JP2023088612A - Method for making falling-resistant plant - Google Patents

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Abstract

To provide means and methods for achieving falling resistance in plant cultivation.SOLUTION: A method for making a falling-resistant plant includes increasing trehalose-6-phosphate in at least part of a plant.SELECTED DRAWING: None

Description

本発明は、植物、特にイネの耐倒伏性に関与する物質及び遺伝子、並びに耐倒伏性を有する植物の作出方法、並びに耐倒伏性植物に関する。また本発明は、耐倒伏性の植物を判定又は選抜するための方法及び手段に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to substances and genes involved in lodging resistance of plants, particularly rice, methods for producing plants having lodging resistance, and lodging-resistant plants. The invention also relates to methods and means for determining or selecting lodging-resistant plants.

倒伏は植物栽培における最も重要な障害であり、栽培農家の収入減に直結する生産性や品質の低下をもたらす。例えば、コムギ(Triticum aestivum)、オオムギ(Hordeum vulgare)、オートムギ(Avena sativa)、トウモロコシ(Zea mays)、ソルガム(Sorghum bicolor)、ダイズ(Glycine max)、トマト(Lycopersicon esculentum)、タバコ(Nicotiana tabacum)などの収量、生産の質、機械的収穫効率を低下させ得る。植物の倒伏による被害を軽減するために、主に以下の3つの対応策がある。1つ目は、倒伏軽減剤であり、ジベレリン阻害剤等を含む軽減剤が各種販売されている。倒伏軽減剤は、ジベレリンを阻害し植物体上部の伸長を抑えるため投与する時期が生育中期に限定され速効性がないこと、労働時間及びコストの増加を引き起こすという課題がある。2つ目は、倒伏対応コンバインであり、倒れた植物(例えばイネ)を起こしながら刈り取れることが可能である。倒伏対応コンバインは、導入コストが高い。また収穫直前の倒伏には有効であるが、発生から収穫まで長期間となる倒伏には対応できない。 Lodging is the most important obstacle in plant cultivation, resulting in productivity and quality declines that directly lead to income loss for growers. For example, wheat (Triticum aestivum), barley (Hordeum vulgare), oat (Avena sativa), maize (Zea mays), sorghum (Sorghum bicolor), soybean (Glycine max), tomato (Lycopersicon esculentum), tobacco (Nicotiana tabacum), etc. yield, quality of production, and mechanical harvest efficiency. There are mainly the following three countermeasures to reduce the damage caused by lodging of plants. The first is lodging mitigation agents, and various mitigation agents including gibberellin inhibitors and the like are on the market. Lodging-reducing agents have problems in that they are administered only during the middle stage of growth and are not fast-acting because they inhibit gibberellin and suppress the elongation of the upper part of the plant body, and they cause an increase in labor hours and costs. The second is a lodging combine harvester, which is capable of harvesting fallen plants (eg rice) while raising them. The introduction cost of the lodging combine is high. In addition, although it is effective for lodging just before harvesting, it cannot cope with lodging that takes a long time from emergence to harvest.

3つ目は、耐性系統の作出であり、最もリスクが低くコスト面からも優れている。耐倒伏性を高めるためのターゲットとして、短稈化、強稈化及び植物体支持力の強化が挙げられる。耐性品種の育種では、短稈化に関係する半矮性遺伝子sd-1が活用され、国内外の多くの品種がsd-1を有している。半矮性遺伝子sd-1によって「緑の革命」が可能となった一方で、sd-1は窒素の吸収を低下させる欠点があり、栽培時には窒素肥料の高投入を必要とする(非特許文献1)。肥料の高投入は地力の低下や残留窒素による現境への負荷をもたらす。持続可能な開発目標(SDGs)の達成や「みどりの食料システム戦略」の遵守に向けて、sd-1に換わる耐倒伏性改良技術の開発が求められている。 The third is the creation of resistant strains, which has the lowest risk and is superior in terms of cost. Targets for increasing lodging resistance include short culms, strong culms, and enhancement of plant bearing capacity. Semi-dwarf gene sd-1, which is related to shortening of the culm, is utilized in the breeding of resistant cultivars, and many cultivars in Japan and overseas have sd-1. While the semi-dwarf gene sd-1 has made the "green revolution" possible, sd-1 has the disadvantage of lowering nitrogen absorption and requires high input of nitrogen fertilizer during cultivation (Non-Patent Document 1 ). A high fertilizer input causes a decrease in soil fertility and a load on the existing environment due to residual nitrogen. In order to achieve the Sustainable Development Goals (SDGs) and comply with the Green Food System Strategy, there is a demand for the development of lodging resistance improvement technology to replace sd-1.

また、強稈化をターゲットとした耐性系統の作出では、遺伝子SCM2の導入により、稈の物理的強度を増すことで耐倒伏性を向上させるが、多義的な作用により茎数を減少させるため、導入できる系統が限定される(非特許文献2)。支持力強化をターゲットとした耐性系統の作出は、古くから有効性が示されていたが、育種に使用可能なマーカー等の情報がなく、育種での活用報告はない。 In addition, in the production of resistant lines targeting strong culm formation, the introduction of the gene SCM2 improves lodging resistance by increasing the physical strength of the culm, but decreases the number of stems due to ambiguous effects. The strains that can be introduced are limited (Non-Patent Document 2). The effectiveness of the creation of resistant lines targeting the enhancement of bearing capacity has been shown for a long time, but there is no information on markers that can be used for breeding, and there are no reports of its use in breeding.

特表2001-523110号公報Japanese Patent Publication No. 2001-523110 特表2000-510691号公報Japanese Patent Publication No. 2000-510691

Wang, F and Matsuoka, M, Nature 560:563-564, 2018年Wang, F and Matsuoka, M, Nature 560:563-564, 2018 Ookawa, T. et al., Nat Commun 1:132, 2010年Ookawa, T. et al., Nat Commun 1:132, 2010

したがって、植物栽培において耐倒伏性を獲得するための手段及び方法が望まれていた。 Therefore, means and methods for obtaining lodging resistance in plant cultivation have been desired.

一方、細胞内のトレハロース-6-リン酸量を人為的に変動させることにより細胞や組織の発達や内容物を改変することについて記載され(特許文献1及び2)、トレハロース-6-リン酸量を増加させるために、高発現プロモーター(35S CaMVプロモーター)制御下でトレハロース-6-リン酸合成酵素遺伝子を発現させることが記載されている。しかし、トレハロース-6-リン酸合成酵素遺伝子のプロモーター領域のSNPを利用してトレハロース-6-リン酸合成酵素遺伝子の発現量を向上させることについては記載がない。また、トレハロース-6-リン酸合成酵素が植物の耐倒伏性に関係することも知られていなかった。 On the other hand, artificially varying the amount of trehalose-6-phosphate in cells to modify the development and contents of cells and tissues has been described (Patent Documents 1 and 2). It is described that the trehalose-6-phosphate synthase gene is expressed under the control of a high expression promoter (35S CaMV promoter) in order to increase the However, there is no description of improving the expression level of the trehalose-6-phosphate synthase gene using SNPs in the promoter region of the trehalose-6-phosphate synthase gene. Moreover, it was not known that trehalose-6-phosphate synthase is involved in lodging resistance of plants.

本発明者は上記課題を解決するため検討を行ったところ、イネの耐倒伏性にトレハロース-6-リン酸量が関係し、この量を、例えばトレハロース-6-リン酸合成酵素の発現増大により増加させることにより、植物に耐倒伏性を付与できるという知見を得た。また本発明者は、トレハロース-6-リン酸合成酵素のプロモーター配列にその遺伝子の発現増大に関係するSNPが存在するという知見も得た。本発明は、上記知見に基づいて完成されたものである。 The present inventors conducted studies to solve the above problems, and found that the lodging resistance of rice is related to the amount of trehalose-6-phosphate. The inventors have found that lodging resistance can be imparted to plants by increasing the amount. The present inventors also found that the promoter sequence of trehalose-6-phosphate synthase contains an SNP associated with increased expression of the gene. The present invention has been completed based on the above findings.

本発明は、例えば以下の実施形態を包含する。
[1]植物の少なくとも一部においてトレハロース-6-リン酸を増加させることを含む、耐倒伏性植物を作出する方法。
[2]植物の少なくとも一部においてトレハロース-6-リン酸が増加した植物を栽培することを含む、植物の栽培において雑草植物を除去する方法。
[3]イネの少なくとも一部においてトレハロース-6-リン酸が増加したイネを栽培することを含む、上米比率の高いイネを栽培する方法。
[4]前記トレハロース-6-リン酸の増加が、トレハロース-6-リン酸合成酵素の増加により行われる、[1]~[3]のいずれかに記載の方法。
[5]前記トレハロース-6-リン酸合成酵素の増加が、強力なプロモーター配列、又は配列番号2に示される配列を有するプロモーター配列を使用したトレハロース-6-リン酸合成酵素遺伝子の発現、あるいはトレハロース-6-リン酸合成酵素遺伝子の導入により行われる、[4]に記載の方法。
[6]前記トレハロース-6-リン酸合成酵素遺伝子が、OsTPS6、OsTPS1、OsTPS2、OsTPS3、OsTPS4及びOsTPS5からなる群より選択される少なくとも1つの遺伝子を含む、[5]に記載の方法。
[7]前記トレハロース-6-リン酸の増加が、トレハロース-6-リン酸のシグナル伝達前駆体の適用により行われる、[1]~[3]のいずれかに記載の方法。
[8]前記トレハロース-6-リン酸の増加が、トレハロース-6-リン酸ホスファターゼの減少又は阻害により行われる、[1]~[3]のいずれかに記載の方法。
[9]前記植物が、イネ科植物、マメ科植物、アブラナ科植物、及びナス科植物からなる群より選択される少なくとも1種を含む、[1]、[2]、及び[4]~[8]のいずれかに記載の方法。
[10]前記植物がイネである、[1]、[2]、及び[4]~[9]のいずれかに記載の方法。
[11]前記植物又はイネの少なくとも一部が、茎、根及び葉からなる群より選択される少なくとも1つを含む、[1]~[10]のいずれかに記載の方法。
The present invention includes, for example, the following embodiments.
[1] A method of producing a lodging-resistant plant, comprising increasing trehalose-6-phosphate in at least a part of the plant.
[2] A method for removing weed plants in plant cultivation, which comprises cultivating plants in which trehalose-6-phosphate is increased in at least a part of the plants.
[3] A method for cultivating rice with a high proportion of high quality rice, which comprises cultivating rice in which trehalose-6-phosphate is increased in at least a part of the rice.
[4] The method according to any one of [1] to [3], wherein the increase in trehalose-6-phosphate is performed by an increase in trehalose-6-phosphate synthase.
[5] The increase in trehalose-6-phosphate synthase results in expression of a trehalose-6-phosphate synthase gene using a strong promoter sequence or a promoter sequence having the sequence shown in SEQ ID NO: 2, or trehalose The method according to [4], which is carried out by introducing a -6-phosphate synthase gene.
[6] The method of [5], wherein the trehalose-6-phosphate synthase gene comprises at least one gene selected from the group consisting of OsTPS6, OsTPS1, OsTPS2, OsTPS3, OsTPS4 and OsTPS5.
[7] The method according to any one of [1] to [3], wherein the increase in trehalose-6-phosphate is performed by applying a signaling precursor of trehalose-6-phosphate.
[8] The method according to any one of [1] to [3], wherein the increase in trehalose-6-phosphate is achieved by decreasing or inhibiting trehalose-6-phosphate phosphatase.
[9] [1], [2], and [4]-[ 8].
[10] The method according to any one of [1], [2], and [4] to [9], wherein the plant is rice.
[11] The method according to any one of [1] to [10], wherein at least part of the plant or rice contains at least one selected from the group consisting of stems, roots and leaves.

[12]トレハロース-6-リン酸合成酵素遺伝子のプロモーター配列が、配列番号2に示される配列を有するプロモーター配列、又は配列番号2に示される配列に対して少なくとも90%の配列同一性を有しかつプロモーター活性を有するプロモーター配列、又は配列番号1に示される配列の883番における塩基Gが他の塩基に変異した配列若しくは配列番号1に示される配列の883~886番における塩基モチーフGCGGが破壊された配列を有するプロモーター配列を含むことを特徴とする植物又はその植物部分。
[13]前記植物部分が、植物の苗、根、及び種子からなる群より選択される少なくとも1つである、[12]に記載の植物又はその植物部分。
[14]前記植物が、イネ科植物、マメ科植物、アブラナ科植物、及びナス科植物からなる群より選択される少なくとも1種を含む、[12]又は[13]に記載の植物又はその植物部分。
[15]前記植物がイネである、[12]~[14]のいずれかに記載の植物又はその植物部分。
[16]前記植物が耐倒伏性を有する、又は前記植物部分が植物個体となったときに耐倒伏性を有する、[12]~[15]のいずれかに記載の植物又はその植物部分。
[12] the promoter sequence of the trehalose-6-phosphate synthase gene has the sequence shown in SEQ ID NO: 2, or has at least 90% sequence identity with the sequence shown in SEQ ID NO: 2; and a promoter sequence having promoter activity, or a sequence in which the base G at position 883 of the sequence shown in SEQ ID NO: 1 is mutated to another base, or the nucleotide motif GCGG at positions 883 to 886 of the sequence shown in SEQ ID NO: 1 is disrupted 1. A plant or plant part thereof, comprising a promoter sequence having the following sequence:
[13] The plant or plant part thereof according to [12], wherein the plant part is at least one selected from the group consisting of plant seedlings, roots and seeds.
[14] The plant according to [12] or [13], or the plant thereof, wherein the plant comprises at least one selected from the group consisting of gramineous plants, leguminous plants, cruciferous plants, and solanaceous plants part.
[15] The plant or plant part thereof according to any one of [12] to [14], wherein the plant is rice.
[16] The plant or plant part thereof according to any one of [12] to [15], wherein the plant has lodging resistance, or the plant part has lodging resistance when it becomes a plant individual.

[17]耐倒伏性の植物を判定又は選抜する方法であって、対象の植物におけるトレハロース-6-リン酸合成酵素遺伝子のプロモーター配列が、配列番号2に示される配列を有するプロモーター配列、又は配列番号2に示される配列に対して少なくとも90%の配列同一性を有しかつプロモーター活性を有するプロモーター配列、又は配列番号1に示されるプロモーター配列の883番における塩基Gの他の塩基への変異若しくは配列番号1に示されるプロモーター配列の883~886番における塩基モチーフGCGGの破壊を含むか否かを検出するステップを含む、方法。
[18]前記変異の検出が、ポリメラーゼ連鎖反応(PCR)、ハイブリダイゼーション、又は配列決定法を用いて行われる、[17]に記載の方法。
[17] A method for determining or selecting a lodging-resistant plant, wherein the promoter sequence of the trehalose-6-phosphate synthase gene in the target plant has the sequence shown in SEQ ID NO: 2, or the sequence A promoter sequence having at least 90% sequence identity to the sequence shown in number 2 and having promoter activity, or a mutation of base G at position 883 of the promoter sequence shown in SEQ ID NO: 1 to another base, or A method comprising detecting whether or not the promoter sequence shown in SEQ ID NO: 1 contains disruption of the base motif GCGG at positions 883-886.
[18] The method of [17], wherein the mutation is detected using polymerase chain reaction (PCR), hybridization, or sequencing.

本発明により、耐倒伏性を有する植物及びその植物部分を作出することが可能となる。特に、耐倒伏性に関与する遺伝子を含む遺伝子座prl5は他の農業形質に負の影響を及ぼさないことから、耐倒伏性向上に向けて実用性が高い遺伝子座である。また本発明により、ある植物が耐倒伏性を有するか否かを判定し、選別することが可能となる。したがって、本発明は、農業、植物改良、食品生産などの分野で有用である。 The present invention makes it possible to produce lodging-resistant plants and plant parts thereof. In particular, the locus prl5, which contains genes involved in lodging resistance, does not negatively affect other agronomic traits, making it a highly practical locus for improving lodging resistance. Further, according to the present invention, it becomes possible to determine whether or not a certain plant has lodging resistance, and select the plant. Therefore, the present invention is useful in fields such as agriculture, plant improvement, and food production.

カサラス品種のTPS6遺伝子のプロモーターを含む領域の配列(配列番号2)とコシヒカリ又は日本晴品種のTPS6遺伝子のプロモーターを含む領域の配列(配列番号1)との配列比較を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing a sequence comparison between the sequence of the region containing the TPS6 gene promoter of Kasalasu cultivar (SEQ ID NO: 2) and the sequence of the region containing the TPS6 gene promoter of Koshihikari or Nipponbare cultivar (SEQ ID NO: 1). コシヒカリ/カサラス間のCSSLsを用いたポジショナルクローニングの結果を示す図である。FIG. 2 shows the results of positional cloning using CSSLs between Koshihikari and Kasalath. NILprl5系統におけるOsTPS6の相対発現量を示すグラフである。Fig. 3 is a graph showing relative expression levels of OsTPS6 in NILprl5 lines. イネの各系統における、(A)OsTPS6の発現量、(B)下位葉のクロロフィル含量(コニカミノルタSPAD-502による実測値)、(C)押し倒し抵抗値を示すグラフである。イネの系統は、1:日本晴、2:null、3~5:組換え体である(n=3)。Fig. 3 is a graph showing (A) the expression level of OsTPS6, (B) the chlorophyll content in lower leaves (measured by Konica Minolta SPAD-502), and (C) the pushing resistance value in each rice line. The rice lines are 1: Nipponbare, 2: null, 3-5: recombinant (n=3). OsTPS6発現量が増大した個体(NILprl5)と対照のコシヒカリについて、2016年8月23日の台風9号直撃(最大風速26.9m/s)の翌日の写真である。This is a photograph of the individual with increased OsTPS6 expression (NILprl5) and the control Koshihikari on the day after Typhoon No. 9 hit directly on August 23, 2016 (maximum wind speed 26.9 m/s). OsTPS6発現量が増大した個体(NILprl5)と対照のコシヒカリについて栽培試験を行った結果を示す写真である。左側がコシヒカリ、右側がNILprl5である。矢印は雑草イネを示す。Fig. 10 is a photograph showing the results of a cultivation test of an individual (NILprl5) with an increased OsTPS6 expression level and Koshihikari as a control. Koshihikari on the left and NILprl5 on the right. Arrows indicate weedy rice.

以下、本発明を詳細に説明する。
本発明は、植物の耐倒伏性にトレハロース-6-リン酸が関与していることを見出したことに基づく。トレハロース-6-リン酸は、グルコース-6-リン酸からトレハロース-6-リン酸合成酵素(TPS)によって生成され、またトレハロース-6-リン酸からトレハロース-6-リン酸ホスファターゼ(TPP)によってトレハロースが生成される。

グルコース-6-リン酸 → トレハロース-6-リン酸 → トレハロース
TPS TPP
The present invention will be described in detail below.
The present invention is based on the discovery that trehalose-6-phosphate is involved in lodging resistance of plants. Trehalose-6-phosphate is produced from glucose-6-phosphate by trehalose-6-phosphate synthase (TPS), and from trehalose-6-phosphate by trehalose-6-phosphate phosphatase (TPP). is generated.

glucose-6-phosphate → trehalose-6-phosphate → trehalose
TPS TPP

したがって、本発明は、トレハロース-6-リン酸に着目した耐倒伏性植物及びその作出方法、並びに耐倒伏性植物を判定又は選別するための方法及び手段に関する。 Therefore, the present invention relates to a lodging-resistant plant focusing on trehalose-6-phosphate, a method for producing the lodging-resistant plant, and a method and means for judging or selecting lodging-resistant plants.

ここで、「耐倒伏性」又は「耐倒伏形質」、「倒伏抵抗性」とは、植物個体が倒伏しにくい性質を有することを指し、具体的には、本発明を適用していない場合と比較して倒伏性が向上していることを意味する。耐倒伏性は、当技術分野で公知の方法により確認することができ、例えば、押し倒し抵抗値(Kashiwagi and Ishimaru, Plant Physiol vol.134, pp.676-683, 2004年)などにより、耐倒伏性を測定することができる。 Here, the terms "lodging resistance" or "lodging resistance" and "lodging resistance" refer to the fact that plant individuals have the property of being resistant to lodging, and specifically, when the present invention is not applied. It means that lodging property is improved in comparison. Lodging resistance can be confirmed by a method known in the art. can be measured.

1.耐倒伏性植物の作出方法
一態様において、本発明は、植物の少なくとも一部においてトレハロース-6-リン酸を増加させることを含む、耐倒伏性植物を作出する方法に関する。トレハロース-6-リン酸の増加は、例えばグルコース-6-リン酸からトレハロース-6-リン酸への生成を触媒するトレハロース-6-リン酸合成酵素の増加により行ってもよいし、並びに/あるいはトレハロース-6-リン酸のシグナル伝達前駆体の適用により行ってもよいし、並びに/あるいはトレハロース-6-リン酸からトレハロースへの生成を触媒するトレハロース-6-リン酸ホスファターゼの減少又は阻害により行ってもよい。
1. Methods of Producing Lodging Resistant Plants In one aspect, the present invention relates to a method of producing lodging resistant plants comprising increasing trehalose-6-phosphate in at least a portion of the plant. Trehalose-6-phosphate may be increased, for example, by increasing trehalose-6-phosphate synthase, which catalyzes the production of trehalose-6-phosphate from glucose-6-phosphate, and/or This may be achieved by application of signaling precursors of trehalose-6-phosphate and/or by reduction or inhibition of trehalose-6-phosphate phosphatase, which catalyzes the production of trehalose-6-phosphate to trehalose. may

トレハロース-6-リン酸の増加は、植物の少なくとも一部において生じればよい。好ましくは、耐倒伏性の付与が望まれる部分、例えば、茎、根及び葉からなる群より選択される少なくとも1つにおいてトレハロース-6-リン酸を増加させる。 An increase in trehalose-6-phosphate may occur in at least a part of the plant. Preferably, trehalose-6-phosphate is increased in at least one portion selected from the group consisting of stems, roots and leaves where lodging resistance is desired to be imparted.

なお、本明細書において、植物又はその一部は、植物全体、植物器官(例えば葉、花弁、茎、根、種子など)、植物組織(例えば表皮、師部、柔組織、木部、維管束、柵状組織、海綿状組織など)又は植物培養細胞、あるいは種々の形態の植物細胞(例えば、懸濁培養細胞)、プロトプラスト、葉の切片、カルスなどが意図される。 As used herein, plants or parts thereof refer to whole plants, plant organs (e.g. leaves, petals, stems, roots, seeds, etc.), plant tissues (e.g. epidermis, phloem, parenchyma, xylem, vascular bundles). , palisade, spongy tissue, etc.) or plant cultured cells, or various forms of plant cells (eg, suspension cultured cells), protoplasts, leaf segments, callus, etc. are contemplated.

一実施形態において、トレハロース-6-リン酸の増加は、トレハロース-6-リン酸合成酵素の増加により行われる。トレハロース-6-リン酸合成酵素(TPS)は、当技術分野で公知であり、様々な植物においてその遺伝子及びタンパク質が単離されている。トレハロース-6-リン酸合成酵素遺伝子として、例えば、OsTPS6、OsTPS1、OsTPS2、OsTPS3、OsTPS4、OsTPS5などが公知であり、少なくとも1つの遺伝子を利用することができる。本明細書では、トレハロース-6-リン酸合成酵素(TPS)遺伝子として、主にコシヒカリ品種由来のTPS6タンパク質(GenBankアクセッション番号AK072066.1)若しくはTPS6遺伝子(配列番号20、GenBankアクセッション番号BAF17964.1(ゲノム配列))を基準として説明しているが、他のイネ品種や他の植物(例えば、イネ科穀物)由来の相同TPSタンパク質及びTPS遺伝子が存在することは当技術分野で公知である。例えば、コムギ、アラビドプシス(Arabidopsis)、ダイズ、ソルガム等(例えば、Xie et al., Journal of Genetics, Vol.94, No.1, pp.55-65 、Hu et al, Agronomy 10(7), 969, 2020)などが公知であり、いずれも文献、GenBank、UniProtなどのデータベースから配列情報を入手することができる。このような相同タンパク質及び相同遺伝子も同等に使用することができる。相同タンパク質及び相同遺伝子並びにその調節配列(プロモーター配列など)は、基準となるタンパク質及び遺伝子並びにその調節配列と配列相同性を有するものであり、本明細書において記載する「相当する位置」とは、基準となるタンパク質又は遺伝子あるいは調節配列(プロモーター配列)のある位置に対応する相同タンパク質又は遺伝子あるいは調節配列(プロモーター配列)の位置を指し、当技術分野で公知の手法に従って容易に決定することができる。 In one embodiment, increasing trehalose-6-phosphate is accomplished by increasing trehalose-6-phosphate synthase. Trehalose-6-phosphate synthase (TPS) is known in the art and its gene and protein have been isolated in various plants. As trehalose-6-phosphate synthase genes, for example, OsTPS6, OsTPS1, OsTPS2, OsTPS3, OsTPS4, OsTPS5 and the like are known, and at least one gene can be used. In this specification, the trehalose-6-phosphate synthase (TPS) gene is mainly TPS6 protein (GenBank Accession No. AK072066.1) derived from Koshihikari variety or TPS6 gene (SEQ ID NO: 20, GenBank Accession No. BAF17964. 1 (genome sequence)), but it is known in the art that there are homologous TPS proteins and TPS genes derived from other rice cultivars and other plants (e.g., cereals of the Gramineae family). . For example, wheat, Arabidopsis, soybean, sorghum, etc. (for example, Xie et al., Journal of Genetics, Vol.94, No.1, pp.55-65, Hu et al, Agronomy 10(7), 969 , 2020) are known, and the sequence information can be obtained from the literature and databases such as GenBank and UniProt. Such homologous proteins and homologous genes can equally be used. Homologous proteins and homologous genes and their regulatory sequences (such as promoter sequences) have sequence homology with the reference proteins and genes and their regulatory sequences, and the "corresponding positions" described herein are Refers to the position of a homologous protein or gene or regulatory sequence (promoter sequence) corresponding to the position of a reference protein or gene or regulatory sequence (promoter sequence), which can be easily determined according to techniques known in the art .

トレハロース-6-リン酸合成酵素の増加は、当技術分野で公知の方法により行うことができ、特に限定されるものではない。一実施形態では、植物においてトレハロース-6-リン酸合成酵素遺伝子を高発現させることにより行うことができる。トレハロース-6-リン酸合成酵素遺伝子の高発現は、例えば、対象の植物にトレハロース-6-リン酸合成酵素遺伝子を導入することにより、あるいは強力なプロモーター配列、又は配列番号2に示される配列を有するプロモーター配列を使用したトレハロース-6-リン酸合成酵素遺伝子の発現などにより、実施することができる。 Trehalose-6-phosphate synthase can be increased by a method known in the art, and is not particularly limited. In one embodiment, it can be carried out by highly expressing the trehalose-6-phosphate synthase gene in plants. High expression of the trehalose-6-phosphate synthase gene can be achieved, for example, by introducing the trehalose-6-phosphate synthase gene into a target plant, or by introducing a strong promoter sequence or the sequence shown in SEQ ID NO: 2. It can be carried out, for example, by expressing a trehalose-6-phosphate synthase gene using a promoter sequence having a trehalose-6-phosphate synthase gene.

植物に目的の遺伝子又は特定のプロモーターを導入する方法は、当技術分野で公知の遺伝子組換え方法を利用して行うことができる。例えば、組換えベクターを構築し、その組換えベクターを植物に導入することによって、植物に目的の遺伝子又は特定のプロモーターを導入することができる。そのような組換えベクターは、目的の遺伝子又は特定のプロモーターを適当なベクターに挿入することによって構築できる。目的の遺伝子又は特定のプロモーターを植物の細胞へ導入し、発現させるためのベクターとしては、pBI系のベクター、pUC系のベクター、pTRA系のベクターが好適に用いられる。pBI系及びpTRA系のベクターは、アグロバクテリウムを介して植物に目的遺伝子又は特定のプロモーターを導入することができる。pBI系のバイナリーベクター又は中間ベクター系が好適に用いられ、例えば、pBI121、pBI101、pBI101.2、pBI101.3等が挙げられる。pUC系のベクターは、植物に遺伝子又はプロモーターを直接導入することができ、例えば、pUC18、pUC19、pUC9等が挙げられる。 A gene recombination method known in the art can be used to introduce a gene of interest or a specific promoter into a plant. For example, a gene of interest or a specific promoter can be introduced into a plant by constructing a recombinant vector and introducing the recombinant vector into the plant. Such recombinant vectors can be constructed by inserting a gene of interest or a specific promoter into an appropriate vector. As a vector for introducing a target gene or a specific promoter into a plant cell and expressing it, a pBI-based vector, a pUC-based vector, or a pTRA-based vector is preferably used. pBI-based and pTRA-based vectors can introduce a target gene or a specific promoter into a plant via Agrobacterium. A pBI-based binary vector or intermediate vector is preferably used, and examples thereof include pBI121, pBI101, pBI101.2, pBI101.3 and the like. pUC-based vectors can directly introduce genes or promoters into plants, and examples thereof include pUC18, pUC19, pUC9 and the like.

ベクターに目的の遺伝子又は特定のプロモーターを挿入するには、まず、精製されたDNAを適当な制限酵素で切断し、適当なベクターDNAの制限酵素部位又はマルチクローニングサイトに挿入してベクターに連結する方法などが採用される。目的の遺伝子又は特定のプロモーターは、その遺伝子の機能が発揮されるようにベクターに組み込まれることが必要である。そこで、ベクターには、プロモーターのほか、所望によりエンハンサー、スプライシングシグナル、ポリA付加シグナル、5'-UTR配列、選択マーカー遺伝子などを連結することができる。 To insert a target gene or specific promoter into a vector, first, the purified DNA is cleaved with an appropriate restriction enzyme, inserted into an appropriate restriction enzyme site or multicloning site of the vector DNA, and ligated into the vector. methods are adopted. A gene of interest or a specific promoter must be incorporated into a vector so that the function of the gene can be exhibited. Therefore, in addition to the promoter, the vector can optionally be ligated with an enhancer, a splicing signal, a polyA addition signal, a 5'-UTR sequence, a selectable marker gene, and the like.

「プロモーター」としては、植物細胞において機能し、植物の特定の組織(特に、耐倒伏性の付与が望まれる組織、例として茎)内あるいは特定の発育段階において発現を導くことのできるDNAであれば、植物由来のものであってもよいし、植物由来のものでなくてもよい。 A "promoter" is any DNA that functions in a plant cell and is capable of directing expression in a particular plant tissue (especially a tissue desired to impart lodging resistance, e.g. stem) or at a particular developmental stage. For example, it may or may not be plant-derived.

本発明においては、トレハロース-6-リン酸合成酵素遺伝子の発現を増強することができるプロモーターを使用する。一実施形態では、強力なプロモーター配列、例えば、カリフラワーモザイクウイルス35Sプロモーター、アグロバクテリウムT-DNAオパインシンターゼ遺伝子由来プロモーター、ノパリンシンターゼ(nos)プロモーター、オクトピンシンターゼ(ocs)プロモーター、マンノピンシンターゼ(mas)プロモーター、トマトユビキチンプロモーターなどを使用して、遺伝子の発現を増強し得る。別の実施形態では、トレハロース-6-リン酸合成酵素遺伝子の発現を増強する変異を有するプロモーター配列を使用することができる。例えば、配列番号2に示される配列を有するプロモーター配列、又は配列番号2に示される配列に対して少なくとも90%、少なくとも95%、少なくとも98%若しくは少なくとも99%の配列同一性を有しかつプロモーター活性を有するプロモーター配列を使用することができる。ここで、塩基配列の同一性は、当技術分野で公知の方法により、例えば公知の配列プログラム(NIBIから提供されているBLASTなど)を使用して、容易に求めることができる。あるいは、配列番号1(コシヒカリ又は日本晴品種のプロモーター配列)の48番に相当する塩基Tから他の塩基(例えば、A、C若しくはG、好ましくはC)への変異、68番と69番に相当する塩基T(例えば、1、2若しくは3個、好ましくは2個のTT)の欠失、86番に相当する塩基Gから他の塩基(例えば、A、T若しくはC、好ましくはA)への変異、210番に相当する塩基Cから他の塩基(例えば、G、T若しくはA、好ましくはA)への変異、305番に相当する塩基Tから他の塩基(例えば、G、A若しくはC、好ましくはA)への変異、517番に相当する塩基Aから他の塩基(例えば、G、T若しくはC、好ましくはG)への変異、696番に相当する塩基Cから他の塩基(例えば、G、T若しくはA、好ましくはA)への変異、825番に相当する塩基Gから他の塩基(例えば、A、T若しくはC、好ましくはA)への変異、883番に相当する塩基Gから他の塩基(例えば、A、T若しくはC、好ましくはA)への変異、及び1113番と1115番に相当する塩基(例えば塩基GAG)の欠失からなる群より選択される少なくとも1つを有するプロモーター配列を使用することができる。配列番号1(コシヒカリ又は日本晴品種のプロモーター配列)と配列番号2(カサラス品種のプロモーター配列)との配列比較結果を図1に示す。好ましい実施形態では、配列番号1の883番に相当する塩基Gから他の塩基(例えば、A、T若しくはC、好ましくはA)への変異を少なくとも有するプロモーター配列、又は配列番号1に示される配列の883~886番における塩基モチーフGCGGが破壊されたプロモーター配列を使用することが好ましい。なお、プロモーター配列は、プロモーター活性を有する限り、配列番号1若しくは2の塩基配列において1~30個、好ましくは1~20個、より好ましくは1~10個、例えば1~3個の塩基が欠失、置換若しくは付加された配列を含んでもよい。プロモーター活性とは、プロモーターの下流に発現可能な状態で目的遺伝子を連結し、宿主に導入した際、宿主内又は宿主外において目的遺伝子の遺伝子産物を生産させる能力及び機能を有することをいう。このようなDNAは、変異(欠失、置換若しくは付加)を有しない完全長の塩基配列からなるプロモーターが機能する条件と同一の条件でほぼ同様の利用が可能な程度のプロモーター活性が維持されていることをいう。例えば、完全長の配列のプロモーター活性の約0.01~100倍、好ましくは約0.5~20倍、より好ましくは約0.5~2倍の活性を維持するDNAである。 In the present invention, a promoter capable of enhancing the expression of the trehalose-6-phosphate synthase gene is used. In one embodiment, strong promoter sequences such as cauliflower mosaic virus 35S promoter, Agrobacterium T-DNA opine synthase gene-derived promoter, nopaline synthase (nos) promoter, octopine synthase (ocs) promoter, mannopine The synthase (mas) promoter, tomato ubiquitin promoter, etc. can be used to enhance gene expression. In another embodiment, promoter sequences with mutations that enhance expression of the trehalose-6-phosphate synthase gene can be used. For example, a promoter sequence having the sequence shown in SEQ ID NO: 2, or having at least 90%, at least 95%, at least 98% or at least 99% sequence identity to the sequence shown in SEQ ID NO: 2 and promoter activity can be used. Here, the identity of nucleotide sequences can be easily determined by methods known in the art, for example, using known sequence programs (such as BLAST provided by NIBI). Alternatively, mutation of base T corresponding to position 48 of SEQ ID NO: 1 (promoter sequence of Koshihikari or Nipponbare variety) to another base (e.g., A, C or G, preferably C), corresponding to positions 68 and 69 Deletion of base T (e.g. 1, 2 or 3, preferably 2 TT) corresponding to position 86 from base G to another base (e.g. A, T or C, preferably A) Mutation, mutation from base C corresponding to number 210 to another base (e.g., G, T or A, preferably A), mutation from base T corresponding to number 305 to another base (e.g., G, A or C, Preferably, mutation to A), mutation from base A corresponding to position 517 to another base (e.g., G, T or C, preferably G), mutation from base C corresponding to position 696 to another base (e.g., G, T or A, preferably A), mutation from base G corresponding to position 825 to another base (e.g., A, T or C, preferably A), mutation from base G corresponding to position 883 At least one selected from the group consisting of mutations to other bases (e.g., A, T or C, preferably A) and deletion of bases corresponding to positions 1113 and 1115 (e.g., base GAG) Promoter sequences can be used. FIG. 1 shows the result of sequence comparison between SEQ ID NO: 1 (promoter sequence of Koshihikari or Nipponbare cultivar) and SEQ ID NO: 2 (promoter sequence of Kasalasu cultivar). In a preferred embodiment, a promoter sequence having at least a mutation from base G corresponding to position 883 of SEQ ID NO: 1 to another base (e.g., A, T or C, preferably A), or the sequence shown in SEQ ID NO: 1 883-886 of which the base motif GCGG is disrupted. The promoter sequence lacks 1 to 30, preferably 1 to 20, more preferably 1 to 10, for example 1 to 3 bases in the base sequence of SEQ ID NO: 1 or 2, as long as it has promoter activity. It may contain deleted, substituted or added sequences. Promoter activity refers to having the ability and function to produce the gene product of the target gene inside or outside the host when the target gene is ligated downstream of the promoter in an expressible state and introduced into a host. Such DNA maintains promoter activity to the extent that it can be used under the same conditions as those under which a promoter consisting of a full-length nucleotide sequence without mutation (deletion, substitution or addition) functions. It means that there is For example, a DNA that maintains about 0.01-100 fold, preferably about 0.5-20 fold, more preferably about 0.5-2 fold the promoter activity of the full-length sequence.

「ターミネーター」は、前記プロモーターにより転写された遺伝子の転写を終結できる配列であればよい。「エンハンサー」は、目的遺伝子の発現効率を高めるために用いられる。「選択マーカー」は、形質転換体の選抜を容易にするために用いられ、例えばハイグロマイシン耐性遺伝子、ネオマイシン耐性遺伝子等が挙げられる。 A “terminator” may be any sequence that can terminate transcription of a gene transcribed by the promoter. An "enhancer" is used to increase the expression efficiency of a target gene. A "selection marker" is used to facilitate selection of transformants, and includes, for example, a hygromycin resistance gene, a neomycin resistance gene, and the like.

構築した組換えベクターを、目的遺伝子が発現し得るように又は特定のプロモーター下で遺伝子が発現し得るように植物中に導入する。本発明において対象となる植物としては、種々の単子葉植物、双子葉植物、穀類植物、樹木等の植物全般に適用することができる。例えば、単子葉植物としては、イネ科植物(イネ、コムギ、オオムギ、オートムギ、トウモロコシ、ソルガム、ライムギ、ハトムギ、サトウキビ等)、カトレア属植物等が含まれるラン科植物、イグサ科植物等を例示することができる。なお、穀類植物とは、主にデンプン質の種子(特に食用種子)を有する植物を指し、イネ科、マメ科などの植物が含まれる。 The constructed recombinant vector is introduced into plants so that the target gene can be expressed or the gene can be expressed under a specific promoter. Plants to be targeted in the present invention can be applied to plants in general, such as various monocotyledonous plants, dicotyledonous plants, cereal plants, and trees. For example, monocotyledonous plants include gramineous plants (rice, wheat, barley, oats, corn, sorghum, rye, pearl barley, sugarcane, etc.), orchidaceous plants including Cattleya plants, rushaceous plants, and the like. be able to. The cereal plants mainly refer to plants having starchy seeds (especially edible seeds), and include plants of the family Poaceae, Leguminosae, and the like.

また、双子葉植物としては、例えばサツマイモ属植物(グンバイヒルガオ、サツマイモ)が含まれるヒルガオ科植物;ナデシコ属植物(カーネーション等)が含まれるナデシコ科植物;コショウ科植物、ヤマモモ科植物、アブラナ科植物(シロイヌナズナ、キャベツ、ダイコン、ワサビ、ヤマガラシ、ブロッコリー等)、マメ科植物(ダイズ等)、アマ科植物、ハマビシ科植物、セリ科植物、ナス科植物(トマト、タバコ等)、キク科植物(シュンギク、レタス、ゴボウ、フキ等)などを例示できる。 In addition, dicotyledonous plants include, for example, Convolvulaceae plants including Ipomoea spp. (Arabidopsis thaliana, cabbage, radish, wasabi, bay mustard, broccoli, etc.), leguminous plants (soybeans, etc.), flaxaceous plants, terrestris plants, umbelliferous plants, solanaceous plants (tomatoes, tobacco, etc.), Asteraceous plants (Shungiku) , lettuce, burdock, Japanese butterbur, etc.).

好ましい実施形態では、植物はイネ科植物であり、特にイネである。イネの品種(例えばうるち米品種)も限定されるものではなく、例えばコシヒカリ、ひとめぼれ、ヒノヒカリ、あきたこまち、ななつぼし、はえぬき、まっしぐら、キヌヒカリ、あさひの夢、ゆめぴりか、きぬむすめ、こしいぶき、つや姫、夢つくし、ふさこがね、つがるロマン、あいちのかおり、彩のかがやき、天のつぶ、きらら397などが挙げられる。 In a preferred embodiment, the plant is a gramineous plant, especially rice. Rice varieties (for example, non-glutinous rice varieties) are not limited, and examples include Koshihikari, Hitomebore, Hinohikari, Akitakomachi, Nanatsuboshi, Haenuki, Masshigura, Kinuhikari, Asahi no Yume, Yumepirika, Kinumusume, Koshiibuki, and Tsuya. Hime, Yume Tsukushi, Fusakogane, Tsugaru Roman, Aichi no Kaori, Aya no Kagayaki, Ten no Tsubu, and Kirara 397.

対象となる植物は、植物体全体、植物器官(例えば葉、根、種子等)、植物組織(例えば表皮、篩部、柔組織、木部、維管束等)又は植物培養細胞のいずれをも意味するものである。植物培養細胞を対象とする場合において、得られた形質転換細胞から形質転換体を再生させるためには既知の組織培養法により器官又は個体を再生させればよい。 A target plant means any of a whole plant body, plant organs (e.g. leaves, roots, seeds, etc.), plant tissues (e.g. epidermis, phloem, parenchyma, xylem, vascular bundles, etc.) or plant cultured cells. It is something to do. In the case of cultured plant cells, in order to regenerate transformants from the obtained transformed cells, organs or individuals may be regenerated by known tissue culture methods.

目的遺伝子若しくは特定のプロモーター又は組換えベクターを植物中に導入する方法としては、アグロバクテリウム法、PEG-リン酸カルシウム法、エレクトロポレーション法、リポソーム法、パーティクルガン法、マイクロインジェクション法等が挙げられる。例えばアグロバクテリウム法を用いる場合は、プロトプラストを用いる場合と組織片を用いる場合がある。プロトプラストを用いる場合は、Tiプラスミドをもつアグロバクテリウムと共存培養する方法、スフェロプラスト化したアグロバクテリウムと融合する方法(スフェロプラスト法)、組織片を用いる場合は、リーフディスクにより対象植物の無菌培養葉片に感染させる方法(リーフディスク法)やカルス(未分化培養細胞)に感染させる等により行うことができる。 Methods for introducing a gene of interest, a specific promoter, or a recombinant vector into plants include the Agrobacterium method, the PEG-calcium phosphate method, the electroporation method, the liposome method, the particle gun method, the microinjection method, and the like. For example, when using the Agrobacterium method, there are cases where protoplasts and tissue pieces are used. When using protoplasts, co-culture with Agrobacterium containing Ti plasmids, fusing with spheroplasted Agrobacterium (spheroplast method), and when using tissue pieces, target plants by leaf discs. It can be carried out by a method of infecting sterile cultured leaf discs (leaf disc method) or by infecting callus (undifferentiated cultured cells).

あるいは、植物にランダム変異誘発を行って、トレハロース-6-リン酸合成酵素遺伝子のプロモーター配列に変異を導入してもよい。そのようなランダム変異誘発として、公知の変異誘発原(例えば、紫外線、放射線、重イオンビーム、化学変異原など)による処理が挙げられる。またあるいは、植物においてゲノム編集を行って、トレハロース-6-リン酸合成酵素遺伝子のプロモーター配列に変異を導入してもよい。好ましくは、配列番号1の883番に相当する塩基Gから他の少なくとも1つの塩基(例えば、A、T若しくはC、好ましくはA)への変異をプロモーター配列に導入することにより、又は配列番号1に示される配列の883~886番における塩基モチーフGCGGを破壊することにより、トレハロース-6-リン酸合成酵素遺伝子の発現を増強することも可能である。 Alternatively, plants may be subjected to random mutagenesis to introduce mutations into the promoter sequence of the trehalose-6-phosphate synthase gene. Such random mutagenesis includes treatment with known mutagens (eg, ultraviolet light, radiation, heavy ion beams, chemical mutagens, etc.). Alternatively, genome editing may be performed in plants to introduce mutations into the promoter sequence of the trehalose-6-phosphate synthase gene. Preferably, by introducing a mutation into the promoter sequence from base G corresponding to position 883 of SEQ ID NO: 1 to at least one other base (e.g., A, T or C, preferably A), or SEQ ID NO: 1 It is also possible to enhance the expression of the trehalose-6-phosphate synthase gene by destroying the nucleotide motif GCGG at positions 883-886 of the sequence shown in .

目的の遺伝子又は特定のプロモーターが植物に組み込まれたか否かあるいはプロモーターの特定の位置に変異が導入されたか若しくはGCGGモチーフが破壊されたか否かの確認は、PCR法、サザンハイブリダイゼーション法、ノーザンハイブリダイゼーション法等により行うことができる。例えば、形質転換植物からDNAを調製し、DNA特異的プライマーを設計してPCRを行う。PCRを行った後は、増幅産物についてアガロースゲル電気泳動、ポリアクリルアミドゲル電気泳動又はキャピラリー電気泳動等を行い、臭化エチジウム、SYBR Green液等により染色し、そして増幅産物を1本のバンドとして検出することにより、形質転換されたことを確認することができる。また、予め蛍光色素等により標識したプライマーを用いてPCRを行い、増幅産物を検出することもできる。さらに、マイクロプレート等の固相に増幅産物を結合させ、蛍光又は酵素反応等により増幅産物を確認する方法でもよい。 To confirm whether or not the target gene or specific promoter has been incorporated into the plant, whether or not a mutation has been introduced at a specific position of the promoter, or whether or not the GCGG motif has been disrupted, PCR, Southern hybridization, Northern high It can be carried out by a hybridization method or the like. For example, DNA is prepared from a transformed plant, DNA-specific primers are designed, and PCR is performed. After PCR, the amplified product is subjected to agarose gel electrophoresis, polyacrylamide gel electrophoresis, capillary electrophoresis, etc., stained with ethidium bromide, SYBR Green solution, etc., and the amplified product is detected as a single band. By doing so, it is possible to confirm the transformation. In addition, PCR can be performed using primers that have been labeled with a fluorescent dye or the like in advance, and amplification products can be detected. Furthermore, a method of binding the amplification product to a solid phase such as a microplate and confirming the amplification product by fluorescence, enzymatic reaction, or the like may also be used.

続いて、得られた植物が耐倒伏形質を有するか否かを確認する。すなわち、得られた植物の耐倒伏性を測定する。耐倒伏性の測定は、当技術分野で慣用的な方法により実施することができ、そのような方法として、例えば、押し倒し抵抗値(Kashiwagi and Ishimaru, Plant Physiol vol.134, pp.676-683, 2004年)などにより、耐倒伏性を測定することができる。 Subsequently, it is confirmed whether the obtained plants have lodging-resistant traits. That is, the lodging resistance of the resulting plants is measured. Measurement of lodging resistance can be carried out by a method commonly used in the art. 2004) can measure lodging resistance.

別の実施形態において、トレハロース-6-リン酸の増加は、トレハロース-6-リン酸のシグナル伝達前駆体の適用により行われる。トレハロース-6-リン酸のシグナル伝達前駆体として、植物を透過可能な合成小分子が、植物に容易に取り込まれて、T6Pの光活性化放出を誘導することが報告されている(Griffiths et al., Nature 540: 574-578, 2016)。例えば、6-O-ビス-(2-ニトロベンジルオキシホスホリル)-D-トレハロース、6-O-ビス-(4,5-ジメトキシ-2-ニトロベンジルオキシホスホリル)-D-トレハロース、6-O-ビス-[1-(2-ニトロフェニル)-エトキシホスホリル]-D-トレハロース、6-O-(4,5-ジメトキシ-2-ニトロベンジルオキシホスホリル)-D-トレハロースなどを使用して、植物においてトレハロース-6-リン酸を増加させることが可能である。 In another embodiment, increasing trehalose-6-phosphate is effected by application of a signaling precursor of trehalose-6-phosphate. As a signaling precursor of trehalose-6-phosphate, a plant-permeable synthetic small molecule has been reported to be readily taken up by plants to induce photoactivated release of T6P (Griffiths et al. ., Nature 540: 574-578, 2016). For example, 6-O-bis-(2-nitrobenzyloxyphosphoryl)-D-trehalose, 6-O-bis-(4,5-dimethoxy-2-nitrobenzyloxyphosphoryl)-D-trehalose, 6-O- in plants using bis-[1-(2-nitrophenyl)-ethoxyphosphoryl]-D-trehalose, 6-O-(4,5-dimethoxy-2-nitrobenzyloxyphosphoryl)-D-trehalose, etc. It is possible to increase trehalose-6-phosphate.

また別の実施形態において、トレハロース-6-リン酸の増加は、トレハロース-6-リン酸ホスファターゼの減少又は阻害により行われる。トレハロース-6-リン酸ホスファターゼ(TPP)もまた当技術分野で公知であり、様々な植物においてその遺伝子及びタンパク質が単離されている。例えば、イネ(アクセッション番号GenBank AP008208)等が公知である。トレハロース-6-リン酸ホスファターゼの減少又は阻害は、当技術分野で公知の方法、例えばアンチセンス法、RNAi技術、抗体などを使用して行うことができる。 In yet another embodiment, increasing trehalose-6-phosphate is by decreasing or inhibiting trehalose-6-phosphate phosphatase. Trehalose-6-phosphate phosphatase (TPP) is also known in the art and its gene and protein have been isolated in various plants. For example, rice (accession number GenBank AP008208) is known. Reduction or inhibition of trehalose-6-phosphate phosphatase can be achieved using methods known in the art, such as antisense methods, RNAi technology, antibodies, and the like.

上記のようにして得られる植物は、耐倒伏形質を獲得する。すなわち、植物においてトレハロース-6-リン酸を増加させることにより、植物に耐倒伏形質を付与することができる。したがって、本発明により、従来は倒伏しやすかった植物、例えば米品種のコシヒカリなどにおいて耐倒伏形質を付与することが可能となる。 The plants obtained as described above acquire lodging resistance traits. That is, by increasing trehalose-6-phosphate in a plant, lodging resistance can be imparted to the plant. Therefore, according to the present invention, lodging-resistant traits can be imparted to plants that have conventionally been prone to lodging, such as the rice cultivar Koshihikari.

2.雑草植物を除去する方法
上述したように、トレハロース-6-リン酸が増加した植物は、耐倒伏形質を有するため、倒伏していない植物(目的植物)から雑草植物を視覚的に区別することができ、雑草植物を簡便かつ迅速に除去することができる(例えば、実施例4)。植物は、栽培時に倒伏してしまうと混入した他品種や雑草植物の判別が難しくなるため(図5)、本発明は雑草植物の除去にも有用である。
2. Methods for Eliminating Weed Plants As mentioned above, plants with increased trehalose-6-phosphate have lodging resistance traits, making it possible to visually distinguish weed plants from non-lodging plants (target plants). Weed plants can be removed easily and quickly (eg, Example 4). If a plant lodges during cultivation, it becomes difficult to distinguish between other varieties and weed plants (Fig. 5), so the present invention is also useful for removing weed plants.

したがって、本発明は、一態様において、植物の少なくとも一部においてトレハロース-6-リン酸が増加した植物を栽培することを含む、植物の栽培において雑草植物を除去する方法に関する。植物の少なくとも一部においてトレハロース-6-リン酸が増加した植物は、本明細書の他の箇所に記載したように作製することができる。 Accordingly, in one aspect, the present invention relates to a method of removing weedy plants in plant cultivation comprising cultivating plants having increased trehalose-6-phosphate in at least a portion of the plant. Plants with increased trehalose-6-phosphate in at least part of the plant can be produced as described elsewhere herein.

雑草植物とは、栽培の目的とする植物(すなわち、本発明に従ってトレハロース-6-リン酸が増加した植物)以外の植物を指す。本発明では、栽培する植物が倒伏しにくいため、視覚的に雑草植物を区別して除去する。除去方法は、目的の植物の種類、除去しようとする植物の種類に応じて、当業者であれば適切な除去方法を採用することができる。 A weed plant refers to a plant other than the target plant for cultivation (ie, a plant with increased trehalose-6-phosphate according to the present invention). In the present invention, weedy plants are visually distinguished and removed because cultivated plants are less prone to lodging. A person skilled in the art can employ an appropriate removal method depending on the type of target plant and the type of plant to be removed.

3.上米比率の高いイネを栽培する方法
トレハロース-6-リン酸が増加したイネは、上米比率の高い種子を生じる(例えば、実施例4)。上米とは、玄米の選別に使用されるふるい(一般的には、篩目1.7mm~2.00mm)のうち、2.00mmの篩目のふるいで選別される米を指す。上米比率とは、篩目2.00mmのふるいに供した米のうち選別された米の割合(重量比%)を指し、上米比率が高いとは、上米比率が少なくとも25%、例えば少なくとも28%、好ましくは少なくとも30%、より好ましくは少なくとも40%又はそれ以上であることを意味する。
3. Method for Cultivating Rice with High Rice Ratio Rice with increased trehalose-6-phosphate yields seeds with a high ratio of good rice (eg, Example 4). Fine rice refers to rice that is sorted through a sieve with a sieve mesh of 2.00 mm among the sieves used for sorting brown rice (generally, the sieve mesh is 1.7 mm to 2.00 mm). The high-quality rice ratio refers to the ratio (% by weight) of rice that has been sorted out of the rice that has been subjected to a sieve with a sieve mesh of 2.00 mm. It means 28%, preferably at least 30%, more preferably at least 40% or more.

したがって、別の態様において、本発明は、イネの少なくとも一部においてトレハロース-6-リン酸が増加したイネを栽培することを含む、上米比率の高いイネを栽培する方法に関する。イネの少なくとも一部においてトレハロース-6-リン酸が増加したイネは、本明細書の他の箇所に記載したように作製することができる。 Therefore, in another aspect, the present invention relates to a method for cultivating rice with a high percentage of top rice, comprising cultivating rice with increased trehalose-6-phosphate in at least a portion of the rice. Rice with increased trehalose-6-phosphate in at least a portion of the rice can be produced as described elsewhere herein.

4.トレハロース-6-リン酸合成酵素遺伝子のプロモーターに変異を有する植物
一態様において、本発明は、トレハロース-6-リン酸合成酵素遺伝子のプロモーター配列が、配列番号2に示される配列を有するプロモーター配列、又は配列番号2に示される配列に対して少なくとも90%、少なくとも95%、少なくとも98%若しくは少なくとも99%の配列同一性を有しかつプロモーター活性を有するプロモーター配列を含むことを特徴とする植物又はその植物部分に関する。また本発明は、配列番号1(コシヒカリ又は日本晴品種のプロモーター配列)の48番に相当する塩基Tから他の塩基(例えば、A、C若しくはG、好ましくはC)への変異、68番と69番に相当する塩基T(例えば、1、2若しくは3個、好ましくは2個のTT)の欠失、86番に相当する塩基Gから他の塩基(例えば、A、T若しくはC、好ましくはA)への変異、210番に相当する塩基Cから他の塩基(例えば、G、T若しくはA、好ましくはA)への変異、305番に相当する塩基Tから他の塩基(例えば、G、A若しくはC、好ましくはA)への変異、517番に相当する塩基Aから他の塩基(例えば、G、T若しくはC、好ましくはG)への変異、696番に相当する塩基Cから他の塩基(例えば、G、T若しくはA、好ましくはA)への変異、825番に相当する塩基Gから他の塩基(例えば、A、T若しくはC、好ましくはA)への変異、883番に相当する塩基Gから他の塩基(例えば、A、T若しくはC、好ましくはA)への変異、及び1113番と1115番に相当する塩基(例えば塩基GAG)の欠失からなる群より選択される少なくとも1つを有するプロモーター配列を含む植物又はその植物部分に関する。好ましい実施形態では、植物又はその植物部分は、配列番号1の883番に相当する塩基Gから他の塩基(例えば、A、T若しくはC、好ましくはA)への変異を少なくとも有するプロモーター配列、又は配列番号1に示される配列の883~886番における塩基モチーフGCGGが破壊されたプロモーター配列を含む。
4. A plant having a mutation in the trehalose-6-phosphate synthase gene promoter In one aspect, the present invention provides a promoter sequence in which the promoter sequence of the trehalose-6-phosphate synthase gene has the sequence shown in SEQ ID NO: 2, Or a plant comprising a promoter sequence having at least 90%, at least 95%, at least 98% or at least 99% sequence identity with the sequence shown in SEQ ID NO: 2 and having promoter activity or Concerning plant parts. The present invention also provides mutations from base T corresponding to position 48 of SEQ ID NO: 1 (promoter sequence of Koshihikari or Nipponbare variety) to other bases (e.g., A, C or G, preferably C), positions 68 and 69. deletion of base T (e.g. 1, 2 or 3, preferably 2 TT) corresponding to number 86, base G corresponding to number 86 to another base (e.g. A, T or C, preferably A ), a mutation from base C corresponding to number 210 to another base (e.g., G, T or A, preferably A), a base T corresponding to number 305 to another base (e.g., G, A or C, preferably A), mutation from base A corresponding to position 517 to another base (e.g., G, T or C, preferably G), mutation from base C corresponding to position 696 to another base (e.g., G, T or A, preferably A), mutation of base G corresponding to number 825 to another base (e.g., A, T or C, preferably A), corresponding to number 883 At least one selected from the group consisting of mutation of base G to another base (e.g., A, T or C, preferably A), and deletion of bases corresponding to positions 1113 and 1115 (e.g., base GAG) plant or plant part thereof comprising a promoter sequence with In a preferred embodiment, the plant or plant part thereof has at least a mutation of base G corresponding to position 883 of SEQ ID NO: 1 to another base (e.g. A, T or C, preferably A), or It contains a promoter sequence in which the nucleotide motif GCGG at positions 883-886 of the sequence shown in SEQ ID NO: 1 is disrupted.

上述のように、トレハロース-6-リン酸合成酵素遺伝子のプロモーター配列に変異を有する植物又はその植物部分は、トレハロース-6-リン酸量が増加することから、植物個体となったときに耐倒伏性を有するものである。ここで、植物は、耐倒伏形質の獲得が望まれる植物であれば特に限定されるものではなく、上述した植物が挙げられる。また、植物部分は、植物の部分であれば特に限定されるものではなく、苗、植物器官(例えば葉、根、種子等)、植物培養細胞などが挙げられる。 As described above, a plant having a mutation in the promoter sequence of the trehalose-6-phosphate synthase gene or a plant part thereof has an increased amount of trehalose-6-phosphate. It has a nature. Here, the plant is not particularly limited as long as acquisition of the lodging-resistant trait is desired, and examples thereof include the plants described above. Plant parts are not particularly limited as long as they are plant parts, and include seedlings, plant organs (eg, leaves, roots, seeds, etc.), plant cultured cells, and the like.

トレハロース-6-リン酸合成酵素遺伝子のプロモーター配列に変異を有する植物又はその植物部分は、上述したように作出することができる。 Plants or plant parts thereof having mutations in the promoter sequence of the trehalose-6-phosphate synthase gene can be produced as described above.

5.耐倒伏性の植物の判定又は選抜
上述したトレハロース-6-リン酸合成酵素遺伝子のプロモーター配列に変異を有する植物は、トレハロース-6-リン酸量が増加していると考えられることから、この変異を検出することにより、耐倒伏性の植物を判定又は選抜することができる。
5. Determination or Selection of Lodging-Resistant Plants Plants having a mutation in the promoter sequence of the trehalose-6-phosphate synthase gene described above are considered to have an increased amount of trehalose-6-phosphate. Lodging-resistant plants can be determined or selected by detecting the

本発明において判定又は選抜の対象となる植物は、特に限定されるものではなく、種々の単子葉植物、双子葉植物、樹木等の植物全般に適用することができる。例えば、単子葉植物としては、イネ科植物(イネ、コムギ、オオムギ、オートムギ、トウモロコシ、ソルガム、ライムギ、ハトムギ、サトウキビ等)、カトレア属植物等が含まれるラン科植物、イグサ科植物等を例示することができる。 Plants to be judged or selected in the present invention are not particularly limited, and can be applied to all plants such as various monocotyledonous plants, dicotyledonous plants, and trees. For example, monocotyledonous plants include gramineous plants (rice, wheat, barley, oats, corn, sorghum, rye, pearl barley, sugarcane, etc.), orchidaceous plants including Cattleya plants, rushaceous plants, and the like. be able to.

また、双子葉植物としては、例えばサツマイモ属植物(グンバイヒルガオ、サツマイモ)が含まれるヒルガオ科植物;ナデシコ属植物(カーネーション等)が含まれるナデシコ科植物;コショウ科植物、ヤマモモ科植物、アブラナ科植物(シロイヌナズナ、キャベツ、ダイコン、ワサビ、ヤマガラシ、ブロッコリー等)、マメ科植物(ダイズ等)、アマ科植物、ハマビシ科植物、セリ科植物、ナス科植物(トマト、タバコ等)、キク科植物(シュンギク、レタス、ゴボウ、フキ等)などを例示できる。また、本発明の対象となる植物は、上記例示した植物の野生型のみならず、変異体や形質転換体、遺伝子組換え植物やゲノム編集植物であってもよい。 In addition, dicotyledonous plants include, for example, Convolvulaceae plants including Ipomoea spp. (Arabidopsis thaliana, cabbage, radish, wasabi, bay mustard, broccoli, etc.), leguminous plants (soybeans, etc.), flaxaceous plants, terrestris plants, umbelliferous plants, solanaceous plants (tomatoes, tobacco, etc.), Asteraceous plants (Shungiku) , lettuce, burdock, Japanese butterbur, etc.). Plants to be the subject of the present invention may be not only wild-type plants exemplified above, but also mutants, transformants, transgenic plants, and genome-edited plants.

一態様において、本発明は、耐倒伏性の植物を判定又は選抜する方法であって、対象の植物におけるトレハロース-6-リン酸合成酵素遺伝子のプロモーター配列が、配列番号2に示される配列を有するプロモーター配列、又は配列番号2に示される配列に対して少なくとも90%の配列同一性を有しかつプロモーター活性を有するプロモーター配列を含むか否かを検出するステップを含む、方法に関する。また本発明は、耐倒伏性の植物を判定又は選抜する方法であって、対象の植物におけるトレハロース-6-リン酸合成酵素遺伝子のプロモーター配列が、配列番号1(コシヒカリ又は日本晴品種のプロモーター配列)の48番に相当する塩基Tから他の塩基(例えば、A、C若しくはG、好ましくはC)への変異、68番と69番に相当する塩基T(例えば、1、2若しくは3個、好ましくは2個のTT)の欠失、86番に相当する塩基Gから他の塩基(例えば、A、T若しくはC、好ましくはA)への変異、210番に相当する塩基Cから他の塩基(例えば、G、T若しくはA、好ましくはA)への変異、305番に相当する塩基Tから他の塩基(例えば、G、A若しくはC、好ましくはA)への変異、517番に相当する塩基Aから他の塩基(例えば、G、T若しくはC、好ましくはG)への変異、696番に相当する塩基Cから他の塩基(例えば、G、T若しくはA、好ましくはA)への変異、825番に相当する塩基Gから他の塩基(例えば、A、T若しくはC、好ましくはA)への変異、883番に相当する塩基Gから他の塩基(例えば、A、T若しくはC、好ましくはA)への変異、及び1113番と1115番に相当する塩基(例えば塩基GAG)の欠失からなる群より選択される少なくとも1つを有するプロモーター配列を含むか否かを検出するステップを含む、方法に関する。好ましい実施形態では、対象の植物におけるトレハロース-6-リン酸合成酵素遺伝子のプロモーター配列が、配列番号1の883番に相当する塩基Gから他の塩基(例えば、A、T若しくはC、好ましくはA)への変異を少なくとも有するプロモーター配列、又は配列番号1に示される配列の883~886番における塩基モチーフGCGGが破壊されたプロモーター配列を含むか否かを検出する。 In one aspect, the present invention is a method for determining or selecting a lodging-resistant plant, wherein the promoter sequence of the trehalose-6-phosphate synthase gene in the target plant has the sequence shown in SEQ ID NO: 2. detecting whether it comprises a promoter sequence or a promoter sequence having at least 90% sequence identity to the sequence shown in SEQ ID NO:2 and having promoter activity. The present invention also provides a method for determining or selecting a lodging-resistant plant, wherein the promoter sequence of the trehalose-6-phosphate synthase gene in the target plant is SEQ ID NO: 1 (promoter sequence of Koshihikari or Nipponbare cultivar) Mutation from base T corresponding to position 48 to another base (e.g., A, C or G, preferably C), base T corresponding to positions 68 and 69 (e.g., 1, 2 or 3, preferably is two TT) deletion, mutation of base G corresponding to position 86 to another base (e.g., A, T or C, preferably A), base C corresponding to position 210 to another base ( For example, mutation to G, T or A, preferably A), mutation from base T corresponding to position 305 to another base (e.g., G, A or C, preferably A), base corresponding to position 517 Mutation from A to another base (e.g., G, T or C, preferably G), mutation from base C corresponding to number 696 to another base (e.g., G, T or A, preferably A), Mutation from base G corresponding to number 825 to another base (e.g., A, T or C, preferably A), mutation from base G corresponding to number 883 to another base (e.g., A, T or C, preferably A), and a promoter sequence having at least one selected from the group consisting of deletions of bases corresponding to positions 1113 and 1115 (e.g. base GAG). Regarding the method. In a preferred embodiment, the promoter sequence of the trehalose-6-phosphate synthase gene in the target plant extends from base G corresponding to position 883 of SEQ ID NO: 1 to another base (e.g., A, T or C, preferably A ) or a promoter sequence in which the nucleotide motif GCGG at positions 883-886 of the sequence shown in SEQ ID NO: 1 is disrupted.

一実施形態では、判定又は選抜しようとする植物からゲノムDNAを調製する。ゲノムDNAの調製は、公知の方法、例えばフェノール/クロロホルム法などにより調製することができる。また、必要であれば、陽性対照及び/又は陰性対照の植物からゲノムDNAを調製してもよい。DNAを調製する供与源もまた特に限定されるものではなく、植物体のいずれの組織からも抽出できるが、例えば、穂、葉、根、種子、イネの場合には精米、玄米等からも抽出することができる。 In one embodiment, genomic DNA is prepared from the plant to be determined or selected. Genomic DNA can be prepared by a known method such as the phenol/chloroform method. Genomic DNA may also be prepared from positive and/or negative control plants, if desired. The source from which DNA is prepared is not particularly limited, and can be extracted from any plant tissue. can do.

ゲノムDNAにおける変異の検出は、当技術分野で公知の任意の方法により行うことができ、限定するものではないが、増幅反応、例えばポリメラーゼ連鎖反応(PCR)を利用した方法、ハイブリダイゼーション法、直接配列決定法、制限酵素断片長多型(RFLP)を利用する方法などが挙げられる。これらの方法はいずれも当業者に周知である。以下に代表的な方法の概要を説明する。 Detection of mutations in genomic DNA can be performed by any method known in the art, including, but not limited to, amplification reactions, such as polymerase chain reaction (PCR)-based methods, hybridization methods, direct A sequencing method, a method using restriction fragment length polymorphism (RFLP), and the like can be mentioned. All of these methods are well known to those skilled in the art. An outline of a typical method is described below.

(1)増幅反応を利用した方法(PCR法)
本発明においては、例えばポリメラーゼ連鎖反応(PCR)を利用して目的の変異を簡便かつ高精度に検出することができる。
(1) Method using amplification reaction (PCR method)
In the present invention, for example, the polymerase chain reaction (PCR) can be used to detect the mutation of interest easily and with high accuracy.

最初に、コシヒカリ若しくは日本晴品種を基準に変異のないトレハロース-6-リン酸合成酵素のプロモーターの塩基配列(例えば、配列番号1)と、変異型プロモーターの塩基配列(例えば、配列番号2)との比較から、両者を区別して増幅することができるプライマー、又は変異部分を含むように増幅することができるプライマーを設計する。具体的には、プロモーター配列の変異(特に、配列番号1の883番に相当する塩基Gから他の塩基への変異又は配列番号1に示される配列の883~886番における塩基モチーフGCGGの破壊)を含む領域が増幅されるようにプライマーセットを設計する。プライマーセットは、トレハロース-6-リン酸合成酵素及び変異型プロモーターのゲノム配列(配列番号2)を基準に、又はコシヒカリ若しくは日本晴品種を基準に変異のないトレハロース-6-リン酸合成酵素及びプロモーターのゲノム配列(配列番号1)を基準に設計することができる。配列番号1及び2は、トレハロース-6-リン酸合成酵素遺伝子のプロモーターを含む周辺領域のゲノム配列を示している。 First, based on Koshihikari or Nipponbare cultivars, the nucleotide sequence of the trehalose-6-phosphate synthase promoter without mutation (eg, SEQ ID NO: 1) and the nucleotide sequence of the mutant promoter (eg, SEQ ID NO: 2). From the comparison, primers are designed that can distinguish between the two and amplify, or primers that can amplify so as to contain the mutated portion. Specifically, mutation of the promoter sequence (in particular, mutation of base G corresponding to position 883 of SEQ ID NO: 1 to another base or disruption of the base motif GCGG at positions 883-886 of the sequence shown in SEQ ID NO: 1). A primer set is designed so that the region containing is amplified. The primer set is based on the genomic sequence (SEQ ID NO: 2) of the trehalose-6-phosphate synthase and the mutant promoter, or based on the Koshihikari or Nipponbare cultivar, the trehalose-6-phosphate synthase and the promoter without mutation. It can be designed based on the genome sequence (SEQ ID NO: 1). SEQ ID NOS: 1 and 2 show the genomic sequence of the surrounding region containing the promoter of the trehalose-6-phosphate synthase gene.

プライマーの設計手法は当技術分野で周知であり、本発明において使用可能なプライマーは、特異的なアニーリングが可能な条件を満たす、例えば特異的なアニーリングが可能な長さ及び塩基組成(融解温度)を有するように設計される。例えば、プライマーとしての機能を有する長さとしては、10塩基以上が好ましく、さらに好ましくは15~50塩基であり、さらに好ましくは15~30塩基である。また設計の際には、プライマーのGC含量とプライマーの融解温度(Tm)を確認することが好ましい。Tmとは、任意の核酸鎖の50%がその相補鎖とハイブリッドを形成する温度を意味し、鋳型となるDNAとプライマーとが二本鎖を形成してアニーリングするためには、アニーリングの温度を最適化する必要がある。一方、この温度を下げすぎると非特異的な反応が起こるため、温度は可能な限り高いことが望ましい。Tmの確認には、公知のプライマー設計用ソフトウエアを利用することができる。設計されたプライマーは、公知のオリゴヌクレオチド合成手法により化学合成することができるが、通常は、市販の化学合成装置を使用して合成される。 Techniques for designing primers are well known in the art, and primers that can be used in the present invention satisfy conditions that allow specific annealing, such as length and base composition (melting temperature) that allow specific annealing designed to have For example, the length that functions as a primer is preferably 10 bases or more, more preferably 15 to 50 bases, and still more preferably 15 to 30 bases. In designing, it is preferable to confirm the GC content of the primer and the melting temperature (Tm) of the primer. Tm means the temperature at which 50% of any given nucleic acid strand forms a hybrid with its complementary strand. Need to optimize. On the other hand, if the temperature is too low, non-specific reactions will occur, so the temperature should be as high as possible. Known primer design software can be used to confirm the Tm. The designed primer can be chemically synthesized by a known oligonucleotide synthesis technique, but is usually synthesized using a commercially available chemical synthesizer.

具体的な実施形態において、本発明において使用可能なプライマーセットとしては、限定するものではないが、例えば、CTGGGCAGAAGCTACTTTACTC(配列番号3)の塩基配列を有するプライマー及びCAGCGCCTCGAAGTTCCC(配列番号4)の塩基配列を有するプライマーを含むプライマーセットが挙げられる。これらプライマーセットは、目的の変異を含む領域を増幅できるものである。 In a specific embodiment, the primer set that can be used in the present invention is not limited, but for example, a primer having a nucleotide sequence of CTGGGCAGAAGCTACTTTACTC (SEQ ID NO: 3) and a nucleotide sequence of CAGCGCCTCGAAGTTCCC (SEQ ID NO: 4) and primer sets containing primers with These primer sets are capable of amplifying the region containing the mutation of interest.

このように設計されたプライマーセットを用いた場合、変異を含むDNAを鋳型として得られる増幅産物と、それ以外のDNAを鋳型として得られる増幅産物とは塩基配列が異なる。従って、プライマーセットを用いた増幅反応により得られる増幅産物の配列の相違から、対象の植物がトレハロース-6-リン酸合成酵素遺伝子のプロモーター配列に耐倒伏性に関与する変異を有するか否かを判別することができる。 When a primer set designed in this way is used, the base sequences of the amplification product obtained using a DNA containing a mutation as a template and the amplification product obtained using other DNA as a template are different. Therefore, from the difference in the sequence of the amplification product obtained by the amplification reaction using the primer set, it is possible to determine whether or not the target plant has a mutation related to lodging resistance in the promoter sequence of the trehalose-6-phosphate synthase gene. can be discriminated.

増幅反応は、特に限定されないが、ポリメラーゼ連鎖反応(PCR)法の原理を利用した公知の方法を挙げることができる。増幅は、増幅産物が検出可能なレベルになるまで行う。PCRの最適条件は、当業者であれば容易に決定することができる。 Although the amplification reaction is not particularly limited, a known method using the principle of the polymerase chain reaction (PCR) method can be mentioned. Amplification is performed until the amplification product reaches detectable levels. Optimal PCR conditions can be readily determined by those skilled in the art.

上述のようにして、対象の植物に由来するゲノムDNAを鋳型として、目的の変異部分を含む核酸断片を特異的に増幅することができる。 As described above, a nucleic acid fragment containing a desired mutated portion can be specifically amplified using a genomic DNA derived from a target plant as a template.

上記増幅反応後に特異的な増幅反応が起こったか否かを検出するには、増幅反応により得られる増幅産物を特異的に認識することができる公知の手段を用いることができる。例えば、アガロースゲル電気泳動法等を利用して、特定のサイズの増幅断片が増幅されているか否かを確認することにより、特異的な増幅反応を検出することができる。増幅産物のサイズは設計したプライマー間の塩基配列に基づいて推測することが可能である。あるいは、得られた増幅断片の塩基配列を決定することにより、目的の変異を含む配列が増幅されているかどうかを判定することができる。 In order to detect whether or not a specific amplification reaction has occurred after the amplification reaction described above, known means capable of specifically recognizing an amplification product obtained by the amplification reaction can be used. For example, a specific amplification reaction can be detected by confirming whether or not an amplified fragment of a specific size is amplified using agarose gel electrophoresis or the like. The size of the amplified product can be estimated based on the nucleotide sequence between the designed primers. Alternatively, by determining the nucleotide sequence of the resulting amplified fragment, it can be determined whether or not the sequence containing the desired mutation is amplified.

あるいは、プライマー又は基質に標識した標識に基づいて核酸断片の増幅の有無を検出する。例えば、増幅反応の過程で取り込まれるdNTPに、放射性同位体、蛍光物質、発光物質などの標識体を作用させ、この標識体を検出することができる。放射性同位体としては、32P、125I、35Sなどを用いることができる。また蛍光物質としては、例えば、フルオレセン(FITC)、スルホローダミン(TR)、テトラメチルローダミン(TRITC)などを用いることができる。また発光物質としてはルシフェリンなどを用いることができる。これら標識体の種類や標識体の導入方法等に関しては、特に制限されることはなく、従来公知の各種手段を用いることができる。例えば標識体の導入方法としては、放射性同位体を用いるランダムプライム法が挙げられる。 Alternatively, the presence or absence of amplification of the nucleic acid fragment is detected based on the label attached to the primer or substrate. For example, dNTPs incorporated during the amplification reaction can be reacted with a label such as a radioactive isotope, a fluorescent substance, or a luminescent substance, and the label can be detected. 32 P, 125 I, 35 S and the like can be used as radioactive isotopes. As fluorescent substances, for example, fluorescein (FITC), sulforhodamine (TR), tetramethylrhodamine (TRITC), etc. can be used. In addition, luciferin or the like can be used as the light-emitting substance. There are no particular restrictions on the types of these labels, the method of introducing the labels, and the like, and conventionally known various means can be used. For example, a method for introducing a label includes a random prime method using a radioactive isotope.

標識したdNTPを取り込んだ増幅産物を観察する方法としては、上述した標識体を検出するための当技術分野で公知の方法であればいずれの方法でもよい。例えば、標識体として放射性同位体を用いた場合には、放射活性を、例えば液体シンチレーションカウンター、γ-カウンターなどにより計測することができる。また標識体として蛍光を用いた場合には、その蛍光を蛍光顕微鏡、蛍光プレートリーダーなどを用いて検出することができる。 Any method known in the art for detecting the above-described label may be used for observing the amplified product incorporating the labeled dNTP. For example, when a radioactive isotope is used as the label, the radioactivity can be measured using a liquid scintillation counter, a γ-counter, or the like. Moreover, when fluorescence is used as the label, the fluorescence can be detected using a fluorescence microscope, a fluorescence plate reader, or the like.

これにより、対象の植物がトレハロース-6-リン酸合成酵素遺伝子のプロモーター配列における変異(特に、配列番号1の883番に相当する塩基Gから他の塩基への変異、又は配列番号1に示される配列の883~886番における塩基モチーフGCGGの破壊)を有するか否か、すなわち耐倒伏性を有する植物であるか否かを判定し選別することができる。 As a result, the target plant has a mutation in the promoter sequence of the trehalose-6-phosphate synthase gene (in particular, a mutation from base G corresponding to position 883 in SEQ ID NO: 1 to another base, or a mutation shown in SEQ ID NO: 1). Destruction of nucleotide motif GCGG at positions 883-886 of the sequence), that is, plants having lodging resistance can be determined and selected.

(2)ハイブリダイゼーション法
目的の変異は、ハイブリダイゼーション法を利用して検出することもできる。ハイブリダイゼーション法は、対象の植物由来のゲノムDNAが、それに対し相補的なDNA分子(例えばオリゴヌクレオチドプローブ)とハイブリダイズする能力に基づいて、変異を有するか否かを決定する方法である。ハイブリダイゼーション及び検出のための種々の技術を利用してこのハイブリダイゼーション法を行うことができる。
(2) Hybridization method The mutation of interest can also be detected using a hybridization method. Hybridization methods are methods of determining whether genomic DNA from a plant of interest has a mutation based on its ability to hybridize to a DNA molecule complementary thereto (eg, an oligonucleotide probe). A variety of techniques for hybridization and detection can be used to perform this hybridization method.

最初に、コシヒカリ若しくは日本晴品種を基準に変異のないトレハロース-6-リン酸合成酵素のプロモーターの塩基配列と、変異型プロモーターの塩基配列との比較から、両者を区別してハイブリダイズすることができるプローブを設計する。例えば、目的の変異部分をまたぐようにプローブを設計することができる。例えば、プローブを、変異のないプロモーター配列に対してハイブリダイズすることができるが、変異を含むプロモーター配列にはハイブリダイズすることができないように設計する。このようなプローブを用いたハイブリダイゼーションの有無により、対象の植物のゲノムDNAが目的の変異を含むかどうかを検出することができる。 First, based on Koshihikari or Nipponbare cultivars, the base sequence of the trehalose-6-phosphate synthase promoter without mutation is compared with the base sequence of the mutant promoter, and a probe capable of distinguishing between the two is hybridized. to design. For example, probes can be designed to span the mutation of interest. For example, probes are designed so that they can hybridize to promoter sequences that are unmutated, but cannot hybridize to promoter sequences that contain mutations. Whether or not the genomic DNA of the target plant contains the target mutation can be detected based on the presence or absence of hybridization using such probes.

プローブの設計手法は当技術分野で周知であり、本発明において使用可能なプローブは、特異的なハイブリダイゼーションが可能な条件を満たす、例えば特異的なハイブリダイゼーションが可能な長さ及び塩基組成(融解温度)を有するように設計される。プローブの長さは、10塩基以上が好ましく、さらに好ましくは20~50塩基であり、さらに好ましくは20~30塩基である。 Techniques for designing probes are well known in the art, and probes that can be used in the present invention satisfy conditions that allow specific hybridization, such as length and base composition (melting) that allow specific hybridization. temperature). The length of the probe is preferably 10 bases or more, more preferably 20-50 bases, still more preferably 20-30 bases.

本方法においては、プローブを用いて対象の植物由来のゲノムDNAに対するハイブリダイゼーション反応を行い、その特異的結合(ハイブリッド)を検出することにより、目的の変異の存在を検出する。ハイブリダイゼーション反応は、ストリンジェントな条件下で行う必要がある。そのようなストリンジェントな条件は当技術分野で周知であり、特に限定されない。 In this method, the presence of the target mutation is detected by performing a hybridization reaction with the target plant-derived genomic DNA using a probe and detecting the specific binding (hybrid). Hybridization reactions should be performed under stringent conditions. Such stringent conditions are well known in the art and are not particularly limited.

本方法においてハイブリダイゼーションを行う場合には、プローブに蛍光標識(フルオレセイン、ローダミンなど)、放射性標識(32Pなど)、酵素標識(アルカリフォスファターゼ、西洋ワサビパーオキシダーゼ等)、ビオチン標識等の適当な標識を付加することができる。 When hybridization is carried out in this method, the probe may be labeled with an appropriate label such as fluorescent label (fluorescein, rhodamine, etc.), radioactive label ( 32 P, etc.), enzyme label (alkaline phosphatase, horseradish peroxidase, etc.), biotin label, or the like. can be added.

標識化プローブを用いた検出は、対象の植物由来のゲノムDNAとプローブとをハイブリダイズ可能なように接触させることを含む。具体的には、例えば対象の植物由来のゲノムDNAを、必要であれば適宜制限酵素で消化して、スライドグラス、メンブラン、マイクロタイタープレート等の適当な担体に固定し、標識したプローブを添加することにより、プローブとゲノムDNAとを接触させてハイブリダイゼーション反応を行い、ハイブリダイズしなかったプローブを除去した後、ゲノムDNAとハイブリダイズしているプローブの標識を検出する。標識が検出された場合には、対象の植物が目的の変異を有していることになる。 Detection using a labeled probe involves contacting the genomic DNA from the plant of interest with the probe so that it can hybridize. Specifically, for example, genomic DNA derived from a plant of interest is digested with appropriate restriction enzymes if necessary, immobilized on a suitable carrier such as a slide glass, membrane, microtiter plate, etc., and labeled probes are added. Thus, the probe and genomic DNA are brought into contact with each other to carry out a hybridization reaction, and after removing the unhybridized probe, the label of the probe hybridized with the genomic DNA is detected. If the label is detected, the plant of interest has the mutation of interest.

あるいは、ハイブリダイゼーションはDNAチップを利用して検出することもできる。この方法においては、プローブを固相支持体に貼り付ける。対象の植物由来のゲノムDNAをDNAチップと接触させ、ハイブリダイゼーションを検出する Alternatively, hybridization can be detected using DNA chips. In this method, probes are attached to a solid support. Genomic DNA derived from the target plant is brought into contact with a DNA chip to detect hybridization

(3)直接配列決定法
トレハロース-6-リン酸合成酵素遺伝子のプロモーター配列における変異は、ゲノムDNAを用いて直接配列決定法により検出することができる。直接配列決定法においては、最初に、対象の植物からゲノムDNAを調製し、検出対象となる変異を含む領域をベクターにクローニングし、宿主細胞(例えば細菌)において増幅させる。あるいは、検出対象の変異を含む領域内のDNAをPCRにより増幅することも可能である。増幅後、検出対象領域内のDNAを配列決定する。配列決定法としては、限定されるものではないが、手動式配列決定法又は自動配列決定法が挙げられる。自動配列決定法としては、ダイターミネーターを使用する方法、次世代シークエンシング(NGS)などが挙げられる。配列決定の結果に基づいて、対象の植物が目的の変異を有するか否かを判定する。
(3) Direct sequencing method Mutations in the promoter sequence of the trehalose-6-phosphate synthase gene can be detected by direct sequencing method using genomic DNA. In direct sequencing methods, genomic DNA is first prepared from the plant of interest and the region containing the mutation to be detected is cloned into a vector and amplified in a host cell (eg, bacteria). Alternatively, PCR can be used to amplify the DNA within the region containing the mutation to be detected. After amplification, the DNA within the region of interest is sequenced. Sequencing methods include, but are not limited to, manual sequencing methods or automated sequencing methods. Automatic sequencing methods include methods using dye terminators, next-generation sequencing (NGS), and the like. Based on the sequencing results, it is determined whether the plant of interest has the mutation of interest.

以上の方法により、対象の植物が、トレハロース-6-リン酸合成酵素遺伝子のプロモーター配列に変異を有するか否かを検出し、その結果から、対象の植物が耐倒伏形質を有するか否かを判定し、選別することが可能となる。本発明の方法は、遺伝的手法を利用するため、簡便かつ高精度に耐倒伏性の植物を判定し選別することができる。 By the above method, it is detected whether or not the target plant has a mutation in the promoter sequence of the trehalose-6-phosphate synthase gene, and based on the result, whether or not the target plant has the lodging-resistant trait. It is possible to judge and select. Since the method of the present invention utilizes a genetic technique, lodging-resistant plants can be determined and selected simply and with high accuracy.

6.キット
上述した耐倒伏性の植物を判定又は選抜する方法は、キットを用いることによりさらに簡便に実施することができる。本キットは、上述したようなトレハロース-6-リン酸合成酵素遺伝子のプロモーター領域における変異を検出することができる手段、具体的にはプライマー又はプローブを少なくとも含むものである。
6. Kit The above-described method for determining or selecting lodging-resistant plants can be carried out more simply by using a kit. This kit contains at least means capable of detecting mutations in the promoter region of the trehalose-6-phosphate synthase gene as described above, specifically primers or probes.

一実施形態において、本発明は、配列番号3に示される塩基配列を有するプライマー及び配列番号4に示される塩基配列を有するプライマーを含むプライマーセットを含むことを特徴とする耐倒伏性の植物の判定又は選別用キットに関する。 In one embodiment, the present invention includes a primer set comprising a primer having a nucleotide sequence shown in SEQ ID NO: 3 and a primer having a nucleotide sequence shown in SEQ ID NO: 4. Determination of lodging-resistant plants Or it relates to a selection kit.

またキットは、プライマーを含む場合には、さらに、反応液を構成するバッファー、dNTP混合物、酵素類(逆転写酵素、RNaseHなど)、校正用の標準試料などを含んでもよい。また、プローブを含む場合には、さらに、ハイブリダイゼーションバッファー、洗浄バッファー、マイクロプレート、ナイロンメンブレンなどを含んでもよい。 In addition, when the kit contains primers, it may further contain buffers constituting reaction solutions, dNTP mixtures, enzymes (reverse transcriptase, RNaseH, etc.), standard samples for calibration, and the like. When probes are included, they may further include hybridization buffers, washing buffers, microplates, nylon membranes, and the like.

以下、実施例に基づいて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限定されるものではない。 EXAMPLES The present invention will be described in more detail below based on examples, but the present invention is not limited to these examples.

[実施例1]
植物の支持力を高める原因遺伝子OsTPS6の単離
既報(Kashiwagi and Ishimaru, Plant Physiol vol.134, pp.676-683, 2004年)において、植物の支持力を高めるQTL(prl5)が特定された。また、地極から40cmより上の植物体を除去し、下部の押し倒し抵抗値による表現型(植物体下部の支持力)の評価方法が報告されている。本実施例では、遺伝子型と表現型により、植物の支持力に関与する原因遺伝子の単離を試みた。
[Example 1]
Isolation of OsTPS6, a causal gene that enhances plant bearing capacity In a previous report (Kashiwagi and Ishimaru, Plant Physiol vol.134, pp.676-683, 2004), a QTL (prl5) that enhances plant bearing capacity was identified. A method of evaluating the phenotype (bearing capacity of the lower part of the plant body) by removing the plant body above 40 cm from the earth pole and measuring the pushing down resistance value of the lower part has also been reported. In this example, an attempt was made to isolate causative genes involved in plant bearing capacity by genotype and phenotype.

日本型稲品種コシヒカリの染色体の一部分をインド型稲品種カサラス(Kasalath)に置き換えた染色体断片置換系統群(CSSL)を使用して、特定したQTLの領域(pr15)についてさらに解析した。具体的には、CSSLにコシヒカリを交配し、BC1F1を作出した。 The identified QTL region (pr15) was further analyzed using a chromosome fragment replacement phylogeny (CSSL) in which part of the chromosome of the Japanese rice cultivar Koshihikari was replaced with the Indian rice cultivar Kasalath. Specifically, CSSL was crossed with Koshihikari to produce BC1F1 .

続いて、原因遺伝子が存在すると考えられる領域の両端にDNAマーカーを設定し、BC1F1の自殖後代BC1F2の2,000個体の中から領域内で組換えが生じた個体を選抜した。具体的には、栽培したイネの止葉下第一葉を午前10:30にサンプリングし液体窒素で冷却し-80℃フリーザで保管した後、葉100mgを乳鉢において液体窒素を用いて粉砕し、キアゲン社DNeasy Plant Mini KitでDNAを抽出した。続いて、表1に示すプライマーを使用して、ポジショナルクローニングを行った。PCR条件は、SSR1896については、TAKARA EX TAQ(タカラバイオ社)を使用して、95℃1分、60℃1分、72℃1分で30サイクル行い、PRL1441については、TAKARA EX TAQ(タカラバイオ社)を使用して、95℃1分、68℃1分、72℃1分で30サイクル行った。 Next, DNA markers were set at both ends of the region where the causative gene was thought to exist, and individuals in which recombination occurred within the region were selected from 2,000 BC 1 F 2 individuals of the self-breeding progeny of BC 1 F 1 . . Specifically, at 10:30 a.m., the first leaf under the flag leaf of cultivated rice was sampled, cooled with liquid nitrogen, stored in a -80°C freezer, and then 100 mg of the leaves were pulverized in a mortar using liquid nitrogen. DNA was extracted with Qiagen DNeasy Plant Mini Kit. Positional cloning was then performed using the primers shown in Table 1. For SSR1896, TAKARA EX TAQ (Takara Bio Inc.) was used for 30 cycles of 95°C for 1 minute, 60°C for 1 minute, and 72°C for 1 minute. 30 cycles were performed at 95°C for 1 minute, 68°C for 1 minute, and 72°C for 1 minute.

Figure 2023088612000001
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次に、領域内で組換えを生じた6系統のBC1F2を自殖させ、それらの後代BC1F3を作出した。このBC1F3の中から各系統毎にカサラス由来の領域がカサラスホモの個体を選抜し、自殖させ後代の種子を得た。 The 6 lines of BC1F2 that had undergone recombination within the region were then selfed to produce their progeny BC1F3 . From this BC 1 F 3 , an individual whose Kasalath-derived region was homozygous for Kasalath was selected for each line and self-fertilized to obtain progeny seeds.

農業環境技術研究所(現;農研機構農業環境研究部門、つくば市観音台、以下「農環研」ともいう)の圃場でBC1F4(各系統20個体)を栽培した。そのジェノタイピングと表現型から原因遺伝子の存在領域を137kbに絞り込んだ(図2の上段)。表現型は既報評価方法(Kashiwagi and Ishimaru, Plant Physiol vol.134, pp.676-683, 2004年)に従って測定し、その測定値とDNAマーカーを用いたジェノタイピング結果からprl5原因遺伝子の存在領域を絞り込んだ。 BC 1 F 4 (20 individuals for each line) was cultivated in the field of the National Institute for Agro-Environmental Sciences (currently Agricultural Environmental Research Institute, National Agriculture and Food Research Organization, Kannondai, Tsukuba City, hereinafter also referred to as "Agricultural Environmental Research Institute"). Based on the genotyping and phenotype, the region where the causative gene exists was narrowed down to 137 kb (upper part of Fig. 2). The phenotype was measured according to a previously reported evaluation method (Kashiwagi and Ishimaru, Plant Physiol vol.134, pp.676-683, 2004). Narrowed down.

更に同様の方法を用いて解析を繰り返し、領域を12.1kbに絞り込んだ。イネゲノムのアノテーションデータから候補遺伝子をOs05g0517200(OsTPS6)に絞り込んだ。 Furthermore, the analysis was repeated using the same method, and the region was narrowed down to 12.1 kb. The candidate gene was narrowed down to Os05g0517200 (OsTPS6) from the rice genome annotation data.

次に、移植後2週目のBC1F4の葉組織から上記と同様にゲノムDNAを抽出し、OsTPS6のシーケンスを行いコシヒカリとカサラスのORFの塩基配列を比較した。シーケンシングに使用したプライマーは、フォワードプライマーOs05g0517200_Fw(CTGGGCAGAAGCTACTTTACTC:配列番号3)、及びリバースプライマーOs05g0517200_Rv(CAGCGCCTCGAAGTTCCC:配列番号4)であり、1160bpの増幅産物を生じる。 Next, genomic DNA was extracted from the leaf tissue of BC 1 F 4 two weeks after transplantation in the same manner as above, and OsTPS6 was sequenced to compare the base sequences of the ORFs of Koshihikari and Kasalasu. The primers used for sequencing were forward primer Os05g0517200_Fw (CTGGGCAGAAGCTACTTTACTC: SEQ ID NO: 3) and reverse primer Os05g0517200_Rv (CAGCGCCTCGAAGTTCCC: SEQ ID NO: 4), yielding an amplification product of 1160 bp.

その結果、表2に示すように、カサラスには5個のSNPsが存在していたが、アミノ酸置換はなかった。 As a result, as shown in Table 2, 5 SNPs were present in Kasalath, but no amino acid substitutions were found.

Figure 2023088612000002
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カサラス由来のTPS6ローカスが導入されたコシヒカリを遺伝背景とする準同質遺伝子系統NILを上記の方法で選抜した。農環研の水田で栽培したコシヒカリとNILの止葉から数えて2番目の葉を出穂後に液体窒素を用いてサンプリングし、-80℃に設定したフリーザーに保管した。RNA抽出及びリアルタイムPCRの方法は、既報(Ishimaru et al., Nature Genet vol.45, pp.707-713, 2013年)に従って行った。具体的には、コシヒカリ及びNILprl5から葉(100mg)を採取し、キアゲン社Plant RNeasy kitを用いてそのプロトコールに従い全RNAを抽出した。次に、全RNAを鋳型とし、WAKO社のAMV逆転写酵素を用いた反応によりcDNAを得た。得られたcDNAを鋳型として、以下の表に示すプライマーを用いてリアルタイムPCR法によりOsTPS6等の遺伝子の発現量を比較した。植物体はどちらも移植後60日目のものを用いた。 A near-isogenic line NIL having a genetic background of Koshihikari into which the TPS6 locus derived from Kasalath was introduced was selected by the above method. The second leaf counted from flag leaves of Koshihikari and NIL cultivated in the paddy fields of the National Institute of Agricultural and Environmental Sciences was sampled using liquid nitrogen after heading and stored in a freezer set at -80°C. Methods of RNA extraction and real-time PCR were performed according to a previous report (Ishimaru et al., Nature Genet vol.45, pp.707-713, 2013). Specifically, leaves (100 mg) were collected from Koshihikari and NILprl5, and total RNA was extracted using Qiagen's Plant RNeasy kit according to its protocol. Next, using the total RNA as a template, cDNA was obtained by reaction using AMV reverse transcriptase from WAKO. Using the resulting cDNA as a template, the expression levels of genes such as OsTPS6 were compared by real-time PCR using the primers shown in the table below. Both plant bodies were used 60 days after transplantation.

Figure 2023088612000003
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その結果を図3に示す。図3の結果から、TPS6ローカスにおけるRNAのうちOsTPS6がNILにおいて有意に高発現されていることがわかり、コシヒカリに比べてNILprl5において約3.8倍高い発現量であった。 The results are shown in FIG. From the results of FIG. 3, it was found that OsTPS6 was significantly highly expressed in NIL among the RNAs in the TPS6 locus, and the expression level was about 3.8 times higher in NILprl5 than in Koshihikari.

[実施例2]
OsTPS6組換え体による実証実験
本実施例では、実施例1において原因遺伝子として考えられたOsTPS6を強力な35Sプロモーターの制御下で高発現する組換え体を作出した。
[Example 2]
Demonstration Experiment Using OsTPS6 Recombinant In this example, a recombinant was produced that highly expressed OsTPS6, which was thought to be the causative gene in Example 1, under the control of a strong 35S promoter.

具体的には、日本晴OsTPS6のcDNA(アクセッション番号AK072066)を、pSTAH301G(ハイグロマイシン耐性遺伝子を含む)にXgaI及びSacIを用いてカリフラワー35Sタンパク質のプロモーター、nosターミネーターの間に挿入し、ベクターを構築した。 Specifically, Nipponbare OsTPS6 cDNA (accession number AK072066) was inserted into pSTAH301G (containing the hygromycin resistance gene) between the cauliflower 35S protein promoter and nos terminator using XgaI and SacI to construct a vector. bottom.

構築したベクターをアグロバクテリウム法により日本晴に導入し、ハイグロマイシンにより組換え体(T0)を選抜した。また、組換え体(T0)について、OsTPS6 cDNA特異的プライマー(配列番号3及び4)を用いてOsTPS6の導入を確認した。 The constructed vector was introduced into Nipponbare by the Agrobacterium method, and the recombinant (T0) was selected with hygromycin. In addition, introduction of OsTPS6 into the recombinant (T0) was confirmed using OsTPS6 cDNA-specific primers (SEQ ID NOs: 3 and 4).

続いて、自殖後代(T1)を選抜し、組換え体(T3)の各系統10個体についてPCRによる確認を行った。OsTPS6遺伝子についてホモ型と判別できた3系統と導入した遺伝子が確認できない系統(null;コントロール)を選抜した。 Subsequently, the self-fertilized progeny (T1) was selected, and 10 individuals of each strain of the recombinant (T3) were confirmed by PCR. Three strains that could be identified as homozygous for the OsTPS6 gene and a strain in which the introduced gene could not be confirmed (null; control) were selected.

日本晴、null及び組換え体の3系統各6個体を、隔離温室で栽培し解析に用いた。出穂後2週間目のサンプル(-2葉)を緑色計(SPAD:KONIKA-MINOLTA 501)を用いて測定を行った後、サンプリングし、OsTPS6の発現量を実施例1に記載の方法により測定した。また、出穂後4週目に押し倒し抵抗値を既報(Kashiwagi and Ishimaru, Plant Physiol vol.134, pp.676-683, 2004年)に従って測定した。 6 individuals each of 3 lines of Nipponbare, null and recombinant were cultivated in an isolated greenhouse and used for analysis. Samples two weeks after heading (-2 leaves) were measured using a green meter (SPAD: KONIKA-MINOLTA 501), then sampled, and the expression level of OsTPS6 was measured by the method described in Example 1. . In addition, the push-down resistance value was measured four weeks after heading according to a previous report (Kashiwagi and Ishimaru, Plant Physiol vol.134, pp.676-683, 2004).

結果を図4に示す。図4のAは各個体におけるOsTPS6発現量を示し、Bは-2葉のSPAD(下位葉のクロロフィル)を示し、Cは押し倒し抵抗値を示す。1は日本晴、2はnull、3~5は組換え体であり、いずれも3個単位の平均である(n=3)。OsTPS6 cDNAを35Sプロモーター下で高発現させた結果、個体4の押し倒し抵抗値を除き、組換え体は、コシヒカリに対してOsTPS6発現量、-2葉のSPAD及び押し倒し抵抗値が有意に高かった(p < 0.01)。そのため、OsTPS6の発現増加により、下位葉の老化が抑制され、植物の支持力が増大したことが示唆された。 The results are shown in FIG. In FIG. 4, A shows the OsTPS6 expression level in each individual, B shows SPAD (lower leaf chlorophyll) in -2 leaves, and C shows push-down resistance values. 1 is Nipponbare, 2 is null, and 3 to 5 are recombinants, all of which are averages of 3 units (n=3). As a result of highly expressing OsTPS6 cDNA under the 35S promoter, the OsTPS6 expression level, -2 leaf SPAD, and pushing resistance were significantly higher than those of Koshihikari, except for individual 4's pushing resistance ( p < 0.01). Therefore, it was suggested that the increased expression of OsTPS6 suppressed the senescence of the lower leaves and increased the bearing capacity of the plants.

[実施例3]
OsTPS6のプロモーター配列の検討
本実施例では、OsTPS6遺伝子のプロモーター領域を特定した。具体的には、開始コドンの上流1kbのシーケンスを行いカサラスとコシヒカリ間の配列を比較した。カサラスとコシヒカリ間で9個のSNPsを見出した。
[Example 3]
Examination of OsTPS6 Promoter Sequence In this Example, the promoter region of the OsTPS6 gene was identified. Specifically, we sequenced 1 kb upstream of the start codon and compared the sequences between Kasalath and Koshihikari. Nine SNPs were found between Kasalath and Koshihikari.

そのうち、-188 (G/A)のSNPにより、カサラス型ではGCGGモチーフが破壊されていた。既報(非特許文献1)には、sd1下では過剰なDELLaタンパク質(ジベレリンシグナル促進因子)がGCGGモチーフ(-148bp)に結合することでOsTPS6の発現量を低下させるという報告がある。 Among them, the -188 (G/A) SNP disrupted the GCGG motif in the Kasalath type. A previous report (Non-Patent Document 1) reports that excessive DELLa protein (gibberellin signaling promoter) binds to the GCGG motif (−148 bp) under sd1, thereby reducing the expression level of OsTPS6.

GCGGモチーフとOsTPS6遺伝子の発現量との関係について検討するため、複数のNIL個体におけるOsTPS6の発現量を調べた。まず、NILprl5(GCGGモチーフ破壊)とNILsd1(過剰なDELLaタンパク質が蓄積)を交配し、得られたF1の自殖後代F2を作出した。このF2 200個体のジェノタイピングの結果から、prl5、sd1ローカスがカサラスタイプ又は短脚烏龍タイプの系統を選抜し、後代の種子を得た。後代種子を播種して得た苗を移植1ヶ月後にサンプリングを行い、OsTPS6発現量を実施例1と同様に測定した。その結果を表4に示す。 To examine the relationship between the GCGG motif and the expression level of the OsTPS6 gene, we examined the expression level of OsTPS6 in multiple NIL individuals. First, NILprl5 (GCGG motif disrupted) and NILsd1 (excessive DELLa protein accumulation) were crossed to produce self-fertilized progeny F2 of the resulting F1. Based on the results of genotyping of 200 F2 individuals, the prl5, sd1 locus selected Kasalath-type or short-legged oolong-type lines to obtain progeny seeds. Seedlings obtained by sowing progeny seeds were sampled one month after transplanting, and the OsTPS6 expression level was measured in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 4.

Figure 2023088612000004
Figure 2023088612000004

NILprl5(GCGGモチーフ破壊)及びNILprl5sd1(GCGGモチーフ破壊かつDELLaタンパク質の過剰発現)は、NILsd1(DELLaタンパク質の過剰蓄積)と比べてOsTPS6の発現量が増大していた。この結果から、OsTPS6のプロモーター配列の-188 (G/A)がFNPであると特定した。すなわち、sd1下では過剰なDELLaタンパク質がGCGGモチーフに結合することでOsTPS6の発現量を低下させるのに対し(非特許文献1)、FNPを有するプロモーター配列下では、DELLaタンパク質がGCGGモチーフに結合することができず、OsTPS6の発現量低下が起こらないことで、OsTPS6の発現量が増大することが示唆された。したがって、変異のないプロモーター配列(配列番号1)を基準とした場合、883位の塩基G(883番に相当する塩基)から他の塩基(例えば塩基A)への変異、及び883~886位におけるモチーフGCGGの破壊がOsTPS6の発現量の増大に寄与している可能性がある。 NILprl5 (GCGG motif disruption) and NILprl5sd1 (GCGG motif disruption and DELLa protein overexpression) showed increased expression of OsTPS6 compared to NILsd1 (DELLa protein over-accumulation). From this result, -188 (G/A) in the promoter sequence of OsTPS6 was identified as FNP. That is, under sd1, excess DELLa protein binds to the GCGG motif and reduces the expression level of OsTPS6 (Non-Patent Document 1), whereas under the promoter sequence with FNP, the DELLa protein binds to the GCGG motif. It was suggested that the expression level of OsTPS6 is increased because the expression level of OsTPS6 does not decrease. Therefore, based on the unmutated promoter sequence (SEQ ID NO: 1), mutation from base G at position 883 (base corresponding to position 883) to another base (for example, base A), and at positions 883-886 Disruption of the motif GCGG may contribute to increased expression of OsTPS6.

[実施例4]
OsTPS6発現量が増大した個体(NILprl5)の特性の検討
本実施例では、OsTPS6発現量が増大した個体(NILprl5)の特性について検討した。
[Example 4]
Investigation of Characteristics of Individual with Increased OsTPS6 Expression Level (NILprl5) In this Example, characteristics of an individual with increased OsTPS6 expression level (NILprl5) were examined.

(1)耐倒伏性
OsTPS6発現量が増大した個体(NILprl5)と対照のコシヒカリについて、2016年8月23日の台風9号直撃(最大風速26.9m/s)の翌日の写真を図5に示す。NILprl5(図5の写真奥)は、コシヒカリ(手前)とは異なり、台風直撃でも倒れず、耐倒伏性を有することがわかる。
(1) lodging resistance
Fig. 5 shows photographs of the individual with increased OsTPS6 expression (NILprl5) and the control Koshihikari on the day after Typhoon No. 9 hit on August 23, 2016 (maximum wind speed 26.9 m/s). Unlike Koshihikari (front), NILprl5 (back of photo in Fig. 5) does not fall down even when hit by a typhoon, indicating that it has lodging resistance.

(2)収量特性及び上米比率
対照のコシヒカリとNILを近隣の農家の方法及びスケジュール下で栽培した(畝間30cm、株間18cm、機械植)。コメ収穫後、玄米用の篩を用いて上米比率を求めた。その結果を表5に示す。
(2) Yield Characteristics and High Rice Ratio Control Koshihikari and NIL were cultivated under the method and schedule of neighboring farmers (row spacing 30 cm, plant spacing 18 cm, mechanical planting). After harvesting the rice, the ratio of fine rice was determined using a sieve for brown rice. Table 5 shows the results.

Figure 2023088612000005
Figure 2023088612000005

表5から、NILの収量特性はコシヒカリと同等であることがわかる。また、玄米篩目2.0以上における上米比率が、コシヒカリよりも高いことがわかる。近年の傾向として、粒ぞろいの良い(粒の大きな)コメが選ばれる傾向がある。そのため、NILは上米比率が高い優れた特性を有するという利点がある。 From Table 5, it can be seen that the yield characteristics of NIL are comparable to Koshihikari. In addition, it can be seen that the proportion of fine rice with a sieve mesh size of 2.0 or more is higher than that of Koshihikari. As a recent trend, there is a tendency to choose rice with good grains (large grains). Therefore, NIL has the advantage of having excellent characteristics with a high percentage of rice.

(3)雑草イネの識別除去可能性
近年、圃場に自生するイネが栽培品種に混じって生育し、その着色種子(赤米)が収穫玄米に混入する被害が大きな問題となっている。この自生して混入するイネは「雑草イネ」(weedy rice)と呼ばれ、世界的にも各地で増殖し、水稲作に大きな被害を与えている。通常の水稲作では除草剤を利用して雑草防除を行うが、除草剤は水稲への安全性が非常に高いため、植物種として水稲と同一の雑草イネを水稲用除草剤で防除することは極めて困難である。
(3) Possibility of identification and removal of weedy rice In recent years, rice that grows wild in fields grows mixed with cultivated varieties, and the resulting colored seeds (red rice) are mixed with harvested unpolished rice, causing a serious problem. This spontaneously mixed rice is called "weedy rice", and it proliferates in various parts of the world, causing great damage to paddy rice cultivation. In normal paddy rice cultivation, herbicides are used to control weeds, but since herbicides are extremely safe for paddy rice, it is not possible to control weedy rice, which is the same plant species as paddy rice, with herbicides for paddy rice. Extremely difficult.

OsTPS6発現量が増大した個体(NILprl5)と対照のコシヒカリについて、宮崎県宮崎大学の農場において栽培試験を行った結果を図6に示す。図6の写真の左側がコシヒカリ、右側がNILprl5である。図6の左側のコシヒカリは倒伏し、雑草イネの混入がわからないが、右側のNILprl5は倒伏しないため、矢印で示すように雑草イネを識別し除去可能であることがわかった。 Fig. 6 shows the results of a cultivation test conducted at the farm of University of Miyazaki, Miyazaki Prefecture, for an individual (NILprl5) with an increased OsTPS6 expression level and Koshihikari as a control. The left side of the photograph in Fig. 6 is Koshihikari, and the right side is NILprl5. Koshihikari on the left side of Fig. 6 lodged and weedy rice contamination was unknown, but NILprl5 on the right side did not lodge, indicating that weedy rice could be identified and removed as indicated by the arrow.

配列番号3~19:人工(Artificial)、合成プライマー SEQ ID NOS: 3-19: Artificial, Synthetic Primers

Claims (18)

植物の少なくとも一部においてトレハロース-6-リン酸を増加させることを含む、耐倒伏性植物を作出する方法。 A method of producing a lodging resistant plant comprising increasing trehalose-6-phosphate in at least a portion of the plant. 植物の少なくとも一部においてトレハロース-6-リン酸が増加した植物を栽培することを含む、植物の栽培において雑草植物を除去する方法。 A method of eliminating weedy plants in plant cultivation comprising growing plants having increased trehalose-6-phosphate in at least a portion of the plant. イネの少なくとも一部においてトレハロース-6-リン酸が増加したイネを栽培することを含む、上米比率の高いイネを栽培する方法。 A method for cultivating rice with a high ratio of high quality rice, comprising cultivating rice in which trehalose-6-phosphate is increased in at least a part of the rice. 前記トレハロース-6-リン酸の増加が、トレハロース-6-リン酸合成酵素の増加により行われる、請求項1~3のいずれか1項に記載の方法。 The method according to any one of claims 1 to 3, wherein the increase in trehalose-6-phosphate is performed by an increase in trehalose-6-phosphate synthase. 前記トレハロース-6-リン酸合成酵素の増加が、強力なプロモーター配列、又は配列番号2に示される配列を有するプロモーター配列を使用したトレハロース-6-リン酸合成酵素遺伝子の発現、あるいはトレハロース-6-リン酸合成酵素遺伝子の導入により行われる、請求項4に記載の方法。 The increase in trehalose-6-phosphate synthase results in expression of a trehalose-6-phosphate synthase gene using a strong promoter sequence or a promoter sequence having the sequence shown in SEQ ID NO: 2, or trehalose-6- 5. The method according to claim 4, which is carried out by introducing a phosphate synthase gene. 前記トレハロース-6-リン酸合成酵素遺伝子が、OsTPS6、OsTPS1、OsTPS2、OsTPS3、OsTPS4及びOsTPS5からなる群より選択される少なくとも1つの遺伝子を含む、請求項5に記載の方法。 6. The method of claim 5, wherein the trehalose-6-phosphate synthase gene comprises at least one gene selected from the group consisting of OsTPS6, OsTPS1, OsTPS2, OsTPS3, OsTPS4 and OsTPS5. 前記トレハロース-6-リン酸の増加が、トレハロース-6-リン酸のシグナル伝達前駆体の適用により行われる、請求項1~3のいずれか1項に記載の方法。 A method according to any one of claims 1 to 3, wherein said increasing of trehalose-6-phosphate is effected by application of a signaling precursor of trehalose-6-phosphate. 前記トレハロース-6-リン酸の増加が、トレハロース-6-リン酸ホスファターゼの減少又は阻害により行われる、請求項1~3のいずれか1項に記載の方法。 The method according to any one of claims 1 to 3, wherein said increasing trehalose-6-phosphate is achieved by decreasing or inhibiting trehalose-6-phosphate phosphatase. 前記植物が、イネ科植物、マメ科植物、アブラナ科植物、及びナス科植物からなる群より選択される少なくとも1種を含む、請求項1、2、及び4~8のいずれか1項に記載の方法。 9. The plant according to any one of claims 1, 2, and 4 to 8, wherein the plant comprises at least one selected from the group consisting of gramineous plants, leguminous plants, cruciferous plants, and solanaceous plants. the method of. 前記植物がイネである、請求項1、2、及び4~9のいずれか1項に記載の方法。 The method according to any one of claims 1, 2 and 4-9, wherein the plant is rice. 前記植物又はイネの少なくとも一部が、茎、根及び葉からなる群より選択される少なくとも1つを含む、請求項1~10のいずれか1項に記載の方法。 The method according to any one of claims 1 to 10, wherein at least part of said plant or rice comprises at least one selected from the group consisting of stems, roots and leaves. トレハロース-6-リン酸合成酵素遺伝子のプロモーター配列が、配列番号2に示される配列を有するプロモーター配列、又は配列番号2に示される配列に対して少なくとも90%の配列同一性を有しかつプロモーター活性を有するプロモーター配列、又は配列番号1に示される配列の883番における塩基Gが他の塩基に変異した配列若しくは配列番号1に示される配列の883~886番における塩基モチーフGCGGが破壊された配列を有するプロモーター配列を含むことを特徴とする植物又はその植物部分。 The promoter sequence of the trehalose-6-phosphate synthase gene has the sequence shown in SEQ ID NO: 2, or has at least 90% sequence identity with the sequence shown in SEQ ID NO: 2 and has promoter activity or a sequence in which the base G at position 883 of the sequence shown in SEQ ID NO: 1 is mutated to another base or a sequence in which the nucleotide motif GCGG at positions 883 to 886 of the sequence shown in SEQ ID NO: 1 is disrupted 1. A plant or plant part thereof, comprising a promoter sequence having a 前記植物部分が、植物の苗、根、及び種子からなる群より選択される少なくとも1つである、請求項12に記載の植物又はその植物部分。 13. The plant or plant part thereof according to claim 12, wherein said plant part is at least one selected from the group consisting of plant seedlings, roots and seeds. 前記植物が、イネ科植物、マメ科植物、アブラナ科植物、及びナス科植物からなる群より選択される少なくとも1種を含む、請求項12又は13に記載の植物又はその植物部分。 14. The plant or plant part thereof according to claim 12 or 13, wherein said plant comprises at least one species selected from the group consisting of grasses, legumes, cruciferous plants, and solanaceous plants. 前記植物がイネである、請求項12~14のいずれか1項に記載の植物又はその植物部分。 The plant or plant part thereof according to any one of claims 12 to 14, wherein said plant is rice. 前記植物が耐倒伏性を有する、又は前記植物部分が植物個体となったときに耐倒伏性を有する、請求項12~15のいずれか1項に記載の植物又はその植物部分。 16. A plant or plant part thereof according to any one of claims 12 to 15, wherein said plant is lodging resistant or said plant part is lodging resistant when it becomes a whole plant. 耐倒伏性の植物を判定又は選抜する方法であって、対象の植物におけるトレハロース-6-リン酸合成酵素遺伝子のプロモーター配列が、配列番号2に示される配列を有するプロモーター配列、又は配列番号2に示される配列に対して少なくとも90%の配列同一性を有しかつプロモーター活性を有するプロモーター配列、又は配列番号1に示されるプロモーター配列の883番における塩基Gの他の塩基への変異若しくは配列番号1に示されるプロモーター配列の883~886番における塩基モチーフGCGGの破壊を含むか否かを検出するステップを含む、方法。 A method for determining or selecting a lodging-resistant plant, wherein the promoter sequence of the trehalose-6-phosphate synthase gene in the target plant has the sequence shown in SEQ ID NO: 2, or a promoter sequence having the sequence shown in SEQ ID NO: 2 A promoter sequence having at least 90% sequence identity to the sequence shown and having promoter activity, or a mutation of base G at position 883 of the promoter sequence shown in SEQ ID NO: 1 to another base or SEQ ID NO: 1 detecting whether it contains a disruption of the base motif GCGG at positions 883-886 of the promoter sequence shown in . 前記変異の検出が、ポリメラーゼ連鎖反応(PCR)、ハイブリダイゼーション、又は配列決定法を用いて行われる、請求項17に記載の方法。 18. The method of claim 17, wherein detection of said mutation is performed using polymerase chain reaction (PCR), hybridization, or sequencing methods.
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