JP2022540963A - 植物細胞培養のための組成物および方法 - Google Patents
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Abstract
Description
本出願は、それぞれがあらゆる目的に関して完全に参照により本明細書に組み込まれる、2019年5月23日出願の米国仮特許出願第62/852,160号および2020年3月31日出願の米国仮特許出願第63/003,185号の利益を主張するものである。
植物細胞組成物のin vitroにおける生成により、植物由来生成物のin plantaにおける生成に付随するいくつかの制限因子を克服し、それにより、従来の農業に対する、信頼でき、エネルギー効率が高く、かつ環境にやさしい代替を提供することができる。例えば、in vitroで生成された植物細胞組成物は連続的に入手可能であるが、in plantaで育てられた作物は、多くの場合に利用可能性が周期的に変化する。しかし、植物細胞組成物のin vitroにおける生成のスピードおよび規模は、現在のところ、細胞の均一性が十分な細胞接種材料を十分な量で調製することが難しいこと、またはin vitroにおける植物細胞生成サイクルのための合理化されたプロトコールが欠如していることなどの、いくつかの工学的操作の制約によって依然として限られたままである。
植物細胞組成物を調製するための方法であって、(a)植物カルスをカルス成長培地と、増殖性細胞凝集体を生成するために十分な条件下で接触させるステップと、(b)増殖性細胞凝集体を細胞培養培地と、少なくとも1×103個の細胞を含む植物細胞組成物を生成するために十分な条件下で接触させるステップとを含み、植物細胞組成物の細胞が、以下の(i)~(iii)のうちの少なくとも2つによって特徴付けられる、方法が本発明で提供される:(i)細胞の少なくとも70%が100ミクロン(μm)以下の細胞サイズを有する;(ii)細胞の少なくとも70%が、対応する非分裂細胞の細胞質光学濃度(cytoplasmic optical density)よりも高い細胞質光学濃度を有する;および(iii)細胞の少なくとも70%が3ミクロン(μm)~8μmの寸法を有する液胞を有する。一部の態様では、植物細胞組成物の細胞は、色素分子、風味分子、辛味食品添加物、甘味分子、または果実が派生するように構成される。一部の態様では、植物細胞組成物の細胞は、トリコーム、毛髪様構造、または繊維が派生するように構成される。一部の態様では、植物細胞組成物は、綿植物細胞組成物である。
参照による組込み
本発明の種々の実施形態が本明細書において示され、記載されているが、そのような実施形態が単に例として提供されていることは当業者には明白であろう。当業者は、本発明から逸脱することなく多数の変形、変化および置換を思いつくことができる。本明細書に記載の本発明の実施形態に対する種々の代替を用いることができることが理解されるべきである。
組成物
植物
植物外植片
植物ホルモンまたは成長調節因子
増殖性細胞凝集体
植物細胞組成物
工学的に操作された綿
キット
カルス誘導培地
カルス成長培地
細胞培養培地
回復培地
伸長培地
成熟化培地
指示
方法
植物細胞組成物を調製するための方法
綿を生成するための方法
バイオリアクター
コンピュータシステム
植物細胞組成物の調製
選択された植物(例えば、綿)から、頂端分裂組織、子葉、若芽、胚軸、胚珠、幹、成葉、花、花茎、根、鱗茎、発芽種子、および形成層分裂組織細胞(CMC)由来の滅菌外植片をカルス誘導培地(例えば、半固体基本塩培地)(誘導用)に置くことにより、細胞を単離する。形成された脱分化した塊を、成長用のカルス成長培地(例えば、半固体基本塩培地)において21~26日間の間隔で3回から最大5回までの継代培養で継代することによって馴化させる。
(実施例2)
懸濁培養細胞の凍結保存
(実施例3)
細胞の回復
(実施例4)
バイオリアクター接種
(実施例5)
細胞の伸長
(実施例6)
伸長した細胞の分離および単離
(実施例7)
細胞の成熟化および乾燥
(実施例8)
再利用
Claims (87)
- 綿を生成するための方法であって、
(a)複数の綿細胞を含む溶液を含む反応器を提供するステップと、
(b)前記反応器中で、前記溶液を伸長培地と、前記複数の綿細胞のうちの少なくとも一部分の伸長を誘導するために十分な条件下で接触させて、複数の伸長した綿細胞を得、それにより、乾燥質量が1リットル当たり少なくとも10グラム(g/L)新鮮重(FW)である前記綿を生成するステップと
を含み、前記複数の伸長した綿細胞の伸長した細胞の第1の寸法が前記伸長した細胞の第2の寸法よりも大きい、方法。 - 前記綿の前記乾燥質量が、1リットル当たり少なくとも50グラム(g/L)新鮮重(FW)である、請求項1に記載の方法。
- 前記綿の前記乾燥質量が、1リットル当たり少なくとも100グラム(g/L)新鮮重(FW)である、請求項2に記載の方法。
- 前記綿が、乾燥重量で最大でも10%の含有夾雑物を含む、請求項1に記載の方法。
- 前記綿が、乾燥重量で最大でも5%の含有夾雑物を含む、請求項4に記載の方法。
- 前記含有夾雑物が、非リント物質である、請求項4または請求項5に記載の方法。
- 綿を生成するための方法であって、
(a)複数の綿細胞を含む溶液を含む反応器を提供するステップと、
(b)前記反応器中で、前記溶液を伸長培地と、前記複数の綿細胞の少なくともサブセットの伸長を誘導するために十分な条件下で接触させて、複数の伸長した綿細胞を得、それにより、前記綿を生成するステップと
を含み、前記複数の伸長した綿細胞の伸長した細胞の第1の寸法が前記伸長した細胞の第2の寸法よりも大きく、
(a)~(b)を最大でも45日間の期間で実施する、方法。 - 前記期間が、最大でも30日間である、請求項7に記載の方法。
- 前記綿が、乾燥重量で最大でも10%の含有夾雑物を含む、請求項7に記載の方法。
- 前記綿が、乾燥重量で最大でも5%の含有夾雑物を含む、請求項9に記載の方法。
- 前記含有夾雑物が、非リント物質である、請求項9または請求項10に記載の方法。
- (c)前記複数の伸長した綿細胞を、前記複数の伸長した綿細胞を成熟させて前記綿を得るために十分な条件に供するステップをさらに含む、請求項7に記載の方法。
- (c)が、前記複数の伸長した綿細胞を成熟化培地と、複数の成熟し伸長した綿細胞を得るために十分な条件下で接触させることを含む、請求項12に記載の方法。
- (c)が、前記複数の成熟し伸長した綿細胞を乾燥させて前記綿を得ることをさらに含む、請求項12に記載の方法。
- (b)が、前記複数の伸長した細胞を、前記複数の綿細胞の残りまたはその派生物から分離することをさらに含む、請求項7に記載の方法。
- 前記分離することが、フィルタリング、ふるい分け、デカンティング、遠心分離、またはこれらの組合せを含む、請求項15に記載の方法。
- 前記複数の綿細胞の前記残りを除去するステップをさらに含む、請求項15に記載の方法。
- 前記複数の綿細胞の前記残りのうちの少なくとも一部分を再利用するステップをさらに含む、請求項15に記載の方法。
- 前記複数の綿細胞の前記残りのうちの綿細胞が、前記第1の寸法よりも小さい寸法を有する、請求項18に記載の方法。
- 前記伸長培地が、前記複数の綿細胞のうちの少なくとも1つの綿細胞の液胞からのフェノール化合物の放出が容易になるように構成されている、請求項7に記載の方法。
- 前記伸長培地が、少なくとも2種の植物ホルモンまたは成長調節因子を含む、請求項7に記載の方法。
- 前記伸長培地の前記少なくとも2種の植物ホルモンまたは成長調節因子が、インドール酢酸(IAA)、インドール-3-アクリル酸、4-Cl-インドール-3-酢酸、インドール-3-アセチルアスパラギン酸、インドール-3-アセトアルデヒド、インドール-3-アセトニトリル、インドール-3-乳酸、インドール-3-プロピオン酸、インドール-3-ピルビン酸、インドール酪酸(IBA)、2,4-ジクロロフェノキシ酢酸(2,4-D)、トリプトファン、フェニル酢酸(PAA)、グルコブラシシン、ナフタレン酢酸(NAA)、ピクロラム(PIC)、ジカンバ、エチレン、パラ-クロロフェノキシ酢酸(pCPA)、β-ナフトキシ酢酸(NOA)、ベンゾ(b)セレニエニル-3酢酸、2-ベンゾチアゾール酢酸(BTOA)、N6-(2-イソペンテニル)アデニン(2iP)、ゼアチン(ZEA)、ジヒドロ-ゼアチン、ゼアチンリボシド、キネチン(KIN)、6-(ベンジルアデニン)-9-(2-テトラヒドロピラニル)-9H-プリン、2,4,5,-トリクロロフェノキシ酢酸(2,4,5-T)、6-ベンジルアミノプリン(6BA)、1,3-ジフェニル尿素、N-(2-クロロ-4-ピリジル)-N’-フェニル尿素、(2,6-ジクロロ-4-ピリジル)-N’-フェニル尿素、N-フェニル-N’-1,2,3-チアジアゾール-5-イル尿素、ジベレリンA5、ジベレリンA1(GA1)、ジベレリン酸(GA3)、ジベレリンA4(GA4)、ジベレリンA7(GA7)、ブラシノライド(BR)、ジャスモン酸(JA)、ジベレリンA8、ジベレリンA32、ジベレリンA9、15-β-OH-ジベレリンA3、15-β-OH-ジベレリンA5、12-β-OH-ジベレリンA5、12-α-ジベレリンA5、サリチル酸、(-)ジャスモン酸、(+)-7-イソ-ジャスモン酸、プトレシン、スペルミジン、スペルミン、オリゴサッカリン、およびスチグマステロールからなる群から選択される、請求項21に記載の方法。
- 前記伸長培地の前記少なくとも2種の植物ホルモンまたは成長調節因子が、インドール酢酸(IAA)、インドール酪酸(IBA)、2,4-ジクロロフェノキシ酢酸(2,4D)、ナフタレン酢酸(NAA)、パラ-クロロフェノキシ酢酸(pCPA)、β-ナフトキシ酢酸(NOA)、2-ベンゾチアゾール酢酸(BTOA)、ピクロラム(PIC)、2,4,5,-トリクロロフェノキシ酢酸(2,4,5-T)、フェニル酢酸(PAA)、キネチン(KIN)、6-ベンジルアミノプリン(6BA)、N6-(2-イソペンテニル)アデニン(2iP)、ゼアチン(ZEA)、ジベレリンA1(GA1)、ジベレリン酸(GA3)、ジベレリンA4(GA4)、ジベレリンA7(GA7)、エチレン、ブラシノライド(BR)、ジャスモン酸(JA)からなる群から選択される、請求項21に記載の方法。
- (b)を28℃から40℃までの温度で実施する、請求項7に記載の方法。
- 前記綿が、乾燥重量で少なくとも90%の綿繊維を含む、請求項7に記載の方法。
- 前記綿繊維が、乾燥重量で最大でも10%の含有短繊維(SFC)を含む、請求項25に記載の方法。
- 前記綿繊維の平均繊維長が、1.1センチメートル(cm)から4.0cmまでである、請求項25に記載の方法。
- 前記綿繊維の長さの均一性が、少なくとも70%である、請求項25に記載の方法。
- 前記綿繊維の二次壁の平均厚さが、少なくとも4ミクロン(μm)である、請求項25に記載の方法。
- 前記綿繊維が、乾燥重量で、88%~96%のセルロース、1.1%~1.9%のタンパク質、および0.7%~1.2%のペクチン質を含む、請求項25に記載の方法。
- 前記綿繊維が、乾燥重量で、0.7%~1.6%の灰分、0.4%~1.0%の蝋、0.1%~1.0%の糖、および0.5%~1.0%の有機酸をさらに含む、請求項30に記載の方法。
- 前記セルロースが、X線回析で測定して、乾燥重量で少なくとも80%の結晶セルロースを含む、請求項30に記載の方法。
- 前記綿繊維の平均強度が、ゼロゲージPressley試験によって測定して少なくとも70Mpsiである、請求項25に記載の方法。
- 前記綿繊維の平均強度が、1/8インチゲージPressley試験で測定して少なくとも15g/texである、請求項25に記載の方法。
- 前記綿繊維の平均強度が、1/8インチゲージハイボリューム装置(HVI)での試験によって測定して少なくとも15g/texである、請求項25に記載の方法。
- 乾燥重量で最大でも10%の含有夾雑物(TC)を含む工学的に操作された綿を含む組成物。
- 前記工学的に操作された綿が、乾燥重量で最大でも5%の含有夾雑物を含む、請求項36に記載の組成物。
- 前記含有夾雑物が、非リント物質である、請求項36または請求項37に記載の組成物。
- 前記工学的に操作された綿が、乾燥重量で少なくとも90%の綿繊維を含む、請求項36に記載の組成物。
- 前記綿繊維が、乾燥重量で最大でも10%の含有短繊維(SFC)を含む、請求項39に記載の組成物。
- 前記綿繊維の平均繊維長が、1.1センチメートル(cm)から4.0cmまでである、請求項39に記載の組成物。
- 前記綿繊維の長さの均一性が、少なくとも70%である、請求項39に記載の組成物。
- 前記綿繊維の二次壁の平均厚さが、少なくとも4ミクロン(μm)である、請求項39に記載の組成物。
- 前記綿繊維が、乾燥重量で、88%~96%のセルロース、1.1%~1.9%のタンパク質、および0.7%~1.2%のペクチン質を含む、請求項39に記載の組成物。
- 前記綿繊維が、乾燥重量で、0.7%~1.6%の灰分、0.4%~1.0%の蝋、0.1%~1.0%の糖、および0.5%~1.0%の有機酸をさらに含む、請求項44に記載の組成物。
- 前記セルロースが、X線回析で測定して、乾燥重量で少なくとも80%の結晶セルロースを含む、請求項44に記載の組成物。
- 前記綿繊維の平均強度が、ゼロゲージPressley試験によって測定して少なくとも70Mpsiである、請求項39に記載の組成物。
- 前記綿繊維の平均強度が、1/8インチゲージPressley試験で測定して少なくとも15g/texである、請求項39に記載の組成物。
- 前記綿繊維の平均強度が、1/8インチゲージハイボリューム装置(HVI)での試験によって測定して少なくとも15g/texである、請求項39に記載の組成物。
- 植物細胞組成物を調製するための方法であって、
(a)植物カルスをカルス成長培地と、増殖性細胞凝集体を生成するために十分な条件下で接触させるステップと、
(b)前記増殖性細胞凝集体を細胞培養培地と、少なくとも1×103個の細胞を含む前記植物細胞組成物を生成するために十分な条件下で接触させるステップと
を含み、前記植物細胞組成物の細胞が、以下の(i)~(iii):
(i)前記細胞の少なくとも70%が100ミクロン(μm)以下の細胞サイズを有する;
(ii)前記細胞の少なくとも70%が、対応する非分裂細胞の細胞質光学濃度よりも高い細胞質光学濃度を有する;および
(iii)前記細胞の少なくとも70%が3ミクロン(μm)~8μmの寸法を有する液胞を有する
のうちの少なくとも2つによって特徴付けられる、方法。 - 前記植物細胞組成物の細胞が、色素分子、風味分子、辛味食品添加物、甘味分子、または果実が派生するように構成される、請求項50に記載の方法。
- 前記植物細胞組成物の細胞が、トリコーム、毛髪様構造、または繊維が派生するように構成される、請求項50に記載の方法。
- 前記植物細胞組成物が、綿植物細胞組成物である、請求項50に記載の方法。
- 前記植物細胞組成物が、少なくとも1×106個の細胞を含む、請求項50に記載の方法。
- 前記植物細胞組成物の前記細胞が、(i)~(iii)の全てによって特徴付けられる、請求項50に記載の方法。
- 前記植物細胞組成物が、前記増殖性細胞凝集体よりも狭い細胞サイズの分布を有する、請求項50に記載の方法。
- 前記植物細胞組成物が、前記増殖性細胞凝集体よりも狭い細胞質光学濃度の分布を有する、請求項50に記載の方法。
- 前記植物細胞組成物が、前記増殖性細胞凝集体よりも狭い細胞液胞サイズの分布を有する、請求項50に記載の方法。
- 前記植物細胞組成物が、指数関数的成長期にある、請求項50に記載の方法。
- (i)に関して、前記細胞の前記少なくとも70%の前記細胞サイズが、80μm以下である、請求項50に記載の方法。
- 前記細胞の前記少なくとも70%の前記細胞サイズが、10μmから60μmまでである、請求項50に記載の方法。
- 前記植物細胞組成物の前記細胞の少なくとも80%が、100μm以下の細胞サイズを有する、請求項50に記載の方法。
- (ii)に関して、前記細胞質光学濃度が、0.4から0.6までである、請求項50に記載の方法。
- 細胞質光学濃度が、分光光度計により、180ナノメートル(nm)から800nmまでの波長で決定される、請求項63に記載の方法。
- 前記植物細胞組成物の少なくとも80%の細胞が、対応する非分裂細胞の細胞質光学濃度よりも高い細胞質光学濃度を有する、請求項64に記載の方法。
- (iii)に関して、前記植物細胞組成物の前記細胞の少なくとも80%が、3ミクロン(μm)~8μmの寸法を有する液胞を有する、請求項50に記載の方法。
- 前記カルス成長培地が、少なくとも4種の植物ホルモンまたは成長調節因子を含む、請求項50に記載の方法。
- 前記カルス成長培地の前記少なくとも4種の植物ホルモンまたは成長調節因子が、インドール酢酸(IAA)、インドール-3-アクリル酸、4-Cl-インドール-3-酢酸、インドール-3-アセチルアスパラギン酸、インドール-3-アセトアルデヒド、インドール-3-アセトニトリル、インドール-3-乳酸、インドール-3-プロピオン酸、インドール-3-ピルビン酸、インドール酪酸(IBA)、2,4-ジクロロフェノキシ酢酸(2,4-D)、トリプトファン、フェニル酢酸(PAA)、グルコブラシシン、ナフタレン酢酸(NAA)、ピクロラム(PIC)、ジカンバ、エチレン、パラ-クロロフェノキシ酢酸(pCPA)、β-ナフトキシ酢酸(NOA)、ベンゾ(b)セレニエニル-3酢酸、2-ベンゾチアゾール酢酸(BTOA)、N6-(2-イソペンテニル)アデニン(2iP)、ゼアチン(ZEA)、ジヒドロ-ゼアチン、ゼアチンリボシド、キネチン(KIN)、6-(ベンジルアデニン)-9-(2-テトラヒドロピラニル)-9H-プリン、2,4,5,-トリクロロフェノキシ酢酸(2,4,5-T)、6-ベンジルアミノプリン(6BA)、1,3-ジフェニル尿素、N-(2-クロロ-4-ピリジル)-N’-フェニル尿素、(2,6-ジクロロ-4-ピリジル)-N’-フェニル尿素、N-フェニル-N’-1,2,3-チアジアゾール-5-イル尿素、ジベレリンA5、ジベレリンA1(GA1)、ジベレリン酸(GA3)、ジベレリンA4(GA4)、ジベレリンA7(GA7)、ブラシノライド(BR)、ジャスモン酸(JA)、ジベレリンA8、ジベレリンA32、ジベレリンA9、15-β-OH-ジベレリンA3、15-β-OH-ジベレリンA5、12-β-OH-ジベレリンA5、12-α-ジベレリンA5、サリチル酸、(-)ジャスモン酸、(+)-7-イソ-ジャスモン酸、プトレシン、スペルミジン、スペルミン、オリゴサッカリン、およびスチグマステロールからなる群から選択される、請求項67に記載の方法。
- 前記カルス成長培地の前記少なくとも4種の植物ホルモンまたは成長調節因子が、インドール酢酸(IAA)、インドール酪酸(IBA)、2,4-ジクロロフェノキシ酢酸(2,4D)、ナフタレン酢酸(NAA)、パラ-クロロフェノキシ酢酸(pCPA)、β-ナフトキシ酢酸(NOA)、2-ベンゾチアゾール酢酸(BTOA)、ピクロラム(PIC)、2,4,5,-トリクロロフェノキシ酢酸(2,4,5-T)、フェニル酢酸(PAA)、キネチン(KIN)、6-ベンジルアミノプリン(6BA)、N6-(2-イソペンテニル)アデニン(2iP)、ゼアチン(ZEA)、ジベレリンA1(GA1)、ジベレリン酸(GA3)、ジベレリンA4(GA4)、ジベレリンA7(GA7)、エチレン、ブラシノライド(BR)、およびジャスモン酸(JA)からなる群から選択される、請求項67に記載の方法。
- 前記カルス成長培地が、25℃で液体ではない、請求項67に記載の方法。
- (a)が、前記植物カルスを前記カルス成長培地で少なくとも2回の継代にわたって継代培養することを含む、請求項50に記載の方法。
- (a)における前記少なくとも2回の継代のそれぞれを、22℃から34℃までの温度で実施する、請求項71に記載の方法。
- (a)における前記少なくとも2回の継代のそれぞれが、15日間から32日間までの持続時間を有する、請求項71に記載の方法。
- 前記増殖性細胞凝集体の細胞が、前記植物カルス中の残りの細胞の細胞分裂速度よりも大きな速度で分裂する、請求項50に記載の方法。
- (b)が、前記増殖性細胞凝集体を前記細胞培養培地で少なくとも2回の継代にわたって継代培養することを含む、請求項50に記載の方法。
- (b)における前記少なくとも2回の継代のそれぞれを、28℃から40℃までの温度で実施する、請求項75に記載の方法。
- (b)における前記少なくとも2回の継代のそれぞれを、(a)における前記少なくとも2回の継代のうちの少なくとも1回の継代を実施する温度よりも高い温度で実施する、請求項75に記載の方法。
- (b)における前記少なくとも2回の継代のそれぞれを、(a)における前記少なくとも2回の継代のうちの1回の継代を実施する温度よりも2℃~6℃高い温度で実施する、請求項77に記載の方法。
- (b)における前記少なくとも2回の継代のそれぞれが、10日間から25日間までの持続時間を有する、請求項75に記載の方法。
- (b)において、前記細胞培養培地が、前記増殖性細胞凝集体の植物細胞の植物細胞壁を分解する酵素を含む、請求項50に記載の方法。
- 前記細胞培養培地のpHが、前記カルス成長培地のpHと0.2単位未満異なる、請求項50に記載の方法。
- (b)が、前記増殖性細胞凝集体またはその派生物の細胞のふるい分け、フィルタリング、分離、ピペット操作、またはデカンティングを行って前記植物細胞組成物を得ることを含む、請求項50に記載の方法。
- (a)の前に、(c)植物外植片をカルス誘導培地と、前記植物カルスの生成に十分な条件下で接触させるステップをさらに含む、請求項50に記載の方法。
- 前記植物外植片が、頂端分裂組織、子葉、若芽、胚軸、胚珠、幹、成葉、花、花茎、根、鱗茎、発芽種子、および形成層分裂組織細胞(CMC)からなる群から選択される1つまたは複数のメンバーを含む、請求項83に記載の方法。
- 前記植物外植片が、形成層分裂組織細胞(CMC)を含む、請求項84に記載の方法。
- 前記カルス誘導培地が、希釈された基本培地を含む、請求項83に記載の方法。
- 前記カルス誘導培地が、25℃で液体ではない、請求項83に記載の方法。
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