JP2023184225A - グルテン形成能を有するオオムギ、その製造方法及び判定方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】 グルテン形成能を有するオオムギを提供すること。【解決手段】 オオムギのＤ－ホルデインタンパク質における、４５９位、４７３位及び５３４位のシステインが、グルテン形成を抑制していることを見出した。さらに、当該システインのいずれかを欠失等させることによって、オオムギにグルテン形成能を付与し得ることを明らかにした。【選択図】 なし
Description
本発明は、グルテン形成能を有するオオムギ、その製造方法及び判定方法に関する。より詳しくは、Ｄ－ホルデインのアミノ酸配列を改変することによって、グルテン形成能をオオムギに付与する方法、及び当該方法によって得られるグルテン形成能を有するオオムギに関する。本発明はまた、Ｄ－ホルデインのアミノ酸配列を指標として、オオムギにおけるグルテン形成能を判定する方法、及び、当該判定方法に用いるための、Ｄ－ホルデインをコードするヌクレオチドを標的とするオリゴヌクレオチド（プライマー、プローブ等）に関する。
国連が発表した「世界人口推計２０１９年版」によると、世界人口は、２０１９年の７７億人から２０３０年には８５億人に増加し、その後もさらに増えることが予測されており、増加した人口を賄う農作物等の食料の確保が急務となっている。一方、異常気象の頻発、砂漠化の進行、水資源の制約等に伴い、耕作可能な農地は減少の一途を辿っている。かかる状況故、日本においても、策定された「農林水産研究基本計画」にて、農林水産・食品分野における、土地利用効率の向上と食料安定供給が、目標として掲げられている。
この点に関し、オオムギは、収穫時期がコムギより早いため二毛作に適し、梅雨前収穫も可能であることから、土地利用効率を高く、ひいては、自給率を向上させ、農家の収益性を高めることもできる。また、コムギの連作による病害等を抑制することができるという優位性を持っている。
さらに、オオムギは、血中総コレステロールを下げる作用や食後の血糖値が上がりにくい作用等がある機能性成分であるβ－グルカンを多く含む。そのため、新需要創出における高品質な食品の研究開発においても、オオムギは極めて有用である。
その一方で、オオムギは、コムギのようなグルテンによる粘弾性のある生地を作ることが出来ず、加工適性が低い。そのため、オオムギは、加工度が低い食品（みそ、押麦、米粒麦、麦茶、ビール、焼酎等）に用途が限定され、粉としての利用はほとんど行われていない。
上記優位性・有用性を生かし、更なる需要拡大を進めるためにも、加工適性を改善し、コムギのようにより多様な用途で活用できることが望まれているが、そのようなオオムギは未だないのが現状である。
本発明は、前記従来技術の有する課題に鑑みてなされたものであり、グルテン形成能を有するオオムギを提供することを目的とする。また、その提供を可能とする、グルテン形成能を有するオオムギの製造方法及び判定方法を提供することも目的とする。
本発明者らは、前記目的を達成すべく鋭意研究を重ねた結果、オオムギにおいてコムギのようなグルテンが出来ないのは、種子貯蔵タンパク質（オオムギホルデインとコムギグルテニン）の構造的な相違に依るものではないかと考えた。
より具体的に説明すると、オオムギは、遺伝的にコムギと近縁であり、その種子貯蔵タンパク質もプロラミンに分類され、コムギと高い類似性を有する同祖タンパク質である（図１）。コムギのグルテンでは、高分子量グルテニンと低分子量グルテニンに含まれるシステインがジスルフィド（ＳＳ）結合することにより巨大な網目構造を形成し、それがグルテンの弾性の元になる。オオムギではこのような構造ができないため、上述のとおり、加工適性が劣り用途が限定されている。
コムギのグルテニンに相当するオオムギのホルデインには、Ｂ－ホルデインとＤ－ホルデインがある。本発明者らは、従前、オオムギのＢ－ホルデイン等を有する染色体部位（１Ｈ短腕）をコムギに導入することによって、コムギの生地物性がより向上することを明らかにしている（特許文献１）。そして、このことから更に検討を進め、オオムギＢ－ホルデインは網目構造形成に関与する一方で、Ｄ－ホルデインが網目構造形成を阻害しているのではないかとの考えに至った。
図２に示すとおり、オオムギＤ－ホルデインの同祖タンパク質であるコムギの高分子量グルテニン（ｙ型）には７個のシステインがあり、その内３個が分子間結合することでグルテンの網目構造を形成すると考えられている。一方、オオムギＤ－ホルデイン（例えば、配列番号：２に記載のアミノ酸配列からなるタンパク質）にはコムギｙ型グルテニンと同じ７個のシステインに加え、３個のシステインを有するオオムギ特異的な領域（配列番号：２に記載の４５４～５４０位のアミノ酸からなる領域に相当）が存在し、合計１０個のシステインがあることになる（Ｃｙｓ１０）。
そして、図３に示すように、このオオムギＤ－ホルデインに存在し、コムギにはない３つのシステインが新たな分子間ジスルフィド結合を形成することで、過剰な分子間結合により凝集体を作り網目構造ができなくなるのではないかと仮説を立てた。
そこで、この仮説を検証すべく、本発明者らは先ず、前記３個のシステイン（配列番号：２に記載の４５９位、４７３位及び５３４位のシステインに相当）のうちのいずれかが変異しているオオムギを探索した。その結果、１のシステイン（配列番号：２に記載の４５９位のシステインに相当）がチロシンに変異した、Ｄ－ホルデイン変異（Ｃｙｓ９）を持つ「関東皮３５号」等を見出した。そして、かかるオオムギからグルテンポリマー（水和したオオムギ粉）を調製し、走査型電子顕微鏡によって観察した。その結果、網目構造の形成を示すの画像データが得られた。また、前記グルテンポリマーのサイズ排除高速液体クロマトグラフィー（ＨＰＬＣ）による解析では、ポリマーサイズの増大を示すデータを得ることができた。
さらに、Ｃｙｓ１０のＤ－ホルデインを有するオオムギ「北陸皮７１号」において、ゲノム編集によって、前記オオムギ特異的な領域を欠失させた結果（Ｃｙｓ７とした結果）、種子中タンパク質の重合度の高い、グルテン形成能を持つ系統を作出することに成功し、本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明は以下の態様を提供する。
［１］ グルテン形成能を有するオオムギの製造方法であって、下記工程（１）及び（２）を含む方法
（１）オオムギの細胞において、Ｄ－ホルデインタンパク質に下記（ａ）及び（ｂ）に記載の少なくとも１の改変を導入する工程
（ａ）Ｄ－ホルデインタンパク質における、配列番号：２に記載の４５９位若しくは該部位に対応する部位、配列番号：２に記載の４７３位若しくは該部位に対応する部位、及び、配列番号：２に記載の５３４位若しくは該部位に対応する部位からなる群から選択される、少なくとも１の部位のシステインを、他のアミノ酸に置換又は欠失させる改変、
（ｂ）Ｄ－ホルデインタンパク質における、配列番号：２に記載の４５４～５４０位のアミノ酸からなる領域又は該領域に対応する領域中のシステインの数を２個以下とする改変、
（２）工程（１）において改変が導入された細胞から、オオムギの植物体を再生する工程。
（１）オオムギの細胞において、Ｄ－ホルデインタンパク質に下記（ａ）及び（ｂ）に記載の少なくとも１の改変を導入する工程
（ａ）Ｄ－ホルデインタンパク質における、配列番号：２に記載の４５９位若しくは該部位に対応する部位、配列番号：２に記載の４７３位若しくは該部位に対応する部位、及び、配列番号：２に記載の５３４位若しくは該部位に対応する部位からなる群から選択される、少なくとも１の部位のシステインを、他のアミノ酸に置換又は欠失させる改変、
（ｂ）Ｄ－ホルデインタンパク質における、配列番号：２に記載の４５４～５４０位のアミノ酸からなる領域又は該領域に対応する領域中のシステインの数を２個以下とする改変、
（２）工程（１）において改変が導入された細胞から、オオムギの植物体を再生する工程。
［２］ Ｄ－ホルデインタンパク質に、下記（ａ）及び（ｂ）に記載の少なくとも１の改変が導入された、グルテン形成能を有するオオムギ
（ａ）Ｄ－ホルデインタンパク質における、配列番号：２に記載の４５９位若しくは該部位に対応する部位、配列番号：２に記載の４７３位若しくは該部位に対応する部位、及び、配列番号：２に記載の５３４位若しくは該部位に対応する部位からなる群から選択される、少なくとも１の部位のシステインを、他のアミノ酸に置換又は欠失させる改変、
（ｂ）Ｄ－ホルデインタンパク質における、配列番号：２に記載の４５４～５４０位のアミノ酸からなる領域又は該領域に対応する領域中のシステインの数を２個以下とする改変。
（ａ）Ｄ－ホルデインタンパク質における、配列番号：２に記載の４５９位若しくは該部位に対応する部位、配列番号：２に記載の４７３位若しくは該部位に対応する部位、及び、配列番号：２に記載の５３４位若しくは該部位に対応する部位からなる群から選択される、少なくとも１の部位のシステインを、他のアミノ酸に置換又は欠失させる改変、
（ｂ）Ｄ－ホルデインタンパク質における、配列番号：２に記載の４５４～５４０位のアミノ酸からなる領域又は該領域に対応する領域中のシステインの数を２個以下とする改変。
［３］ オオムギにおけるグルテン形成能を判定する方法であって、下記工程（１）及び（２）を含む方法
（１）被検オオムギのＤ－ホルデインタンパク質における、配列番号：２に記載の４５４～５４０位のアミノ酸からなる領域又は該領域に対応する領域中のシステインを検出する工程、
（２）（ａ）配列番号：２に記載の４５９位若しくは該部位に対応する部位、配列番号：２に記載の４７３位若しくは該部位に対応する部位、及び、配列番号：２に記載の５３４位若しくは該部位に対応する部位からなる群から選択される、少なくとも１の部位のアミノ酸がシステイン以外のアミノ酸である若しくは欠失している場合、及び／又は、
（ｂ）前記領域におけるシステインの数が２個以下である場合、
前記被検オオムギはグルテン形成能を有するオオムギであると判定する工程を含む、方法。
（１）被検オオムギのＤ－ホルデインタンパク質における、配列番号：２に記載の４５４～５４０位のアミノ酸からなる領域又は該領域に対応する領域中のシステインを検出する工程、
（２）（ａ）配列番号：２に記載の４５９位若しくは該部位に対応する部位、配列番号：２に記載の４７３位若しくは該部位に対応する部位、及び、配列番号：２に記載の５３４位若しくは該部位に対応する部位からなる群から選択される、少なくとも１の部位のアミノ酸がシステイン以外のアミノ酸である若しくは欠失している場合、及び／又は、
（ｂ）前記領域におけるシステインの数が２個以下である場合、
前記被検オオムギはグルテン形成能を有するオオムギであると判定する工程を含む、方法。
［４］ ［３］に記載の方法に用いるための試薬であって、下記（ｉ）又は（ｉｉ）に記載のオリゴヌクレオチドを含む試薬
（ｉ）配列番号：２に記載の４５９位若しくは該部位に対応する部位、配列番号：２に記載の４７３位若しくは該部位に対応する部位、及び、配列番号：２に記載の５３４位若しくは該部位に対応する部位からなる群から選択される、少なくとも１の部位のアミノ酸をコードするヌクレオチドを挟み込むように設計された、１対のオリゴヌクレオチド
（ｉｉ）配列番号：２に記載の４５９位若しくは該部位に対応する部位、配列番号：２に記載の４７３位若しくは該部位に対応する部位、及び、配列番号：２に記載の５３４位若しくは該部位に対応する部位からなる群から選択される、少なくとも１の部位のアミノ酸をコードするヌクレオチドにハイブリダイズする、オリゴヌクレオチド。
（ｉ）配列番号：２に記載の４５９位若しくは該部位に対応する部位、配列番号：２に記載の４７３位若しくは該部位に対応する部位、及び、配列番号：２に記載の５３４位若しくは該部位に対応する部位からなる群から選択される、少なくとも１の部位のアミノ酸をコードするヌクレオチドを挟み込むように設計された、１対のオリゴヌクレオチド
（ｉｉ）配列番号：２に記載の４５９位若しくは該部位に対応する部位、配列番号：２に記載の４７３位若しくは該部位に対応する部位、及び、配列番号：２に記載の５３４位若しくは該部位に対応する部位からなる群から選択される、少なくとも１の部位のアミノ酸をコードするヌクレオチドにハイブリダイズする、オリゴヌクレオチド。
本発明によれば、グルテン形成能を有するオオムギを提供することが可能となる。
（グルテン形成能を有するオオムギの製造方法）
後述の実施例に示すとおり、本発明者らは、オオムギのＤ－ホルデインに存在し、対応するコムギの高分子量グルテニンにはない３つのシステインのいずれかを、他のアミノ酸に置換又は欠失させることによって、オオムギにグルテン形成能を付与できることを明らかにした。よって、本発明のグルテン形成能を有するオオムギの製造方法は、Ｄ－ホルデインにおける前記システインを対象とすることを特徴とし、より具体的には以下を提供する。
後述の実施例に示すとおり、本発明者らは、オオムギのＤ－ホルデインに存在し、対応するコムギの高分子量グルテニンにはない３つのシステインのいずれかを、他のアミノ酸に置換又は欠失させることによって、オオムギにグルテン形成能を付与できることを明らかにした。よって、本発明のグルテン形成能を有するオオムギの製造方法は、Ｄ－ホルデインにおける前記システインを対象とすることを特徴とし、より具体的には以下を提供する。
グルテン形成能を有するオオムギの製造方法であって、下記工程（１）及び（２）を含む方法
（１）オオムギの細胞において、Ｄ－ホルデインタンパク質に下記（ａ）及び（ｂ）に記載の少なくとも１の改変を導入する工程
（ａ）Ｄ－ホルデインタンパク質における、配列番号：２に記載の４５９位若しくは該部位に対応する部位、配列番号：２に記載の４７３位若しくは該部位に対応する部位、及び、配列番号：２に記載の５３４位若しくは該部位に対応する部位からなる群から選択される、少なくとも１の部位のシステインを、他のアミノ酸に置換又は欠失させる改変、
（ｂ）Ｄ－ホルデインタンパク質における、配列番号：２に記載の４５４～５４０位のアミノ酸からなる領域又は該領域に対応する領域中のシステインの数を２個以下とする改変
（２）工程（１）において改変が導入された細胞から、オオムギの植物体を再生する工程。
（１）オオムギの細胞において、Ｄ－ホルデインタンパク質に下記（ａ）及び（ｂ）に記載の少なくとも１の改変を導入する工程
（ａ）Ｄ－ホルデインタンパク質における、配列番号：２に記載の４５９位若しくは該部位に対応する部位、配列番号：２に記載の４７３位若しくは該部位に対応する部位、及び、配列番号：２に記載の５３４位若しくは該部位に対応する部位からなる群から選択される、少なくとも１の部位のシステインを、他のアミノ酸に置換又は欠失させる改変、
（ｂ）Ｄ－ホルデインタンパク質における、配列番号：２に記載の４５４～５４０位のアミノ酸からなる領域又は該領域に対応する領域中のシステインの数を２個以下とする改変
（２）工程（１）において改変が導入された細胞から、オオムギの植物体を再生する工程。
本発明において、「オオムギ」は、オオムギ（Ｈｏｒｄｅｕｍ）属に属するイネ科の植物であり、とりわけＨｏｒｄｅｕｍ ｖｕｌｇａｒｅを意味し、例えば、二条オオムギ（Ｈ．ｖｕｌｇａｒｅ ｆ．ｄｉｓｔｉｃｈｏｎ）、四条オオムギ（Ｈ．ｖｕｌｇａｒｅ ｓｕｂｓｐ．ｖｕｌｇａｒｅ）、六条オオムギ（Ｈ．ｖｕｌｇａｒｅ ｆ．ｈｅｘａｓｔｉｃｈｏｎ）、ハダカムギ（Ｈｏｒｄｅｕｍ ｖｕｌｇａｒｅ ｖａｒ．ｎｕｄｕｍ Ｈｏｏｋ．ｆ．）、野生オオムギ（Ｈ．ｖｕｌｇａｒｅ ｓｕｂｓｐ．ｓｐｏｎｔａｎｅｕｍ）が挙げられる。また野生種であってもよく、栽培種（例えば、ファイバースノウ等の実用品種）であってもよい。さらに、これらオオムギの遺伝子組み換え体やゲノム編集体（例えば、病害耐性作物、除草剤耐性作物、害虫耐性作物、食味向上作物、保存性向上作物、収量向上作物）であっても良い。
本発明において、「グルテン」は、オオムギの種子貯蔵タンパク質（Ｄ－ホルデイン等）が、水和し、ジスルフィド結合によって網目状に会合することによって形成される、タンパク質を意味する。オオムギが、グルテンの形成能を有するか否かは、例えば、後述の実施例に示すとおり、水和したオオムギ粉を調製し、それをサイズ排除高速液体クロマトグラフィー（ＨＰＬＣ）によって解析することによって判断することができる。より具体的には、当該解析によって得られるクロマトグラムにおいて、その全ピーク面積における、グルテンに由来するピークの面積の割合が０．０４以上であれば、オオムギはグルテンの形成能を有すると判断することができる。また、ＨＰＬＣ解析に限らず、後述の実施例に示すように、電子顕微鏡にて水和したオオムギ粉を観察し、網目構造を検出することによっても判断することができる、さらに、他の公知のグルテン検出方法によっても評価することができる。かかる公知の方法としては、例えば、ＳＤＳ沈殿試験（Ｔａｋａｔａ，Ｋ．ら、Ｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ ｏｆ ｂｒｅａｄ－ｍａｋｉｎｇ ｑｕａｌｉｔｙ ｂｙ ｐｒｏｌｏｎｇｅｄ ｓｗｅｌｌｉｎｇ ＳＤＳ－ｓｅｄｉｍｅｎｔａｔｉｏｎ ｔｅｓｔ．Ｂｒｅｅｄ．Ｓｃｉ．、１９９９年、４９：２２１－２２３ページ）、グルテンインデックス法が挙げられる。
また、後述のとおり、本発明の方法が対象とするオオムギには、グルテン形成能がないもの（下記Ｄ－ホルデインが１０個のシステインを有するもの）のみならず、少なからずのグルテン形成能を有するもの（例えば、下記Ｄ－ホルデインが９個以下のシステインを有するもの）も含まれる。よって、本発明の「グルテン形成能を有するオオムギ」とは、本発明にかかる後述の改変によって、当該改変前よりも「グルテン形成能が向上したオオムギ」と言い換えることもできる。
本発明において改変導入の対象となる「Ｄ－ホルデイン」としては、典型的には、配列番号：２に記載のアミノ酸配列からなるタンパク質が挙げられる。また、配列番号：４，６，８，１０、１２又は１４に記載のアミノ酸配列からなるタンパク質も、本発明にかかるＤ－ホルデインの例として挙げられる。さらに、本発明にかかるＤ－ホルデインは、このような１０個のシステインを有するもののみならず、後述の改変を導入することによって、グルテン形成能が向上する限り、保持するシステインの数は、９個以下（例えば、８個以下、７個以下、６個以下、５個以下、４個）であってもよい。９個以下のシステインを有するＤ－ホルデインとしては、例えば、配列番号：１６又は１８に記載のアミノ酸配列からなるタンパク質が挙げられるが、配列番号：２に記載の４５４～５４０位のアミノ酸配列又は当該配列に対応する領域において、少なくとも１個のシステインを有していることが望ましい。さらに、Ｄ－ホルデインのアミノ酸配列において、配列番号：２に記載の４１位又は該部位に対応する部位のシステイン、配列番号：２に記載の６９２位又は該部位に対応する部位のシステイン、及び、配列番号：２に記載の７４５位又は該部位に対応する部位のシステインが、グルテン形成に関与し得る。よって、本発明にかかるＤ－ホルデインは、これら３部位のシステインを有していることが望ましい。
なお、「対応する」とは、例えば、ＢＬＡＳＴ（ｈｔｔｐ：／／ｂｌａｓｔ．ｎｃｂｉ．ｎｌｍ．ｎｉｈ．ｇｏｖ／Ｂｌａｓｔ．ｃｇｉ）、ＤＮＡ解析ソフトウェア（ＧＥＮＥＴＹＸ－ＭＡＣ、Ｓｅｑｕｅｎｃｈｅｒ等）を利用し、他品種のＤ－ホルデインのアミノ酸配列を、配列番号：２に記載のアミノ酸配列と整列させた際に、配列番号：２に記載の部位又は領域と同列になることを意味する。
また、自然界においてもヌクレオチド配列が変異することは起こり得ることである。そして、それに伴いコードするアミノ酸も変化し得る。したがって、本発明にかかるＤ－ホルデインは、上記例示したアミノ酸配列そのものに限定されることなく、例えば、配列番号：２、４、６、８、１０、１２、１４、１６又は１８に記載のアミノ酸配列において１又は複数のアミノ酸が置換、欠失、付加、及び／又は挿入されたアミノ酸配列からなるタンパク質も含まれる。
ここで「複数」とは、通常１５０アミノ酸以内、好ましくは８０アミノ酸以内、より好ましくは７０アミノ酸以内、さらに好ましくは６０アミノ酸以内、より好ましくは５０アミノ酸以内、さらに好ましくは４０アミノ酸以内、より好ましくは３５アミノ酸以内、さらに好ましくは３０アミノ酸以内（例えば、２５アミノ酸以内、２０アミノ酸以内、１５アミノ酸以内）、特に好ましくは１０アミノ酸以内（例えば、９アミノ酸以内、８アミノ酸以内、７アミノ酸以内、６アミノ酸以内、５アミノ酸以内、４アミノ酸以内、３アミノ酸以内、２アミノ酸）である。
さらに、現在の技術水準においては、当業者であれば、特定の遺伝子が得られた場合、その遺伝子のヌクレオチド配列情報を利用して、同種若しくは他の植物から、その相同遺伝子を同定することが可能である。相同遺伝子を同定するための方法としては、例えば、ハイブリダイゼーション技術（Ｓｏｕｔｈｅｒｎ，Ｅ．Ｍ．，Ｊ．Ｍｏｌ．Ｂｉｏｌ．，９８：５０３，１９７５）やポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）技術（Ｓａｉｋｉ，Ｒ．Ｋ．，ｅｔ ａｌ．Ｓｃｉｅｎｃｅ，２３０：１３５０－１３５４，１９８５、Ｓａｉｋｉ，Ｒ．Ｋ．ｅｔ ａｌ．Ｓｃｉｅｎｃｅ，２３９：４８７－４９１，１９８８）が挙げられる。相同遺伝子を同定するためには、通常、ストリンジェントな条件下でハイブリダイゼーション反応を行なう。ストリンジェントなハイブリダイゼーションの条件としては、６Ｍ 尿素、０．４％ ＳＤＳ、０．５ｘＳＳＣの条件又はこれと同等のストリンジェンシーのハイブリダイゼーション条件を例示できる。よりストリンジェンシーの高い条件、例えば、６Ｍ 尿素、０．４％ ＳＤＳ、０．１ｘＳＳＣの条件を用いれば、より相同性の高い遺伝子の単離を期待することができる。よって、本発明にかかるＤ－ホルデインには、配列番号：２、４、６、８、１０、１２、１４、１６又は１８に記載のアミノ酸配列をコードするヌクレオチド配列（例えば、配列番号：１、３、５、７、９、１１又は１３に記載のヌクレオチド配列）からなるＤＮＡとストリンジェントな条件でハイブリダイズするＤＮＡがコードするアミノ酸配列からなるタンパク質も含まれる。
同定された相同遺伝子がコードするタンパク質は、通常、前記特定の遺伝子がコードするそれと高い相同性（高い類似性）、好ましくは高い同一性を有する。ここで「高い」とは、少なくとも８０％以上、好ましくは８５％以上、より好ましくは９０％以上、さらに好ましくは９５％以上（例えば、９６％以上、９７％以上、９８％以上、９９％以上）のことである。よって、本発明にかかるＤ－ホルデインには、配列番号：２、４、６、８、１０、１２、１４、１６又は１８に記載のアミノ酸配列と８０％以上の相同性（類似性）又は８０％以上の同一性を有するアミノ酸配列をコードする遺伝子が含まれる。
配列の相同性は、ＢＬＡＳＴのプログラム（Ａｌｔｓｃｈｕｌ ｅｔ ａｌ．Ｊ．Ｍｏｌ．Ｂｉｏｌ．，２１５：４０３－４１０，１９９０）を利用して決定することができる。該プログラムは、Ｋａｒｌｉｎ及びＡｌｔｓｃｈｕｌによるアルゴリズムＢＬＡＳＴ（Ｐｒｏｃ．Ｎａｔｌ．Ａｃａｄ．Ｓｃｉ．ＵＳＡ，８７：２２６４－２２６８，１９９０，Ｐｒｏｃ．Ｎａｔｌ．Ａｃａｄ．Ｓｃｉ．ＵＳＡ，９０：５８７３－５８７７，１９９３）に基づいている。例えば、ＢＬＡＳＴによってアミノ酸配列を解析する場合には、パラメーターは、例えばｓｃｏｒｅ＝５０、ｗｏｒｄｌｅｎｇｔｈ＝３とする。また、Ｇａｐｐｅｄ ＢＬＡＳＴプログラムを用いて、アミノ酸配列を解析する場合は、Ａｌｔｓｃｈｕｌら（Ｎｕｃｌｅｉｃ Ａｃｉｄｓ Ｒｅｓ．２５：３３８９－３４０２，１９９７）に記載されているように行うことができる。ＢＬＡＳＴとＧａｐｐｅｄ ＢＬＡＳＴプログラムを用いる場合には、各プログラムのデフォルトパラメーターを用いる。これらの解析方法の具体的な手法は公知である。
このようなＤ－ホルデインにおいて、本発明において導入される改変は、下記（ａ）及び（ｂ）の少なくとも１の改変である。
（ａ）Ｄ－ホルデインタンパク質における、配列番号：２に記載の４５９位若しくは該部位に対応する部位、配列番号：２に記載の４７３位若しくは該部位に対応する部位、及び、配列番号：２に記載の５３４位若しくは該部位に対応する部位からなる群から選択される、少なくとも１の部位のシステインを、他のアミノ酸に置換又は欠失させる改変、
（ｂ）Ｄ－ホルデインタンパク質における、配列番号：２に記載の４５４～５４０位のアミノ酸からなる領域又は該領域に対応する領域中のシステインの数を２個以下とする改変。
（ａ）Ｄ－ホルデインタンパク質における、配列番号：２に記載の４５９位若しくは該部位に対応する部位、配列番号：２に記載の４７３位若しくは該部位に対応する部位、及び、配列番号：２に記載の５３４位若しくは該部位に対応する部位からなる群から選択される、少なくとも１の部位のシステインを、他のアミノ酸に置換又は欠失させる改変、
（ｂ）Ｄ－ホルデインタンパク質における、配列番号：２に記載の４５４～５４０位のアミノ酸からなる領域又は該領域に対応する領域中のシステインの数を２個以下とする改変。
前記改変（ａ）において、システインから置き換わる「他のアミノ酸」としては、システイン以外のアミノ酸であれば特に制限はない。かかる「置換」及び「欠失」としては、当該システインのみの置換及び欠失のみならず、各々当該システインを含むアミノ酸配列の置換及び欠失であってもよい。また、前記３つの部位においては、１のシステインの改変（配列番号：２に記載の４５９位若しくは該部位に対応する部位のシステインを他のアミノ酸に置換若しくは欠失させる改変、配列番号：２に記載の４７３位若しくは該部位に対応する部位のシステインを他のアミノ酸に置換若しくは欠失させる改変、又は、配列番号：２に記載の５３４位若しくは該部位に対応する部位のシステインを他のアミノ酸に置換若しくは欠失させる改変）であってもよく、２のシステインの改変（配列番号：２に記載の４５９位又は該部位に対応する部位のシステインを他のアミノ酸に置換又は欠失させる改変、及び、配列番号：２に記載の４７３位若しくは該部位に対応する部位のシステインを他のアミノ酸に置換又は欠失させる改変；配列番号：２に記載の４５９位又は該部位に対応する部位のシステインを他のアミノ酸に置換又は欠失させる改変、及び、配列番号：２に記載の５３４位若しくは該部位に対応する部位のシステインを他のアミノ酸に置換又は欠失させる改変；又は；配列番号：２に記載の４７３位又は該部位に対応する部位のシステインを他のアミノ酸に置換又は欠失させる改変、及び、配列番号：２に記載の５３４位若しくは該部位に対応する部位のシステインを他のアミノ酸に置換又は欠失させる改変）であってもよく、３つのシステイン全てにおける改変であってもよい。
前記改変（ｂ）に関し、Ｄ－ホルデインは、６つの領域に分けることができる。シグナルペプチド（配列番号：２に記載の１～２１位のアミノ酸配列に相当）、Ｎ末領域（配列番号：２に記載の２２～１３１位のアミノ酸配列に相当）、Ｒ１領域（ＰＧＱＧＱＱＧＹＹＰＳＡＴＳＰＱＱを繰り返し単位とする反復配列を含む領域、配列番号：２に記載の１３２～４５３位のアミノ酸配列に相当）、Ｒ２領域（配列番号：２に記載の４５４～５４０位のアミノ酸配列に相当）、Ｒ３領域（ＰＥＱＧＱＱＴＴＶＳを繰り返し単位とする反復配列を含む領域、配列番号：２に記載の５４１～７１５位のアミノ酸配列に相当）、Ｃ末領域（配列番号：２に記載の７１６～７５７位のアミノ酸配列に相当）の６領域である（Ｙｏｎｇ Ｑｉａｎｇ Ｇｕら、Ｇｅｎｏｍｅ、２００３年１２月、４６（６）、１０８４～１０９７ページ、Ｘｉｎｋｕｎ Ｈｕら、Ｇｅｎｅｔｉｃａ．２０１８年６月、１４６（３）、２５５～２６４ページ等 参照のほど）。
本願明細書において「配列番号：２に記載の４５４～５４０位のアミノ酸からなる領域又は該領域に対応する領域」、「オオムギ特異的な領域」又は「Ｃｙｓ領域」とも称する領域は、前記Ｒ２領域であり、後述の実施例に示すとおり、この領域におけるシステイン数が２以下であれば、オオムギはグルテン形成能を有し得る。なお、配列番号：２、４、６、８、１０、１２又は１４に記載のアミノ酸配列が示すとおり、通常、オオムギのこの領域におけるシステインは３つである。そのため、通常、改変（ａ）によって、Ｒ２領域におけるシステインは２個以下となる。しかしながら、前記３つのシステインの部位（配列番号：２に記載の４５９位又は該部位に対応する部位、配列番号：２に記載の４７３位又は該部位に対応する部位、及び、配列番号：２に記載の５３４位又は該部位に対応する部位のシステイン）以外に、Ｒ２領域においてシステインを有するオオムギは生じ得る。よって、このようなオオムギにおいては、前記３つの部位のみならず、当該領域においてシステイン数を２以下にする改変を行うことが考えられる。かかる場合、当該改変後のＲ２領域におけるシステイン数は１個が好ましく、０個がより好ましい。
このようなアミノ酸配列の改変は、Ｄ－ホルデインをコードする遺伝子への変異導入によって行うことができる。かかる公知の遺伝子への変異導入方法としては、ゲノム編集法、物理的変異導入法、化学的変異剤を用いる方法が挙げられるが、これらに限定はされない。
ゲノム編集法は、部位特異的なヌクレアーゼ（例えば、ジンクフィンガーヌクレアーゼ（ＺＦＮ）、転写活性化様エフェクターヌクレアーゼ（ＴＡＬＥＮ）、ＣＲＩＳＰＲ－Ｃａｓ酵素等のＤＮＡ二本鎖切断酵素）を利用して、標的遺伝子を改変する方法である。例えば、ＺＦＮｓ（米国特許６２６５１９６号、８５２４５００号、７８８８１２１号、欧州特許１７２０９９５号）、ＴＡＬＥＮｓ（米国特許８４７０９７３号、米国特許８５８６３６３号）、ヌクレアーゼドメインが融合されたＰＰＲ（ｐｅｎｔａｔｒｉｃｏｐｅｐｔｉｄｅｒｅｐｅａｔ）（Ｎａｋａｍｕｒａ ｅｔ ａｌ．，Ｐｌａｎｔ Ｃｅｌｌ Ｐｈｙｓｉｏｌ ５３：１１７１－１１７９（２０１２））等の融合タンパク質や、ＣＲＩＳＰＲ－Ｃａｓ９（米国特許８６９７３５９号、国際公開２０１３／１７６７７２号）、ＣＲＩＳＰＲ－Ｃｐｆ１（Ｚｅｔｓｃｈｅ Ｂ．ｅｔ ａｌ．，Ｃｅｌｌ，１６３（３）：７５９－７１，（２０１５））やＴａｒｇｅｔ－ＡＩＤ（Ｋ．Ｎｉｓｈｉｄａ ｅｔ ａｌ．，Ｔａｒｇｅｔｅｄ ｎｕｃｌｅｏｔｉｄｅ ｅｄｉｔｉｎｇ ｕｓｉｎｇ ｈｙｂｒｉｄ ｐｒｏｋａｒｙｏｔｉｃ ａｎｄ ｖｅｒｔｅｂｒａｔｅ ａｄａｐｔｉｖｅ ｉｍｍｕｎｅ ｓｙｓｔｅｍｓ，Ｓｃｉｅｎｃｅ，ＤＯＩ：１０．１１２６／ｓｃｉｅｎｃｅ．ａａｆ８７２９，（２０１６））等のガイドＲＮＡとタンパク質の複合体、あるいはタンパク質の複合体を用いる方法が挙げられる。
「Ｃａｓ酵素」としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、Ｉ型ＣＲＩＳＰＲ系酵素、II型ＣＲＩＳＰＲ系酵素、III型ＣＲＩＳＰＲ系酵素等が挙げられるが、II型ＣＲＩＳＰＲ系酵素であるＣａｓ９が好ましい。「Ｃａｓ９」としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、肺炎連鎖球菌（Ｓｔｒｅｐｔｏｃｏｃｃｕｓ ｐｎｅｕｍｏｎｉａｅ）のＣａｓ９、化膿性連鎖球菌（Ｓｔｒｅｐｔｏｃｏｃｃｕｓ ｐｙｏｇｅｎｅｓ）のＣａｓ９、Ｓ．サーモフィラス（Ｓｔｒｅｐｔｏｃｏｃｃｕｓ ｔｈｅｒｍｏｐｈｉｌｕｓ）のＣａｓ９、黄色ブドウ球菌（Ｓｔａｐｈｙｌｏｃｏｃｃｕｓ ａｕｒｅｕｓ）のＣａｓ９等が挙げられるが、化膿性連鎖球菌（Ｓｔｒｅｐｔｏｃｏｃｃｕｓ ｐｙｏｇｅｎｅｓ）のＣａｓ９（ＳｐＣａｓ９）が好ましい。また、これらの生物に由来するＣａｓ９の変異体であってもよく、ニッカーゼ（一方のＤＮＡ鎖のみにｎｉｃｋを入れるＤＮＡ切断酵素）として機能することが知られているＣａｓ９のＤ１０Ａ変異体であってもよく、Ｃａｓ９ホモログ、又はオルソログであってもよい。
物理的変異導入法としては、例えば、重イオンビーム（ＨＩＢ）照射、速中性子線照射、ガンマ線照射、紫外線照射が挙げられる（Ｈａｙａｓｈｉら、Ｃｙｃｌｏｔｒｏｎｓ ａｎｄ Ｔｈｅｉｒ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ、２００７年、第１８回国際会議、２３７～２３９ページ、及び、Ｋａｚａｍａら、Ｐｌａｎｔ Ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ、２００８年、２５巻、１１３～１１７ページ 参照）。
化学的変異剤を用いる方法としては、例えば、化学変異剤によって種子等を処理する方法（Ｚｗａｒ及びＣｈａｎｄｌｅｒ、Ｐｌａｎｔａ、１９９５年、１９７巻、３９～４８ページ等 参照）が挙げられる。化学変異剤としては特に制限はないが、Ｎ－メチル－Ｎ－ニトロソウレア（ＭＮＵ）、エチルメタンスルホート（ＥＭＳ）、Ｎ－エチル－Ｎ－ニトロソウレア（ＥＮＵ）、アジ化ナトリウム、亜硫酸水素ナトリウム、ヒドリキシルアミン、Ｎ－メチル－Ｎ’－ニトロ－Ｎ－ニトログアニジン（ＭＮＮＧ）、Ｎ－メチル－Ｎ’－ニトロソグアニジン（ＮＴＧ）、Ｏ－メチルヒドロキシルアミン、亜硝酸、蟻酸及びヌクレオチド類似体が挙げられる。
以上の方法により変異が導入されたオオムギについては、公知の方法により、Ｄ－ホルデイン遺伝子に本発明にかかる改変（変異）が導入されていることを確認することができる。かかる公知の方法としては、例えば、ＤＮＡシークエンス法（次世代シークエンシング法等）、ＰＣＲ法、マイクロアレイを用いた解析法、サザンブロット法、ノーザンブロット法が挙げられる。かかる方法によれば、Ｄ－ホルデインのＲ２領域をコードするヌクレオチド配列に変異（欠失）が導入されているか否かを、変異導入前後の当該配列又はそれらの長さを比較することによって判断することができる。
また、Ｄ－ホルデイン遺伝子に本発明にかかる変異が導入されていることを確認する他の方法として、ＴＩＬＬＩＮＧ（標的誘導型ゲノム特定位傷害、Ｔａｒｇｅｔｉｎｇ Ｉｎｄｕｃｅｄ Ｌｏｃａｌ Ｌｅｓｉｏｎｓ ＩＮ Ｇｅｎｏｍｅｓ）が挙げられる（Ｓｌａｄｅら、Ｔｒａｎｓｇｅｎｉｃ Ｒｅｓ．、２００５年、１４巻、１０９～１１５ページ、及び、Ｃｏｍａｉら、Ｐｌａｎｔ Ｊ．、２００４年、３７巻、７７８～７８６ページ 参照）。特に、前述の重イオンビーム照射や化学的変異剤等を用いてオオムギのゲノム中に非選択的変異を導入した場合にはＤ－ホルデイン遺伝子又はその一部をＰＣＲで増幅した後に、該増幅産物に変異を有する個体を、前記ＴＩＬＬＩＮＧ等により選抜することができる。
また、上述の方法により変異が導入されたオオムギと変異導入前（例えば、野生型）のオオムギとを交配させ、戻し交配を行うことにより、目的とする遺伝子以外の遺伝子に導入された変異を除去することもできる。
Ｄ－ホルデイン遺伝子に本発明の変異が導入されたオオムギが、Ｄ－ホルデイン遺伝子のヘテロ接合体である場合がある。そのような場合、例えば、かかるヘテロ同士を交配してＦ１植物体を得ることにより、当該Ｆ１植物体から当該変異が導入されたＤ－ホルデイン遺伝子を有するホモ接合体を選抜する。この場合、「当該変異が導入されたＤ－ホルデイン遺伝子を有するホモ接合体であるムギ」には、互いに同一である変異を有するＤ－ホルデイン遺伝子の対立遺伝子（ａｌｌｅｌｅ）を２つ有するオオムギだけでなく、第１の変異を有する第１のＤ－ホルデイン遺伝子と、第２の変異を有する第２のＤ－ホルデイン遺伝子とを有するオオムギが含まれる。
本発明において、Ｄ－ホルデイン遺伝子への本発明にかかる変異導入は、上述の方法等に応じ、オオムギの植物体、種子又は植物細胞に対して行うことができる。植物細胞には、オオムギ由来の培養細胞の他、植物体中の細胞も含まれる。さらに、種々の形態のオオムギ由来の細胞、例えば、生殖系列細胞、懸濁培養細胞、プロトプラスト、葉の切片、カルス、未熟胚、花粉等が含まれる。
また、本発明において、上述の、部位特異的ヌクレアーゼ、融合タンパク質又はガイドＲＮＡとタンパク質の複合体をコードするＤＮＡ等を、ベクターに挿入した形態にてオオムギの細胞に導入してもよい。
Ｄ－ホルデイン遺伝子に変異を導入するための前記ＤＮＡが挿入されるベクターとしては、オオムギの細胞内で挿入遺伝子を発現させることが可能なものであれば特に制限はないが、前記ＤＮＡを恒常的又は誘導的に発現させるためのプロモーターを含有しうる。恒常的に発現させるためのプロモーターとしては、例えば、イネのユビキチンプロモーター、カリフラワーモザイクウイルスの３５Ｓプロモーター、イネのアクチンプロモーター、トウモロコシのユビキチンプロモーター等が挙げられる。また、誘導的に発現させるためのプロモーターとしては、例えば、糸状菌・細菌・ウイルスの感染や侵入、低温、高温、乾燥、紫外線の照射、特定の化合物の散布等の外因によって発現することが知られているプロモーター等が挙げられる。さらに、本発明にかかるＤＮＡとしてガイドＲＮＡ等の短いＲＮＡをコードするＤＮＡを発現させるためのプロモーターとしては、Ｕ６プロモーター等ｐｏｌIII系のプロモーターが好適に用いられる。
オオムギの細胞へ前記ＤＮＡ又は該ＤＮＡが挿入されたベクター等を導入する方法としては、例えば、ｉＰＢ（ｉｎ ｐｌａｎｔａ Ｐａｒｔｉｃｌｅ Ｂｏｍｂａｒｄｍｅｎｔ）法等のパーティクルボンバードメント法、アグロバクテリウムを介する方法（アグロバクテリウム法）、ポリエチレングリコール法、電気穿孔法（エレクトロポーレーション）、リポソーム法、マイクロインジェクション法、ウィスカー法、プラズマ法、レーザーインジェクション法が挙げられる。なお、ｉＰＢ法については、例えば、特開２０１７－２０５１０４号公報及び特開２０１７－２０５１０３号公報に開示されている。
なお、ＤＮＡの形態をとらずとも、上述の、部位特異的ヌクレアーゼ、融合タンパク質は、タンパク質として、上述の、ガイドＲＮＡは、ＲＮＡとして、オオムギの細胞に導入しても、変異を導入することはできる。
このように、本発明においては、前記ＤＮＡ、該ＤＮＡが挿入されたベクター、前記タンパク質、前記ＲＮＡといったＤ－ホルデイン遺伝子を標的とする物質を用いることにより、オオムギにグルテン形成能を付与することができる。したがって、本発明は、前記ＤＮＡ、該ＤＮＡが挿入されたベクター、前記タンパク質及び前記ＲＮＡからなる群から選択される、オオムギのＤ－ホルデイン遺伝子を標的とする少なくとも１の物質を有効成分として含む、オオムギにグルテン形成能を付与するための薬剤も提供し得る。
かかる薬剤においては、２種の有効成分を１つの組成物中に含む態様であってもよく、２種の有効成分を別々の組成物中に含む態様（所謂、キット）であってもよい。また、本発明の薬剤においては、上記物質の他、緩衝液、安定剤、保存剤、防腐剤等の他の成分が添加してあってもよい。
また、上述の方法等によりＤ－ホルデインに上記本発明にかかる改変が導入された細胞からオオムギの植物体を再生することにより、グルテン形成能を有するオオムギを得ることができる。
例えば、ムギに関する形質転換植物体を作出する手法としては、Ｔｉｎｇａｙら（Ｔｉｎｇａｙ Ｓ．ｅｔ ａｌ．Ｐｌａｎｔ Ｊ．１１：１３６９－１３７６，１９９７）、Ｍｕｒｒａｙら（Ｍｕｒｒａｙ Ｆ ｅｔ ａｌ．Ｐｌａｎｔ Ｃｅｌｌ Ｒｅｐｏｒｔ ２２：３９７－４０２，２００４）、及びＴｒａｖａｌｌａら（Ｔｒａｖａｌｌａ Ｓ ｅｔ ａｌ．Ｐｌａｎｔ Ｃｅｌｌ Ｒｅｐｏｒｔ ２３：７８０－７８９，２００５）に記載された方法を挙げることができる。また、Ｔａｂｅｉら（田部井豊 編、「形質転換プロトコール［植物編］」、株式会社化学同人、２０１２年９月２０日出版）に記載に方法等を用い、形質転換及び植物体への再生を行なうことができる。
（グルテン形成能を有するオオムギ）
上述の方法等により、Ｄ－ホルデインに上記本発明にかかる改変が導入された、グルテン形成能を有するオオムギを得ることができる。したがって、本発明は、
Ｄ－ホルデインタンパク質に、下記（ａ）及び（ｂ）に記載の少なくとも１の改変が導入された、グルテン形成能を有するオオムギを提供する
（ａ）Ｄ－ホルデインタンパク質における、配列番号：２に記載の４５９位若しくは該部位に対応する部位、配列番号：２に記載の４７３位若しくは該部位に対応する部位、及び、配列番号：２に記載の５３４位若しくは該部位に対応する部位からなる群から選択される、少なくとも１の部位のシステインを、他のアミノ酸に置換又は欠失させる改変、
（ｂ）Ｄ－ホルデインタンパク質における、配列番号：２に記載の４５４～５４０位のアミノ酸からなる領域又は該領域に対応する領域中のシステインの数を２個以下とする改変。
上述の方法等により、Ｄ－ホルデインに上記本発明にかかる改変が導入された、グルテン形成能を有するオオムギを得ることができる。したがって、本発明は、
Ｄ－ホルデインタンパク質に、下記（ａ）及び（ｂ）に記載の少なくとも１の改変が導入された、グルテン形成能を有するオオムギを提供する
（ａ）Ｄ－ホルデインタンパク質における、配列番号：２に記載の４５９位若しくは該部位に対応する部位、配列番号：２に記載の４７３位若しくは該部位に対応する部位、及び、配列番号：２に記載の５３４位若しくは該部位に対応する部位からなる群から選択される、少なくとも１の部位のシステインを、他のアミノ酸に置換又は欠失させる改変、
（ｂ）Ｄ－ホルデインタンパク質における、配列番号：２に記載の４５４～５４０位のアミノ酸からなる領域又は該領域に対応する領域中のシステインの数を２個以下とする改変。
なお、Ｄ－ホルデイン、当該タンパク質における改変、該改変によってグルテン形成能が付与されるオオムギ等については、上述のとおりである。また、かかる本発明のオオムギからは、既存の生来的にグルテン形成能を有するオオムギ（例えば、後述の実施例に示す、本発明者らによってグルテン形成能を有することは初めて明らかになった「関東皮３５号」、「Ｎｉｇｒｉｎｕｄｕｍ」、「Ｈｕｎｇａｒｉａｎ」、「エチオピア１、「エチオピア７」、「エチオピア５９」、「エチオピア６３」、「ＣＯＬ／ＮＥＰＡＬ／１９８５／ＩＢＰＧＲ／２３」、「新系Ｊ０３９」）は除かれる。
また、一旦、グルテン形成能が付与されているオオムギ（植物体）が得られれば、該植物体から有性生殖又は無性生殖により子孫を得ることが可能である。さらに、該植物体やその子孫あるいはクローンから繁殖材料（例えば、種子、切穂、株、カルス、プロトプラスト等）を得て、それらを基に該植物体を量産することも可能である。したがって、本発明には、グルテン形成能を有するオオムギの子孫及びクローン、並びに、それらの繁殖材料が含まれる。なお、繁殖材料としては、例えば、種子、株、カルス、プロトプラストが挙げられる。
さらに、グルテン形成能を有するオオムギは、コムギのように高い加工適性を示す。すなわち、高い生地物性（ムギ粉から調製される生地の強さ、硬さ、ミキシング耐性及び安定度から選択される少なくとも１の物性）、ひいては高い二次加工適性（パン等のムギ加工食品の製造における適性）を、本発明のグルテン形成能を有するオオムギは有する。
したがって、本発明は、本発明のグルテン形成能を有するオオムギの種子、当該種子から調製されたオオムギ粉（当該種子を製粉したオオムギ粉）、当該オオムギ粉を含むオオムギ加工食品も、本発明は提供し得る。
本発明において「オオムギ粉」とは、オオムギの種子を製粉して得られるものであればよく、製粉に使用する部位、挽き方等、特に制限はなく、例えば、強力粉、中力粉、薄力粉、全粒粉、グラハム粉、セモリナ粉が挙げられる。
また、前記オオムギ粉から製造される「オオムギ加工食品」としても、特に制限はなく、例えば、食パン、ロールパン、コッペパン、クロワッサン、デニッシュ、フランスパン、ベーグル、スコーン、マフィン、菓子パン、惣菜パン、乾パン等のパン類；中華麺、うどん、スパゲッティ、マカロニ、沖縄そば、そうめん、ひやむぎ、そば等の麺類；餃子の皮；麩；パイ、ドーナツ、クッキー、ビスケット、クラッカー、かりんとう、カステラ、ケーキ、まんじゅう等の菓子類が挙げられる。
＜オオムギにおけるグルテン形成能を判定する方法＞
後述の実施例に示すとおり、本発明者らは、オオムギのＤ－ホルデインにおいて、対応するコムギ高分子量グルテニンにはないオオムギ特異的な領域におけるシステインが、グルテン形成を抑制していることを明らかにした。よって、本発明のオオムギにおけるグルテン形成能を判定する方法は、前記特異的領域に存在するシステインを指標とすることを特徴とし、より具体的には以下を提供する。
後述の実施例に示すとおり、本発明者らは、オオムギのＤ－ホルデインにおいて、対応するコムギ高分子量グルテニンにはないオオムギ特異的な領域におけるシステインが、グルテン形成を抑制していることを明らかにした。よって、本発明のオオムギにおけるグルテン形成能を判定する方法は、前記特異的領域に存在するシステインを指標とすることを特徴とし、より具体的には以下を提供する。
オオムギにおけるグルテン形成能を判定する方法であって、下記工程（１）及び（２）を含む方法
（１）被検オオムギのＤ－ホルデインタンパク質における、配列番号：２に記載の４５４～５４０位のアミノ酸からなる領域又は該領域に対応する領域中のシステインを検出する工程、
（２）（ａ）配列番号：２に記載の４５９位若しくは該部位に対応する部位、配列番号：２に記載の４７３位若しくは該部位に対応する部位、及び、配列番号：２に記載の５３４位若しくは該部位に対応する部位からなる群から選択される、少なくとも１の部位のアミノ酸がシステイン以外のアミノ酸である若しくは欠失している場合、及び／又は、
（ｂ）前記領域におけるシステインの数が２個以下である場合、
前記被検オオムギはグルテン形成能を有するオオムギであると判定する工程を含む、方法。
（１）被検オオムギのＤ－ホルデインタンパク質における、配列番号：２に記載の４５４～５４０位のアミノ酸からなる領域又は該領域に対応する領域中のシステインを検出する工程、
（２）（ａ）配列番号：２に記載の４５９位若しくは該部位に対応する部位、配列番号：２に記載の４７３位若しくは該部位に対応する部位、及び、配列番号：２に記載の５３４位若しくは該部位に対応する部位からなる群から選択される、少なくとも１の部位のアミノ酸がシステイン以外のアミノ酸である若しくは欠失している場合、及び／又は、
（ｂ）前記領域におけるシステインの数が２個以下である場合、
前記被検オオムギはグルテン形成能を有するオオムギであると判定する工程を含む、方法。
本発明において、「被検オオムギ」について、特に制限はなく、上述のとおり、Ｈｏｒｄｅｕｍ属に属するイネ科の植物、とりわけＨｏｒｄｅｕｍ ｖｕｌｇａｒｅであればよい。また、本発明の判定方法における「Ｄ－ホルデインタンパク質」、「配列番号：２に記載の４５４～５４０位のアミノ酸からなる領域又は該領域」、「配列番号：２に記載の４５９位若しくは該部位に対応する部位、配列番号：２に記載の４７３位若しくは該部位に対応する部位、及び、配列番号：２に記載の５３４位若しくは該部位に対応する部位」及び「グルテン形成能」については、上述のとおりである。
本発明において「Ｄ－ホルデインタンパク質における、配列番号：２に記載の４５４～５４０位のアミノ酸からなる領域又は該領域に対応する領域中のシステインの検出」は、Ｄ－ホルデインタンパク質をコードするゲノムＤＮＡ、前記ゲノムＤＮＡからの転写産物、前記転写産物からの翻訳産物（Ｄ－ホルデインタンパク質）を対象として行うことができる。
本発明における検出には、公知の手法を用いることができる。「Ｄ－ホルデインタンパク質をコードするゲノムＤＮＡ」を対象とする場合においては、先ず、被検オオムギからＤＮＡ試料を調製する。ＤＮＡを抽出するためのオオムギとしては、成長した植物体のみならず、種子や幼植物体を用いることもできる。ＤＮＡ試料を抽出するための組織としては、例えば、葉を利用することができる。オオムギからゲノムＤＮＡを抽出する方法としては特に制限はなく、公知の手法を適宜選択して用いることができ、例えば、ＳＤＳフェノール法、ＣＴＡＢ法、アルカリ処理法が挙げられる。また、ＤＮｅａｓｙ Ｐｌａｎｔ ｍｉｎｉ ｋｉｔ（ＱＩＡＧＥＮ， Ｇｅｒｍａｎｙ）等の市販のキットを利用することもできる。
また、本発明における検出は、当業者であれば、公知の多型の検出方法を用いて行うことが出来る。かかる多型の検出方法としては、後述の実施例に示すような、ＰＣＲ－ＳＳＰ（ＰＣＲ－配列特異的プライマー）法が挙げられる。配列番号：２に記載の４５９位若しくは該部位に対応する部位等がシステインであるか否か（以下、単に「多型」とも称する）をＰＣＲ－ＳＳＰ法により検出する場合には、プライマーを構成する一対のオリゴヌクレオチドのうちの片方のオリゴヌクレオチドの３’末端が前記多型の部位の特定の塩基種に相補的な塩基種になるように設計する。そして、このように設計された一対のオリゴヌクレオチドを用いたＰＣＲにより増幅されるのは、前記部位の特定の塩基種を有する被検オオムギに由来するゲノムＤＮＡを鋳型にした場合に限られ、前記部位が異なる塩基種である被検オオムギに由来するゲノムＤＮＡを鋳型にした場合は増幅されない。このため、かかる一対のオリゴヌクレオチドを利用することにより、多型を検出することができる。
多型を検出するためのさらに別の方法としては、ＰＣＲ－ＳＳＣＰ（ＰＣＲ－一本鎖高次構造多型）法が挙げられる。すなわち、多型部位を挟み込むように設計された一対のオリゴヌクレオチドを用いたＰＣＲにより増幅された２本鎖ＤＮＡを、熱やアルカリ等で処理することにより変性させ、１本鎖ＤＮＡにした後、変性剤を含まないポリアクリルアミドゲル電気泳動にかけると、ゲル中で１本鎖ＤＮＡは分子内相互作用により折り畳まれ、高次構造を形成することになる。そして、その折り畳まれ構造の相互作用は、塩基種の相違により変化するため、分離した当該１本鎖ＤＮＡを銀染色やラジオアイソトープにより検出し、当該１本鎖ＤＮＡのゲル上での移動度を対照と比較することにより、多型を検出することができる。
多型を検出する別の方法としては、インターカレーターを利用する方法が挙げられる。この方法においては、先ず、被検オオムギから、上述のとおり、ゲノムＤＮＡを調製する。次いで、ＤＮＡ二重鎖間に挿入されると蛍光を発するインターカレーターを含む反応系において、前記ゲノムＤＮＡを鋳型として、多型部位を含む領域を増幅する。そして、前記反応系の温度を変化させ、前記インターカレーターが発する蛍光の強度の変動を検出し、検出した前記温度の変化に伴う前記蛍光の強度の変動を対照と比較する。このような方法としては、ＨＲＭ（ｈｉｇｈ ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ ｍｅｌｔｉｎｇ、高分解融解曲線解析）法が挙げられる。
多型をを検出するさらに別の方法としては、多型部位を含む領域にハイブリダイズするオリゴヌクレオチドプローブを利用する方法が挙げられる。この方法においては、先ず、被検オオムギから、上述のとおり、ゲノムＤＮＡを調製する。一方で、多型部位を含む領域に特異的にハイブリダイズし、レポーター蛍光色素及びクエンチャー蛍光色素が標識されたオリゴヌクレオチドプローブを調製する。そして、前記ゲノムＤＮＡに、前記オリゴヌクレオチドプローブをハイブリダイズさせ、さらに前記オリゴヌクレオチドプローブがハイブリダイズした前記ゲノムＤＮＡを鋳型として、多位を含むＤＮＡを増幅する。そして、前記増幅に伴うオリゴヌクレオチドプローブの分解により、前記レポーター蛍光色素が発する蛍光を検出する。このような方法としては、ダブルダイプローブ法、いわゆるＴａｑＭａｎ（登録商標）プローブ法が挙げられる。
また、多型を検出する別の方法としては、多型部位を含むＤＮＡを単離し、単離したＤＮＡの配列を決定することにより実施することができる。該ＤＮＡの単離は、例えば、多型の部位を挟み込むように設計された一対のオリゴヌクレオチドを用いて、ゲノムＤＮＡを鋳型としたＰＣＲ等によって行うことができる。単離したＤＮＡ配列の決定は、マキサムギルバート法やサンガー法等、当業者に公知の方法で行うことができる。また、次世代シーケンシング（ＮＧＳ；Ｎｅｘｔ Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ Ｓｅｑｕｅｎｃｉｎｇ）に供することにより、配列決定を行なうこともできる。そして、このようにして決定した配列情報に基づき、前記領域におけるシステインの数を検出することが可能となる。
次世代シーケンシング法としては特に制限はないが、合成シーケンシング法（ｓｅｑｕｅｎｃｉｎｇ－ｂｙ－ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ、例えば、イルミナ社製Ｓｏｌｅｘａゲノムアナライザー、Ｈｉｓｅｑ又はＭｉｓｅｑによるシーケンシング）、パイロシーケンシング法（例えば、ロッシュ・ダイアグノステックス（４５４）社製のシーケンサーＧＳＬＸ又はＦＬＸによるシーケンシング（所謂４５４シーケンシング））、リガーゼ反応シーケンシング法（例えば、ライフテクノロジー社製のＳｏｌｉＤ又は５５００ｘｌによるシーケンシング）等が挙げられる。
さらに、本発明は上記方法に限定されることはなく。例えば、ＲＦＬＰ（Ｒｅｓｔｒｉｃｔｉｏｎ Ｆｒａｇｍｅｎｔ Ｌｅｎｇｔｈ Ｐｏｌｙｍｏｒｐｈｉｓｍ；制限酵素断片長多型）、ＣＡＰＳ法（ＰＣＲ－ＲＦＬＰ法）、変性剤濃度勾配ゲル電気泳動法（ＤＧＧＥ法）、インベーダー（Ｉｎｖａｄｅｒ）法、シングルヌクレオチドプライマー伸長（ＳＮｕＰＥ）法、アレル特異的オリゴヌクレオチド（ＡＳＯ）ハイブリダイゼーション法、リボヌクレアーゼＡミスマッチ切断法、ＤＮＡアレイ法といった、多型を検出するための他の公知の技術も、本発明において利用し得る。
また、「前記ゲノムＤＮＡからの転写産物」を対象とする場合においては、例えば、上述の多型検出方法の他、ＲＴ－ＰＣＲ法、ダイレクトシークエンシング、ノーザンブロッティング、ドットブロット法、ｃＤＮＡマイクロアレイ解析を用いることができる。
また、本発明において、翻訳産物（Ｄ－ホルデインタンパク質）を検出する方法としては、例えば、免疫染色法、ウェスタンブロッティング法、ＥＬＩＳＡ法、フローサイトメトリー法、免疫沈降法、抗体アレイ解析が挙げられる。これら方法においては、配列番号：２に記載の４５９位若しくは該部位に対応する部位、配列番号：２に記載の４７３位若しくは該部位に対応する部位、及び、配列番号：２に記載の５３４位若しくは該部位に対応する部位からなる群から選択される、少なくとも１の部位のアミノ酸を含む領域をエピトープとする、Ｄ－ホルデインに対する抗体が用いられる。
このようなＤ－ホルデインに対する抗体は、当業者であれば適宜公知の手法を選択して調製することができる。かかる公知の手法としては、前記少なくとも１の部位のアミノ酸を含む領域からなるポリペプチド等を免疫動物に接種し、該動物の免疫系を活性化させた後、該動物の血清（ポリクローナル抗体）を回収する方法や、ハイブリドーマ法、組換えＤＮＡ法、ファージディスプレイ法等のモノクローナル抗体の作製方法が挙げられる。
また、翻訳産物の検出において、標識物質を結合させた抗体を用いれば、当該標識を検出することにより、Ｄ－ホルデインを直接検出することが可能である。標識物質としては、抗体に結合することができ、検出可能なものであれば特に制限されることはなく、例えば、ペルオキシダーゼ、β－Ｄ－ガラクトシダーゼ、マイクロペルオキシダーゼ、ホースラディッシュペルオキシダーゼ（ＨＲＰ）、フルオレセインイソチオシアネート（ＦＩＴＣ）、ローダミンイソチオシアネート（ＲＩＴＣ）、アルカリホスファターゼ、ビオチン及び放射性物質が挙げられる。さらに、標識物質を結合させた抗体を用いてＤ－ホルデインを直接検出する方法以外に、標識物質を結合させた二次抗体、プロテインＧ又はプロテインＡ等を用いてＤ－ホルデインを間接的に検出する方法を利用することもできる。
＜オオムギにおけるグルテン形成能を判定するための薬剤＞
本発明は、前述の判定方法に用いるための試薬であって、下記（ｉ）又は（ｉｉ）に記載のオリゴヌクレオチドを含む試薬をも提供する。
（ｉ）配列番号：２に記載の４５９位若しくは該部位に対応する部位、配列番号：２に記載の４７３位若しくは該部位に対応する部位、及び、配列番号：２に記載の５３４位若しくは該部位に対応する部位からなる群から選択される、少なくとも１の部位のアミノ酸をコードするヌクレオチドを挟み込むように設計された、１対のオリゴヌクレオチド
（ｉｉ）配列番号：２に記載の４５９位若しくは該部位に対応する部位、配列番号：２に記載の４７３位若しくは該部位に対応する部位、及び、配列番号：２に記載の５３４位若しくは該部位に対応する部位からなる群から選択される、少なくとも１の部位のアミノ酸をコードするヌクレオチドにハイブリダイズする、オリゴヌクレオチド。
本発明は、前述の判定方法に用いるための試薬であって、下記（ｉ）又は（ｉｉ）に記載のオリゴヌクレオチドを含む試薬をも提供する。
（ｉ）配列番号：２に記載の４５９位若しくは該部位に対応する部位、配列番号：２に記載の４７３位若しくは該部位に対応する部位、及び、配列番号：２に記載の５３４位若しくは該部位に対応する部位からなる群から選択される、少なくとも１の部位のアミノ酸をコードするヌクレオチドを挟み込むように設計された、１対のオリゴヌクレオチド
（ｉｉ）配列番号：２に記載の４５９位若しくは該部位に対応する部位、配列番号：２に記載の４７３位若しくは該部位に対応する部位、及び、配列番号：２に記載の５３４位若しくは該部位に対応する部位からなる群から選択される、少なくとも１の部位のアミノ酸をコードするヌクレオチドにハイブリダイズする、オリゴヌクレオチド。
これらポリヌクレオチドは、Ｄ－ホルデイン遺伝子の特定のヌクレオチド配列に相補的なヌクレオチド配列を有する。ここで「相補的」とは、ハイブリダイズする限り、完全に相補的でなくともよい。これらポリヌクレオチドは、該特定のヌクレオチド配列に対して、通常、８０％以上、好ましくは９０％以上、より好ましくは９５％以上、特に好ましくは１００％の相同性を有する。
（ｉ）本発明にかかる前記少なくとも１の部位のアミノ酸をコードするヌクレオチドを挟み込むように設計された一対のオリゴヌクレオチド（プライマーセット）に関し、該オリゴヌクレオチドの長さは、通常１５～１００ヌクレオチドであり、好ましくは１７～３０ヌクレオチドであり、より好ましくは１７～２２ヌクレオチドである。なお、上述の検出法によっては、当該一対のオリゴヌクレオチドのうちのどちらか片方のオリゴヌクレオチドは、前記少なくとも１の部位のアミノ酸をコードするヌクレオチドに相補的なヌクレオチド配列を含んでいてもよい。
本発明の一対のオリゴヌクレオチドの例としては、後述の実施例に示した下記プライマーセットが挙げられる。
配列番号：２１に記載のオリゴヌクレオチド及び配列番号：２２に記載のオリゴヌクレオチド、
配列番号：２５に記載のオリゴヌクレオチド及び配列番号：２６に記載のオリゴヌクレオチド。
配列番号：２１に記載のオリゴヌクレオチド及び配列番号：２２に記載のオリゴヌクレオチド、
配列番号：２５に記載のオリゴヌクレオチド及び配列番号：２６に記載のオリゴヌクレオチド。
（ｉｉ）本発明にかかる前記少なくとも１の部位のアミノ酸をコードするヌクレオチドにハイブリダイズする、オリゴヌクレオチド。（オリゴヌクレオチドプローブ）に関し、オリゴヌクレオチドプローブは、通常のハイブリダイゼーション条件下、好ましくはストリンジェントなハイブリダイゼーション条件下において、多型を含む領域に特異的にハイブリダイズするものが好ましい。
また、本発明のオリゴヌクレオチドは、適宜、アイソトープ、蛍光色素、ビオチン等によって標識して用いてもよい。標識する方法としては、Ｔ４ポリヌクレオチドキナーゼを用いて、オリゴヌクレオチドの５’端を３２Ｐでリン酸化することにより標識する方法、及びクレノウ酵素等のＤＮＡポリメラーゼを用い、ランダムヘキサマーオリゴヌクレオチド等をプライマーとして３２Ｐ等のアイソトープ、蛍光色素又はビオチン等によって標識された基質塩基を取り込ませる方法（ランダムプライム法等）を例示することができる。
本発明のオリゴヌクレオチドは、例えば市販のオリゴヌクレオチド合成機により作製することができる。オリゴヌクレオチドプローブは、制限酵素処理等によって取得される二本鎖ＤＮＡ断片として作製することもできる。また、本発明のオリゴヌクレオチドは、天然のヌクレオチド（デオキシリボヌクレオチド（ＤＮＡ）やリボヌクレオチド（ＲＮＡ））のみから構成されていなくともよく、非天然型のヌクレオチドにてその一部又は全部が構成されていてもよい。本発明に用いられる非天然型のヌクレオチドとしては、天然のヌクレオチドと同様の機能を有するものであれば特に制限されないが、多型を含む領域等に対するハイブリダイゼーションの効率を上昇させ、オリゴヌクレオチドプライマー及びオリゴヌクレオチドプローブの鎖長を短くすることができるという観点から、ＰＮＡ（ｐｏｌｙａｍｉｄｅ ｎｕｃｌｅｉｃ ａｃｉｄ）、ＬＮＡ（登録商標、ｌｏｃｋｅｄ ｎｕｃｌｅｉｃ ａｃｉｄ）、ＥＮＡ（登録商標、２’－Ｏ，４’－Ｃ－Ｅｔｈｙｌｅｎｅ－ｂｒｉｄｇｅｄ ｎｕｃｌｅｉｃ ａｃｉｄｓ）、及びこれらの複合体が好ましい。なお、ＰＮＡは、ＤＮＡやＲＮＡのリン酸と５炭糖からなる主鎖をポリアミド鎖に置換したものである。ＬＮＡとはＢＮＡ（Ｂｒｉｄｇｅｄ Ｎｕｃｌｅｉｃ Ａｃｉｄ、架橋化核酸）とも称され、ヌクレオチドの２’の酸素と４’の炭素を架橋したＲＮＡである。
前記の試薬においては、有効成分であるオリゴヌクレオチド以外に、例えば、滅菌水、生理食塩水、植物油、界面活性剤、脂質、溶解補助剤、緩衝剤、保存剤等が必要に応じて混合されていてもよい。
さらに、本発明は、前記オリゴヌクレオチドを含む、オオムギにおけるグルテン形成能を判定する方法に用いるためのキットも提供することができる。本発明のキットにおいては、前記オリゴヌクレオチド以外の標品を含むことができる。このような標品としては、例えば、被検オオムギからゲノムＤＮＡを抽出するための試薬、ＰＣＲ反応に必要な試薬（例えば、デオキシリボヌクレオチドや耐熱性ＤＮＡポリメラーゼ等）が挙げられる。また、キットには、前記判定方法等も記載した、その使用説明書を含めることができる。
また、上記の通り、上記少なくとも１の部位のアミノ酸を含む領域をエピトープとする、Ｄ－ホルデインに対する抗体も、本発明の判定方法に用いられ得る。よって、前述のオリゴヌクレオチド同様に、本発明においては、当該抗体を含む、オオムギにおけるグルテン形成能を判定するための薬剤又はキットの態様も提供し得る。
＜グルテン形成能を有するオオムギを育種する方法＞
本発明は、グルテン形成能を有するオオムギを育種する方法を提供する。かかる育種方法は、（ａ）グルテン形成能を有するオオムギと任意の品種とを交配させる工程、
（ｂ）工程（ａ）における交配により得られた個体の中から、上述の方法により、グルテン形成能を有すると判定されたオオムギを、選抜する工程を含む。
本発明は、グルテン形成能を有するオオムギを育種する方法を提供する。かかる育種方法は、（ａ）グルテン形成能を有するオオムギと任意の品種とを交配させる工程、
（ｂ）工程（ａ）における交配により得られた個体の中から、上述の方法により、グルテン形成能を有すると判定されたオオムギを、選抜する工程を含む。
「グルテン形成能を有するオオムギ」としては、当該形成能を有する限り、特に制限はないが、例えば、後述の実施例に示す、「関東皮３５号」、「Ｎｉｇｒｉｎｕｄｕｍ」、「Ｈｕｎｇａｒｉａｎ」、「エチオピア１、「エチオピア７」、「エチオピア５９」、「エチオピア６３」、「ＣＯＬ／ＮＥＰＡＬ／１９８５／ＩＢＰＧＲ／２３」、「新系Ｊ０３９」が挙げられる。また当該オオムギと交配させる「任意の品種」としては、例えば、グルテン形成能を有さないオオムギの品種が挙げられるが、これに制限されない。本発明の育種方法を利用すれば、グルテン形成能を有するオオムギを、幼植物等の段階で適宜選抜することが可能となり、当該形質を有する品種の育成を、短期間で行うことが可能となる。
以下、実施例に基づいて本発明をより具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
［実施例１］ オオムギＤ－ホルデインに関する解析等
上記[課題を解決するための手段]に記載のとおり、本発明者らは、オオムギにおいてコムギのようなグルテンが出来ないのは、種子貯蔵タンパク質（オオムギホルデインとコムギグルテニン）の構造的な相違に依るものではないかと考えた。より具体的には、オオムギＤ－ホルデインに存在し、コムギにはない３個のシステインが更なる分子間ジスルフィド結合を形成することで、過剰な分子間結合により凝集体を作りグルテン（網目構造）ができなくなるのではないかとの仮説を立てた（図３）。
上記[課題を解決するための手段]に記載のとおり、本発明者らは、オオムギにおいてコムギのようなグルテンが出来ないのは、種子貯蔵タンパク質（オオムギホルデインとコムギグルテニン）の構造的な相違に依るものではないかと考えた。より具体的には、オオムギＤ－ホルデインに存在し、コムギにはない３個のシステインが更なる分子間ジスルフィド結合を形成することで、過剰な分子間結合により凝集体を作りグルテン（網目構造）ができなくなるのではないかとの仮説を立てた（図３）。
そこで、この仮説を検証すべく、本発明者らは先ず、前記３個のシステインのうちのいずれかが変異しているオオムギを探索した。その結果、１のシステイン（配列番号：２に記載の４５９位のシステインに相当）がチロシンに変異した、Ｄ－ホルデイン変異（Ｃｙｓ９）を持つ系統「関東皮３５号」を見出した。なお、同様にして、Ｄ－ホルデイン中のシステインの数が９個であるオオムギとして、当該系統以外に、「Ｎｉｇｒｉｎｕｄｕｍ」、「Ｈｕｎｇａｒｉａｎ」、「エチオピア１、「エチオピア７」、「エチオピア５９」、「エチオピア６３」、「ＣＯＬ／ＮＥＰＡＬ／１９８５／ＩＢＰＧＲ／２３」、「新系Ｊ０３９」も見出した。
そして、先ず、「新系Ｊ０３９」と「ユメサキボシ（Ｃｙｓ１０系統）」を交配したＦ４世代の集団を用い、以下に示す方法にて、Ｃｙｓ９変異体の検出を試みた。また、「関東皮３５号」及びその野生型（サチホゴールデン、Ｃｙｓ１０）等を用い、グルテンポリマー（水和したオオムギ粉）を調製した。さらに、これらグルテンポリマーについて、走査型電子顕微鏡による観察及びサイズ排除高速液体クロマトグラフィー（ＨＰＬＣ）による解析を行った。
（方法）
１．１． ＤＮＡ抽出
オオムギ種子２粒の胚の部分をグラインダーで削り出し、ＤＮＡ ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ ｂｕｆｆｅｒ（１．２５％（ｗ／ｖ） ＳＤＳ，５００ｍＭ ＮａＣｌ，１００ｍＭ Ｔｒｉｓ－Ｃｌ，ＥＤＴＡ，ｐＨ８．０、Ｄｅｌｌａｐｏｒｔａ，Ｓ．Ｌ．ｅｔ ａｌ．（１９８３） Ａ ｐｌａｎｔ ＤＮＡ ｍｉｎｉｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ：Ｖｅｒｓｉｏｎ II． Ｐｌａｎｔ Ｍｏｌ Ｂｉｏｌ Ｒｅｐ １：１９－２１ 参照）５００μＬを加え、ｖｏｒｔｅｘにて攪拌懸濁した。６５℃で１５分インキュベートした後、１６０μＬの５Ｍ 酢酸カリウムを加えてよく混ぜ、氷上で１０分静置した。１２５００ｒｐｍ，５分遠心分離し、上澄みを５００μＬに３３０μＬのイソプロパノールを加えてよく混ぜ、氷上に５分静置後、１２５００ｒｐｍ，５分遠心分離した。上澄みを捨て５００μＬの７０％ エタノールで洗浄し、乾燥後、ＲＮａｓｅ（７μｇ／ｍＬ）を含むＴＥ ５０μＬに溶解させ、６５℃で１０分インキュベートし、下記ＰＣＲの鋳型ＤＮＡとして用いた。
１．１． ＤＮＡ抽出
オオムギ種子２粒の胚の部分をグラインダーで削り出し、ＤＮＡ ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ ｂｕｆｆｅｒ（１．２５％（ｗ／ｖ） ＳＤＳ，５００ｍＭ ＮａＣｌ，１００ｍＭ Ｔｒｉｓ－Ｃｌ，ＥＤＴＡ，ｐＨ８．０、Ｄｅｌｌａｐｏｒｔａ，Ｓ．Ｌ．ｅｔ ａｌ．（１９８３） Ａ ｐｌａｎｔ ＤＮＡ ｍｉｎｉｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ：Ｖｅｒｓｉｏｎ II． Ｐｌａｎｔ Ｍｏｌ Ｂｉｏｌ Ｒｅｐ １：１９－２１ 参照）５００μＬを加え、ｖｏｒｔｅｘにて攪拌懸濁した。６５℃で１５分インキュベートした後、１６０μＬの５Ｍ 酢酸カリウムを加えてよく混ぜ、氷上で１０分静置した。１２５００ｒｐｍ，５分遠心分離し、上澄みを５００μＬに３３０μＬのイソプロパノールを加えてよく混ぜ、氷上に５分静置後、１２５００ｒｐｍ，５分遠心分離した。上澄みを捨て５００μＬの７０％ エタノールで洗浄し、乾燥後、ＲＮａｓｅ（７μｇ／ｍＬ）を含むＴＥ ５０μＬに溶解させ、６５℃で１０分インキュベートし、下記ＰＣＲの鋳型ＤＮＡとして用いた。
１．２． ＰＣＲ
２５μＬの反応液（１．５ｍＭ ＭｇＣｌ２、０．１ｍＭ 各ｄＮＴＰ、５ｐｍｏｌ 各プライマー（Ｄｈ－Ｃ９－３：５’－ＧＣＣＧＧＧＣＴＧＣＴＧＡＣＣＣＴＧＧ－３’（配列番号：２１）、Ｄｈ－Ｃ９－４：５’－ＧＧＴＣＧＧＴＧＣＡＡＧＧＧＧＣＧＴＡ－３’
（配列番号：２２））、０．５Ｕ Ｈｏｔｓｔａｒ Ｐｌｕｓ ＤＮＡ ｐｏｌｙｍｅｒａｓｅ（キアゲン），ｘ１ ＰＣＲ ｂｕｆｆｅｒ（キアゲン）、５０ｎｇ 鋳型ＤＮＡ）を調製した。ＧｅｎｅＡｍｐ ＰＣＲ Ｓｙｓｔｅｍ ９７００（アプライドバイオシステムズ）を用い、前記反応液を、９４℃，５分の熱変成後、３５サイクル（９４℃，３０秒、５５℃，３０秒、７２℃，３０秒）及び７２℃，７分の反応に供した。得られたＰＣＲ産物は、１．０％（ｗ／ｖ） アガロースゲル及びＴＡＥ ｂｕｆｆｅｒを用いた電気泳動に供し、分画した。得られた結果を図４に示す。
２５μＬの反応液（１．５ｍＭ ＭｇＣｌ２、０．１ｍＭ 各ｄＮＴＰ、５ｐｍｏｌ 各プライマー（Ｄｈ－Ｃ９－３：５’－ＧＣＣＧＧＧＣＴＧＣＴＧＡＣＣＣＴＧＧ－３’（配列番号：２１）、Ｄｈ－Ｃ９－４：５’－ＧＧＴＣＧＧＴＧＣＡＡＧＧＧＧＣＧＴＡ－３’
（配列番号：２２））、０．５Ｕ Ｈｏｔｓｔａｒ Ｐｌｕｓ ＤＮＡ ｐｏｌｙｍｅｒａｓｅ（キアゲン），ｘ１ ＰＣＲ ｂｕｆｆｅｒ（キアゲン）、５０ｎｇ 鋳型ＤＮＡ）を調製した。ＧｅｎｅＡｍｐ ＰＣＲ Ｓｙｓｔｅｍ ９７００（アプライドバイオシステムズ）を用い、前記反応液を、９４℃，５分の熱変成後、３５サイクル（９４℃，３０秒、５５℃，３０秒、７２℃，３０秒）及び７２℃，７分の反応に供した。得られたＰＣＲ産物は、１．０％（ｗ／ｖ） アガロースゲル及びＴＡＥ ｂｕｆｆｅｒを用いた電気泳動に供し、分画した。得られた結果を図４に示す。
１．３ グルテンポリマーの調製
オオムギ種子から搗精麦を調製し、さらに、製粉機（宝田工業・家庭用製粉機 Ｍ－３００Ａ、サタケ・米粉対応小型製粉機ＳＲＧ０５）を用い、大麦粉に調製した。得られた大麦粉 ０．０１０ｇに、抽出バッファー（０．５％ ＳＤＳ，５０ｍＭ ＮａＨ２ＰＯ４－Ｎａ２ＨＰＯ４ ｐＨ６．９）を１ｍｌ加え、５分間ｖｏｒｔｅｘにて攪拌懸濁した。１２５００ｒｐｍにて１分遠心した後、上澄みを針付きシリンジ（３ｍｌ）で吸い上げ、針を取り外し、フィルター（ＡＤＶＡＮＴＥＣ，ＤＩＳＭＩＣ－１３ＨＰ ＰＴＦＦ ０．４５μｍ）で濾過した。エッペンドルフチューブに入れ、８０℃で５分処理し、可溶性画分として保存した。ペレットに抽出バッファーを１ｍｌ加え、超音波処理（東京理化，ＶＣＸ－１３０，１３０Ｗ，プローブ径３ｍｍ、３０％ 出力、３０秒）し、１２５００ｒｐｍにて１分遠心した後、上澄みを針付きシリンジで吸い上げ、針を取り外し、０．４５μｍのフィルターで濾過した。エッペンドルフチューブに入れ、８０℃で５分処理し、不溶性画分として保存した。
オオムギ種子から搗精麦を調製し、さらに、製粉機（宝田工業・家庭用製粉機 Ｍ－３００Ａ、サタケ・米粉対応小型製粉機ＳＲＧ０５）を用い、大麦粉に調製した。得られた大麦粉 ０．０１０ｇに、抽出バッファー（０．５％ ＳＤＳ，５０ｍＭ ＮａＨ２ＰＯ４－Ｎａ２ＨＰＯ４ ｐＨ６．９）を１ｍｌ加え、５分間ｖｏｒｔｅｘにて攪拌懸濁した。１２５００ｒｐｍにて１分遠心した後、上澄みを針付きシリンジ（３ｍｌ）で吸い上げ、針を取り外し、フィルター（ＡＤＶＡＮＴＥＣ，ＤＩＳＭＩＣ－１３ＨＰ ＰＴＦＦ ０．４５μｍ）で濾過した。エッペンドルフチューブに入れ、８０℃で５分処理し、可溶性画分として保存した。ペレットに抽出バッファーを１ｍｌ加え、超音波処理（東京理化，ＶＣＸ－１３０，１３０Ｗ，プローブ径３ｍｍ、３０％ 出力、３０秒）し、１２５００ｒｐｍにて１分遠心した後、上澄みを針付きシリンジで吸い上げ、針を取り外し、０．４５μｍのフィルターで濾過した。エッペンドルフチューブに入れ、８０℃で５分処理し、不溶性画分として保存した。
１．４． 走査型電子顕微鏡による観察
大麦粉のサンプルをカーボンテープに付け、その上に水を滴下したものを走査型電子顕微鏡（日立ハイテクノロジー社 走査型電子顕微鏡Ｓ－３４００Ｎ，ＴｙｐｅIIクールステージ付）を用い、真空度８０Ｐａ、－２５℃の条件下で観察した。得られた結果を図５に示す。
大麦粉のサンプルをカーボンテープに付け、その上に水を滴下したものを走査型電子顕微鏡（日立ハイテクノロジー社 走査型電子顕微鏡Ｓ－３４００Ｎ，ＴｙｐｅIIクールステージ付）を用い、真空度８０Ｐａ、－２５℃の条件下で観察した。得られた結果を図５に示す。
１．５． サイズ排除ＨＰＬＣによるグルテンポリマー解析
プレカラム：ＴＳＫ－ＧＵＡＲＤ Ｃｏｌｕｍｎ ７．５＊７５（東ソー）とカラム：ＴＳＫ－ＧＥＬ Ｇ４０００ＳＷ ７．５＊３００（東ソー）を用い、バッファー：０．１％ ＴＦＡと１００％ アセトニトリルを１：１ 各０．２５ｍｌ／ｍｉｎで混合し、カラム温度３５℃、測定波長２１４ｎｍ、泳動時間４０分の条件で行った。
プレカラム：ＴＳＫ－ＧＵＡＲＤ Ｃｏｌｕｍｎ ７．５＊７５（東ソー）とカラム：ＴＳＫ－ＧＥＬ Ｇ４０００ＳＷ ７．５＊３００（東ソー）を用い、バッファー：０．１％ ＴＦＡと１００％ アセトニトリルを１：１ 各０．２５ｍｌ／ｍｉｎで混合し、カラム温度３５℃、測定波長２１４ｎｍ、泳動時間４０分の条件で行った。
（結果と考察）
１．６． ＰＣＲによる変異体の検出
「新系Ｊ０３９」と「ユメサキボシ」を交配したＦ４世代の集団を対象とし、それら集団においてＣｙｓ９変異体を有する系統を判別できるかを検証した。なお、「新系Ｊ０３９」がＣｙｓ９系統で「ユメサキボシ」がＣｙｓ１０系統である。「新系Ｊ０３９」由来のＤ－ホルデイン遺伝子及びそれがコードするアミノ酸配列を、各々配列番号：１３及び１４に示す。「ユメサキボシ」由来のＤ－ホルデイン遺伝子及びそれがコードするアミノ酸配列を、各々配列番号：１７及び１８に示す。また、このＰＣＲにおける解析には、前記チロシン（配列番号：２に記載の４５９位のシステインに対応するアミノ酸）をコードするヌクレオチドにハイブリダイズするフォワードプライマー（Ｄｈ－Ｃ９－４）と、配列番号：２に記載の６８２～６８８位に相当するアミノ酸コードするヌクレオチドにハイブリダイズするリバースプライマー（Ｄｈ－Ｃ９－３）とを用いた。
１．６． ＰＣＲによる変異体の検出
「新系Ｊ０３９」と「ユメサキボシ」を交配したＦ４世代の集団を対象とし、それら集団においてＣｙｓ９変異体を有する系統を判別できるかを検証した。なお、「新系Ｊ０３９」がＣｙｓ９系統で「ユメサキボシ」がＣｙｓ１０系統である。「新系Ｊ０３９」由来のＤ－ホルデイン遺伝子及びそれがコードするアミノ酸配列を、各々配列番号：１３及び１４に示す。「ユメサキボシ」由来のＤ－ホルデイン遺伝子及びそれがコードするアミノ酸配列を、各々配列番号：１７及び１８に示す。また、このＰＣＲにおける解析には、前記チロシン（配列番号：２に記載の４５９位のシステインに対応するアミノ酸）をコードするヌクレオチドにハイブリダイズするフォワードプライマー（Ｄｈ－Ｃ９－４）と、配列番号：２に記載の６８２～６８８位に相当するアミノ酸コードするヌクレオチドにハイブリダイズするリバースプライマー（Ｄｈ－Ｃ９－３）とを用いた。
その結果、図４に示すとおり、前記ＰＣＲにて、Ｃｙｓ９変異体に特異的なバンド（約０．６ｋｂｐ）の増幅が認められた（図４におけるレーン２～５）。一方、Ｃｙｓ１０に関しては当該バンドは認められず（図４におけるレーン１及び６）、かかるプライマーを用いることにより、Ｃｙｓ９変異体を特異的に検出し、判別できることが明らかになった。
１．７． サイズ排除ＨＰＬＣによるグルテンポリマー解析
図５に示すとおり、Ｃｙｓ９系統では、その野生型（Ｃｙｓ１０品種）と比して、凝集体を作ると考えられる不溶性ポリマー１（ＵＰＰ１）のピークに対して、網目構造を作ると考えられる不溶性ポリマー２（ＵＰＰ２）のピークの割合が多くなる傾向が認められた。すなわち、オオムギＤ－ホルデインに存在し、コムギグルテニンにはないシステインが、更なる分子間ジスルフィド結合を形成することで、過剰な分子間結合が生じ、凝集体が作られる一方で、網目構造ができなくなることが明らかになった（Ｃｙｓ１０品種）。一方、当該システインが他のアミノ酸に置換等されることによって、前記凝集体の形成が抑制されつつ、網目構造（グルテン）が形成され易くなることも明らかになった（Ｃｙｓ９系統）。
図５に示すとおり、Ｃｙｓ９系統では、その野生型（Ｃｙｓ１０品種）と比して、凝集体を作ると考えられる不溶性ポリマー１（ＵＰＰ１）のピークに対して、網目構造を作ると考えられる不溶性ポリマー２（ＵＰＰ２）のピークの割合が多くなる傾向が認められた。すなわち、オオムギＤ－ホルデインに存在し、コムギグルテニンにはないシステインが、更なる分子間ジスルフィド結合を形成することで、過剰な分子間結合が生じ、凝集体が作られる一方で、網目構造ができなくなることが明らかになった（Ｃｙｓ１０品種）。一方、当該システインが他のアミノ酸に置換等されることによって、前記凝集体の形成が抑制されつつ、網目構造（グルテン）が形成され易くなることも明らかになった（Ｃｙｓ９系統）。
［実施例２］ ゲノム編集
以下に示す方法により、オオムギ系統「北陸皮７１号」（Ｃｙｓ１０系統，野生型）において、上記３つのシステイン（配列番号：２に記載の４５９位、４７３位及び５３４位のシステイン）が欠失しているＤ－ホルデインを有する変異体の作製を試みた。
以下に示す方法により、オオムギ系統「北陸皮７１号」（Ｃｙｓ１０系統，野生型）において、上記３つのシステイン（配列番号：２に記載の４５９位、４７３位及び５３４位のシステイン）が欠失しているＤ－ホルデインを有する変異体の作製を試みた。
（方法）
２．１． 標的配列の決定
「北陸皮７１号」のＤ－ホルデイン遺伝子の配列（配列番号：１に記載の配列）に基づき、ガイドＲＮＡに含む２０ｂｐの標的配列を探索した。標的配列の探索にはＣＲＩＳＰＲｄｉｒｅｃｔ（ｈｔｔｐｓ：／／ｃｒｉｓｐｒ．ｄｂｃｌｓ．ｊｐ／）を用いた。その結果、Ｄ－ホルデインのアミノ酸配列（配列番号：２に記載の配列）中４５９位のシステインをコードするヌクレオチドより上流の５’－ＴＣＴＴＣＡＣＡＧＧＧＧＴＣＧＧＴＧＣＡ－３’（配列番号：２３）を標的配列１とした。同様に５３４位のシステインをコードするヌクレオチドより下流の５’－ＡＧＡＣＡＧＴＧＧＴＴＴＧＣＴＧＧＣＡＡ－３’
（配列番号：２４）を標的配列２とした。
２．１． 標的配列の決定
「北陸皮７１号」のＤ－ホルデイン遺伝子の配列（配列番号：１に記載の配列）に基づき、ガイドＲＮＡに含む２０ｂｐの標的配列を探索した。標的配列の探索にはＣＲＩＳＰＲｄｉｒｅｃｔ（ｈｔｔｐｓ：／／ｃｒｉｓｐｒ．ｄｂｃｌｓ．ｊｐ／）を用いた。その結果、Ｄ－ホルデインのアミノ酸配列（配列番号：２に記載の配列）中４５９位のシステインをコードするヌクレオチドより上流の５’－ＴＣＴＴＣＡＣＡＧＧＧＧＴＣＧＧＴＧＣＡ－３’（配列番号：２３）を標的配列１とした。同様に５３４位のシステインをコードするヌクレオチドより下流の５’－ＡＧＡＣＡＧＴＧＧＴＴＴＧＣＴＧＧＣＡＡ－３’
（配列番号：２４）を標的配列２とした。
２．２． オオムギ茎頂サンプルの調製
「北陸皮７１号」の乾燥種子を、２０％次亜塩素酸ナトリウム水溶液中で３０分間振盪し、種子表面を滅菌した。プラスチックシャーレに滅菌水を染み込ませたペーパータオルを敷き、これに滅菌種子を播種した。滅菌種子は暗所、４℃で３日間吸水させ、茎頂サンプルの調製に用いた。ナノパスニードルII ３４Ｇ（ＴＥＲＵＭＯ）を用いて、吸水種子の胚から子葉鞘、第１葉、第２葉、第３葉を取り除き、茎頂分裂組織の先端を露出させた。胚を胚乳から切り離し、ＭＳ培地［ＭＳ ｓａｌｔ（Ｓｉｇｍａ） ４．３ｇ／Ｌ，Ｍａｌｔｏｓｅ ３０ｇ／Ｌ，ＭＥＳ ９．８ｇ／Ｌ，Ｐｈｙｔａｇｅｌ ７ｇ／Ｌ］上に置床した。この時、３０－４０個の茎頂サンプルを直径１ｃｍのドーナツ状の円となるように培地中心に配置した。
「北陸皮７１号」の乾燥種子を、２０％次亜塩素酸ナトリウム水溶液中で３０分間振盪し、種子表面を滅菌した。プラスチックシャーレに滅菌水を染み込ませたペーパータオルを敷き、これに滅菌種子を播種した。滅菌種子は暗所、４℃で３日間吸水させ、茎頂サンプルの調製に用いた。ナノパスニードルII ３４Ｇ（ＴＥＲＵＭＯ）を用いて、吸水種子の胚から子葉鞘、第１葉、第２葉、第３葉を取り除き、茎頂分裂組織の先端を露出させた。胚を胚乳から切り離し、ＭＳ培地［ＭＳ ｓａｌｔ（Ｓｉｇｍａ） ４．３ｇ／Ｌ，Ｍａｌｔｏｓｅ ３０ｇ／Ｌ，ＭＥＳ ９．８ｇ／Ｌ，Ｐｈｙｔａｇｅｌ ７ｇ／Ｌ］上に置床した。この時、３０－４０個の茎頂サンプルを直径１ｃｍのドーナツ状の円となるように培地中心に配置した。
２．３． ＲＮＰ複合体の調製
組換えＳｐＣａｓ９タンパク質（２μｇ／μＬ）は、農研機構高度解析センターより供給されたものを用いた。ガイドＲＮＡは、上記各標的配列に基づくｃｒＲＮＡとｔｒａｃｒＲＮＡとからなり、株式会社Ｆａｓｍａｃにて化学合成したものを用いた。
組換えＳｐＣａｓ９タンパク質（２μｇ／μＬ）は、農研機構高度解析センターより供給されたものを用いた。ガイドＲＮＡは、上記各標的配列に基づくｃｒＲＮＡとｔｒａｃｒＲＮＡとからなり、株式会社Ｆａｓｍａｃにて化学合成したものを用いた。
１．５ｍＬチューブに５０μＭ ｃｒＲＮＡ ５μＬ、５０μＭ ｔｒａｃｒＲＮＡ ５μＬ、ＳｐＣａｓ９溶液 ５μＬ、１０×ＣｕｔＳｍａｒｔ ｂｕｆｆｅｒ ２μＬ、Ｒｅｃｏｍｂｉｎａｎｔ ＲＮａｓｅ Ｉｎｈｉｂｉｔｏｒ（ＴａＫａＲａ） ０．５μＬ、ヌクレアーゼフリー水 ２．５μＬを加え、１０分間静置させることでＲＮＰ複合体を形成させた。各標的配列についてＲＮＰ複合体溶液を調製した後、１本の１．５ｍＬチューブにまとめた。
２．４． ＲＮＰ結合金粒子の調製
０．６μｍ Ｇｏｌｄ ｍｉｃｒｏｃａｒｒｉｅｒｓ（Ｂｉｏ－Ｒａｄ）をヌクレアーゼフリー水に１８０μｇ／μＬで懸濁し、これを金懸濁液とした。２種類のＲＮＰ複合体を混合した１．５ｍＬチューブに、ＴｒａｎｓＩＴ－ＬＴ１ ｒｅａｇｅｎｔ（Ｍｉｒｕｓ Ｂｉｏ） ５μＬを加え、５分間精置した。続いて金懸濁液１５μＬを加え緩やかに混合したのち１０分間精置した。混合液を２，５００Ｇで１５秒間遠心し、ＲＮＰ結合金粒子を沈殿させた。上清を取り除き、ＲＮＰ結合金粒子をヌクレアーゼフリー水 ２４μＬに再懸濁した。
０．６μｍ Ｇｏｌｄ ｍｉｃｒｏｃａｒｒｉｅｒｓ（Ｂｉｏ－Ｒａｄ）をヌクレアーゼフリー水に１８０μｇ／μＬで懸濁し、これを金懸濁液とした。２種類のＲＮＰ複合体を混合した１．５ｍＬチューブに、ＴｒａｎｓＩＴ－ＬＴ１ ｒｅａｇｅｎｔ（Ｍｉｒｕｓ Ｂｉｏ） ５μＬを加え、５分間精置した。続いて金懸濁液１５μＬを加え緩やかに混合したのち１０分間精置した。混合液を２，５００Ｇで１５秒間遠心し、ＲＮＰ結合金粒子を沈殿させた。上清を取り除き、ＲＮＰ結合金粒子をヌクレアーゼフリー水 ２４μＬに再懸濁した。
２．５． パーティクルボンバードメント
調製したＲＮＰ結合金粒子の懸濁液６μＬを親水性フィルム（スリーエム）上に塗り広げ、室温で乾燥させた。これをパーティクルガンを用いてＭＳ培地上の茎頂サンプルに４度発射した。パーティクルガンにはＰＤＳ－１０００／Ｈｅ Ｐａｒｔｉｃｌｅ ｄｅｌｉｖｅｒｙ ｓｙｓｔｅｍ（Ｂｉｏ－Ｒａｄ）を用い、金粒子射出の圧力は１，３５０ｐｓｉとした。
調製したＲＮＰ結合金粒子の懸濁液６μＬを親水性フィルム（スリーエム）上に塗り広げ、室温で乾燥させた。これをパーティクルガンを用いてＭＳ培地上の茎頂サンプルに４度発射した。パーティクルガンにはＰＤＳ－１０００／Ｈｅ Ｐａｒｔｉｃｌｅ ｄｅｌｉｖｅｒｙ ｓｙｓｔｅｍ（Ｂｉｏ－Ｒａｄ）を用い、金粒子射出の圧力は１，３５０ｐｓｉとした。
２．６． ＤＮＡ抽出
植物組織１００ｍｇを液体窒素で急速凍結させ、マルチビーズショッカーで破砕した。破砕組織に抽出液［１００ｍＭ Ｔｒｉｓ－ＨＣｌ（ｐＨ９．０），４０ｍＭ ＥＤＴＡ，１．６７％ ＳＤＳ］ ４００μＬを加え、３分間静置した。抽出液を５，０００Ｇで３分間遠心分離し、上清２００μＬを回収した。これに９９．５％ ＥｔＯＨ ５００μＬ、３Ｍ 酢酸ナトリウム ２０μＬを加え、１２，０００Ｇで１０分間遠心分離しＤＮＡを沈澱させた。沈殿させたＤＮＡは７０％ ＥｔＯＨで洗浄したのち超純水１００μＬに溶解させた。
植物組織１００ｍｇを液体窒素で急速凍結させ、マルチビーズショッカーで破砕した。破砕組織に抽出液［１００ｍＭ Ｔｒｉｓ－ＨＣｌ（ｐＨ９．０），４０ｍＭ ＥＤＴＡ，１．６７％ ＳＤＳ］ ４００μＬを加え、３分間静置した。抽出液を５，０００Ｇで３分間遠心分離し、上清２００μＬを回収した。これに９９．５％ ＥｔＯＨ ５００μＬ、３Ｍ 酢酸ナトリウム ２０μＬを加え、１２，０００Ｇで１０分間遠心分離しＤＮＡを沈澱させた。沈殿させたＤＮＡは７０％ ＥｔＯＨで洗浄したのち超純水１００μＬに溶解させた。
２．７． 遺伝子型解析
Ｄ－ホルデイン遺伝子の部分配列をＰＣＲにより増幅した。増幅に用いたプライマーは５’－ＴＧＣＡＧＣＡＡＧＧＡＧＧＡＴＧＧＴＧＧ－３’（配列番号：２５）及び５’－ＧＧＣＴＧＣＴＣＣＡＣＧＣＴＡＡＣＡＴＧ－３’（配列番号：２６）であり、ＰＣＲ酵素はＫＯＤ－Ｏｎｅ（Ｔｏｙｏｂｏ）を用いた。２ステップＰＣＲの条件は９８℃、１０秒間の熱変性、６８℃、２０秒間の伸長反応を３０サイクルとした。増幅産物はｉｎ ｖｉｔｒｏ切断反応に供した後、マイクロチップ電気泳動装置により解析した。ｉｎ ｖｉｔｒｏ切断反応には、ゲノム編集個体の作出に用いたＲＮＰ複合体あるいはＨｉｎｄＩＩＩ（ＴａＫａＲａ）を用いた。反応により切断されないＤＮＡ断片をシークエンス解析に供した。
Ｄ－ホルデイン遺伝子の部分配列をＰＣＲにより増幅した。増幅に用いたプライマーは５’－ＴＧＣＡＧＣＡＡＧＧＡＧＧＡＴＧＧＴＧＧ－３’（配列番号：２５）及び５’－ＧＧＣＴＧＣＴＣＣＡＣＧＣＴＡＡＣＡＴＧ－３’（配列番号：２６）であり、ＰＣＲ酵素はＫＯＤ－Ｏｎｅ（Ｔｏｙｏｂｏ）を用いた。２ステップＰＣＲの条件は９８℃、１０秒間の熱変性、６８℃、２０秒間の伸長反応を３０サイクルとした。増幅産物はｉｎ ｖｉｔｒｏ切断反応に供した後、マイクロチップ電気泳動装置により解析した。ｉｎ ｖｉｔｒｏ切断反応には、ゲノム編集個体の作出に用いたＲＮＰ複合体あるいはＨｉｎｄＩＩＩ（ＴａＫａＲａ）を用いた。反応により切断されないＤＮＡ断片をシークエンス解析に供した。
２．８． ＤＮＡシークエンス
ＤＮＡ断片をＺｅｒｏ Ｂｌｕｎｔ ＴＯＰＯ ＰＣＲ Ｃｌｏｎｉｎｇ Ｋｉｔに導入した。シークエンス解析はＢｉｇＤｙｅ Ｔｅｒｍｉｎａｔｏｒ ｖ３．１ Ｃｙｃｌｅ Ｓｅｑｕｅｎｃｉｎｇ Ｋｉｔ（Ａｐｐｌｉｅｄ Ｂｉｏｓｙｓｔｅｍｓ）とＳｅｑＳｔｕｄｉｏ Ｇｅｎｅｔｉｃ Ａｎａｌｙｚｅｒ（Ａｐｐｌｉｅｄ Ｂｉｏｓｙｓｔｅｍｓ）を用いて行った。
ＤＮＡ断片をＺｅｒｏ Ｂｌｕｎｔ ＴＯＰＯ ＰＣＲ Ｃｌｏｎｉｎｇ Ｋｉｔに導入した。シークエンス解析はＢｉｇＤｙｅ Ｔｅｒｍｉｎａｔｏｒ ｖ３．１ Ｃｙｃｌｅ Ｓｅｑｕｅｎｃｉｎｇ Ｋｉｔ（Ａｐｐｌｉｅｄ Ｂｉｏｓｙｓｔｅｍｓ）とＳｅｑＳｔｕｄｉｏ Ｇｅｎｅｔｉｃ Ａｎａｌｙｚｅｒ（Ａｐｐｌｉｅｄ Ｂｉｏｓｙｓｔｅｍｓ）を用いて行った。
（結果と考察）
上記のとおりにして、Ｄ－ホルデインの前記３つのシステインの上流と下流にＣＲＳＰＲ／Ｃａｓ９の標的配列を設計した。そして、２箇所同時切断により、前記３つのシステインを含む領域（Ｃｙｓ領域）を欠失させたゲノム編集個体の作出を試みた。
上記のとおりにして、Ｄ－ホルデインの前記３つのシステインの上流と下流にＣＲＳＰＲ／Ｃａｓ９の標的配列を設計した。そして、２箇所同時切断により、前記３つのシステインを含む領域（Ｃｙｓ領域）を欠失させたゲノム編集個体の作出を試みた。
具体的には、先ず、ガイドＲＮＡ及びＳｐＣａｓ９からなるＲＮＰ複合体を、パーティクルボンバードメントにより１６１６個の茎頂サンプルに導入した。これらの個体を第５葉期まで生育させ、遺伝子型解析を実施した。具体的には、第５葉の葉身からＤＮＡを抽出し、これを鋳型にＤ－Ｈｏｒ部分配列を増幅した。増幅産物をｉｎ ｖｉｔｒｏ切断反応に供したのち、マイクロチップ電気泳動装置で反応生成物を解析した。
その結果、１個体からＣｙｓ領域が欠失したＤ－ホルデイン遺伝子が検出され、この個体をＨＫ１１．２９と命名した。得られたＤ－ホルデイン遺伝子変異体では、Ｃｙｓ領域を含む２５２塩基が欠失し、欠失部位の上流及び下流がインフレームで再結合しており（配列番号：１９）、Ｃｙｓ領域欠失Ｄ－ホルデイン遺伝子は野生型のそれよりも短いタンパク質をコードしていた（配列番号：２０）。さらに、ＨＫ１１．２９から取得したＴ１個体について、遺伝子型を解析した。その結果、Ｔ１個体において、Ｃｙｓ領域欠失Ｄ－ホルデイン遺伝子をホモ接合体で持つ個体を取得することができた。
そして、得られたＴ１個体につき、上記「１．４． 走査型電子顕微鏡による観察」及び「１．５． サイズ排除ＨＰＬＣによるグルテンポリマー解析」に記載の方法と同様にして、解析を行った。得られた結果を図８～１０及び表１に示す。
その結果、図８及び９，並びに表１に示すとおり、北陸皮７１号（Ｃｙｓ１０系統）と比して、そのゲノム編集個体（削除型Ｃｙｓ７変異系統）において、走査型電子顕微鏡による観察では網目構造が、サイズ排除ＨＰＬＣによる解析ではＵＰＰ２由来のピークの割合の向上が、各々認められた。特に、上記Ｃｙｓ９系統と比較しても、Ｃｙｓ７系統の方がＵＰＰ１が少なく、ＵＰＰ２が多い傾向が見られ、よりグルテン形成能が高いことが明らかになった。また図１０に示すとおり、グルテン形成能があるコムギの溶出パターンと、Ｃｙｓ７系統におけるそれとは似ており、当該系統はよりコムギの高分子量グルテニンに近い機能を持っていることが示唆された。
以上説明したように、本発明によれば、オオムギにグルテン形成能を付与することが可能となる。また、オオムギにおけるグルテン形成能を判定することも可能となる。そして、このようにして提供されるグルテン形成能を有するオオムギは、コムギのように高い加工適性を示す。すなわち、高い生地物性、ひいては高い二次加工適性（パン等のムギ加工食品の製造における適性）を示すため、農業分野のみならず、食品分野等においても有用である。
Claims (4)
- グルテン形成能を有するオオムギの製造方法であって、下記工程（１）及び（２）を含む方法
（１）オオムギの細胞において、Ｄ－ホルデインタンパク質に下記（ａ）及び（ｂ）に記載の少なくとも１の改変を導入する工程
（ａ）Ｄ－ホルデインタンパク質における、配列番号：２に記載の４５９位若しくは該部位に対応する部位、配列番号：２に記載の４７３位若しくは該部位に対応する部位、及び、配列番号：２に記載の５３４位若しくは該部位に対応する部位からなる群から選択される、少なくとも１の部位のシステインを、他のアミノ酸に置換又は欠失させる改変、
（ｂ）Ｄ－ホルデインタンパク質における、配列番号：２に記載の４５４～５４０位のアミノ酸からなる領域又は該領域に対応する領域中のシステインの数を２個以下とする改変、
（２）工程（１）において改変が導入された細胞から、オオムギの植物体を再生する工程。 - Ｄ－ホルデインタンパク質に、下記（ａ）及び（ｂ）に記載の少なくとも１の改変が導入された、グルテン形成能を有するオオムギ
（ａ）Ｄ－ホルデインタンパク質における、配列番号：２に記載の４５９位若しくは該部位に対応する部位、配列番号：２に記載の４７３位若しくは該部位に対応する部位、及び、配列番号：２に記載の５３４位若しくは該部位に対応する部位からなる群から選択される、少なくとも１の部位のシステインを、他のアミノ酸に置換又は欠失させる改変、
（ｂ）Ｄ－ホルデインタンパク質における、配列番号：２に記載の４５４～５４０位のアミノ酸からなる領域又は該領域に対応する領域中のシステインの数を２個以下とする改変。 - オオムギにおけるグルテン形成能を判定する方法であって、下記工程（１）及び（２）を含む方法
（１）被検オオムギのＤ－ホルデインタンパク質における、配列番号：２に記載の４５４～５４０位のアミノ酸からなる領域又は該領域に対応する領域中のシステインを検出する工程、
（２）（ａ）配列番号：２に記載の４５９位若しくは該部位に対応する部位、配列番号：２に記載の４７３位若しくは該部位に対応する部位、及び、配列番号：２に記載の５３４位若しくは該部位に対応する部位からなる群から選択される、少なくとも１の部位のアミノ酸がシステイン以外のアミノ酸である若しくは欠失している場合、及び／又は、
（ｂ）前記領域におけるシステインの数が２個以下である場合、
前記被検オオムギはグルテン形成能を有するオオムギであると判定する工程を含む、方法。 - 請求項３に記載の方法に用いるための試薬であって、下記（ｉ）又は（ｉｉ）に記載のオリゴヌクレオチドを含む試薬
（ｉ）配列番号：２に記載の４５９位若しくは該部位に対応する部位、配列番号：２に記載の４７３位若しくは該部位に対応する部位、及び、配列番号：２に記載の５３４位若しくは該部位に対応する部位からなる群から選択される、少なくとも１の部位のアミノ酸をコードするヌクレオチドを挟み込むように設計された、１対のオリゴヌクレオチド、
（ｉｉ）配列番号：２に記載の４５９位若しくは該部位に対応する部位、配列番号：２に記載の４７３位若しくは該部位に対応する部位、及び、配列番号：２に記載の５３４位若しくは該部位に対応する部位からなる群から選択される、少なくとも１の部位のアミノ酸をコードするヌクレオチドにハイブリダイズする、オリゴヌクレオチド。
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