファルファ及びクローバーなどのマメ科植物、カカオ、ココナッツ、オイルパーム及びある種のゴムなどの熱帯樹性作物などの作物の放任受粉集団の改良は、本質的に、高度の(しかし、最大からは遠い)ヘテロ接合性を維持しながら、有利なアレルの固定への遺伝子頻度の変化による。このような集団における均一性は不可能であり、放任受粉品種における型真度(trueness-to-type)は全体としての集団の統計的特徴であり、個々の植物の特徴ではない。このため、放任受粉集団の異質性は近交系、クローン及び混成の同質性(又は事実上同質性)と対照的である。
集団選択において、所望の個々の植物を選択し、収穫しそして種子を後代検定なしに混成して、次の世代を生じる。選択は母親のみに基づいており、受粉を制御することはできないため、集団選択は選択を伴った任意交配の形になる。本明細書中に記載されるときに、集団選択の目的は集団内の優れた遺伝子の割合を増加させることである。
合成品種は可能性のある全てのハイブリッド結合において良好な結合能力のために選択されたいくつかの遺伝子型を互いに交配させることによって製造され、放任受粉により品種が後に維持される。一部のサトウダイコン及びマメ(Vicia)又はクローン、グラス、クローバー及びアルファルファなどのように親が(ほぼ近交系)種子繁殖系であっても、なくても、原則的に差異はない。親は一般的な結合能力で選択され、時に、検定交配又はトップ交配、より一般には多交配により選択される。親種子系は意図的に近交系であることができる(例えば、自己交配又は同胞交配による)。しかしながら、親が意図的に近交系であるものとしなくても、系統維持の間の系統内の選択は確実に幾分の同系交配が起こされる。近交系親はもちろん、変化せず、高度にヘテロ結合性を維持する。
系統種は分離集団からの個々の植物の選択、次いで、自家受粉子孫の繁殖及び種子増加、そして数世代にわたる遺伝子型の注意深い試験により開発される優れた遺伝子型である。これは自然自家受粉種でうまく機能する放任受粉法である。この方法は品種開発において集団選択と組み合わせて使用されうる。系統及び集団選択の組み合わせの変法は自家受粉作物の品種を生成するための最も一般的な方法である。
混成種は異なる遺伝子型の親の間の交配から生じる個々の植物である。商業的な混成は現在、コーン(トウモロコシ)、ソルガム、サトウダイコン、ヒマワリ及びブロッコリを含む多くの作物に広く使用されている。混成種は幾つかの異なるやり方で形成でき、2つの親を直接的に交配させること(単一交配混成)、単一混成種を別の親と交配させること(三方又はトリプル交雑混成)又は2つの異なる混成種を交配させること(四方又はダブル交配混成)が挙げられる。
系統育種は自家受粉作物の改良又は他家受粉作物の近交系のために一般に使用されている。2つの親が有する有利な相補的な形質は交配されて、F1を生じる。F2 集団は1つ又は幾つかのF1を自家受粉すること又は2つのF1を相互交配する (同胞交配)することにより生じる。ニゲノム性半数体繁殖法又は他の倍数減少技術を使用することもできる。最良の個体の選択はF2 集団において、通常に開始され、その後、F3において開始され、最良のファミリー中で最良の個体は選択される。ファミリーの複製試験又はこれらのファミリーの個体が関与する混成結合でしばしばF4 世代となり、低い遺伝性を持った形質の選択の有効性を改良する。近親交配の進行した段階(すなわち、F6 及びF7)で、最良の系統又は表現型的に同様の系統の混合物を、新規の品種の発生の可能性に関して試験する。同様に、ニゲノム性半数体システムを通した新規の品種の開発は、品種の選択、次いで、複製プロットにおける2〜5年の試験を必要とする。
戻し交雑育種は単純に遺伝され又は高度に遺伝性である形質の遺伝子を反復親である所望のホモ接合性品種又は近交系に導入するために使用されている。導入される形質の源はドナーペアレントと呼ばれる。得られた植物は反復親(例えば、栽培品種)の属性及びドナーペアレントから導入される所望の形質を有することが期待される。当初の交配の後に、ドナーペアレントの表現型を有する個体は選択され、そして反復親に繰り返して交配(戻し交雑)される。得られた植物は反復親(例えば、栽培品種)の属性を有することが期待され、そしてドナーペアレントから導入される所望の形質を有することが期待される。
BSA、別名、バルクトセグリガント分析(bulked segregant analysis)又はバルクセグリガント分析(bulk segregant analysis)はMichelmoreら(Michelmoreら, 集団分離分析により疾患耐性遺伝子に結合したマーカーの同定(Identification of markers linked to disease-resistance genes by bulked segregant analysis):集団分離を用いることにより特異的なゲノム領域でマーカーを検知する急速法(a rapid method to detect markers in specific genomic regions by using segregating populations)、Proceedings of the National Academy of Sciences, USA, 99:9828-9832)及びQuarrieら(Quarrieら, 1999, Journal of Experimental Botany, 50(337):1299-1306)に記載されている。
本出願の育種スキームはTILLING(登録商標)植物品種による交配を含むことができる。TILLING(登録商標)は特異的な遺伝子の突然変異の指向特定を可能にする分子生物学における方法である。TILLING(登録商標)はモデル植物シロイヌナズナ(Arabidopsis thaliana)を用いて2000年に導入された。TILLING(登録商標)は、以来、ゼブラフィッシュ、コーン、コムギ、コメ、ダイズ、トマト及び千筋ミズナ(Brassica rapa var. nipposinica)などの他の生体における逆遺伝子学的方法として使用されている。
突然変異育種は植物に新規の形質を導入する別の方法である。自発的に起こり又は人工的に誘発される突然変異は植物育種家にとって有用な多様性源となることができる。人工突然変異誘発の目的は、所望の特性の突然変異の速度を増加させることである。突然変異速度は温度、長期間種子貯蔵、組織培養条件、放射線(例えば、X線、ガンマ線、中性子、ベータ線又は紫外線)、化学的突然変異原(5-ブロモ-ウラシルのような塩基アナログ)、抗生物質、アルキル化剤(例えば、硫黄マスタード、窒素マスタード、エポキシド、エチレンアミン、硫酸塩、スルホン酸塩、スルホン又はラクトンなど)、アジド、ヒドロキシルアミン、亜硝酸又はアクリジンを含む、多くの異なる手段又は突然変異剤により増加できる。一旦、所望の形質が突然変異誘発により観察されたら、その形質は、その後、伝統的な育種技術により既存の生殖質に取り込まれることができる。突然変異育種の詳細はW. R. Fehr, 1993, Principles of Cultivar Development, Macmillan Publishing Co.に見ることができる。ジンクフィンガーヌクレアーゼ又はオリゴヌクレオチド指向性突然変異誘発の使用を伴う育種技術などの新規の育種技術はまた、遺伝的多様性を生じさせ、そして変種に新規の形質を導入するために使用されるであろう。
2つの親系統を交配させ、次いで、長い分離子孫選択を行うこと及び/又は複数回の戻し交雑を必要とせずに、ホモ接合植物を得る1つの方法は半数体を形成させ、その後、染色体を倍加して、倍加半数体を形成させることである。半数体植物は自発的に生じることができ、又は、化学処理により、又は、インデューサ系と植物を交配させることにより人工的に誘導されることができる(Seymourら、2012, PNAS vol 109, pg 4227-4232; Zhang ら, 2008 Plant Cell Rep. Dec 27(12) 1851-60)。半数体子孫の生成は配偶子形成の間に染色体の分布に影響を及ぼしうる様々な機構により起こることができる。半数体の染色体組は、時々、自発的に倍加して、ホモ結合性倍加半数体(DH)を生じる。異なる倍数性を有する細胞を含む植物である混倍数体は時々、生じることがあり、そして倍加半数体組織、器官、新芽、花部分又は植物を自発的に生じる染色体倍加を経験する植物を代表することができる。別の一般的な技術はコルヒチンなどの染色体倍加処理剤により倍加半数体植物の生成を誘発することである(El-Hennawyら, 2011 Vol 56, issue 2 pg 63-72; Doubled Haploid Production in Crop Plants 2003、Maluszynski編、 ISBN 1-4020-1544-5)。倍加半数体植物の生成は、高度に均一な栽培品種を生じさせ、そしてより長い世代の作物の有性同系交配の代替法として特に望ましい。倍加半数体子孫を生じることにより、遺伝形質の可能な遺伝子組み合わせの数はより管理可能になる。このため、効率的な倍加半数体技術は近交系及び栽培品種の開発の時間及びコストを有意に低減することができる。
植物を育種するための別の方法において、原形質融合を使用して、ドナー植物からレシピエント植物への形質授与性ゲノム材料の導入を行うことができる。原形質融合は2つ以上の原形質体(細胞壁が酵素処理により除去された細胞)の間の体細胞交雑などの誘発又は自発結合であり、それにより、単核、二核又は多核細胞を生じる。事実上、異種交配されることができない植物種を用いてでも得ることができる融合細胞は形質の所望の組み合わせを示す混成植物へ培養される組織である。
本明細書中に使用されるときに、用語「組織培養物」は同一又は異なるタイプの単離された細胞を含む組成物又は植物の部分に組織されたこのような細胞の集合体を指す。組織培養物の例示のタイプは植物又は胚、花粉、花、種子、葉、茎、根、根の先端、葯、雌蕊、分裂組織細胞、腋芽、卵巣、種皮、胚乳、胚軸、子葉などの植物部分において無傷である組織培養物を生成することができる原形質体、カルス、植物塊及び植物細胞である。植物組織培養物を調製しそして維持するための手段は当該技術分野でよく知られている。例えば、器官を含む組織培養物を使用して再生植物を生じさせている。米国特許第5,959,185号、同第 5,973,234号及び同第5,977,445号明細書は特定の技術を記載しており、その開示を参照により本明細書中に取り込む。
1.
アミロース/アミロペクチンアッセイキットを用いて測定して、約2wt%〜約20wt%のアミロース含有分を含み、
RVA分析を用いて測定して、対照デンプンのデンプン糊化温度よりも少なくとも約5%高い水性デンプン糊化温度を備える、デンプンであって、
前記デンプンは胚乳に少なくとも1つのwxSアレルを含むワキシーシュガリー2コーン植物に由来する、デンプン。
前記アミロース含有分は約8wt%〜約15wt%である、実施形態1記載のデンプン。
前記水性糊化温度は対照デンプンの水性糊化温度よりも約5%〜約14%高い、実施形態1又は2のいずれか1項記載のデンプン。
RVA分析を用いて測定して、対照デンプンの結晶化のエンタルピー変化よりも少なくとも約30%高い結晶化のエンタルピー変化をさらに備える、実施形態1〜3のいずれか1項記載のデンプン。
示差走査熱量測定(DSC)を用いて測定して、結晶化のエンタルピー変化は対照デンプンの結晶化のエンタルピー変化よりも約70%〜約200%高い、実施形態4記載のデンプン。
走査型電子顕微鏡を用いて観察して、デンプン粒度の分布が、対照デンプンの5ミクロン未満の粒子の割合と比較して、少なくとも約40%少ない5ミクロン未満の粒子を含む、デンプン粒度の分布をさらに備えた、実施形態1〜4のいずれか1項記載のデンプン。
前記デンプンは、走査型電子顕微鏡を用いて観察して、対照デンプンと比較して、高められた一体性を示す顆粒である、実施形態1〜6のいずれか1項記載のデンプン。
前記デンプンは少なくとも3回の凍解サイクルに耐えることができる、実施形態1〜7のいずれか1項記載のデンプン。
前記デンプンは少なくとも3回〜少なくとも5回の凍解サイクルに耐えることができる、実施形態8記載のデンプン。
前記ワキシーシュガリー2コーン植物はwxwxsu2su2の遺伝子型を有する第一のコーン植物と、wxSwxSsu2su2の遺伝子型又はwxSwxsu2su2の遺伝子型を有する第二のコーン植物との他家受粉により生成されたものである、実施形態1〜9のいずれか1項記載のデンプン。
前記ワキシーシュガリー2コーン植物の胚乳は1ドース、2ドース又は3ドースのwxSアレルを有し、前記胚乳はwxSwxwxsu2su2su2、wxSwxSwxsu2su2su2又はwxSwxSwxSsu2su2su2の遺伝子型を有する、実施形態1〜10のいずれか1項記載のデンプン。
デンプンの糊化プロファイルにおける少なくとも1つの特徴を改良するための方法であって、
少なくとも1つのwxSアレルをワキシーコーン植物の胚乳に導入することを含み、胚乳に少なくとも1つのwxS アレルを含むワキシーコーン植物に由来している得られるデンプンは、RVA分析を用いて測定して、対照デンプンのデンプン糊化温度よりも少なくとも約5%高い水性デンプン糊化温度を備え、それにより、対照デンプンと比較して、デンプンの糊化プロファイルの少なくとも1つの特徴を改良する、方法。
デンプンシンターゼIIa (su2) 遺伝子に対して劣性ホモ接合であり、そして変異顆粒結合デンプンシンターゼI (GBSSI)遺伝子に対してホモ接合又はヘテロ接合のいずれかである、二重変異コーン植物であって、ここで、変異GBSSI遺伝子は野生型GBSSI 遺伝子 (Wx)よりも低いGBSSI活性を有するが、劣性の機能欠損GBSSI 遺伝子 (wx)より高いGBSSI活性を有する、二重変異コーン植物。
変異GBSSI遺伝子はwx-Stonor (wxS) アレルである、実施形態13記載の二重変異コーン植物。
前記植物はwxwxsu2su2の遺伝子型を有する第一のコーン植物と、wxSwxSsu2su2の遺伝子型又はwxSwxsu2su2の遺伝子型を有する第二のコーン植物との他家受粉により生成されたものである、実施形態14記載の二重変異コーン植物。
前記コーン植物の胚乳は1ドース、2ドース又は3ドースのwxSアレルを有し、前記胚乳はwxSwxwxsu2su2su2、wxSwxSwxsu2su2su2又はwxSwxSwxSsu2su2su2の遺伝子型を有する、実施形態15記載の二重変異コーン植物。
前記コーン植物の胚乳において産生されるデンプンはwxwxwxsu2su2su2の遺伝子型を有する二重ワキシーシュガリー2劣性変異コーン植物の胚乳において産生されるデンプンと比較して、高い糊化温度を有する、実施形態13〜16のいずれか1項記載の二重変異コーン植物。
実施形態13〜17のいずれか1項記載の二重変異コーン植物の種子。
実施形態13〜18のいずれか1項記載の二重変異コーン植物の植物部分、植物細胞又は組織培養物。
前記植物部分は胚乳、葉、花、胚珠、花粉、根茎及び穂先からなる群より選ばれる、実施形態19記載の植物部分。
実施形態13〜20のいずれか1項記載の二重変異コーン植物の胚乳からデンプンを得ることを含む、デンプンの生産方法。
実施形態13〜21のいずれか1項記載の二重変異コーン植物を栽培し、そして該二重変異コーン植物から種子を収穫することを含む、デンプンの生産方法。
第一の親コーン植物を第二の親コーン植物と交配させること、及び、得られたコーン種子を収穫することを含み、前記第一の親コーン植物及び/又は第二の親コーン植物は実施形態13〜22のいずれか1項記載の二重変異コーン植物である、コーン種子の生産方法。
実施形態13〜23のいずれか1項記載の二重変異コーン植物を自己受粉すること、及び、得られたコーン種子を収穫することを含む、コーン種子の生産方法。
実施形態1〜11のいずれか1項記載の植物の部分を回収すること、及び、前記部分から植物を再生させることを含む、実施形態13〜24のいずれか1項記載のコーン植物を栄養繁殖させる方法。
実施形態13〜17のいずれか1項記載の二重変異コーン植物に由来するコーン植物の生産方法であって、実施形態13〜17のいずれか1項記載の二重変異植物を少なくとも1回自家受粉させ、実施形態13〜17のいずれか1項記載の二重変異植物に由来する子孫植物を生じさせることを含む、方法。
実施形態1〜11のいずれか1項記載の二重変異植物に由来するコーン植物の生産方法であって、実施形態13〜17のいずれか1項記載の二重変異植物を第二のコーン植物と交配させ、実施形態13〜17のいずれか1項記載の二重変異植物の子孫植物を生じさせることを含む、方法。
導入遺伝子をコーン植物に導入することを含み、該導入遺伝子は実施形態13〜17のいずれか1項記載の二重変異植物の所望の表現型を与える、コーン植物の生産方法。
実施形態13〜17のいずれか1項記載の二重変異植物の所望の表現型を与える遺伝子配列を生じるように遺伝子編集することを含む、コーン植物の生産方法。
実施形態13〜17のいずれか1項記載の二重変異植物の所望の表現型を与える遺伝子配列を生じるように突然変異を導入することを含む、コーン植物の生産方法。
実施形態13〜17のいずれか1項記載の二重変異コーン植物から抽出されるデンプン。
実施形態15の二重変異コーン植物から抽出されるデンプン。
実施形態16の二重変異コーン植物の胚乳から抽出されるデンプン。
1、2又は3ドースのwxSアレルを有する顆粒の生成
母親からの2つの極核を父親からの1つの精細胞により受粉するコーン胚乳の三倍体の性質のために、3つの遺伝子型組み合わせが可能である。wxSwxSsu2su2植物を雌として使用して、wxwxsu2su2雄により交配すると、「ドース2」又はwxSwxSwxsu2su2su2顆粒となる。wxSwxSsu2su2を雄として使用して、wxwxsu2su2 雌と交配すると、「ドース1」又はwxSwxwxsu2su2su2 顆粒となる。wxSwxSsu2su2の自家受粉で、「ドース3」又はwxSwxSwxSsu2su2su2顆粒となる。
ラピッド・ビスコ・アミログラフ(RVA)を用いたデンプンの粘度
劣性シュガリー2変異植物において0、1、2又は3ドースのwxSアレルを含む植物に由来するトウモロコシデンプンの粘度をラピッド・ビスコ・アミログラフ(Newport Scientific, Eden Prairie, Minn.)を用いて決定した。AMIOCA(商標)デンプン及びwxwxwxSU2su2su2 デンプンを対照として含んだ。デンプンが単離された胚乳の遺伝子型を下記の表に要約する。アミロース含有分はMegazyme(登録商標)アミロースキットを用いて測定した。デンプンのアミロース含有分はGBSSI活性の増加とともに増加した。 wxwxwxsu2su2su2 デンプンのアミロース含有分(7.4%)、AMIOCA(商標)デンプン(7.1%)及びwxwxwxSU2su2su2 デンプン(6.1%)はWaxy Stonor (12.8%)及びwxwxwxsu2su2su2 デンプンで1〜3ドースのwxS 遺伝子を胚乳に含むもの(8.2〜14.6%)よりも低かった。wxwxwxsu2su2su2 デンプンのアミロース含有分(7.4%, 8.2%, 13.8%及び14.6%)はwxS ドースの増加(それぞれ0, 1, 2及び3ドースのwxS)とともに増加した。結果はwxS遺伝子のwxwxwxsu2su2su2への導入はデンプンのアミロース含有分を若干増加させることを示唆した。
デンプンの凍解安定性
劣性シュガリー−2変異植物に0、1、2及び3ドースのwxSアレルを含む植物に由来するトウモロコシデンプンを凍解安定性に関して試験した。AMIOCA(商標)デンプン及びwxwxwxSU2su2su2 デンプンを対照として含んだ。デンプンサンプル8%固形分を水浴中で95℃にて20分間加熱調理した。デンプンスラリーをガラス棒で3分間混合し、次いで、調理の間に17分間静止加熱した。中性pHでのデンプンゲル(8%、w/w)の凍解安定性を、Caronサイクリングフリーザを用いて5回凍解サイクルで分析した。各サイクルにおいて、サンプルを2サイクル/日で6時間凍結し、そして6時間解凍した。サンプルを表面上でシネレシスに関して視覚的に検査し、そして合格したときに、不透明性及びゲル化変化についても検査した。この凍解サイクルを繰り返した。結果を図3に示す。第一の凍結/解凍サイクルの後に、Waxy Stonorデンプンゲルのみが高い不透明性を示し、高度のデンプン老化を示した。デンプンゲルの不透明性は凍結/解凍サイクルの増加とともに増加した。3回目の凍結/解凍サイクルで、AMIOCA(商標)デンプン、wxwxwxSU2su2su2 デンプン及びWaxy Stonorのデンプンゲルは非常に不透明になったが、一方、Q3017a (1 wxS)、Q8412a (2 wxS)、Q7738a (3 wxS)及び既存のwxwxwxsu2su2su2 デンプンのデンプンゲルはなおも不透明ではなかった。5回目の凍結/解凍サイクルの後に、Q3017a (1 wxS)、Q8412a (2 wxS)、Q7738a (3 wxS)及び既存のwxwxwxsu2su2su2 デンプンは若干不透明になった。
示差走査熱量測定(DSC)試験
劣性シュガリー−2変異植物に0、1、2及び3ドースのwxSアレルを含む植物に由来するトウモロコシデンプンの熱特性を、示差走査熱量測定(DSC)を用いて決定した。AMIOCA(商標)デンプン及びwxwxwxSU2su2su2 デンプンを対照として含んだ。示差走査熱量測定(DSC)は指定された温度で制御された雰囲気内でサンプルにより吸収され又は放出される熱を測定する。DSCは温度を上昇させながらサンプルの比熱及び潜熱についての情報を提供し、非晶及び結晶構造の変化を示す。データを熱流に関して記録し、そしてジュール/グラム(J/g) (Cassel, 2002)で表記する。デンプンの分析において、ピーク開始、ピーク温度、ピーク終点及び糊化エンタルピー変化情報などのデンプン糊化パラメータを回収した。結果を図4に示す。wxSwxwxsu2su2su2 デンプン(Q3017a)、wxSwxSwxsu2su2su2 デンプン(Q8412a)、wxSwxSwxSsu2su2su2 デンプン(Q7738a)及びwxwxwxsu2su2su2 デンプン(0 wxS)はAMIOCA(商標)デンプン、Waxy Stonor及びwxwxwxSU2su2su2 デンプンよりも低い糊化温度を示したが、それは1、2及び3ドースのwxSを有するトウモロコシの胚乳から単離されたデンプンのより良好な凍解安定性と一貫している。1ドースのwxS を有するwxSwxwxsu2su2su2 デンプン(Q3017a)は他の混成物 (Q8412a [2 wxS]、Q7738a [3 wxS]及びwxwxwxsu2su2su2 デンプン)よりも若干高い開始糊化温度を有し、Q3017aは他の混成物よりも良好な湿潤ミリング特性を有することを示した。
デンプン粒子
劣性シュガリー−2変異植物に1、2及び3ドースのwxSアレルを含む植物に由来するワキシートウモロコシデンプンの平均粒度をレーザ光散乱により測定した。AMIOCA(商標)デンプン及びwxwxwxSU2su2su2 デンプンを対照として含んだ。結果を図5に示す。さらに、各サンプルの走査型電子顕微鏡写真を図6に提供し、顆粒モルホロジーを示した。Q3017a (11.4μm)、Q8412a (11.4μm)及びQ7738a (10.9μm)の平均デンプン粒度は既存のwxwxwxsu2su2su2 デンプン(10.4 μm)より大きく、wxS 遺伝子のWaxy VO への導入がデンプン粒度を増加させることを示唆した。結果はSEM画像と一貫しており(図5)、wxS 遺伝子のwxwxwxsu2su2su2デンプンへの導入がデンプン顆粒一体性を増加させることを示した。
Claims (12)
- アミロース/アミロペクチンアッセイキットを用いて測定して、約2wt%〜約20wt%のアミロース含有分を含み、
RVA分析を用いて測定して、対照デンプンのデンプン糊化温度よりも少なくとも約5%高い水性デンプン糊化温度を備える、デンプンであって、
前記デンプンは胚乳に少なくとも1つのwxSアレルを含むワキシーシュガリー2コーン植物に由来する、デンプン。 - 示差走査熱量測定(DSC)を用いて測定して、対照デンプンの結晶化のエンタルピー変化よりも少なくとも約30%高い結晶化のエンタルピー変化をさらに備える、請求項1記載のデンプン。
- 走査型電子顕微鏡を用いて観察して、デンプン粒度の分布が、対照デンプンの5ミクロン未満の粒子の割合と比較して、少なくとも約40%少ない5ミクロン未満の粒子を含む、デンプン粒度の分布をさらに備える、請求項1〜2のいずれか1項記載のデンプン。
- 前記デンプンは、走査型電子顕微鏡を用いて観察して、対照デンプンと比較して、高められた一体性を示す顆粒である、請求項1〜3のいずれか1項記載のデンプン。
- 前記デンプンは少なくとも3回の凍解サイクルに耐えることができる、請求項1〜4のいずれか1項記載のデンプン。
- 前記ワキシーシュガリー2コーン植物はwxwxsu2su2の遺伝子型を有する第一のコーン植物と、wxSwxSsu2su2の遺伝子型又はwxSwxsu2su2の遺伝子型を有する第二のコーン植物との他家受粉により生成されたものである、請求項1〜5のいずれか1項記載のデンプン。
- 前記ワキシーシュガリー2コーン植物の胚乳は1ドース、2ドース又は3ドースのwxSアレルを有し、前記胚乳はwxSwxwxsu2su2su2、wxSwxSwxsu2su2su2又はwxSwxSwxSsu2su2su2の遺伝子型を有する、請求項1〜6のいずれか1項記載のデンプン。
- デンプンシンターゼIIa (su2) 遺伝子に対して劣性ホモ接合であり、そして変異顆粒結合デンプンシンターゼI (GBSSI)遺伝子に対してホモ接合又はヘテロ接合のいずれかである、二重変異コーン植物であって、ここで、変異GBSSI遺伝子は野生型GBSSI遺伝子 (Wx)よりも低いGBSSI活性を有するが、劣性の機能欠損GBSSI遺伝子 (wx)よりも高いGBSSI活性を有する、二重変異コーン植物から抽出されるデンプン。
- 変異GBSSI遺伝子はwx-Stonor (wxS) アレルである、請求項8記載のデンプン。
- 前記植物はwxwxsu2su2の遺伝子型を有する第一のコーン植物と、wxSwxSsu2su2の遺伝子型又はwxSwxsu2su2の遺伝子型を有する第二のコーン植物との他家受粉により生成されたものである、請求項8又は9記載のデンプン。
- 前記コーン植物の胚乳は1ドース、2ドース又は3ドースのwxSアレルを有し、前記胚乳はwxSwxwxsu2su2su2、wxSwxSwxsu2su2su2又はwxSwxSwxSsu2su2su2の遺伝子型を有する、請求項8〜10のいずれか1項記載のデンプン。
- 前記コーン植物の胚乳において産生されるデンプンはwxwxwxsu2su2su2の遺伝子型を有する二重ワキシーシュガリー2劣性変異コーン植物の胚乳において産生されるデンプンと比較して、高い糊化温度を有する、請求項8〜11のいずれか1項記載のデンプン。
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