JP2992291B2 - Transcription in plants and bacteria - Google Patents

Transcription in plants and bacteria

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JP2992291B2
JP2992291B2 JP60-36263A JP3626385A JP2992291B2 JP 2992291 B2 JP2992291 B2 JP 2992291B2 JP 3626385 A JP3626385 A JP 3626385A JP 2992291 B2 JP2992291 B2 JP 2992291B2
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ビー・ゲルビン スタントン
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マイコジェン プラント サイエンス インコーポレイテッド
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【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は,遺伝子工学と植物培養との分野に関し,特
に,植物と細菌の双方における転写の促進と選択マーカ
ーに対する手段を供給する。 (従来の技術) 本発明に密接に関係する技術的背景の情報を開示する
出版物を下記に示す。これらの出版物はこの従来技術の
項で詳細に論議されている。M.W.Bevan et al.(1983)
Nature 304:184−187,R.T.Fraley et al.(1983)Proc.
Natl.Acad.Sci.USA 80:4803−4807およびL.Herrera−Es
trella et al.(1983)Nature 303:209−213,は細菌抗
生物質耐性構造遺伝子の植物での発現をもたらすような
nosプロモーターの使用を開示した(TIPプラスミドの操
作を参照)。R.F.Barker et al.(1983)Plant Molec.B
iol.:335−350およびR.F.Barker and J.D.Kemp,U.S P
atent application ser.no.553,786はオクトピン型プラ
スミドpTi15955由来のT−DNAの完全な配列を開示す
る;他のTiプラスミド遺伝子の相同性のある公にされた
配列はそこに引用されている(TIPプラスミド上の遺伝
子)。N.Murai and J.D.Kemp(1982)Nucleic Acids Re
s.10:1679−1689は1600塩基の大きさを持ち,その配列
のオープンリーディングフレーム(ORF)24をコードし
ているとして,そこで同定された1450塩基転写物(1450
bTx)の存在とおよその位置を開示した。S.B.Gelvin et
al.(1981)Plasmid :17−29はTRがアグロバクテリ
ウム細胞と植物細胞中で転写されると開示した(TIPプ
ラスミド上の遺伝子)。S.J.Karcher et al.(1984)Mo
l.Gen.Genet.,は,1450bTxの位置を決定した。2元目的
機能の特徴は,ここで開示され,教えられるので,前述
の参考文献には報告されなかった。L.Herrera−Estrell
a et al.(1983)EMBO J.:987−995はカナマイシンと
メトトレキセートに対する耐性をコードする構造遺伝子
が,nosプロモーターの後に置かれると,細菌および植物
細胞の両方で発現したと,報告した。 シャトルベクター G.B.Ruvkun and F.M.Ausubel(1981)Nature 298:85
−88によって発明されたシャトルベクターは,外来遺伝
物質を巨大プラスミド,ウィルスあるいはゲノム中の適
切な位置へ挿入する方法を提供する。巨大プラスミドあ
るいはゲノムを扱う際に出会う2つの主な問題がある。
初めに,巨大プラスミドはそれぞれの制限酵素に対する
多くの部位をもつであろう。独特な部位特異性開裂反応
は再現できず,複数の部位開裂反応,それに続く結合は
変わって欲しくない順序や方向の多くの断片の奪い合い
による非常な困難さを導く。第2は,巨大DNAプラスミ
ドでの形質転換効率が大変低いことである。シャトルベ
クターは外来遺伝物質のしばしばインビトロでの小さい
プラスミドへの挿入を促進し,次いで通常インビボの技
術による巨大プラスミドへの転移によりこれらの困難さ
を克服することを可能にする。 シャトルベクターは,最終宿主細菌へ導入されること
が可能で,そこで独立に維持されることができるレプリ
コンを持つDAN分子,通常,プラスミドから成る。ま
た,シャトルベクターは,外来遺伝物質が挿入されるこ
とができる宿主ゲノムの断片のコピーと,やはり宿主ゲ
ノム断片へ挿入される選択できる特徴をコードするDNA
小片を含む。選択できる特徴(マーカー)はインビボで
トランスポゾン突然変異によるか,あるいは制限酵素と
リガーゼのインビボでの使用によって,都合のよいこと
に挿入される。 当該シャトルベクターは最終宿主細胞へ特に(アグロ
バクテリウム属を含む)リゾビアッシー科の細菌へ,次
のような方法で導入されることが可能である。三親交雑
法(Ruvkin and Ausubel,前出),二親交雑における自
律移動可能なベクターの直接転移,アグロバクテリウム
細胞による外来DNAの直接取込み(“形質転換",M.Holst
ers et al.(1978)Molec.Gen.Genet.163:181−187の条
件を用いて)もうひとつの細菌細胞とのアグロバクテリ
ウムのスフェロプラスト融合リポゾームで包括されたDN
Aの取込み,あるいはインビトロでパッケージされ得る
ウィルスに基づいたシャトルベクターでの感染。リゾビ
アッシー科の中で見つけられた巨大プラスミドの操作で
あり,当業者に良く知られている技術である三親交雑は
当該シャトルベクターを保持する株と,プラスミド起動
と接合伝達に対する遺伝子を含む移動可能なプラスミド
を保持する株との交雑を含む。もし,当該シャトルベク
ターがプラスミド遺伝子によって起動することが可能な
ら,当該シャトルベクターは巨大ゲノム,例えば,アグ
ロバクテリウム株のTiあるいはRiプラスミドを保持する
宿主細胞へ転移される。 当該シャトルベクターが宿主細胞へ導入された後,可
能な事象は,マーカーのどちらかの側でひとつの組み換
え事象を伴う2重交差を含む。このホモ部分二倍体化事
象は,挿入を欠いた相同小片の置き換えで,マーカーを
含むDNA小片の宿主ゲノムへの転移という結果を招く。
元のシャトルベクターを失った細胞の選択をするため,
当該シャトルベクターは,最終宿主細胞中での複製不可
能か,あるいは宿主細胞中で元より存在している独立に
選択可能なプラスミドと不和合性でなければならない。
このことを整えるひとつの一般的手段は,第3の宿主に
当該シャトルベクターと不和合性で違った薬剤耐性マー
カーを保持するもうひとつのプラスミドを供給すること
である。したがって,両方の薬剤に対する耐性を選択す
ると,生き残った細胞のみがその中で,当該シャトルベ
クター上のマーカーが宿主ゲノムと組み換えたものであ
る。もし当該シャトルベクターが特別なマーカーを保持
していると,それで,当該シャトルベクターと宿主プラ
スミドとの間での一重交差事象の結果に由来するプラス
ミドを含む細胞を排除でき,無傷の当該シャトルベクタ
ーが宿主プラスミドと統合されるような結果となる。も
し外来遺伝物質が選択されるべきマーカーへ挿入される
か,あるいは隣接すると,また同様の2重組み換えの結
果として宿主プラスミドへ統合されるであろう。また,
マーカー内や隣接した位置以外で相同性断片へ挿入され
ると,いっしょに保持され,しかし,外来遺伝物質をマ
ーカーから分離している距離が大きくなるにつれて,外
来遺伝物質とマーカーの間に組み換え事象が起こりやす
くなり,外来遺伝物質の転移を妨げる。 もし,当該シャトルベクターが,表現型的に優性な特
徴(例えば,新しく発現可能な殺虫剤構造遺伝子だが,
不活性化された腫瘍性T−DNA遺伝子ではない)を誘導
するために使われると,二重相同組み換えに頼る必要が
なくなる。共同組み込みプラスミドをもたらす一重組み
換え事象により得られる細胞は,植物細胞へ望む特徴を
転移することができる(A.Caplan et al.(1983)Scien
ce 222:815−821,R.B.Horsch et al.(1984)Science 2
23:496−498)。単一の連続したT−DNAの配列を持つ色
々なシャトルベクターを用いることさえ可能かもしれな
い。しかし,その結果として得られたT−DNAは,今
や,繰り返し遺伝子重複を含むであろうから,アグロバ
クテリウムか植物細胞のどちらかで2つの相同配列間で
起こる一重相同組み換え事象による当該シャトルベクタ
ーのまれに起こる欠失に気をつけて注目しなければなら
ない。 シャトルベクターはアグロバクテリウムプラスミドの
操作において効力を与えた。D.J.Garfinkel et al.(19
81)Cell 27:143−153,A.J.M.Matzke and M.−D.Chilto
n(1981)J.Molec.Appl.Genet.:39−49,and J.Leeman
s et al.(1981)J.Molec.Appl.Genet.:149−164を参
照せよ。彼らは,シャトルベクターを仲介ベクターある
いは“iV"という言葉で称した。 巨大DNA分子への変化の挿入に対するシャトルベクタ
ー系の最近明らかにされた変形は“自殺ベクター”であ
る。この系ではSimon et al.細菌−植物相互作用の分子
遺伝学pp.98−106(ed.A.Puhler,(1983))の“グラム
陰性細菌のインビボおよびインビトロ操作のためのベク
タタープラスミド”とR.Simon et al.(1983)Biotechn
ol.:784−791によって延べられたように,シャトルベ
クターレプリコンは宿主細胞内では独立に維持され得な
い。この特性は,一般に三親交雑中になされるようなシ
ャトルベクターを排除するために,宿主細胞へ不和合性
のプラスミドを導入する必要を削除している。すでに存
在するDNAへ統合されないすべてのベクター配列は複製
されないことによって効率良く自殺する。シャトルベク
ターの伝統的な型で成され得るように,2つの相同領域の
間にない抗生物質耐性遺伝子をスクリーニングすること
によって,二重と一重相同性の間の区別ができるかもし
れない。DNA配列をTiプラスミドへ転移するための自殺
ベクターの使用はE.Van Haute et al.(1983)EMBO J.
:411−417,L.Comai et al.(1982)Plant.Molec.Bio
l.:291−300,L.Comai et al.(1983)Plasmid 10:21
−30,P.Zambryski et al.(1983)EMBO J.:2143−215
0,およびA.Caplan et al.,前出,によって報告もされて
いる。C.H.Shaw et al.(1983)Gene 28:315−330,
は,外来DNAを一重相同性組み換えの選択の手段によっ
て選択可能なマーカーの導入もせずにTiプラスミドへ導
入し,次いで二重相同組み換えに対する選択することに
よる自殺ベクターの使用を報告している。 T−DNAへの新しいDNA配列の導入に対する相同性組み
換えの使用に代わるものに細菌トランスポゾンがある。
TIPプラスミド上のアグロバクテリウム遺伝子の項で述
べられるように,トランスポゾンはTIPプラスミドのT
−DNAへ飛び込むことができる。(例えば,D.J.Garfinke
l et al.(1981)Cell 27:14−153を参照)。当該トラ
ンスポゾンは新しい配列の挿入によってインビトロで修
飾されるので,その新しいDNAは,当該トランスポゾン
によってTIPプラスミドのT−DNAへ転移され得る。TIP
は,それが安定に組み込まれると,植物細胞へ新しいDN
A/トランスポゾン/T−DNAの組合せを転移することがで
きる。 アグロバクテリウムの外観 グラム陰性菌のリゾビアッシー科(リゾビウム属も含
む)に含まれるアグロバクテリウム属には,アグロバク
テリウム・チユーメファシエンスとアグロバクテリウム
・リゾゲネスがある。これらの種はそれぞれ,植物のク
ラウンゴール症と毛状根症の原因である。クラウンゴー
ルは脱分化組織のゴールの成長によって性格づけされ
る。毛状根は感染された組織において,根の不適当な誘
導によって性格づけされる奇形である。どちらの病症に
おいても,不適当に成長する植物組織が,正常には植物
によって生産されず,感染している細菌によって代謝さ
れる,オピンとして知られる,ひとつあるいはそれ以上
のアミノ酸誘導体を通常生産する。既知のオピンは,オ
クトピン,ノパリンおよびアグロピンという3つの主な
グループに分けられている。不適当に増殖する組織の細
胞は培養することで増殖させることができ,適当な条件
下で,ある形質転換された表現型を維持する完全な植物
へ再生することができる。 アグロバクテリウムの病原性株は,アグロバクテリウ
ム・チユーメファシエンスではTi(腫瘍誘導)プラスミ
ド,アグロバクテリウム・リゾゲネスではRi(根誘導)
プラスミドとして知られる巨大プラスミドを保持する。
これらのプラスミドを株から脱落させると,疾病性が失
われる。Tiプラスミドは,T−DNA(転移DNA)と呼ばれる
領域を含み,そのT−DNAは腫瘍中で宿主植物のゲノム
へ取り込まれていることがわかっている。当該T−DNA
は,いくつかの転写物をコードしている。突然変異の研
究は,これらのいくつかは腫瘍成長の誘導に含まれてい
る,ことを示した。tml,tmrおよびtmsに対する遺伝子に
おける突然変異体はそれぞれ(タバコでの)巨大腫瘍,
根を産する性質,茎葉誘導の傾向という結果をもたら
す。当該T−DNAは少なくともひとつのオピン合成酵素
の遺伝子もコードしており,当該Tiプラスミドはそれら
によって合成を引き起こされるオピンによってしばしば
分けられる。それぞれのT−DNA遺伝子はT−DNAプロモ
ーターの調節下にある。T−DNAプロモーターは構造上
真核生物プロモーターと似ており,それらは形質転換さ
れた植物細胞中でのみ機能するようである。当該Tiプラ
スミドはT−DNA以外の遺伝子も保持する。これらの遺
伝子はオピン代謝,腫瘍性,アグロシン感受性,複製,
および細菌細胞への自律転移を含む機能に含まれる。Ri
プラスミドはTiプラスミドと同様の構造に組織されてい
る。植物細胞の形質転換に対応する遺伝子とDNA配列の
組は,以後,集中的に形質転換誘導原理(TIP)として
呼ぶ。したがって,TIPという名称は,制限されないが,T
iとRiプラスミドの両方を含む。TIPの組み込まれた小片
は,Tiプラスミドに由来するかRiプラスミドに由来する
かにかかわらず,ここではT−DNA(転移DNA)と呼ばれ
る。 M.−D.Chilton(June 1983)Sci.Amer.248 (6):5
0−59は最近ベクターとしてのTiプラスミドの利用にお
ける紹介記事を示した。アグロバクテリウムが原因とな
る疾病の最近の一般的総説にD.J.Merlo(1982),Adv.Pl
ant Pathol.:139−178;L.W.Ream and M.P.Gordon(19
82),Science 218:854−859,and M.W.Bevan and M.−D.
Chilton(1982),Ann.Rev.Genet.16:357−384;G.Kahl a
nd J.Schell(1982)Molecular Biology of Plant Tumo
r,K.A.Barton and M.−D.Chilton(1983)Meth.Enzymo
l.101:527−539,およびA.Caplan et al.(1983)Scienc
e 222:815−821によるものがある。 植物組織の感染 植物細胞は,当業者に知られる多くの方法で,アグロ
バクテリウムによって形質転換されることができ,その
方法とは,アグロバクテリウムと共に植物細胞を培養す
ること,アグロバクテリウムスフェロプラストとの植物
プロトプラストの融合,植物細胞プロトプラストでの遊
離T−DNAの取込みによる直接形質転換,完全な細菌で
の部分的に再生された細胞壁を持つプロトプラストの形
質転換,T−DNAを含むリボゾームによるプロトプラスト
の形質転換,T−DNAを持つウィルスの使用,マイクロイ
ンジェクション,等々,を含むが,限定されない。どの
方法にも遺伝子が有糸分裂と減数分裂を通して安定に伝
達される限り充分である。 アグロバクテリウムによる植物細胞の感染は当業者に
良く知られた簡単な技術である(例えば,D.N.Butcher e
t al.(1980)in Tissue Culture Methods for Plant P
athologists,eds.:D.S.Ingram and J.P.Helgeson,pp.20
3−208を参照せよ)。典型的には,植物は多くのいかな
る方法によっても傷つけられるが,その方法とは,刃物
で切ること,針で刺すこと,あるいは研磨剤でこするこ
とを含む。次いで,その傷に腫瘍誘導細菌を含む溶液を
植菌する。完全な植物の感染に代わるものはポテト茎デ
ィスク(D.K.Anand and G.T.Heberlein(1977)Amer.J.
Bot.64:153−158)あるいは,タバコの茎の逆位の小片
(K.A.Barton,et al.(1983)Cell 32:1033−1043)の
ような組織片の植菌がある。感染後,腫瘍は植物ホルモ
ンを欠いた培地での組織培養中に置かれる。ホルモンに
依存しない増殖は形質転換された組織の典型で,そのよ
うな組織培養の増殖の通常の条件と非常に対照的であ
る。(A.C.Braun(1956)Cancer Res.16:53−56)。 アグロバクテリウムは,分離された細胞や,培養で増
殖した細胞(L.Maton et al.(1979)Nature 277:129−
131)および,分離されたタバコ葉肉プロトプラストに
も感染する能力を持つ。後者の技術では,新しい細胞壁
の部分再生をさせる時間の後,アグロバクテリウム細胞
がしばらくの間培養に加えられ,そして抗生物質の添加
によって殺された。Tiプラスミドを保持するアグロバク
テリウム・チユーメファシエンス細胞にさらされた。こ
れらの細胞のみが,ホルモンを欠いた培地上においた
際,カルスを形成する能力を持った。たいていのカルス
はオピン同化に関与する酵素活性を含むことがわかっ
た。他の研究者ら(R.B.Horsch and R.T.Fraley(18 Ja
nuary 1983)15th Miami Winter Symposium)は,ホル
モンに依存しない増殖を示すカルスを高い比率で(10%
以上)導き,それらのカルスの95%がオピンをつくる,
共存培養による形質転換を報告した。M.R.Davey et al.
(1980)in Ingram and Helgeson,前出,pp.209−219,
は,プロトプラストから再生された古い細胞の感染を述
べている。 植物プロトプラストはTIPプラスミドの直接取込みに
よって形質転換され得る。M.R.Davey et al.(1980)Pl
ant Sci.Lett.18:307−313およびM.R.Davey et al.(19
80)in Ingram and Helgeson,前出は,は,ペチュニア
・プロトプラストをポリ−L−α−オルチニンの存在下
にTiプラスミドで,オピン合成の表現型および培養での
ホルモンに依存しない増殖という状態に形質転換でき
た。ポリエチレングリコールがTiプラスミドの取込みを
刺激すること,およびT−DNA配列がゲノムへ取り込ま
れることが,後に示された。(J.Draper et al.(198
2)Plant and Cell Physiol.23:451−458,M.R.Davey et
al.(1982)in Plant Tissue Culture 1982,ed:A.Fuji
wara,pp.515−516)。F.A.Krens et al.(1982)Nature
296:72−74は,彼らのデータは,組み込まれたT−DNA
が隣接するTiプラスミド配列を含むことを示唆するが,
カルシウムショックを伴うポリエチレングリコールを用
いる同様の結果を報告した。 DNA取込みを得る他の方法はリポゾームの使用を含
む。DNAを含むリポゾームの調製は当業者に良く知られ
ている。リポゾームを介するTi−DNAの導入に対する調
製が報告されている。(T.Nagata et al.(1982)in Fu
jiwara,前出,pp.509−510,およびT.Nagata(1981)Mol.
Gen.Genet.184:161−165)。類似した系に細胞壁除去後
の植物と細菌細胞の融合がある。この技術の実施例はS.
Hasezawa et al.(1981)Mol.Gen.Genet.182:206−210
によって報告されたアグロバクテリウムスフェロプラス
トによるビンカ・プロトプラストの形質転換である。植
物プロトプラストは,細胞壁が境界を定めているアグロ
バクテリウム細胞を取り込むことができる(S.Hasezawa
et al.(1982)in Fujiwara,前出pp.517−518)。 T−DNAは二つのプロトプラストの融合から再生され
る組織に伝達されうる。これら二つのプロトプラストの
うちの一方のみがすでに形質転換されていた(G.J.Wull
ems et al.(1980)Theor.Appl.Genet.56:203−208)。
植物の再生の項で詳述するように,T−DNAは減数分裂を
経,そして単純なメンデル形質として子孫に伝達されう
る。 植物の再生 正常な形態での脱分化植物組織は,クラウンゴール腫
瘍から得られる。A.C.Braun and H.N.Wood(1976)Pro
c.Natl.Acad.Sci.USA 73:496−500,は正常植物上へタバ
コ奇形を移植して,花を着け得る正常に現れる葉茎を得
ることができた。この葉茎は培養されると,オピンを作
る能力と植物ホルモンに依存せず増殖する能力を得た。
スクリーニングされた植物では,これらの腫瘍表現型は
減数分裂の間に失われたらしく子孫への伝達は観察され
なかった。(R.Turgeon et al.(1976)Proc.Natl.Aca
d.Sci.USA 73:3562−3564)。自然に腫瘍特性を失った
かあるいは奇形種から由来した植物が,最初はそれらの
T−DNAをすべて失ったと示された。(F.−M.Yang et a
l.(1980)In Vitro 16:87−92,F.Yang et al.(1980)
Molec.Gen.Genet.177:707−714,M.Lemmers et al.(198
0)J.Mol.Biol.144:353−376)。しかし,ホルモン処理
(1mg/カイネチン)後,復帰突然変異となった植物で
の後の研究は形質転換された表現型に対するT−DNA遺
伝子を失っているが,減数分裂を経験した植物がT−DN
Aの両端に相同性のある配列を保持することができたこ
とを示した(F.Yang and R.B.Simpson(1981)Proc.Nat
l.Acad.Sci.USA 78:4151−4155)。G.J.Wullems et al.
(1981)Cell 24:719−724,はさらにオピン同化系に含
まれる遺伝子が当該植物が雄性不念であるが減数分裂を
経験する能力を持ち,表面上不変のT−DNAがメンデル
則で遺伝され得ることを示した(g.Wullems et al.(19
82)in fujiwara,前出)。L.Otten et al.(1981)Mole
c.Gen.Genet.183:209−213,は茎葉を増殖さす腫瘍を形
成するtms(茎葉誘導)部位でTn7トランスポゾンで作成
したTiプラスミドの変異体を用いた。これらの葉茎が植
物へ再生すると,自家受粉花を形成することがわかっ
た。その結果,得られた種は出芽してT−DNAを含みオ
ピンを作る植物へとなった。さらに行われた実験で,H.D
eGreve et al.(1982)Nature 300:752−755,は,オク
トピン合成が,一重優性メンデルの遺伝子として遺伝さ
れ得ることを見つけた。しかし,当該T−DNAは,カル
スからの再生を行っている間ocs以外の機能の広範な欠
失を受けた。tmr(根誘導)変異体での同様の実験は,
完全な長さのT−DNAが減数分裂を通して子孫へ伝達さ
れ得たことを示し,その子孫では,ノパリン遺伝子が様
々なレベルだが発現し,ともに形質転換された酵母アル
コールデヒドロゲナーゼ1遺伝子は発現されないことを
示した(K.A.Barton et al.(1983)Cell 32:1033−104
3)。他の実験は,ノパリンT−DNAが再生の間維持さ
れ,雄性不念性花はメンデル則でT−DNA上を伝えると
いうことを示した(J.Memelink et al.(1983)Mol.Ge
n.Genet.190:516−522)。機能する外来遺伝子も,優性
メンデル則で遺伝される(R.B.Horsch et al.(1984)S
cience 233:496−498)。今や,T−DNA配列を欠いた再生
組織は,腫瘍に“混在している”非形質転換細胞由来で
あり(G.Ooms et al.(1982)Cell 30:589−597)。初
めに形質転換された植物細胞の後成説的な状態が,再生
の可能性に影響する(G.M.S.vanSlogteren et al.(198
3)Plant Mol.Biol.:321−333)ことが明らかであ
る。A.N.Binns(1983)Planta 158:272−279による最近
の研究は,腫瘍性遺伝子,この場合tmr,は再生の間“止
める”ことができ,再生組織を培養に置くことによっ
て,“再び開始する”ことができると示している。 アグロバクテリウム・リゾゲネスからの形質転換の結
果として得た根は栽培植物へ直接再生することが比較的
簡単なことを証明した(M.−D.Chilton et al.(1982)
Nature 295:432−434),そして簡単にクローン化され
た。再生能力はT−DNAのコピー数に依存するようであ
る(C.David ed al.(1984)Biotechnol.:73−76)。 TIPプラスミドにおける遺伝子 ATCC15955で見つけられたオクトピン型プラスミドのp
Ti15955のT−DNAの完全な配列が報告されており,真核
生物の転写制御配列に隣接している14のオープンリーデ
ィングフレーム(ORHs)が含まれている(R.F.Barker a
nd J.D.Kemp.U.S.Patent application ser.no.553,786,
これは参考文献,R.F.Barker et al.(1983)Plant Mole
c.Biol.:335−350に編入されている)。 多くの遺伝子がTIPプラスミドのT−DNA内に同定され
ている。オクトピンプラスミドT−DNA転写物の多くの
地図が作られており(S.B.Gelvin et al.(1982)Proc.
Natl.Acad.sci.USA 79:76−80,L.Willmitzer et al.(1
982)EMBO J.:139−146,N.Murai and J.D.Kemp(198
2)Nuclei Acids Res.10:1679−1689,S.J.Karcher et a
l.(1984)Mol.Gen.Genet.),いくつかの機能が認めら
れている(J.Leemans et al.(1982)EMBO J.:147−1
52)。これらの領域のうちのいくつか,特にtmrやtmsを
コードしているものも原核細胞で転写される(G.Schrod
er et al.(1983)EMBO J.:403−409)。トランスポ
ゾンを用いた変異により充分明らかになっているオクト
ピン型プラスミドの遺伝子は,tms,tmr,tml,そしてocsを
含んでいる(D.J.Garfinkel et al.(1981)Cell 27:14
3−153)。これらの遺伝子にそれぞれ変異を持つTiプラ
スミドは,シュートを生じ,根を発育させ,そして正常
よりも大きいニコチナタバカムの腫瘍カルスを刺激す
る。他の宿主では,これらの遺伝子の突然変異体は異な
る表現型を誘導することができる(M.W.Bevan and M.−
D.Chilton(1982)Ann.Rev.Genet.16:357−384)。tmr
とtmsの表現型は,腫瘍に存在する植物ホルモンレベル
の違いに相関する。サイトカイニン:オーキシン比の違
いは,形質転換されてないカルス組織の葯あるいは根の
形成を培地で誘導できるそれに似ている(D.E.Akiyoshi
et al.(1983)Proc.Natl.Acad.Sci.USA 80:407−411,
A.N.Binns(1983)Planta 158:272−279,A.Caplan et a
l.(1983)Science 222:815−821,R.M.Amasino and C.
O.Miller(1982)Plant Physiol.69:389−392)。機能
を有するtmlだけではなく,tmsかtmrのどちらかの機能を
有する遺伝子を含むT−DNAは重要な腫瘍の成長を促進
することができる。シュートや根の促進はそれぞれ機能
を有するtmlにより刺激されたり,阻害されたりする
(L.W.Ream et al.(1983)Proc.Natl.Acad.Sci.USA 8
0:1660−1664)。T−DNA遺伝子の変異は,T−DNAの植物
ゲノムへの挿入に影響を及ぼしたりしないようである
(Leemans et al.(1982)前出,Ream et al.(1983)前
出)。T−DNA遺伝子はホルモンに非依存性の成長を促
進させるために,境界の配列(TIPプラスミドDNAを参
照)の間に位置する必要がない(H.Joos et al.(198
3)EMBO J.:2151−2160)。 オクトピンTiプラスミドは,オクトピンシンターゼ
(リゾピンデヒドロゲナーゼ)をコードするocs遺伝子
を有する。ocs遺伝子はイントロン(真核生物の遺伝子
にふつうに見られる介在配列で,mRNAの成熟時にメッセ
ンジャー前駆体から転写後に切り出される)を含まな
い。それは,真核生物の転写信号(“TATA"ボックス)
やポリA付加部位に似ている配列を持っている。ocs遺
伝子の発現に必要なすべての信号は,ocs転写開始部位の
295bp内に見出される(C.Koncz et al.(1983)EMBO J.
:1597−1603)。P.Dhaese et al.(1983)EMBO J.:
419−426は,“転写物7"(Barker et al.のORF3,前出)
とocsによる様々なポリA付加部位の利用について報告
した。組織内の酵素オクトピンシターゼが存在すること
により,様々なアミノ酸類似物の毒性効果からその組織
を保護することができる(G.A.Dahl and J.Tempe(198
3)Theor.Appl.Genet.66:233−239,G.A.Dahl et al.,US
Pat.applicfation ser.no.532,280,ここで参考文献に
編入している)。 ノパリンTiプラスミドはノパリンシンターゼ(nos)
をコードしており,その配列はA.Depicker et al.(198
2)J.Mol.Appl.Genet.:561−573により決められてい
る。ocs遺伝子で見られたように,nosはイントロンで中
断されていない。それは,2つのポリA付加部位と重要な
“TATA"ボックス転写開始信号を持つ。ocsと比べて,nos
は“CAT"ボックスとして知られている転写開始信号であ
るかもしれない配列が前にある。nos遺伝子の発現に必
要な信号のすべてがnos転写開始部位の261bp内に見られ
る(C.Koncz et al.,前出)。アグロシノピンシンター
ゼの遺伝子や,tmsとtmrに等価な遺伝子がノパリン型プ
ラスミド上で同定されており(H.Joos et al.(1983)C
ell 32:1057−1067),多くの転写物が地図上で決めら
れている(L.Willmitzer et al.(1983)Cell 32:1045
−1056)。J.C.McPhersson et al.(1980)Proc.Natl.A
cad.Sci.USA 77:2666−2670は,クラウンゴール腫瘍か
らT−DNAにコードされているmRNAのインビトロでの転
写を報告した。 根毛のT−DNAの転写が検出されている(L.Willmitze
r et al.(1982)Mol.Gen.Genet.186:16−22)。機能
上,根毛症候群は,tms内に突然変異のあるTiプラスミド
とRiプラスミドは互いに相補できる(G.M.S.van Slogte
ren(1983)Ph.D.thesis,Rijksuniversiteit te Leide
n,Netherlands)ように,tmr内に突然変異のあるTiプラ
スミド(F.F.White and E.W.Nester(1980)J.Bacterio
l.144:710−720)により刺激されたクラウンゴール腫瘍
と等価のようである。 真核生物では,DNAのメチル化(とりわけシトシン残
基)は転写の不活性化と相関関係があるが,比較的メチ
ル化の少ない遺伝子はmRNAに転写される。S.B.Gelvin e
t al.(1983)Nucleic Acids Res.11:159−174は,クラ
ウンゴール腫瘍におけるT−DNAはいつも少なくともメ
チル化されてない1コピー内に存在しているということ
を見出した。同じゲノムがメチル化されているT−DNA
の多くの他のコピーを含むかもしれないということか
ら,1個より多いT−DNAのコピーは生物学的に不活性で
あるかもしれないということを示唆している。(G.Ooms
et al.(1982)Cell 30:589−597も参照)5−アザシ
チジンで腫瘍系列を処理すると転写の増大に並行してい
るT−DNA遺伝子の脱メチル化をもたらす(A.G.Hepburn
et al.(1983)J.Mol.appl.Genet.:315−329)。5
−アザシチジン処理あるいは細胞移植は,休眠オピン遺
伝子を活性化することが示されている(G.M.S.van Slog
teren(1983)Ph.D.thesis,Rijksuniversiteit te Leid
en,Netherlands)。 Tiプラスミドは,T−DNA領域の外側にある他の遺伝子
をコードしており,感染過程に必要である。(ノパリン
プラスミドについては,M.Holsters et al.(1980)Plas
mid :212−230,オクトピンプラズミドについては,H.D
eGreve et al.(1981)Plasmid :235−248,D.J.Garfi
nkelとE.W.Nester(1980)J.Bacteriol.144:732−743と
G.Ooms(1980)J.Bacteriol.144:82−91を参照)最も重
要なのはonc遺伝子であって、変異を起こすと腫瘍形成
不能なTiプラスミドを生じる。(ヴィルレンスに対し
て,これらの場所はvirとして知られる。)いくつかのo
nc遺伝子は正確に位置づけられており,様々なTiプラス
ミド間で保存された領域内にあることが見出されている
(H.J.Klee et al.(1983)J.Bacteriol.153:873−883,
V.N.Iyer et al.(1982)Mol.Gen.Genet.188:418−42
4)。onc遺伝子は,異なるプラスミド型のT−DNAを持
つ植物細胞を形質転換し,しかも物理的に別のプラスミ
ドにあるという,トランスに機能する(J.Hille et al.
(1982)Plasmid.:107−118,H.J.Klee et al.(198
2)J.Bacteriol.150:327−331,A.J.de Framond et al.
(1983)Biotechnol.:262−269)。ノパリンTi DNA
は,Tiプラスミドから切除したりあるいは宿主ゲノムへ
の組み込みのどちらかに関与しているであろうT−DNA
の左右の境界にすぐ隣接している約25ベースペアーの同
方向反復配列を持ち(N.S.Yadav et al.(1982)Proc.N
atl.Acad.Sci.USA 79:6322−6326),類似配列がオクト
ピンT−DNAの境界に隣接して認められている(R.B.Sim
pson et al.(1982)Cell 29:1005−1014)。オピン分
解は,オクトピン型プラスミドやノパリン型プラスミド
のocc遺伝子やnoc遺伝子のそれぞれに特異づけられてい
る。Tiプラスミドも複製の開始点を含む自身の再生産に
必要な機能をコードしている。 Tiプラスミドの転写物はS.B.Gelvin et al.(1981)P
lasmid :17−29により,アグロバクテリウム・チュー
メファシエンス内で検出され,彼はT−DNA領域が非T
−DNA配列より微弱ながら転写されることを見出した。T
iプラスミドに指定されている特徴がMerlo,上記(特にT
able II参照)と,ReamとGordon,上記により概説されて
いる。 TIPプラスミドDNA DNAハイブリダイゼーション(T.C.Currier and E.W.N
ester(1976)J.Bacteriol.126:157−165)あるいは制
限酵素分析(D.Sciaky et al.(1978)Plasmid :238
−253)により調べると,異なるオクトピン型Tiプラス
ミドが殆ど100%互いに類似している。ノパリン型Tiプ
ラスミドは互いにはたかだか67%の類似しか持っていな
い(Currier and Nester,前出)。概観すると異なるRi
プラスミドは互いに非常に類似しているということが明
らかになった(P.Costantino et al.(1981)Plasmid
:170−182)。N.H.DrummondとM.−D.Chilton(1978)
J.Bacteriol.136:1178−1183はオクトピン型やノパリン
型Tiプラスミドの比較的小さな部分が互いに類似してい
るということを示した。こういった類似性は,G.Engler
et al.(1981)J.Mol.Biol.152:183−208により詳細に
地図上に位置づけられている。彼らは四つの類似領域の
うちの三つが,三つ(部分的にT−DNAを重複してい
る),四つ(いくつかのonc遺伝子を含む),および九
つ(onc遺伝子を持つ)の類似配列に細分化されること
を見出した。連続した類似性は少なくとも一つのtra遺
伝子(Tiプラスミドを他の細菌の細胞への接合伝達のた
め)と、複製と不和合性に関する遺伝子を含む。この連
続した領域は,リゾビウム科の異なる遺伝子であるリゾ
ビウム属のある種由来のSymプラスミド(共生窒素固定
に関係する)と類似性がある(R.K.Prakash et al.(19
82)Plasmid :271−280)。四つの領域の順序は保存
されていないが,それらはすべて同方向に並んでいる。
T−DNA配列のある部分はノパリンプラスミドとオクト
ピンプラスミド間で非常によく保存されている(M.−D.
Chilton et al.(1978)Nature 275:147−149,A.Depick
er et al.(1978)Nature275:150−153)。Riプラスミ
ドは自身の間で,オクトピンTiプラスミド(F.F.White
and E.W.Nester(1980)J.Bacteriol.144:710−720)や
ノパリンTiプラスミド(G.Risuleo et al.(1982)Plas
mid :45−51)の両方に対して,主としてonc遺伝子を
コードしている領域について,広い類似性を有している
ことが示されている。RiT−DNAはTiプラスミドの両型か
らT−DNAへ広いけれども,弱い類似性を有している
(L.Willmitzer et al.(1982)Mol.Gen.Genet.186:16
−22)。未感染のニコチアナ・グラウカ由来の植物DNA
は,cT−DNA(細胞性T−DNA)と呼ばれるが,RiT−DNAの
部分に類似性を示している(F.F.White et al.(1983)
Nature 301:348−350,L.Spano et al.(1982)Plant Mo
lec.Biol.:291−300)。G.A.Huffman et al.(1983)
J.Bacteriol.,はクロスハイブリダイゼーションの領域
を地図上に位置づけ,RiプラスミドpRiA4bはpTiT37より
もpTiA6(オクトピン型)によく似ていることおよびこ
のRiプラスミドはtmrでなくtmsに類似している領域を有
するように見えることを示している。彼らの結果もRi T
−DNAは不連続でオクトピンT−DNAの場合に似ていると
いうことを示唆している。 Tiプラスミド(M.−D.Chilton et al.(1977)Cell 1
1:263−172)あるいはRiプラスミド(M.−D.Chilton(1
982)Nature 295:432−434,F.F.White et al.(1982)P
roc.Natl.Acad.Sci.USA 79:3193−3197,L.Willmitzer
(1982)Mol.Gen.Genet.186:16−22)の一部は腫瘍植物
細胞のDNA内に見出されるということが示された。転送
されたDNAはT−DNAとして知られている。T−DNAは,
核内の(M.P.Nuti et al.(1980)Plant Sci.Lett.18:1
−6,L.Willmitzer et al.(1980)Nature 287:359−36
1,M.−D.Chilton et al.(1980)Proc.Natl.Acad.Sci.U
SA 77:4060−4064),多くの部位で(D.Ursic et al.
(1983)Mol.Gen.Genet.190:494−503,J.Memelink et a
l.(1983)Mol.Gen.Genet.190:516−522),宿主DNAに
組み込まれている(M.F.Thomashow et al.(1980)Pro
c.Natl.Acad.Sci.USA77:6448−6452,N.S.Yadav et al.
(1980)Nature287:458−461)。多くの非T−DNA Ti
プラスミドDNAが,T−DNAの組み込み前に植物細胞に転送
されるようである(H.Joos et al.(1983)EMBO J.:2
151−2160)。 M.F.Thomashow et al.(1980)Proc.Natl.acad.Sci.U
SA77:6448−6452およびM.F.Thomashow et al.(1980)C
ell 19:729−739は,オクトピン型Tiプラスミド由来の
T−DNAが,二つの異なる部分のTL−DNAとTR−DNA,それ
ぞれ左側T−DNAと右側T−DNAであるが,に組み込まれ
ていることを見出した。TRとTLのコピー数は異なる腫瘍
系列で変化し得る(D.J.Merlo et al.(1980)Molec.Ge
n.Genet.177:637−643)。T−DNAの芯はノパリンT−D
NAに非常に類似しており(Chilton et al.(1978)前
出,Depicker et al.(1978)前出),腫瘍維持に必要で
あり,TLの中にあり,一般に細胞あたり1コピー存在し
ており,そしてtms,tmr,およびtmlの遺伝子をコードし
ている。他方では,TRは全体として省くことができるが
(M.De.Beuckeleer et al.(1981)Molec.Gen.genet.18
3:283−288,G.Ooms et al.(1982)cell30:589−59
7),ふつう高いコピー数で見られる(Merlo et al.(1
980)前出)。G.Ooms et al.(1982)Plasmid :15−2
9は,彼らはTRがTiプラスミドから欠失すると,アグロ
バクテリウム・チューメファシエンス あるヴィルレン
スを持つことを認めているが,TRはT−DNAの組み込みに
関係しているという仮説を立てた。G.Ooms et al.(198
2)Cell 300:589−597は植物ゲノムに組み込まれた後T
−DNAはしばしばTiプラスミドにより欠失するが,一般
に安定であるということ,およびT−DNA形成の点にお
いて異なる細胞の混合液を含む腫瘍は,多様な形質転換
が生じた結果であることを示した。osc遺伝子はTL内で
見出されているが,腫瘍成長に似た表現型を失うことな
く植物ゲノムより欠失され得る。TLの左側と右側の境界
およびTRの左側と右側の境界は,ここではTLLB(A),T
LRB(B),TRLB(C),TRRB(D)とそれぞれ表すが,
配列が決定されており(R.F.Barker et al.(1983)Pla
nt Mol.Biol.:335−350,およびR.F.Barker and J.D.K
emp,U.S.Patent application ser.no.532,280),各々
が24ベースペアの不完全な同方向反復配列であり,そし
てノパリンT−DNAのどちらかの未満で見られる同方向
反復配列に類似している。組み込まれたTLLB(A)の周
辺にある植物DNAが,同方向あるいは逆方向のどちらか
であるT−DNA配列の繰り返しから成っていると観察さ
れている(R.B.Simpson et al.(1982)Cell 29:1005−
1014)。M.Holsters et al.(1983)Mol.Gen.Genet.19
0:35−41は,TLが,植物とT−DNA配列の両方から生じる
約400bpの“リンカー”により隔てられた一列に並ぶコ
ピーに組み込まれていることを見出した。 オクトピン型腫瘍内の状況と比べて,ノパリンT−DN
Aはある連続した断片内の宿主ゲノムに組み込まれてい
る(M.Lemmers et al.(1980)J.Mol.Biol.144:353−37
6,P.Zambryski et al.(1980)Science 209:1385−139
1)。同向縦列繰り返しが観察された。奇形種から再生
した植物のT−DNAは挿入されたDNAの境界の断片に小数
の修飾を持っていた(Lemmers et al.,前出)。右と左
の境界の間の接点の配列分析により多くの同方向繰り返
しと一つの逆方向繰り返しが明らかとなった(Zambrysk
i et al.(1980)前出)。左側の接点は少なくとも70bp
にまでわたり多様であることが示されているが,右側の
接点は単一のヌクレオチド以外の変化はない(P.Zambry
ski et al.1982)J.Mol.Appl.Genet.:361−370)。縦
列した中の接点の左側と右側の境界は130bpを越えるで
あろう間隙により隔てられている。間隙は未知の起原の
ものであり,いくつかのT−DNA配列を含んでいた。T
−DNAは,反復しており,低分子数の宿主の配列に組み
込まれていることが見出された。H.Joos et al.(198
3)Cell 32:1057−1067によると,ヴィルレンスは通常
のノパリンT−DNA境界配列のどちらかの一つの欠失後
に引き起こされるものではないことが示されている。 Simpson et al.(1982)前出やZambryski et al.(19
80)前出では,境界領域の同方向反復は植物DNAへのT
−DNAの組み込みに関係していると示唆されている。二
つの異なるTiプラスミド由来のT−DNAの持つ境界は類
似した境界ほど特異的に組み込まれないということは,
この示唆を支持している(G.Ooms et al.(1982)Plant
Molec.Biol.:265−276)。 N.S.Yadav et al.(1982)Proc.Natl.Acad.Sci.USA7
9:6322−6326は,バクテリオ・ファージλ内で10キロベ
ースも離れた周囲のDNAにおける普遍的組み換えを増加
させるchi部位がT−DNAの左側末端のちょうど外側のノ
パリンTiプラスミドにあることを見つけた。R.B.Simpso
n et al.(1982)Cell29:1005−1014によれば,オクト
ピンTiプラスミド内の同様の位置にchi配列が見つけら
れなかった。Tiプラスミド内のchiの重要性は知られて
いない。 TIPプラスミドの操作 シャトルベクターに関する節の中で詳述したように,
改造したDNA配列をTIPプラスミド上の所望の場所に導入
するための技術が開発された。この技術を用いればトラ
ンスポゾンを容易に挿入することができる(D.J.Garfin
kel et al.(1981)Cell27:143−153)。J.−P.Hernals
teen et al.(1980)Nature 287:654:656はTiプラスミ
ド中のT−DNAに挿入されたDNA配列(ここでは細菌のト
ランスポゾン)が受容植物のゲノム中に転移そして組み
込まれることを示した。M.Holsters et al.(1982)Mo
l.Gen.Genet.185:283−289は,T−DNAに挿入された細菌
のトランスポゾン(Tn7)が植物ゲノム中に組み込まれ
た後も,完全に機能的で外観上は不変な形で再分離され
得ることを示した。異なる起原からのいくつかの遺伝子
を用いて外来DNAの挿入が行われたが,現在までは,外
来遺伝子は植物細胞中において通常はそれ自身のプロモ
ーター制御下で発現されていない。これらの遺伝子の起
原は,ウサギβ−グロビン(C.H.Shaw et al.(1983)G
ene23:315−330),酵母アルコールデヒドロゲナーゼ
(Adh)(K.A.Barton et al.(1983)Cell32:1033−104
3),トウモロコシAdh I(J.Bennetzen,未発表)および
ゼイン,哺乳動物インターフェロンおよびグロビン,お
よび哺乳動物ウィルスSV40(J.Schell,未発表)が含ま
れる。しかし,ノパリンシンターゼ遺伝子をオクトピン
T−DNAに挿入し植物組織を形質転換した場合は,それ
は完全に機能的であることが分かった(C.L.Fink(198
2)M.S.thesis,ウィスコンシン−マディソン大学)。豆
ファゼオラス・ブルガリス(Phaseolus vulgaris L.)
の種子中に見られる貯蔵蛋白であるファセオリンをコー
ドする遺伝子は,ヒマワリの腫瘍へ導入され,そこで発
現した。転写は正しい位置で開始および終結され,そし
てイントロンは転写後に正しくプロセッシングを受けた
(N.Murai et al.(1983)Science 222:476−482,およ
びT.C.Hall et al.US application ser.no.485,613,こ
れはここで文献に編入されている)。A.Caplan et al.
(1983)Science 222:815−821は,エンドウ リブロー
ス−1,5−ビスホスフェート カルボキシラーゼの小さ
いサブユニット遺伝子の5′側上流領域由来のDNA900bp
の断片により,タバコの光誘導性発現が細菌クロラムフ
ェニコール アセチルトランスフェラーゼ構造遺伝子に
授与されるのに充分であることを主張している。 TIPプラスミドにおいていくつかの方法により欠失を
引き起こすことができる。標準的な組み換えDNA技術に
より造り出された欠失を導入するのにシャトルベクター
を用いることができる。すでに決定されている一つの末
端をもつ欠失は,トランスポゾンの不適当な切り出しに
より作成することができる(B.P.Koekman et al.(197
9)Plasmid :347−357,およびG.Ooms et al.(1982)
Plamid :15−29)。J.HilleおよびR.Schilperoot(19
81)Plasmid :151−154は,前もって決められた位置
に両端をもつ欠失は二つのトランスポゾンの使用により
引き起こすことができることを証明した。この技術はま
た,“組み換えDNA"分子をインビボで構築するのに用い
ることができる。P.Zambryski et al.(1983)EMBO J.
2:2143−2150は,タバコにおいて非常に小さなカルスの
形成を促進し,普通の形態をもつ植物の再生に導くよう
な,nosおよび転写a以外のノパリンT−DNA遺伝子のす
べてを欠失したベクターの使用を報告している。 ノパリンシンターゼ遺伝子は,形質転換された植物細
胞の選別に用いることができる薬剤耐性をコードするDN
A小片の挿入のために用いられている。植物細胞では,Tn
5からのバクテリアカナマイシン耐性遺伝子はそれ自身
のプロモーター制御下では転写されない(J.D.Kemp et
al.(1983)in Genetic Engineering:Applications to
Agriculture,(Beltsville Symp.Agric.Res.),ed.:
L.D.Owens,pp.215−228;およびC.L.Fink(1982)前
出)。M.W.Bevan et al.(1983)Nature 304:184−187,
R.T.Fraley et al.(1983)Proc.Natl.Acad.Sci.USA80:
4803−4807,およびL.Herrera−Estrella et al.(198
3)EMBO.J.:987−995,は,Tn5由来のカナマイシン耐性
遺伝子(ネオマイシン フォスフォトランスフェラーゼ
II)をノパリンシンターゼのプロモーターの後に挿入し
た。その構築物は植物細胞の形質転換に用いられ,その
植物細胞は培養下においてカナマイシンおよびG418のよ
うなそのアナログに対する耐性を示した。Herrera−Est
rella et al.前出,はTn7由来のメトトレキセート耐性
遺伝子(ジヒドロ葉酸リダクターゼ)がノパリンシンタ
ーゼ プロモーターの後ろに置かれたような,類似の構
造を報告した。形質転換細胞は,葉酸の拮抗アナログで
あるメトトレキセートに耐性であった。同様に,L.Herre
ra−Estrella et al.(1983)Nature 303:209−213は,
オクトピンシンターゼおよびクロラムフェニルコールア
セチルトランスフェラーゼ(細菌においてクロラムフェ
ニコール耐性を賦与する)の酵素活性の発現を,これら
の二つの酵素の構造遺伝子をnosプロモーターの制御下
に置くことにより,植物細胞において獲得した。 N.Murai et al.(1983)Science 222:476−482,およ
びT.C.Hall et al.US application ser.no.485,614,こ
こでは文献に編入される,はocsプロモーターおよびオ
クトピンシターゼ構造遺伝子の5′末端のマメ種子蛋白
のファセオリンの構造遺伝子への融合を報告している。
オクトピンシンターゼのアミノ末端を保持し,ファセオ
リンのアミノ末端を欠失する融合蛋白が,T−DNAプロモ
ーター制御下において生産された。ファセオリン配列に
より与えられたイントロンは,転写後に正しくプロセッ
シングを受けた。 A.J.de Framond et al.(1983)Biotechnol.:262−
269は“ミニ−Tiプラスミド”の構築に関してそのこと
を報告している。ノパリンT−DNAにおいて,制限酵素K
pn Iにより切断される部位は通常ただ一つのみ存在す
る。その部位を欠失する突然変異を作成し,全ノパリン
T−DNAを含むKpn I断片が分離された。この断片はカナ
マイシン耐性遺伝子と共にpRK290中に挿入され,その結
果,アグロバクテリウム・チューメファシエンス(A.tu
mefaciens)中で保持可能で,非T−DNAのTi配列のほと
んどすべてを欠失するプラスミドとなった。単独では,
このプラスミドは植物細胞を形質転換することができな
かった。しかし,オクトピンTiプラスミドを保持するア
グロバクテリウム・チューメファシエンス中に置かれる
と,腫瘍は誘導されてオクトピンおよびノパリンの両方
を合成した。ミニTiプラスミドもまた,それ自身のT−
DNAを欠失するTiプラスミドで相補された場合に植物細
胞に導入されている。これらの結果は,非T−DNAの機
能がT−DNAとトランスに働くこと,欠失ノパリンTiプ
ラスミドの機能がオクトピンTiプラスミドにより相補さ
れること,およびノパリン“ミニ−Tiプラスミド”が植
物細胞の形質転換において機能することを示した。各々
オクトピンT−DNAもしくはonc遺伝子を有し,相補性の
あるこれに似た対がA.Hoekema et al.(1983)Nature 3
03:179−180により構築されている。 Chilton et al.(18 January 1983)15th Miami Wint
er Symp.は,ノパリンシンターゼ遺伝子および左右の境
界以外の実質的にすべてのT−DNAを欠失させるために,
Sma Iを用いた“ミニ−Ti"の再区分により作成した“ミ
クロ−Ti"の構築について報告した。ミクロ−Tiは,Sma
I部位を欠失する修飾pRK290プラスミドに挿入され,ミ
ニ−Tiプラスミドに類似した方法で用いられ,同等の結
果が得られた。G.A.Dahl et al.US application ser.n
o.532,280は,オクトピン型プラスミドpTi15955のTL
域から構築されたocs遺伝子を所持するミクロ−Tiプラ
スミドを発表している。 本発明の概要 本発明の遺伝的に細胞を修飾する方法は,(a)二元
目的プロモーター領域/外来構造遺伝子結合体を有する
DNA分子で原核生物細胞を形質転換し,結果として生じ
た原核生物株でのこの結合体の発現を検知する工程;お
よび(b)二元目的プロモーター領域/外来構造遺伝子
結合体を有するDNA分子で植物細胞を形質転換し,結果
として生じた植物組織でのこの結合体の発現を検知する
工程,を包含する。本発明の植物は,(a)二元目的プ
ロモーター領域/外来構造遺伝子結合体を有するDNA分
子で原核生物細胞を形質転換し,結果として生じた原核
生物株でのこの結合体の発現を検知する工程;および
(b)二元目的プロモーター領域/外来構造遺伝子結合
体を有するDNA分子で植物細胞を形質転換し,結果とし
て生じた植物組織でのこの結合体の発現を検知する工
程,を包含する遺伝的に細胞を修飾する方法により遺伝
的に修飾される。本発明のDNAベクターは,同定し得る
表現型を与え得る1つまたはそれ以上の二元目的プロモ
ーター領域/外来構造遺伝子結合体を有するDNAベクタ
ーであって,該結合体が該ベクターにより形質転換され
た細菌株に同定し得る表現型を与える該ベクターに対し
唯一の手段である。本発明の植物組織は,同定し得る表
現型を与え得る1つまたはそれ以上の二元目的プロモー
ター領域/外来構造遺伝子結合体を有するDNAベクター
であって,該結合体が該ベクターにより形質転換された
細菌株に同定し得る表現型を与える該ベクターに対し唯
一の手段である,DNAベクターに由来するDNAを含む。本
発明の植物は,また,同定し得る表現型を与え得る1つ
またはそれ以上の二元目的プロモーター領域/外来構造
遺伝子結合体を有するDNAベクターであって,該結合体
が該ベクターにより形質転換された細菌株に同定し得る
表現型を与える該ベクターに対し唯一の手段である,DNA
ベクターに由来するDNAを含む植物組織に由来する。さ
らに,本発明の細菌株は,同定し得る表現型を与え得る
1つまたはそれ以上の二元目的プロモーター領域/外来
構造遺伝子結合体を有するDNAベクターを含む細菌株で
あって,該結合体は該株に該同定し得る表現型を与える
唯一の手段である,DNAベクターを含む。 本発明の目的の一つは,その遺伝子がその細胞に対し
て外来であり他の方法では発現されないという場合の,
植物および細菌の両方の細胞中での構造遺伝子の発現を
促進させるための方法を供することである。この目的の
遂行において,二元目的プロモーター領域/外来構造遺
伝子結合体が供される。それは,その結合体によって形
質転換される細胞に対して同定可能な表現型を授与する
外来構造遺伝子に結合した,植物および細菌の細胞中で
の構造遺伝子の転写の制限可能なDNA配列である。もう
一つの目的は,外来構造遺伝子にコードされたタンパ
ク,そしてもしそれが酵素である場合には,その遺伝子
が挿入された細胞中に,挿入されていない時には見られ
ない,または見られる代謝産物もしくは化合物をそれぞ
れ保持する,もしくは欠失する,特殊な植物組織および
植物を供することである。他の目的には,真核生物で発
現するために設計された構造の,原核生物中における予
備実験の,そしてまた他には選択の,方法を供するこ
と,そしてそれによって,真核と原核の両方の形失転換
細胞を同定し得るような方法を供することである。それ
以外の目的および利点は,以下の記述から明らかとなる
であろう。 本発明は,導入され,発現される外来構造遺伝子を保
持する,遺伝学的に修飾された植物細胞から成る植物を
供する。そしてその外来構造遺伝子は,分り易く言え
ば,T−DNAの1450bTx由来の植物で発現可能な転写制御配
列の制御下で発現される。さらに本発明は,T−DNA由来
の植物で発現可能な転写制御配列に関して,それらの配
列の制御下において植物細胞内で発現可能なような方向
および間隔で挿入された,外来構造遺伝子を含むゲノム
を有する植物細胞から成る植物組織を供する。また,T−
DNAを保持し,そして複製する細菌の新しい株が供され
る。そしてそのT−DNAは,T−DNA由来の植物および細菌
で発現可能なプロモーター領域に関して,植物または細
菌の細胞内で上記プロモーター領域の制御下で発現可能
であるような方向および間隔で挿入された外来構造遺伝
子を保持するように修飾されている。それに加えて,本
発明は細菌内での複製能力を保持し,T−DNAを含むよう
に,植物を形質転換するという努力において便利な新し
いベクターを供する。さらにそのベクターは,T−DNA由
来のプロモーター領域の制御下における植物細胞または
細菌内で発現可能であるように,ベクターに含まれるT
−DNA中に挿入された外来構造遺伝子を含む。さらにま
た,上記ベクターを保持する細菌の株を開示する。 ここで紹介する実験作業は,真核および原核生物の両
方において構造遺伝子の単一コピーの転写を生じるプロ
モーター活性を有するDNA分子を記述する。二元目的プ
ロモーター領域/外来構造遺伝子結合体の有効性は,植
物の形質転換の当業者が外来構造遺伝子を発現させるの
を,そしてDNA配列の他の操作を行うのを容易にする。
真核生物への形質転換前に,原核生物中で外来構造遺伝
子を発現できることは,その構造が正しく組み立てられ
ているかどうかを確認するために,組み換えDNA構造を
機能的に調べることを可能にする。遺伝的マーカーの発
現を制御するのに用いられた場合,このプロモーター領
域のさらに他の効用が明らかとなる。マーカーが植物と
細菌の両方に毒性を持つ選択薬剤,例えば抗生物質,に
対して抵抗性もしくは耐性を与える場合,プロモーター
領域および外来構造遺伝子を含む単一DNA配列は形質転
換細胞が細菌かまたは植物由来かを同定または選択する
のに用いることができる。二元目的プロモーター領域/
構造遺伝子結合体は,その結合体が,その構造遺伝子に
より授与される同定可能な表現型の細胞内での発現にと
って唯一の方法である場合に,特に有用である。2つの
目的,すなわち植物における選別(または選択)および
細菌における選別(または選択),のために単一DNA配
列を用いることは,そのようなマーカーを所持するDNA
分子の大きさを小さくすることを可能とし,それによっ
て組み換えDNA操作および細胞形質転換手順を容易にす
る。 本発明は,二元目的プロモーター領域の制御下におけ
る外来構造遺伝子およびポリアデニル化部位から成り,
上記プロモーター/遺伝子/ポリアデニル化部位の結合
は,当業者には知られたどんな方法によってでも細胞に
挿入される。もっと明確に,分り易く言えば,ここで発
表される本発明はT−DNAを介した導入の後に,すなわ
ち外来構造遺伝子をT−DNAの1450bTxPRの制御下および
ポリアデニル化部位の前に挿入し,既知の方法を用いて
挿入物を含むT−DNAを植物細胞に導入することによ
り,あるT−DNA由来の植物内で発現可能な転写制御配
列,すなわち1450bTxPRの制御下での外来構造遺伝子の
植物および細菌内での発現をさらに含む。ひとたび,二
元目的プロモーター領域の制御下で外来構造遺伝子を発
現する植物細胞が得られれば,当業者にはよく知られた
方法および技術を用いて,そこから植物組織および植物
全体を再生することができる。再生した植物はその後,
普通の方法により増殖させられ,導入された遺伝子は,
普通の植物育種技術により他の株および栽培種へ移すこ
とができる。本発明は原則として,外来DNA(分り易く
言えばT−DNA)をどのようにかして導入でき,上記DNA
が安定に複製されて存在し得るようなどんな植物への,
外来構造遺伝子のあらゆる導入に対して適用される。一
般的に,これらの分類には現在,これだけに限定されな
いが,ヒマワリ(コンポジタエ科),タバコ(ソラナサ
エ科),ムラサキウマゴヤシ,ダイズ,そして他のマメ
科植物(レグミノッセ科),綿(マルバッセー科),お
よびほとんどの植物を含む。 本発明は,他の種,生物,株からの有用な構造遺伝子
を挿入することにより,細菌,植物細胞,植物組織,お
よび植物全体を遺伝学的に修飾するのに有益である。そ
のような有用構造遺伝子には,これらに限定されるわけ
ではないが,次のような同定可能な表現型を伝達する遺
伝子が含まれる:極端な暑さまたは寒さに対する改良さ
れた耐性;嫌気的条件(例えば浸水),旱魃,または浸
透圧に対する改良された耐性;昆虫(例えばバチルス・
チューリンゲンシスの結晶性タンパクのような殺虫性毒
素),くも,線虫,または寄生害虫,およびカビ,細
菌,またはウィルス性の病気に対する改良された抵抗性
または耐性;通常は上記組織または植物に存在しない酵
素もしくは二次代謝産物の生産;改良された栄養性(例
えばレクチン,またはゼインもしくはファセオリンのよ
うな貯蔵タンパク),香味(例えばタウマチンのような
甘味タンパク),または繊維もしくは人や動物の食糧に
用いられる場合の加工処理における特性;変化した形態
学上の特徴もしくは生育における様式(例えば昆虫から
植物を保護する葉毛,美的にとって喜ばしい変色,変化
した植物の生育習性,矯性植物,成熟するまでにかかる
短縮された時間,組織中での遺伝子の発現もしくは,通
常は発現されない時期における発現,など;雄性不稔;
改良された光合成能(低下した光呼吸を含む);改良し
た窒素固定能;改良された栄養物の摂取;植物に対する
有害物に対する改良された耐性(例えばグリフォセート
またはトリアジン);増加した穀物の収率;他の植物に
対する改良された競争力;遺伝学的に修飾された細胞に
対して新しい遺伝マーカー;など。遺伝マーカーは,1つ
もしくはそれ以上の特徴的な核酸配列;タンパク,遺伝
子産物,もしくはどうにかして同定された表現型,の存
在による生殖細胞の同定を改良するのに用いることがで
きる。遺伝マーカーは,遺伝学的に連鎖の,もしくは同
時形質転換された,人工的導入DNA配列,もしくは他の
(例えば性的の)方法による,他の遺伝型への表現型の
移動を促進するように,もしくは,特許または植物系統
保護証明書により保護された植物の同定を促進するよう
に,は修飾されていない植物,植物細胞,または細菌か
ら,本発明における遺伝学的に修飾された植物,植物細
胞,または細菌細胞を区別することができる。細胞もし
くは組織の培養における選択薬剤に対する抵抗性(また
は耐性)(すなわち選択可能マーカー),および選択中
に容易に認識できるマーカー(例えば明確な細胞表面抗
原もしくは酵素のような,もしくは視覚的に容易に認識
できるβ−ガラクトシダゼのような選択マーカー)もま
た,有用な遺伝マーカーである。Tn5由来のネオマイシ
ンフォスフォトランスフェラーゼII(NPT II)をコード
し,カナマイシンおよびそのアナログ化合物の効果に対
して耐性である表現型を授与する構造遺伝子(kan遺伝
子)を,自然には1450bTxの発現を制御するプロモータ
ー領域の制御下に置くことにより,本発明は例証され
る。プロモーター/kan結合体は,この結合体により形質
転換された細胞の検出および選択に用いることができ
る。当業者には理解されるように,真核および原核生物
において,この結合体に連鎖したDNA配列は何でも選択
され,連鎖したDNA配列により形質転換された細胞はそ
れゆえ同定されるであろう。レクチンの構造遺伝子を14
50bTxプロモーター領域の制御下に置くことにより,本
発明はさらに例証される。レクチンは,栄養上重要な,
ファセオラス・ブルガリス(マメ)の種子の子葉タンパ
クである。レクチン構造遺伝子の導入および発現は,タ
ンパク含有量を増加し,いろいろな穀物の栄養価を変化
させるのに用いることができる。本発明の他の利用,い
ろいろな植物種に導入された他の構造遺伝子の特性を開
発すること,は当業者には容易に明らかとなるだろう。 本発明は,さらに1450dTxプロモーター支配下に転写
される外来構造遺伝子を有するサブ−Tiプラスミドを含
んでいる。 T−DNAの植物ゲノムへの取込みに関与する直接反復
配列と1つ以上のオピン合成遺伝子を有するサブ−Tiプ
ラスミドの利用は,以下の利点を有している:1,onc遺伝
子が欠失しているため,形質転換した組織培養物やプロ
トプラストから再生植物体が得やすいこと。2,オピン合
成遺伝子が,T−DNAが組み込まれた植物細胞や組織を同
定するために用いることができる(したがってさらに組
み込まれている他の連接したあるいは共同形質転換され
ている遺伝子も)。3,植物細胞は、TL−DNAのみでも,TR
−DNAのみでも,またTL,TR−DNA両方でも形質転換され
る。形質転換植物細胞中では,TR−DNAが多コピー見ら
れ,活発に転写されているので,TL−DNAの全体または一
部の欠失は,種々のonc遺伝子が存在せず,外来遺伝子
を効率的に発現させる。4,サブ−Tiプラスミドは,小さ
いので,形質転換の際に要求される多くの操作が簡略化
できる。 第1図は,S.J.Karcher et al.(1984)Mol.Gen.Gene
t.よりとったオクトピン型TiプラスミドのT−DNA領域
の制限酵素地図である。 BamH I断片30′は,BamH I断片8と30の間に位置す
る。制限酵素地図の下にひかれている線は,E9タバコ腫
瘍細胞系列の中に含まれているDNA領域を示している。 第2図は,Karcher et al.前出の論文よりとったTRDNA
の制限酵素地図であり,5つのTR転写産物の地図上の位置
と極性を示している。示されている制限酵素は,BamH I,
EcoR I,Hinc II,Xba I,Sst I,Cla I,Hind III,Pst I,お
よびSal Iである。上の酵素によるTR内のすべての切断
部位が本地図中に含まれているわけではない。 第3図は,実施例2.2から3.4までに用いたDNA実験操
作の概略図であり,大きさは正確ではない。制限酵素に
よって切断される部位は,酵素名を示した。制限酵素に
よってもはや切断されなくなった部位は,制限酵素名の
前後にカッコをおくことにより示した。プロモーターま
たは構造遺伝子の大きさと極性は,矢印によって示し
た。プラスミドの名前は,プラスミドを環状に表記する
時その内に記した。“Ex"は,実施例を意味し,特殊な
操作について記している。これらの用法は,第5図にお
いても用いた。 第4図は,1450bTxプロモーター領域とNPT II構造遺伝
子の結合体を有している細菌細胞の増殖特性を示すグラ
フである。このプロモーター領域は,アグロバクテリウ
ム・チユーメファシエンス中で活性があり,この構造遺
伝子との組合せは,カナマイシン耐性を賦与している。 第5図は,実施例6.1に記されているDNA実験操作の概
略図である。 本発明の詳細な記述 以下の用語の定義は本願特許明細書および特許請求の
範囲中のこれら用語の趣旨および意味の範囲のあいまい
さを除去するためのものである。 プロモーター;本語は,構造遺伝子の5′末端に位置す
る転写開始に関与する配列を意味する。本発明は,2つの
プロモーター活性(真核プロモーター活性と原核プロモ
ーター活性)が,T−DNA配列のプロモーター領域に存在
することから成っている。その結果として,目的の外来
構造遺伝子DNA配列の転写が,真核生物と原核生物にお
いて,すなわちある特定の植物とグラム陰性細菌におい
て可能となった。自然には,ここに例示しているT−DN
Aプロモーター領域配列は,1450bTxのクラウンゴール中
の転写を引きおこす。プロモーター支配下の発現は,直
接発現かまたは融合蛋白発現の型をとるであろう。前者
の型では,正常にプロモーター支配をうけている構造遺
伝子を一部または全部除去し,外来構造遺伝子の挿入に
よって置換する。そして開始コドンは,T−DNA構造遺伝
子の残っている部分のもの,または,挿入された構造遺
伝子のものが用いられる。後者の型では,既在のT−DN
A構造遺伝子内にリーディングフレームが合うように構
造遺伝子の全体または一部が挿入される。この時,翻訳
産物は,融合蛋白になっている。真核プロモーター配列
は,mRNAの5′末端(キャップ部位)の約10〜30ベース
ペアー(bp)5′側にある5′・・・TATAA・・・3′
という基本配列と相同性のあるDNA配列の存在によって
共通的に認識される。TATAA配列の約30bp5′側には,基
本配列5′・・・CCAAT・・・3′の別のプロモーター
配列が見られる。翻訳開始は,一般的にキャップ部位の
3′側にある最初のAUGからが最も効率的である。 ポリアデニル化部位;本語は,真核生物において,伝達
RNA(mRNA)のポリアデニル化を誘起し得る核酸の配列
を意味する。すなわち,転写終了後,ポリアデニル酸
“末尾”が,mRNA前駆体の3′末端に付加される。ポリ
アデニル化部位のDNA配列は,天然または人工,原核ま
たは真核の遺伝子DNAまたはmDNA由来cDNA等の多くの情
報から導かれる配列の混合物である。ポリアデニル化部
位は,基本型5′・・・AATAAA・・・3′に相同性のあ
るDNA配列の存在によって認識される。ところが,転写
産物の5′から3′末端までの距離のばらつき部分的
“読み込し”と基本配列の縦列重複は珍しくない。“ポ
リアデニル化部位”の基本型は,ポリアデニル化それ自
体の位置ではなくて,mRNAの3′末端の位置を決定して
いると考えられるべきである(N.Proudfoot(1984)Nat
ure 307:412−413)。 転写調節配列;本語は,構造遺伝子に隣接して存在する
プロモーター/ポリアデニル化部位の組合せを意味す
る。特定の外来構造遺伝子に隣接しているプロモーター
とポリアデニル化DNA配列は,同一起源の遺伝子(例え
ば,2つのT−DNA転写産物の一組)または同一分類上の
起源の遺伝子(例えば,T−DNA由来の配列と植物,動
物,カビ,酵母,真核性ウィルス,細菌と合成配列等の
ような非T−DNA由来のDNA配列の一組)由来である必要
はない。 外来構造遺伝子;本語はここでの用法は,外来RNA,蛋白
質,ポリペプチドをコードするDNA配列を含む遺伝子の
一部または,翻訳開始コドンを含む遺伝子の一部を意味
する。外来構造遺伝子は,その遺伝子が導入された細胞
では普通見出せない遺伝子産物をコードしている場合も
ある。さらに本語は,天然にその細胞内に存在する遺伝
子の場合でも,人為的に導入された構造遺伝子のコピー
をも意味する。外来遺伝子は,原核DNA,真核DNA,エピソ
ームDNA,プラスミドDNA,プラスティッドDNA,遺伝子DAN,
cDNA,ウィルスDNA,ウィルスcDNA,化学合成DNA等から一
部または全体が由来している。外来構造遺伝子は,コー
ディング部位または非翻訳部位に一つ以上の修飾を有す
るものも考慮している。この修飾は,発現産物の生物活
性や化学構造,発現の速度や発現調節の様式に影響を及
ぼすだろうと考えられる。この修飾は,一つまたはそれ
以上の核酸の変異,挿入,欠失,置換,および発現産物
の化学構造は変えずに,発現産物の細胞間局在化,転
送,分泌または安定性に影響をおよぼす“サイレント”
修飾を含むが,これに限らない。構造遺伝子は,コーデ
ィング部のみから成っているかもしれないし,また化学
合成したものであれ天然のものであれ,1つ以上のイント
ロンを含んでいるかもしれない。本イントロンは,適正
な機能スプライス部を両端に有している。構造遺伝子
は,化学合成したものであれ天然のものであれ,構成蛋
白質をコードする部位からなっている。この構成蛋白質
は,本遺伝子が導入され,発現している細胞にとって外
来性であるかまたは,一部が外来蛋白質由来のものであ
る。外来構造遺伝子は,融合蛋白質,特に転写調節配列
が由来している構造遺伝子の一部または全部と融合して
いるもの,でもよい。 二元目的プロモーター領域/外来構造遺伝子結合体;本
語は,複数のプロモーター活性,例えば,真核プロモー
ター活性および原核プロモーター活性,により調節され
ている外来構造遺伝子を意味する。このプロモーター活
性部位は,重複する必要はない,すなわち,真核および
原核プロモーター活性は,物理的に同一のところになく
てもよいし,あってもよい。例えば,真核プロモーター
活性および原核プロモーター活性が,異なったDNA配列
上にあってもよい。両プロモーター活性間の距離は,本
発明においては,原核プロモーター活性と構造遺伝子間
に原核性の転写終止点が存在しない限り,またキャップ
部位とコーディング配列との間に真核性のmRNA転写終止
シグナルが存在しない限りにおいては,重要ではない。 植物組織;本語は,植物の分化,未分化組織を含む。こ
れは,根,茎葉,花粉,種子,クラウンゴールのような
腫瘍組織のみならず,胚およびカルスのような植物培養
細胞の種々の集合体をも意味する。植物組織は,植物体
中,または器官,組織中または培養細胞中のものをい
う。 植物細胞;本語は,植物体中の植物細胞,植物培養物中
の植物細胞およびプロトプラストを意味する。 細菌細胞;ここでの使用は生物学的に純粋な培養および
環境中に分散したものを含み,かつこれに限定されない
培養中の細胞を含む。 DNA断片の定義は第1図,第2図で規定されている。 二元目的のプロモーター領域/外来遺伝子結合体を発
現する遺伝的に修飾された細胞の生成は,ここに開示さ
れる特殊な知識と当該分野の種々の技術および手段を組
み合わせたものである。大部分の例において,全体のプ
ロセスの各段階に他の手段が存在する。手段の選択は二
元目的の結合体の導入と安定な維持のための基本的なベ
クター系の選択,修飾される植物種および望まれる再生
手段,そして用いられる特別の外来構造遺伝子またはプ
ロモーター配列などの変数に依存し,それらすべてに当
業者が望む結果を得るために選択し,用いることができ
る別のプロセス段階がある。例えば,二元目的のプロモ
ーター領域を得るための出発点は,本応用においてはpT
iA6から単離されたT−DNAに例証されているが,他の相
同性TiプラスミドのDNA配列で,適切な修飾がプロモー
ター領域の単離および操作手順に施される限り,置き換
えても良い。(しばしば,pTi15955が修飾なしに用いら
れる。)ここで示された1450bTx遺伝子由来以外の二元
目的プロモーター領域が発見または構築されるであろ
う。相同性遺伝子は当業者により,適切な厳密さの条件
下で相同性核酸の交差ハイブリダイズ能により,または
当該分野で熟知の核酸または蛋白質の配列により同定さ
れるだろう。本適用で利用されるまたは開示される遺伝
子配列内でのわずかな配列の変動があることは理解され
るだろう。これらの変動は当業者が操作し得る標準技術
により決定され,そのような相同性遺伝子のプロモータ
ー領域を利用できるであろう。外来遺伝子の植物細胞へ
の安定な挿入に対する新しい手段が開発されれば,当業
者は望みの結果を達成するために,これら他のプロセス
段階の中で選択できるであろう。本発明の基本面は二元
目的プロモーター領域の性質と外来構造遺伝子の単一コ
ピーの原核および真核再生物内での発現をもたらすため
のその利用である。他の面として,外来構造遺伝子の性
質と構造,および細菌および植物ゲノムへの挿入と発現
のための手段がある。遺伝的に修飾された植物を得るた
めに望まれる具体化の残された段階として,T−DNAへの1
450bTxPR/構造遺伝子結合体の挿入,細菌での発現の監
視,修飾T−DNAが植物細胞ゲノムの一部として安定に
取り込まれる植物細胞への修飾T−DNAの移送,形質転
換植物細胞の選抜と検出の段階,および最初に形質転換
された株から実用的な栽培物への導入遺伝子と他の共存
した,または同時に転移したDNA配列の移送の段階を含
むインビトロ培養と完全植物体への再生の技術,および
形質転換植物での発現の監視がある。 本発明のその望まれる具体化での基本面は挿入外来構
造遺伝子が1450bTxPRの支配下にある,すなわち二元目
的プロモーター領域とポリアデニル化部位の間にある,T
−DNA誘導体の構築であり,これらの用語は上で定義し
た。構造遺伝子はプロモーター領域に関して正しい位置
と方向に挿入されねばならない。位置には2つの観点が
ある。第1はプロモーターのどちら側に構造遺伝子が挿
入されるかに関するものである。大多数のプロモーター
は転写と翻訳の開始をDNAに沿って唯一の方向に支配す
ることが知られている。プロモーター支配下にあるDNA
領域はプロモーターの“下流に",または他の表現として
“後に”または“3′側に”あると言われる。したがっ
て,プロモーターに支配されるためには外来構造遺伝子
の正しい挿入の位置はプロモーターの“下流に”なけれ
ばならない。位置についての第2の観点はプロモーター
の既知機能要素,例えば転写開始部位,と構造遺伝子の
翻訳開始部位間の塩基対での距離に関するものである。
プロモーターによりこの距離に関して実質上の変動が存
在するらしい。したがって,これに関する構造上の要求
は機能的という言葉により最もよく表現される。第一次
近似として,理にかなった作用能はプロモーターと挿入
外来構造遺伝子間の距離が,正常に支配しているプロモ
ーターと遺伝子間の距離に近い場合に得られる。向きと
は構造遺伝子の方向性に関するものである。最終的には
外来蛋白質のアミノ末端をコードする構造遺伝子の部分
を構造遺伝子の5′末端と呼び,一方,蛋白質のカルボ
キシル末端付近のアミノ酸をコードする端を構造遺伝子
の3′末端と呼ぶ。外来構造遺伝子の正しい向きは,そ
の5′末端をプロモーターの近くに有する。融合蛋白質
発現をもたらす構築の場合にさらに要求されることは,2
つの構造遺伝子の融合は,2つの遺伝子のコード配列が同
じリーディングフレームフェーズになければならないこ
とであり,この構造上の要求性は当該分野に熟知されて
いる。このフェーズの要求性の例外はイントロンが2つ
の構造遺伝子由来のコード配列を分断している場合に存
在する。その場合,両構造遺伝子は適合するスプライス
部位を保有しなければならず,そしてイントロンスプラ
イス部位は正しいリーディングフレームが,イントロン
が転写後のプロセッシングにより除去された後,同じフ
ェーズに保存されるような位置になければならない。発
現速度または発達の制御の差は別の外来構造遺伝子が14
50bTxPR誘導体または他の二元目的プロモーター領域の
支配下に挿入されるときに観察されるであろう。発現速
度はまた生じるmRNAの2次構造,特にステム−ループ構
造の細部により大きく影響される。当該分野で熟知の如
く,原核細胞における翻訳速度はAUG翻訳開始部位の
5′側のリボゾームRNA結合配列(J.Shine and L.Dalga
rno(1974)Proc.Natl.Acad.Sci.USA 71:1342−1346)
の存在により影響されるであろうし,また真核細胞内で
の翻訳速度はAUG近傍の特別のヌクレオチド(M.Kozak
(1981)Nucl.Acids Res.:5233−5252)により影響さ
れるであろう。発現蛋白質自身の安定性,細胞間または
細胞内局在性または分泌,溶解性,標的特異性,および
他の機能上の性質を含み,またそれに限定されない性質
の差は融合蛋白質の場合に,挿入部位,融合蛋白質に含
まれる外来蛋白質の部分の長さと性質,およびその折り
たたみ構造の効果に依存することが観察されるであろ
う,そしてそれらのすべてに,植物細胞,植物組織およ
び完全植物体で要求される生理的性質に依存して,外来
蛋白質産物の機能上の性質を操作する,および制御する
多数の機会が存在する。プロモーター領域に似て,ポリ
アデニル化部位もコード配列の3′末端に関して正いし
位置と方向に位置しなければならない。外来構造遺伝子
蛋白質の3′末端とポリアデニル化部位の起源を提供す
るDNAにコードされるポリペプチド間の融合蛋白質もま
た可能である。 当業者には理解されるであろうが,他の部位が,連結
部の配列が翻訳と転写の機能に適合性を保持するように
より具体的に用いられるCla Iプロモーター/構造遺伝
子構造に置き換えられる。構造遺伝子を荷なう断片の
5′および3′末端の制限部位は同じであるかも知れな
いし,異なるかも知れない。遺伝子断片の両末端で特異
性の異なる粘着末端を有する部位の利用は,自動的に構
造遺伝子を1450bTxPRの後に正しい方向で位置させるこ
とになる。制限部位が適合性のない末端を有する場合,
当該分野で熟知の方法により,それらを平滑末端に変換
し,平滑末端は共に結合される。適当なリンカー,アダ
プターあるいはカップラーの使用もまた,1450bTxPRと構
造遺伝子間の連結部の形成に,ある場合には有効であ
り,これは当業者には証明されており,ここでも示され
る。 植物形質転換を実際に行っている人々は構造遺伝子が
細菌宿主内で,植物細胞内と同様有利に発現するという
いくつもの状況に気づくだろう。しかし,形質転換細胞
の同定および/または選択のための遺伝マーカーとして
機能する遺伝子の発現をもたらすための1450bTxPRの使
用は特に有効であり,そしてここで例証される(実施例
4)。原核,真核生物に拘らず,細胞の形質転換はマー
カーおよび連接したDNA配列を保持する特別の組み換えD
NA分子により形質転換された細胞を容易に同定する方法
をもつ場合に,最も簡単に達成される。単一マーカーの
効果的な発現のための1450bTxPRの使用は当業者に形質
転換ベクターへの第2のマーカーを導入する手間を省か
せる。さらに,第2のマーカーが不要なことは形質転換
ベクターを作成するのに小型化ができ,それによりDNA
操作の容易性,形質転換効率の上昇などをもたらす。し
かし,特別のマーカーを1450bTxPRの後に置く場合,当
該分野で既知の如く,遺伝子の再配置をもたらすプラス
ミド内の他の部分との相同配列に気をつけねばならな
い。例えば,TLonc遺伝子とTRの1450bTxPR/kan組合せを
欠失したホモ部分2倍体を選択するのに用いるkan遺伝
子は組み換えを起こし,介在T−DNA配列の欠失あるい
は逆転を生ずる。1コピー以上の1450bTxPRを似たよう
な数の種々の外来構造遺伝子の発現をもたらすために用
いる場合に注意を払わねばならないことは同様である。 当業者には明らかなように,二元目的プロモーター領
域/外来構造遺伝子結合体は,それが乗っているプラス
ミドからその組合せを除去するのに都合の良い何らかの
制限部位と,植物形質転換体または選んだシャトルベク
ターへの挿入に都合の良い制限部位の間に置かれるだろ
う。T−DNA内の二元目的組合せの挿入部位の位置は,
近接するT−DNA境界の配列の転移機能が損なわれない
限り,厳密なものではない。何故なら,以前の研究にお
いて,これらの領域は修飾T−DNAの植物ゲノムへの挿
入に本質的なもののようである。望ましい挿入部位は最
も活発に転写されている領域,特にTR,および1450bTxを
含む領域にあるものである。二元目的組合せが挿入され
るT−DNAは何らかのTIPプラスミドから得られ,そして
この結合体は当業者に熟知の標準技術により挿入され
る。内在T−DNAまたはベクター遺伝子の転写,翻訳の
方向に関する挿入植物遺伝子の向きは厳密ではなく,2つ
の可能な方向のどちらも機能的である。植物での発現速
度の差は,ある遺伝子がT−DNA内の異なった位置に挿
入される場合に生ずるだろうし,それはDNAメチル化お
よびクロマチン構造などの因子によるものである。 二元目的結合体と何らかの望まれる連接したDNAをT
−DNAに挿入する簡便な方法に,背景の項で述べたよう
に,エセリシア・コリー内で複製できるプラスミドに取
り込まれたT−DNAの小片(これらの小片間に挿入が望
まれる)を有するシャトルベクターの利用がある。この
T−DNA小片は1つの制限部位,できればシャトルベク
ター内で特別な部位,を含む。二元目的結合体はT−DN
A配列の特別の部位に挿入されることができ,そしてこ
のシャトルベクターは適当なアグロバクテリウム株,で
きればそのT−DNAがシャトルベクターのT−DNA小片と
相同性を有する,の細胞へ移される。形質転換アグロバ
クテリウム株は,Tiプラスミドの既存の小片をシャトル
ベクターのT−DNA小片で置換させるような二重相同組
み換え(ホモ部分二倍体化)現象の選択を許す条件下で
できれば増殖させる。しかし,本発明は二元目的結合体
のT−DNAへの導入が二重相同組み換え機構に限定され
ないことに注意すべきである;シャトルベクター(恐ら
くT−DNAと相同性の唯一の連続した領域を有する)と
単一部位での単一相同組み換え(共同組み込み),ある
いはプロモーター領域/構造遺伝子保有細菌トランスポ
ゾンの挿入もまたこの結合体のT−DNAへの挿入に有効
な手段である。 ちょうどここで述べた方針に従い,修飾T−DNAを当
該分野の何らかの技術により植物細胞へ移すことができ
る。例えばこの転移はT−DNA内に組み込まれた外来構
造遺伝子を有する新規アグロバクテリウム株での植物の
直接感染,あるいは植物細胞とこのアグロバクテリウム
株との共存培養のどちらかにより,最も容易に達成され
る。前者の技術,直接感染,は感染部位に腫瘍体または
クラウンゴールの出現をもたらす。クラウンゴール細胞
は次いで培養で増殖させることができ,そして当業者に
既知の適切な環境下で挿入T−DNA小片を含む完全植物
体へ再生できる。共存培養の技術により,植物細胞のあ
る部分は形質転換される,すなわち転移したT−DNAを
有し,植物細胞ゲノムに挿入される。どちらの場合も,
形質転換細胞は非形質転換細胞と選別,または区別され
ねばならない。選別はT×CS/外来構造遺伝子に加えて
T−DNAに取り込まれた選択マーカーを用意することに
より最も容易に達成される。公表されたマーカーの例と
して,メトトレキセート−耐性ジハイドロフォレートリ
ダクターゼまたはノパリンシンターゼのプロモーターの
支配下で発現するネオマイシンフォスフォトランスフェ
ラーゼII(NPT II)がある。これらのマーカーはそれぞ
れメトトレキセートまたはカナマイシンあるいはそのア
ナログ含有培地での増殖により選別される。重金属イオ
ンの毒性効果はメタロチオネインの存在により軽減され
得る。事実,本発明は形質転換植物細胞の選択に適した
選択マーカー,1450bTxPR/NPT II構造遺伝子結合体,の
作成について例を示した。さらにT−DNAは,培養でTi
−誘導腫瘍のホルモン非依存増殖を制御する遺伝子,Ri
−誘導腫瘍根の異常な形態を制御する遺伝子,およびア
ミノ酸アナログのような有毒物質に対する耐性を制御す
る遺伝子,そのような耐性はオピン合成酵素(例えばoc
s)により与えられるが,のような内在マーカーを保有
する。当業者に熟知の選択法にはオピン生産の分析,特
徴的な核酸配列に対する特異的ハイブリダイゼーショ
ン,あるいはELISA(“エンザイムリンクドイムノソー
バント アッセイ”の略),ラジオイムノアッセイ,お
よび“ウエスタン”ブロットなどを含む特異蛋白質の免
疫的分析などがあるが,これに限らない。さらに発現外
来遺伝子の表現型も形質転換組織の同定に用いることが
できる(例えば抗生物質耐性またはバチルス・チューリ
ンゲンシス結晶蛋白質の殺虫能)。 シャトルベクター戦術の別法に二元目的結合体が挿入
されるT−DNAまたは修飾T−DNAを含み、アグロバクテ
リウム株で独立に複製できるプラスミドの利用がある。
背景で述べた最近の証拠は,アグロバクテリウム株はT
−DNAの植物細胞への転移を促進する機能がある,ある
トランスに作用する遺伝子を含み,そのようなプラスミ
ドをアグロバクテリウム株から植物細胞へ移し得ること
を示した。T−DNAを含み,アグロバクテリウム株の中
で独立に複製できるプラスミドを,ここで“サブ−TIP"
またはサブ−Tiプラスミドと呼ぶ。サブ−TIPプラスミ
ドはそれが含有するT−DNAの量に差があるという変動
は存在する。この変動の一方の極端はTIPプラスミドか
らのT−DNAのすべてを残しているもので,時々“ミニ
−TIP"またはミニ−Tiプラスミドと呼ばれる。もう一方
の極端は,T−DNA境界付近のDNA量以外のすべてが欠失
し,残存部分はサブ−TIPプラスミドが宿主細胞へ移
り,取り込まれるのに必要最小である,ものである。こ
のようなプラスミドを“ミクロ−TIP"またはミクロ−Ti
と呼ぶ。サブ−TIPプラスミドはそれが小さく直接操作
が比較的容易であり,相同組み換えによりシャトルベク
ターからT−DNAへ遺伝子と移す必要性がないという利
点がある。望みの構造遺伝子を挿入した後,T−DNAの転
移を促進するトランスに作用するvir遺伝子を含む植物
細胞へ容易に直接導入ができる。アグロバクテリウム株
への導入は,当業者に熟知の技術,すなわちアグロバク
テリウム株の形質転換または供与細菌細胞からの接合伝
達のいずれかにより容易に達成される。新規DNA配列の
植物ゲノムへの導入の目的のために,TIPプラスミドおよ
びサブ−TIPプラスミドは機能的に等価であると見なさ
れるべきである。実施例6は一般にTRに基づく,サブ−
TIPプラスミドを開示し,そしてさらに詳細な考察を行
う。 本発明の望ましい具体化は二元目的プロモーター領域
/外来構造遺伝子結合体を,形質転換されるべき植物の
ゲノムへの導入のためのT−DNAに基づくアグロバクテ
リウム仲介系にあるが,この結合体の転移と組み込みの
ための他の手段もまた本発明の展望に含まれる。二元目
的結合体の植物ゲノムへの安定な組み込みのための別の
手段には,さらに,ウィルスゲノム,ミニクロモゾー
ム,トランスポゾンおよび植物染色体への相同あるいは
非相同組み換えに基づくベクターの利用があるが,これ
に限らない。植物細胞へのこれらベクターの導入の別の
方式に,ベクター含有リポゾームあるいは細菌スフェロ
プラストとの融合,顕微注射,ウィルスコート蛋白質へ
の封入とそれに続く感染に似た過程,および電気パル
ス,レーザー,あるいは化学剤による原形質膜透過性の
誘導後のDNAの直接取込みがあり,またこれに限らな
い。移行取込みおよび/または発現の手段もまた本発明
の展望に含まれる。アグロバクテリウム細胞およびTIP
に基づく系は細菌から植物細胞へのDNAの転移により双
子葉植物を形質転換するのに用い得る;他のベクターに
基づく系,あるいはベクター伝達手段が単子葉および双
子葉植物を含むすべての裸子植物およびすべての被子植
物の形質転換に使用し得る。 形質転換細胞および組織の再生は既知技術により達成
される。再生段階の目的は正常に,しかし組み込まれた
T−DNAを保持して,発育,増殖する完全植物体を得る
ことである。再生の技術は当該分野の原理に従い,T−DN
Aの起源,修飾の性質および形質転換された植物種によ
りある程度変わる。Ri型T−DNAにより形質転換された
植物細胞は当業者に熟知の技術により,余分の実験なし
に容易に再生され得る。Ti型T−DNAにより形質転換さ
れた植物細胞は,ある場合には,培養のホルモン準位を
適当に操作することにより再生され得る。しかし,望ま
しくは,Ti−形質転換組織は,もしT−DNAがtmrおよびt
ms遺伝子の一方または両方に変異を受けていれば,最も
容易に再生される。これら遺伝子の不活化は形質転換組
織のホルモンバランスを正常に向け,培養での組織のホ
ルモン準位を極めて容易に操作できるようにするため,
その,より正常なホルモン生理のゆえに容易に再生する
植物となる。もしtmrおよびtmsでの変異がシャトルベク
ターを用いた二重相同組み換えによりT−DNAに導入さ
れるならば,その変異の導入は二元目的プロモーター領
域/構造遺伝子結合体の導入とは別の様式で選択されね
ばならないことに注意するのは重要である。例えば,前
者の例においてはtmrおよびtms不活化をクロラムフェニ
コール耐性により選択するが,一方プロモーター領域/
外来遺伝子選択はカナマイシン耐性で行われる。tmsお
よびtmr部位の不活化は,これら遺伝子のコード領域あ
るいはプロモーター内の1つまたはそれ以上の塩基の挿
入,欠失,または置換,すなわちプロモーターの不活性
化あるいは蛋白質の構造の破壊を計る変異,により達成
されるだろう。(適当な変異の作成はT.C.Hall et al.,
US application ser.nos.485,613 and 485,614および背
景で挙げた文献に例が述べられている。)ある例では,
腫瘍細胞は組み込まれたT−DNAを有し,ノパリンシン
ターゼのようなT−DNA遺伝子を発現する,そしてそれ
はさらに挿入された植物構造遺伝子を発現する,シュー
トを再生することができる。このシュートは根を有する
植物に継ぎ木することにより栄養細胞で維持でき,そし
て稔性花を生ずることができる。このシュートはこのよ
うにしてT−DNAを有し,そこに挿入された外来構造遺
伝子を発現する正常な子孫植物のための親植物材料を提
供する。 形質転換される植物組織の遺伝子型は,その細胞がイ
ンビトロ培養で発育再生でき,用いる選択剤に感受性で
あるように,容易にするためにしばしば選ばれる。農業
的に興味のある栽培物はこの操作には不適であり,もっ
とやりやすい変種が最初に形質転換される。再生後,新
しく導入された二元目的プロモーター領域/外来構造遺
伝子結合体および何らかの連接したおよび/または共同
転移したDNAは容易に望まれる農業栽培物へ,植物育種
および植物遺伝学の当業者に熟知の技術により,移され
る。農業栽培物と形質転換植物の有性交配により最初の
雑種ができる。これら雑種は次いで望ましい遺伝的背景
をもつ植物と戻し交配される。子孫は常に,挿入外来DN
Aの連続した存在,あるいは挿入外来DNAによりもたらさ
れる遺伝子の発現の結果としての新しい表現型につい
て,選択および/または選別を行われる。このようにし
て,多数回の戻し交配と選別の後に,農業的に望ましい
親と本質的に同じ遺伝子型を持ち,挿入外来DNA配列を
併せ持った植物がつくり出され得る。 実施例 次に述べる実施例は,TIPとアグロバクテリウムを分子
生物学および操作に習熟した当業者にとって,よく知ら
れた,そして行い易い技術の多くを利用している;これ
らの方法は,ここで詳述されていない場合は,引用され
た参考資料の1つまたはそれ以上のものに詳述されてい
る。酵素は市販品を購入し,販売者の勧める方法または
当該分野の他の変法により用いられる。試薬,緩衝液お
よび培養条件も,当業者に知られている。そのような標
準的技術を含む参考資料には,次に述べるものが含まれ
る:R.Wu,編(1979)Meth.Enzymol.68,R.Wu et al.編(1
983)Meth.Enzymol.100および101,L.GrossmanおよびK.M
oldave,編(1980)Meth.Enzymol.65,J.H.Miller(197
2)Experiments in Molecular Genetics,r.Davis et a
l.(1980)Advanced Bacterial Genetics,R.F.Schleif
およびP.C.Wensink(1982)Practical Methods in Mole
cular Biology,およびT.Maniatis et al.(1982)Molec
ular Cloning。それに加えて,R.F.Lathe et al.(198
3)Genet.Engin.:1−56,はDNA操作についての有用な
説明をしている。 単離されている制限エンドヌクレアーゼという名称に
ついての本文での使用,例えば“Bcl I",は,図表中に
おけるその酵素の作用を受けやすい配列部位,例えば制
限部位,を表す場合以外は,酵素反応におけるその酵素
の使用を表す。本文では,制限部位は“部位”という用
語,例えば“Bcl I部位”という用語の付加的な使用に
より表示される。“断片”という言葉の付加的な使用,
例えば“Bcl I断片”は,その命名酵素の作用により生
成した末端を保持する直線二本鎖DNA分子を表す(例え
ば制限断片)。“Bcl I/Sma I断片”のような語句は,2
つの異なる酵素,ここではBcl IおよびSma I,の作用に
より,制限断片が生成したことを示し,それは,2つの異
なった酵素の作用の結果生成した2つの末端を有する。
その末端は,“粘着性で”あること(すなわち,相補的
な一本鎖オリゴヌクレオチドと対合することのできる,
一本鎖の突起を持つこと)もしくは“平滑で”あること
の特徴を有すること,および粘着性末端の特異性は,そ
れを生成する酵素の特異性により決定されること,に留
意しておく。 プラスミド,および唯一プラスミドのみが,例えばpT
i15955またはpUC13のように“p"の頭文字が付けられ,
株の名称は,例えばアグロバクテリウム・チユーメファ
シエンス(pTi15955)またはエセリシア・コリーJM83
(pUC13)のように,括弧を付けてプラスミドがそれに
保持されていることを示す。 次に示す株は寄託されている: エセリシア・コリーK12 RRI(pRK290Kan−1) NRRL B−15736(本菌株は、ブダペスト条約に基づく国
際寄託である。) アグロバクテリウム・チユーメファシエンス(pTi1595
5) ATCC15955 エセリシア・コリーC600(pKS4) NRRL B−15394 エセリシア・コリーHB101(pPVL134) ATCC39181 他のプラスミドおよび株は当業者に広く利用でき,そ
して入手し易い。 実施例1 この実施例は,1450塩基転写物(1450bTx)の位置を決
定する転写マッピング実験の結果を発表,討論し,そし
てまた前記の結果を得るため用いられた方法を教示す
る。これらの実験結果は,本質的にはS.J.Karcher et a
l.(1984)Molec.Gen.Genet.,から抜粋され,そしてこ
こでは本発明を理解するのに必要な背景として含まれ
る。 1.1結果 第1図は,植物DNA(T−DNA)中に安定して組み込ま
れるTiプラスミドの領域を示すpTiA6の部分の制限エン
ドヌクレアーゼ地図を示す。BamH I断片2の副断片(第
2図の地図を参照)はプラスミドpBR325,pMK2004,もし
くはpUC13中にクローン化され,T−DNAのTR領域にコード
されていて,植物腫瘍中で転写されるRNAの局在化のた
めのハイブリダイゼーション試料として用いられた。E9
懸濁腫瘍細胞系列,すなわち当業者によく知られたアグ
ロバクテリウム・チューメファシエンス(pTiB6806)
(M.F.Thomashow et al.(1980)Cell 19:729−739)に
より刺激されたニコチアナ・タバカム系列,より分離さ
れた全細胞RNAもしくはポリA+RNAのノーザンブロット分
析により,試料b5,Cおよびd1にハイブリダイズする,約
1450塩基の大きさのRNAが発見された。このRNAは試料b4
及びb3にも低い程度にハイブリダイズしているようであ
る(第2図)。 1450bTxの境界および方向性をより正確に決定するた
めにS1ヌクレアーゼマッピング実験が行われた。S1ヌク
レアーゼ保護実験の試料として用いられた断片は,一本
鎖バクテリオファージM13由来のベクター中に両方向で
クローン化された。(実施例1.3bを参照)このようなM1
3由来の一本鎖DNAを使用することは,S1ヌクレアーゼ分
析の試料としては,二本鎖DNAを使用するよりも有効で
あった。DNAとRNAのハイブリダイゼーションは,65℃
で,水溶液中において,比較的短時間で実施可能であっ
た。それに加えて,M13でのクローニングではDNAの両鎖
は分離されるので,S1ヌクレアーゼ分解からのRNAによる
保護について,各々の鎖は別々に試験することが可能で
あった。どちらのクローン化DNA鎖が保護されているの
かということ,およびM13の多様性クローニング部位中
にクローン化した挿入物の方向性を決定することによ
り,RNAの転写の方向性を推論することが可能であった。
与えられた領域の両鎖が保護されたので,両方向での転
写が示された。 E9全細胞RNAを用いたこのような分析の結果が第2図
に示される。d1+d2をS1ヌクレアーゼ保護試料として用
いることにより,1450bTxがCおよびd1の間のHind IIIの
右側の約240bpより始まることが決定された。Cおよびb
5の両断片は,この転写物によりS1ヌクレアーゼ分解か
ら完全に保護されていた。b5がS1ヌクレアーゼ保護試料
として用いられた場合に,約280bpの断片が回収され
た。b4+b5が用いられた場合には,約20bp以上の断片が
S1ヌクレアーゼ分解から保護された。このデータから,1
450bTxは,b4とb5の間のCla I部位のちょうど左側のb4
終結することが示された。 1.2考察 ノーザンブロッティングおよびS1ヌクレアーゼ分析を
用いることにより,オクトピン型クラウンゴール腫瘍由
来のT−DNAのTR領域によりコードされた五つの転写物
が局在化された。ポリアデニル化されたRNAは宿主植物
プロモーターからではなく,T−DNA内部のプロモーター
より転写された。ノーザンブロット分析により,E9腫瘍
系列においては,1450bTxを含むTRにコードされた最も多
量の転写物は,TLによりコードされた転写物よりも相当
多かった。それゆえTRは植物遺伝子工学実験での利用に
おいて興味が持たれる。というのは,それは強力なプロ
モーターを含み,それでいて直接には腫瘍化に含まれて
いないからである。 これらのRNAの転写方向の決定,および5′および
3′末端の局在化を,ブロッティング実験よりももっと
正確に行えるように,S1ヌクレアーゼマッピング操作が
用いられた。S1ヌクレアーゼ保護データから,1450塩基R
NAをコードする遺伝子は検出可能の介在配列を一つも含
まないことが示された。ノーザンブロッティング分析に
より決定された転写の大きさは,S1ヌクレアーゼ分析に
より示された大きさよりも大きかった。大きさにおける
この違いは,転写後のポリ(A)配列の付加により容易
に説明される。 ノーザンブロットおよびS1ヌクレアーゼ保護のデータ
は,他の人たちにより推論されたこの領域のDNA配列の
データ(R.F.Barker et al.(1983)Plant Molec.Biol.
:335−350,R.F.BarkerおよびJ.D.Kemp.US Patent App
lication ser.no.553,786)とよく一致した。上記の転
写マッピング実験により予想された方向性および長さを
持つオープンリーディングフレーム(その中にORF24が
存在)が一つ存在した。それに加えて1450bTxPR中に,
真核生物の転写の促進に関係しているTATAAもしくはゴ
ールドバーグ−ホグネス ボックス(Goldberg−Hognes
s box)(J.E.Darnell(1982)Nature 297:365−371)
に類似した配列が存在した。TATTAボックスは正確なイ
ンビトロ転写に必要であることが示されている(B.Wasy
lyk et al.(1980)Proc.Natl.Acad.Sci.USA77:7024−7
028)が,TATAAの上流の配列はインビボでの有効な転写
に必要であることが知られている。CCAATという配列はT
ATAAボックスの上流によく見られ(C.Benoist et al.
(1980)Nucleic Acids Res.:127−142,A.Efstratiad
is et al.(1980)Cell21:653−668,T.Shenk(1981)Cu
rr.Topics Microbiol.Immunol.93:25−46),1450bTxPR
中に類似配列が存在した。転写物の3′末端付近には,
多くのmRNAの3′末端の適当な決定に必要な配列信号で
ある(N.Proudfoot(1984)Nature 307:412−413),AAT
AAAというヘキサヌクレオチドに三つの類似した配列が
存在する。 1.3 実験材料および方法 1.3a 培養条件 クラウンゴール腫瘍系列は,1.0%ファイトアガー(M.
F.Thomashow et al.(1980)Cell 19:729−739)を加え
ない(懸濁培養用)または加えた(カルス培養用)MS3
培地中で,光の連続照射下で25℃で培養された。対照と
して用いられた非腫瘍性タバコ系列であるXSRは,1.0mg/
のナフタレン酢酸および0.1mg/のベンジルアミノプ
リンを補足したMS3培地で培養した。 組み換えプラスミドを保持するエセリシア・コリー株
は0.2%のカザミノ酸を補足したL液体培地で培養され
た。用いられた抗生物質濃度は,エセリシア・コリーに
対しては:アンピシリン,50−100μg/ml;テトラサイク
リン,10μg/ml;カナマイシン,20μg/ml;およびアグロバ
クテリウム・チューメファシエンスに対しえは:カルベ
ニシリン,100μg/ml;テトラサイクリン5μg/ml;カナマ
イシン,100μg/ml;リファンピシン,10μg/ml;ゲンタマ
イシン,100μg/ml,であった。 1.3b 組み換えDNAプラスミドおよびM13の構築 BamH I断片2(第1図)は,通常の当業者に知られた
標準的操作によりアグロバクテリウム・チューメファシ
エンス プラスミドpTiB6806(A277株中で培養)からpB
R322中へクローン化された。BamH I断片2の副断片は,p
BR325,pMK2004,もしくはpUC13(各々F.Bolivar et al.
(1977)Gene :93−113,M.Kahn et al.(1979)Meth.
Enzymol.68:268−280,およびJ.Messing(1983)Meth.En
zymol.101:20−78)にクローン化された。制限エンドヌ
クレアーゼ反応のすべては,供給元(Bethesda Researc
h Laboratories(BRL),P.L.Biochemicals,もしくはNew
England Biolabs)の示唆の通りに実施された。T4 DNA
リガーゼはBRLより購入した。組み換えプラスミドは,
クリアード・ライゼート操作(D.G.Blair et al.(197
2)Proc.Natl.Acad.Sci.USA 69:2518−2522)もしくは
アルカリ溶菌操作(N.C.BirnboimおよびJ.Doly(1979)
Nucleic Acids Res.:1513−1523)を用いてエセリシ
ア・コリーから分離された。 S1ヌクレアーゼ保護反応に用いられたBamH I断片2の
領域は,当業者によく知られている技術により,複製可
能な型のDNAであるM13mp8およびM13mp9(N.Jones博士か
ら入手),もしくはM13mp10およびM13mp11(P.L.Bioche
micalsにより供給)中へ両方向においてクローン化され
た。 1.3c RNAの分離,電気泳動,ブロッティング,および
ハイブリダイゼーション 腫瘍RNAは,フェノール抽出後に1.5倍量の冷蔵した10
0%エタノールを加え,15分氷上で定温に保つことにより
多糖類を沈澱させたこと以外は,以前に記述された(S.
B.Gelvin et al.(1981)Plasmid :17−29)通りに分
離された。10,000×g,10分間の遠心分離の後,RNAを沈澱
させるために上澄みに2倍量の100%エタノールを加え
た。 変性ホルムアルデヒドゲルによるアガロースゲル電気
泳動、ニトロセルロース上でのブロッティング,および
ハイブリダイゼーションは記述された通りであり(Gelv
in et al.(1981)前出),変更された所は次の通りで
あった:ゲルは2%アガロース含有,洗浄液は1×SSC
(0.15M塩化ナトリウム,0.015Mクエン酸ナトリウム),
0.1%SDS,および10mMNa2EDTA含有であった。ニック・ト
ランスレーションは,Amershamのニック・トランスレー
ション・キットを用いて実施された。 1.3d E9腫瘍RNAのヌクレアーゼ保護分析 組み換えM13一本鎖DNAおよびE9懸濁RNAの間のハイブ
リダイゼーションは5×SSC20−30μ,20mMTris−HCl
(pH7.4)中で65℃において実施された。典型的に,500n
gの組み換えファージDNAが,E9懸濁培養液から分離され
た全RNA20μgとハイブリダイズした。5時間後に冷蔵S
1ヌクレアーゼ分解用緩衝液(280mM塩化ナトリウム,50m
M酢酸ナトリウム,4.5mM硫酸亜鉛,20μg/ml変性子牛胸腺
DNA,pH4.6)で全量を150μにし,100単位のS1ヌクレア
ーゼ(Sigma)を加えた。この試料は37℃で45分間保温
された。50μの冷蔵S1終結混合液(2.5M酢酸ナトリウ
ム,50mMNa2EDTA)を加え,保護された断片は20μgの酵
母tRNAおよび2.5倍量の100%エタノールの添加により沈
澱させた。 −20℃の保温の後,沈澱を集め,20μのアルカリ緩
衝液(30mM水酸化ナトリウム,2mMNa2 EDTA)に溶解し,
そして断片を1.2%もしくは2.0%のアルカリアガロース
ゲルの電気泳動(M.W.McDonnell et al.(1977)J.Mol.
Biol.110:119−146)にかけた。DNAのニトロセルロース
への移動,ブロットのハイブリダイゼーションおよび洗
浄は,試料の濃度は通常50ng/ml以下で,ブロットは慣
例的に0.3×SSCで5時間洗うだけであった以外は,以前
に記述された通り(M.F.Thomashow et al.(1980)前
出)であった。 実施例2 この実施例は,pTiA6およびpTi15955のようなオクトピ
ン型のプラスミドのTRへのホモ部分二倍体化に適した14
50bTxPRプロモーターの媒介物の構築を教示する。 2.1 TRのクローニング pBR322のBamH I部位中のpTiA6のT−DNAのBamH I断片
2の組み換えDNAクローンを,EcoR Iにより完全分解した
(ATCC15955より分離されたpTi15955と高い相同性のあ
るpTi6Aはアグロバクテリウム・チューメファシエンスA
6NCより分離される)。5.4キロベースペア(Kbp)のDNA
断片,EcoR I13を含む分解混合物を,EcoR Iにより直線化
されたpRK290DNA(G.Ditta et al.(1980)Proc.Natl.A
cad.Sci.USA 77:7347−7357)と混合および連結し,そ
してその混合物をエセリシア・コリーK12PR1中へ形質転
換した。プラスミドDNAをテトラサイクリン耐性の形質
転換体より分離し,pRK290Eco13と名付けた,EcoR I13T−
DNA断片を含むプラスミドを保持するコロニーを制限酵
素分析により同定した。 2.2 1450bTx構造遺伝子の欠失 pRK290Eco13 DNAを,Cla Iにより完全分離し,再結合
し,そしてPRI中へ形質転換した。テトラサイクリン耐
性形失転換体から分離されたプラスミドDNAを制限分析
により特徴づけ,そしてpRK290Eco13 ΔClaと名付けら
れたプラスミドを保持するコロニーが同定され,それは
第2図のb5,Cおよびd1断片を包含するCla I断片を欠失
していた。外来構造遺伝子は,1450bTxプロモーター領域
の後方にある,pRK290Eco13 ΔClaの唯一のCla I部位に
容易に挿入することができる(第3図)。Cla I断片の
欠失により,1450bTxの3′側の最初のポリアデニル化部
位が取り除かれた;しかし,他の二つのポリアデニル化
部位の配列は,残っている唯一のCla I部位の下流に保
有されている。 2.3 Cla I部位の他の制限部位による代用 次に示すことは,pRK230Eco13 ΔClaの唯一のCla I部
位のHind III部位による代用を記述している。pRK290Ec
o13 ΔCla DNAを分離し,そしてCla Iにより完全分解す
る。その結果生じるCla Iの粘着性末端を,E.Coli DNAポ
リメラーゼIのクレノー断片を加えて保温することによ
り埋め,そして という構造を持つ二本鎖リンカーを,すでに平滑末端化
されたCla I部位中に,平滑末端間結合する。その結果
生じた混合物をHind IIIで完全分解し,再結合し,そし
てPR1中へ形質転換する。テトラサイクリン耐性形質転
換体から分離されたプラスミドDNAを,欠失した1450bTx
構造遺伝子の場所におけるCla I部位の欠如およびHind
III部位の存在による制限分析によって選択し,そのよ
うなプラスミドをpRK290Eco13 ΔClaHindと名付ける。 当業者には明らかになるだろうが,Cla I部位をHind I
II以外の制限酵素の所望の特異的配列に変えることによ
り,上記のリンカーを他のリンカーで代用することがで
きる。例えば, という配列を持つBamH Iリンカー(BRLから入手)でHin
d IIIリンカーを代用し,他は本質的に上記通りの実験
手順中に組み込まれた。ここではpRK290Eco13 ΔClaBam
と名付けられた,欠失した1450bTx構造遺伝子の場所にB
amH I部位を持つプラスミドを保持するRR1株が同定され
た。 実施例3 この実施例は,第3図に示されているように,抗生物
質であるカナマイシンおよびそのアナログ物質,例えば
ネオマイシンおよびG418に対する,植物と細菌の両方で
耐性を賦与する選択可能マーカーの構築を教示する。 3.1 kan遺伝子の調製 ネオマイシン フォスフォトランスフェラーゼIIとい
う酵素をコードする細菌のトランスポゾンT5由来のカナ
マイシン耐性(kan)遺伝子は,そのDNA配列はE.Beck e
t al.(1982)Gene 19:327−336により報告されたが,
プラスミドpKS4上に存在し,それはエセリシア・コリー
(pKS4)NRRL B−15394より分離される。pKS4DNAをBgl
IIおよびSma Iにより完全分解し,その結果生じる1キ
ロベースペアの,NPTII含有の断片を,すでにSma IとBam
H Iにより分解されたpUC13と混合および結合した。BamH
IおよびBgal IIの粘着性末端は同じ特異的配列(5′G
ATC...3′)を持ち,そして両方を容易に結合できる
が,しかしその結果生じるBamH I/Bgl IIの縫合部位,
すなわちはどちらの酵素の作用も受けない。結合混合物をエセリ
シア・コリーK12 JM83に形質転換し(J.Messing(197
9)Recomb.DNA Tech.Bull.(2):43−48,NIH Publ.N
o.79−99),そして白色を呈するコロニーを選別した。
プラスミドDNAを,選別された形質転換体から分離し,
そして制限部位マッピングによる特徴づけを行った。pU
C13KanBgl/Smaと名付けられたプラスミドを含むコロニ
ーが同定された。 pUC13KanBgl/Smaのkan遺伝子含有断片は,kan構造遺伝
子に対して,BamH I/Bgl II縫合部位のすぐ上流のpUC13
のポリリンカー(ポリリンカーとは,いくつかの制限酵
素の作用を受ける部位を含む,短い配列のことである)
中にAcc I部位を持っている。kan遺伝子は,Sma Iおよび
Acc Iによる1KbpDNA断片における分解により,pUC13KanB
gl/Smaより取り除かれる。特にこのAcc I切断部位は,
5′CG...3′という粘着性末端を持ち,これは酵素Cla I
により生成した末端と容易に結合しうる。 3.2 1450bTx PRプロモーターの後ろへのkanの挿入 pUC13KanBgl/SmaおよびpRK290Eco13 ΔClaを,各々Ac
c IおよびCla Iを用いた完全分解により直線状にし,互
いに混合,結合し,そしてE.Coli RR1へ形質転換した。
アンピシリンおよびテトラサイクリン耐性(各々pUC13
およびpRK290の配列を選別する)の形質転換体から分離
されたプラスミドDNAは制限酵素分析により特徴づけが
なされた。pRK290Kan−1と名付けられた,プラスミド
を含むコロニーが同定され,そのプラスミドは,1450bTx
プロモーターの後ろに,以前そこにあった1450bTxのコ
ード配列と同じ方向性および位置に挿入されたkan遺伝
子を保持していた。pRK290Kan−1のkan遺伝子が転写さ
れる場合には,RNAポリメラーゼIIは,kan遺伝子の3′側
にある最初のT−DNAのポリアデニル化部位に到達する
前に,Tn5の全ておよびpUC13配列のすべてを転写しなけ
ればならない。しかし,kan/pUC13縫合部位の3′側に,
ポリアデニル化部位として働く他の配列が存在する。 3.3 pRK290のpRK290Kan−1からな欠失 pRK290が基礎になっているプラスミドはかなり大きく
(20Kbp以上),それゆえ組み換えDNA操作を行うとき,
扱うのが難しいことが多い。pUC13のレプリコンにより
複製される二つのプラスミドの構築がこの後に記述さ
れ,そして第3図に概略的に図解されている。 pRK290Kan−1DNAをEcoR Vで完全分解し,それ自身を
連結し,JM83中に形質転換した。アンピシリン耐性およ
びテトラサイクリン感受性形質転換体からプラスミドが
分離され,制限分析によって特徴づけられ,そしてpVic
1と名付けられたプラスミドを含むコロニーが同定さ
れ,そのプラスミドは,pUC13,kan,およびEcoR V T−DNA
断片を保持し,1450bTxプロモーター(第2図にあるよう
に断片d2の一部)および1450bTxに関連したポリアデニ
ル化部位(b4およびb3の一部)を所持する1450bTx構造
遺伝子を欠失していた。1450bTx構造遺伝子の両側のT
−DNAと相同性のあるpViclは,アグロバクテリウム・チ
ューメファシンエス細胞の直接形失転換およびカルベニ
シリン耐性による選別の後の,二重相同性組み換えによ
るオクトピン型Tiプラスミド中への組み込みに適してい
る。ホモ部分二倍体化の後,T−DNAは機能的な1450bTx遺
伝子を保持せず,そして形質転換された植物細胞に,オ
ピンであるマンノピンもしくはアグロピンを生成するこ
とはない。共存取り込み後,この構造物は細菌にカルベ
ニシリン耐性を賦与し,植物細胞中ではアグロピンおよ
びマンノピンの合成を行わせる。 pRK290Kan−1 DANをSst I,EcoR IおよびHind IIIで分
解した。pUC13 DNAをSst IおよびEcoR Iで分解した。分
解されたpRK290Kan−1およびpUC13 DNAを混合,および
互いに結合させた後,結合混合物をJM83中へ形質転換し
た。プラスミドDNAを白色の,アンピシリン耐性コロニ
ーから分離し,制限酵素分析により特徴づけを行い,そ
してpUC13Kan−1と名付けられたプラスミドを含むコロ
ニーが同定され,そのプラスミドはpUC13,kan,および14
50bTxを所持するT−DNA断片d2(第2図にあるように)
の配列を保持していた。1450bTx構造遺伝子の片側につ
いてT−DNAと相同性のあるpUC13Kan−1は,アグロバ
クテリウム・チューメファシエンス細胞の直接形質転換
およびカルベニシリン耐性による選別の後に,単一相同
性組み換えによる,オクトピン型Tiプラスミド中への組
み込みに適している。共存取り込みの後,T−DNAは断片d
2の複製物を含み,カルベニシリンの選別下で維持され
る必要があり,機能的1450bTx遺伝子を保有し,形質転
換された植物細胞に対し,オピンであるマンノピンおよ
び/もしくはアグロピンを生成させる。 3.4 起動性ベクターの構築 pUC系列のプラスミド(例えばpUC13を基礎とするプラ
スミド)はpRK2013によるエセリシア・コリーからアグ
ロバクテリウム・チューメファシエンスへの接合伝達に
対し起動性とは成り得ず,よって宿主アグロバクテリウ
ム細胞中へ直接形質転換されなければならない。しか
し,pBR322を基礎とするプラスミドはpRK2013により起動
性と成り得るが,アグロバクテリウム中では複製されな
いので,このようなプラスミドは,1450bTxPR/kan選択可
能マーカーの,オクトピン型Tiプラスミドへの伝達にお
いて有用な自殺ベクターである。 各々Hind IIIおよびEcoR Iにより分解されたpVic1お
よびpBR322DNAを,混合し,互いに結合し,PR1中へ形質
転換し,アンピシリン耐性形質転換体より分離されたプ
ラスミドDNAは,制限マッピングにより特徴づけが行わ
れ,pVic2と名付けられたプラスミドを保持するコロニー
が同定され,そのプラスミドはpVic1のpUC31配列の代用
としてpBR322のコピーを保持していた。pVic2は,共存
取り込みまたはTRへのホモ部分二倍体化が可能な起動性
自殺ベクターである。 各々Hind IIIおよびEcoR Iで分解されたpUC13 Kan−1
DNAおよびpBR322DNAを,混合し,互いに結合し,そし
てRR1中へ形質転換した。アンピシリン耐性形質転換体
より分離されたプラスミドDNAは制限マッピングにより
特徴づけが行われ,pBR322Kan−1と名付けられたプラス
ミドを保持するコロニーが同定され,そのプラスミドは
pUC13kan−1のpUC13配列の代用としてpBR322のコピー
を保持している。pBR322Kan−1はTR中への共存取り込
み可能な起動性自殺ベクターである。 実施例4 この実施例は,1450bTxプロモーター領域の後に置くと
カナマイシン耐性の細菌の構造遺伝子は真核細胞,特に
植物細胞,と原核細胞,特にアグロバクテリウムとエセ
リシア・コリー細胞の両方で発現されたという予期しな
かった結果を明らかにしており,それゆえに二元目的プ
ロモーター領域と外来構造遺伝子の結合体の一部として
1450bTxPRが使えるかも知れないという,以前に明らか
にしていなかった事実を説明している。 4.1 原核生物内でのカナマイシン耐性 当該分野で以前に知られているアグロバクテリウム・
チューメファシエンスA348は,オクトピン型プラスミド
pTiA6をノパリン型株C58の熱により脱落した無毒性の誘
導体A114(NTI)のリファンピシン耐性誘導体A136に導
入することにより産み出した。pRK290Kan−1を形質転
換することによりA38に導入したが,その際にはpTiA6に
はホモ部分二倍体化しなかった。結果として生じた株で
あるA348−pRK290−Kan−1はカナマイシン100μg/mlを
含む培地に置くと成育することが観察された。液体培地
(YEP培地,30℃)でこの株の増殖曲線は一般に試したす
べてのカナマイシン濃度で同等の増殖を示したが,最高
濃度の200μg/mlでは曲線は低薬剤濃度で観察されるよ
り早く頭打ちした(第4図)。 4.2真核生物でのカナマイシン耐性 A348−pRK290−Kan−1はpTiA6にホモ部分二倍体化
し,植物細胞を形質転換するのに用いた。逆位のヒマワ
リの胚軸部の切片の上面の端(K.A.Barton et al.(198
3)Cell 32:1033−1043を参照)に接種し,2−4週間後
生じたカルスをホルモンを欠く固体MS3培地に置いた
(実施例1.3a)。アグロバクテリウム細胞は,1mg/mlの
カルベニシリンおよび200μg/mlバンコマイシンで死滅
し,カルスは直径約2.5cmになるまで成長した。カルス
の小断片をホルモンを欠く固体MS3培地に移しカルベニ
シリン,バンコマイシン,そして25μg/mlのG418カナマ
イシンのアナログを付加した。断片の多くは緑色のまま
で成長し続けるが,おそらくカルスが混入した未形質転
換細胞に由来している他の断片は死滅した。kan構造遺
伝子とどちらかの方向で代用したゼイン配列からなるす
べての対照物はG148で死滅した。このことから1450bTx
PR/kanは構造遺伝子結合物で形質転換した植物細胞はカ
ナマイシン作用に耐性であり得ることを示した。 実施例5 この実施例は,1450bTxプロモーター領域の後に置いた
真核生物の構造遺伝子は真核および原核細胞の両方で発
現するという予期しない結果を教示する。 レクチンは栄養的にも重要な種子蛋白質であり,豆科
植物とリゾビウム共生を確立する間で重要であると考え
られている。エセリシア・コリーHB101(pPLV134),ATC
C39181より得られるpPVL134は,フォゼオラス ブルガ
リスL.の種子のレクチンのcDNA構造遺伝子を含む(L.M.
Hoffman et al.(1982)Nucl.Acids Res.10:7819−782
8)。cDNAをコードしている配列はイントロンにより分
断されない遺伝子と同じく,遺伝子自身のそれと同じで
ある。 5.1発現ベクターの構築 エセルシア・コリーHB101はDNAをメチル化するので,D
NAは酵素Bcl Iでは切断されないが,エセリシア・コリ
ーGM33と当業者に知られている他の株はメチル化により
Bcl I部位は保護されない。HB101(pBVL134)より単離
したpPVL134 DNAはGM33を形質転換し,テトラサイクリ
ン耐性形質転換体が同定される。GM33(pPVL134)より
単離したpPVL134 DNAはBcl Iで完全分解により線状化
し,BAP処理を行い,BamH I分解したpRK290Eco13 ΔClaBa
mと混合し連結し,RR1へ形質転換する。テトラサイクリ
ン耐性形質転換体より単離したプラスミドDNAが特徴づ
けられ,レクチンをコードしている配列のすぐ上流に14
50bTxPRがあるような方向にpPVL134挿入体を持ち,p2RK9
0Lec−1と表されるプラスミドを持つコロニーを選別す
る。レクチン遺伝子の方向性は,挿入体の5′未満と
3′未満からそれぞれ0.09kbpと0.78kbpのCla I部位の
存在により決められる。両末端は,pRK290Eco13 ΔClaBa
mに連結後,BamH IとBcl Iで分解できない縫合部を形づ
くる。 pRK290Lec−1 DNAは形質転換あるいは接合のどちら
かによりA348(pTiA6)に転換され,次いで独立のpRK29
0レプリコンやテトラサイクリン耐性細胞の選別を除外
するためにpPH1J1を導入される。レクチン遺伝子の発現
のためにはホモ部分二倍体を単離する必要はないが,も
し必要なら,制限酵素分析によりテトラサイクリン耐性
共同組込体の子孫を選抜することにより同定できる。pR
K290Lec−1とpTiA6との共同組込体あるいはホモ部分二
倍体のどちらかにより生じるTIPプラスミドをここではp
TiA6Lec−1と表す。 5.2原核生物での発現 RR1(pRK290Lec−1)とA348(pTiA6Lec−1)を,電
気泳動とハイブリダイゼーション法により選別し,適当
な植物RNA配列を含むことが観察される。 5.3真核生物での発現 A348(pTiA6Lec−1)を逆にしたヒマワリの軸に接種
し,生じたクラウンゴール腫瘍は,レクチンmRNAと蛋白
質の配列を含んでいることを,当業者でふつうに知られ
ているハイブリダイゼーション,電気泳動,免疫的各手
法により観察した。 実施例6 この実施例はすべてのTRを含むサブ−Tiプラスミドの
構築を教示する。TRは形質転換細胞のホルモン非依存性
の増殖の表現型を示す遺伝子は一つも持たない。また,o
csがここで論じたプラスミドのいくつかにある選択可能
なマーカーとして機能し得ると,選択可能なマーカー
(例えば,kan)の発現を促進するために1450bTxPRを用
いる必要が排除されるということを注記しておく。 6.1 TRサブ−Tiプラスミドの構築 pRK290Kan−1を形質転換によりA348(pTiA6)に転移
させた。1450bTx構造遺伝子を欠失し,オピン合成欠損
表現型となるホモ部分二倍体化後,カナマイシン耐性ア
グロバクテリウム細胞より単離したTiプラスミドを制限
酵素分析で特徴づける。共同組込よりもホモ部分二倍体
化の結果であるDNA試料をBamH Iで分解し,自身で連結
させた。生じた混合物をJM83へ形質転換する。カナマイ
シンおよび/もしくはアンピシリン耐性形質転換体のプ
ラスミドDNAを制限酵素分析により特徴づけ,非伝達性
で,エセリシア・コリーに保持され,pUC13Bam2Kan−1
と表されるプラスミドを保持するコロニーを同定する。
(第5図) pUC13Bam2Kan−1とpRK290DNAをそれぞれBamH I Bgl
IIとで分解し,それぞれを混ぜ,連結する。連結した混
合液をBamH IとBgl IIで分解して非混成物分子を線条化
し,RR1を形質転換した。(もしプラスミドをBamH Iで部
分分解し線状化すると,pBR322Bam2Kan−1はpUC13Bam2K
an−1と置き換え得る。)アンピシリンおよび/もしく
はカナマイシン,およびテトラサイクリンに耐性形質転
換体より分離したプラスミドDNAは制限分析により特徴
づけられる。二つのハイブリッドBgl II/BamH I部位で
どちらかの方向で縫合された二つの親プラスミドのそれ
ぞれの単一コピーを持ち,pRK290Bam2Kan−1(第5図)
プラスミドを持つコロニーを同定する。pRK290Bam2Kan
−1をアグロバクテリウム(vir)株,エセリシア・コ
リーRR1(pRK290Bam2Kan−1)そしてエセリシア・コリ
ー(pRK2013)の三親交雑によりvir遺伝子を含むアグロ
バクテリウム株に転移させる。正常な三親交雑過程の変
形で,pPH1J1は,アグロバクテリウム(vir)株内で独立
に複製するように設計されているpRK290レプリコン,pRK
290Bam2Kan−1とは不和合性であるので,導入されな
い。 6.2 TRサブ−Tiプラスミドの変型 実施例6.1に述べられたベクターはBmaH I断片2に基
づき,したがってTLの両境界(TRLB(C)およびTRRB
(D))に加えてTL右境界(TLRB(B))を含む。オク
トピン型プラスミドpTi15955のTRを開裂せず,サブ−Ti
プラスミドの構築に有効性を示す他の酵素は,Apa IとSm
a I(ocsとtmlの一部),Mlu IとHpa I(ocsの一部)お
よびKpn I(ocs,tml,ORF9)を含む。(括弧で示されたT
L構造遺伝子あるいはオープンリーディングフレーム(O
RFs)は,前述の酵素によって生成する断片上に含まれ
る。)正常にTRDNAを切る他の酵素,例えば,Hind III
(ocs,tml,ORF9,tmr,ORF5/tmsの一部)およびBgal I(o
cs)は,第2図の断片b5,C,およびd1をおおっているCla
I断片由来のTR誘導体を切らない。当業者は,kan配列が
Bgl I部位を含むことと,pBR322とpUC1系のプラスミドに
Hind III部位があることを知るであろう。部分的Bgl I
もしくはHind IIIの制限酵素分解条件の賢明な使用法
は,当業者によく知られているように,ここで述べられ
た選択マーカー構築に基づくサブ−Tiプラスミドの構築
の際に必要とされるであろう。 Ata IIとCla Iのような他の酵素は,TLRB(B)を含ま
ないpTi15955に基づくTRサブ−Tiプラスミドの構築に対
して利用されるかも知れない。特に,適切にメチル化さ
れている宿主,例えばエセルシア・コリー8K02(W.B.Wo
od(1966)J.Mol.Biol.16:118)中での増殖の際,pRK290
Kan−1,pVic1およびpVic2のホモ部分二倍体化されたT
−DNA誘導体は,TR内にメチル化されておらず,開裂でき
るCla I部位を持たず,しかしTRLB(C)とTLRB(B)
間に開裂できるCla I部位を持つ,(第5図を参照)。K
802中で増殖したpUC13Bam2Kan−1あるいはpBR322Bam2K
an−1 DNAはBamH IおよびCla Iで制限酵素分解される。
このDNAは適当なリンカーの使用あるいはエセリシア・
コリーDNAポリメラーゼIのクレノー断片での粘着未満
の平滑末端化によって連結され,その結果としてTLRB
(B)の欠失となる。ヌクレアーゼBa131によるBamH I
で線状化されたpUC13Bam2Kan−1の制御条件下での分解
で,TLRB(B)の除去も可能になる。 6.3ミリTiプラスミド ミニTiプラスミドは酵素Eco KとMst IIとを用いて同
様に構築される。このEco KはpTi15955T−DNAを開裂し
ない。Mst IIはb5,cおよびd1断片をおおうCla I断片の
欠失によって除去される単一pTi15955T−DNA開裂部位を
持つ。Mst I粘着末端はDNAポリメラーゼIのクレノー断
片での連結の前に平滑化されなければならず,Eco K末端
はクレノー断片とT4DNAポリメラーゼの両方の反応によ
って平滑化されなければならない。 ここで論議されたサブ−Tiプラスミドの大きさを小さ
くするため,より小さいベクターがpRK290の代わりに代
用され得る。従来技術の項でアグロバクテリウムで維持
され得るシャトルベクターに言及したもの言外のプラス
ミドは,R.C.Tait et al.(1982)Gene 20:39−49,J.Lee
mans et al.(1982)Gene 19:361−364およびJ.Hille a
nd R.Schilperoort(1981)Plasmid :360−362によっ
て述べられたものを含む。しかし,これに限定されな
い。 実施例7 三親交雑は,下記の手順で行った; 当業者に既知の他の変法も可能である。 E.Coli RR1(pRK290に基づくシャトルベクターを有す
る)またはE.Coli K802(pRK290に基づくシャトルベク
ターを有する)と,E.Coli RR1(pRK2013を有する)とA3
48(Tiプラスミドを有するリファンピシン耐性のアグロ
バクテリウム・チューメファシエンスの菌株)とを交雑
させる。pRK2013は,菌株を有するシャトルベクターへ
転移し,シャトルベクターをアグロバクテリウムへ転移
させる。E.Coliの増殖できない最小培地(つまり,ABグ
ルコース)での菌の生育によって,シャトルベクター配
列を有するアグロバクテリウム細胞が選択される。この
培地は,リファンピシンとシャトルベクターが耐性であ
る薬剤との両者,しばしばカナマイシンまたはカルベニ
シリン(アンピシリンアナログ)のいずれかを含む。こ
れらの細胞のE.Coli(pRH1J1)2104菌株との交雑は,pPH
1J1のアグロバクテリウム細胞への転移を引き起こす。p
PH1J1とpRK290に基づくシャトルベクターは,同一細胞
中に長時間共存できない。ゲンタマイシンとカナマイシ
ンを含む培地での生育により,Tiプラスミドを有する細
胞が選別される。このTiプラスミドは,一重または二重
相同組み換え(それぞれ共同取り込みまたは,ホモ部分
二倍体化)をシャトルベクターとの間に起こし,そして
所望の構造を有している。選別に用いる抗生物質の濃度
は,実施例1.3aに記したとおりである。E.Coliの菌株
は,平常0.2%カザアミノ酸を補足するL−培地で,37℃
生育させ,また,アグロバクテリウム・チューメファシ
エンスは,YEP培地で30℃で生育させている。pRK290とpR
K2013は,G.Ditta et al.(1980)Proc.Natl.Acad.Sci.U
SA 77:7347−7357に,またpPH1J1はP.R.Hirs(1978)Th
esis,Univ.E.Angliaに開示されている。 発明の要旨 オクトピン型クラウンゴール腫瘍中で1450ベースのTR
転写物の発現をっもたらすプロモーター領域はまた細菌
内で外来構造遺伝子の発現をも促進することができるこ
とを開示した。植物,細菌双方で外来構造遺伝子の1コ
ピーの発現をもたらすためのこの二元目的プロモーター
領域の利用が教示される。真核および原核機能で機能す
る選択マーカーの構築が植物を形質転換する試みに有効
なベクターとして例証される。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (Industrial applications)   The present invention relates to the fields of genetic engineering and plant culture.
In addition, promotion of transcription and selection markers in both plants and bacteria
Provide the means for the (Conventional technology)   Disclose information on technical background closely related to the present invention
The publications are listed below. These publications are based on this prior art
Section discusses in detail. M.W.Bevan et al. (1983)
Nature304: 184-187, R.T.Fraley et al. (1983) Proc.
Natl.Acad.Sci.USA80: 4803-4807 and L. Herrera-Es
trella et al. (1983) Nature303: 209-213, is bacterial
May result in plant expression of a biomaterial resistance structural gene
disclosed the use of the nos promoter (manipulation of TIP plasmids).
See work). R.F.Barker et al. (1983) Plant Molec.B
iol.2: 335-350 and R.F.Barker and J.D.Kemp, U.S P
atent application ser.no.553,786 is an octopine type plastic
Discloses the complete sequence of the T-DNA from Smid pTi15955
Published; homologous to other Ti plasmid genes
The sequence is quoted there (genes on the TIP plasmid
Child). N.Murai and J.D.Kemp (1982) Nucleic Acids Re
s.Ten: 1679-1689 has a size of 1600 bases and its sequence
Open Reading Frame (ORF) 24
The 1450 base transcript identified there (1450
The existence and approximate location of bTx) were disclosed. S.B.Gelvin et
 al. (1981) Plasmid6: 17-29 is TRIs Agrobacterium
Cells and plant cells (TIP
Gene on Rasmid). S.J.Karcher et al. (1984) Mo
l.Gen.Genet., determined the position of 1450bTx. Dual purpose
Since the features of the functions are disclosed and taught here,
Was not reported in any of the references. L. Herrera-Estrell
a et al. (1983) EMBO J.2: 987-995 with kanamycin
Structural gene encoding resistance to methotrexate
When placed after the nos promoter, bacteria and plants
It was reported that it was expressed in both cells. Shuttle vector   G.B.Ruvkun and F.M.Ausubel (1981) Nature298: 85
The shuttle vector invented by −88
Substitute the substance in a large plasmid, virus or genome.
It provides a method for insertion into a sharp position. Giant plasmid
Or there are two main problems encountered when working with genomes.
First, a large plasmid is used for each restriction enzyme.
Will have many sites. Unique site-specific cleavage reaction
Is not reproducible, multiple site cleavage reactions followed by binding
Compete for many pieces of order and direction that you do not want to change
Leads to great difficulties. The second is giant DNA plasmid
The efficiency of transformation in E. coli is very low. Shuttle Be
Are often small in vitro sources of foreign genetic material
Facilitates insertion into plasmids and is usually followed by in vivo techniques.
These difficulties due to surgical transfer to large plasmids
It is possible to overcome.   The shuttle vector must be introduced into the final host bacterium.
That can be maintained independently there
DAN molecules with con, usually consisting of plasmids. Ma
In addition, the shuttle vector contains the foreign genetic material.
And a copy of the host genome fragment
DNA encoding a selectable feature inserted into the nome fragment
Including small pieces. Selectable features (markers) in vivo
By transposon mutation or by restriction enzyme
Advantages of using ligase in vivo
Is inserted into.   The shuttle vector can be transferred to the final host cell, especially (Agro
Bacteria of the family Rhizobiasis (including bacteria)
It can be introduced in such a way. Three-parent cross
Law (Ruvkin and Ausubel, supra);
Agrobacterium, direct transfer of transposable vectors
Direct uptake of foreign DNA by cells (“transformation”, M. Holst
ers et al. (1978) Molec. Gen. Genet.163Articles 181-187
Agrobacterium with another bacterial cell)
Spheroplast fusion liposome-encapsulated DN
Uptake of A or can be packaged in vitro
Infection with a virus-based shuttle vector. Rizobi
By manipulating the large plasmid found in the family
Yes, three-parent crossing, a technique well known to those skilled in the art,
Strain holding the shuttle vector and plasmid start
Transferable Plasmids Containing Genes for Conjugation and Transfer
And crosses with strains carrying If the shuttle vector
Can be triggered by plasmid genes
The shuttle vector has a large genome, for example,
Retains the Ti or Ri plasmid of the Lactobacillus strain
Transferred to host cells.   After the shuttle vector has been introduced into the host cell,
A possible event is one recombination on either side of the marker.
Includes double intersections with the event. This homopartial diploidization
The elephant replaces the marker by replacing the homologous piece lacking the insertion.
Transfer of the containing DNA fragment to the host genome.
To select cells that have lost the original shuttle vector,
The shuttle vector cannot replicate in the final host cell
Ability or independently present in the host cell
Must be incompatible with the selectable plasmid.
One common means of arranging this is with a third host.
Drug resistant markers that are incompatible with the shuttle vector
Supplying another plasmid that holds the car
It is. Therefore, select resistance to both drugs.
Then, only the surviving cells are in it,
If the marker on the vector is recombined with the host genome
You. If the shuttle vector carries a special marker
If so, the shuttle vector and host
Plus from the result of a single crossover event with Sumid
Intact shuttle vector that eliminates cells containing mid
As a result of the integration of the host plasmid with the host plasmid. Also
Exogenous genetic material is inserted into the marker to be selected
Or adjacent, and the same double recombination
And will be integrated into the host plasmid. Also,
Inserted into a homologous fragment other than within or adjacent to the marker
Are retained together, but exogenous genetic material is
As the distance from the car increases,
Recombination events between genetic material and markers
Disturb the transfer of foreign genetic material.   If the shuttle vector is a phenotypically dominant
Signs (eg, a newly expressible insecticide structural gene,
Induces not an inactivated neoplastic T-DNA gene)
Need to rely on double homologous recombination when used to
Disappears. Single-stranded resulting in co-integrated plasmid
The cells obtained by the recombination event have the characteristics desired for plant cells.
Can metastasize (A. Caplan et al. (1983) Scien
ce222: 815-821, R.B.Horsch et al. (1984) ScienceTwo
twenty three: 496-498). Color with a single continuous T-DNA sequence
It may even be possible to use various shuttle vectors
No. However, the resulting T-DNA is now
And may contain repeated gene duplications,
Between two homologous sequences in either Cterium or plant cells
The shuttle vector due to the single homologous recombination event occurring
Be aware of rare deletions
Absent.   The shuttle vector is an Agrobacterium plasmid
Efficacy in operation. D.J.Garfinkel et al. (19
81) Cell27: 143-153, A.J.M.Matzke and M.-D.Chilto
n (1981) J. Molec. Appl. Genet.1: 39−49, and J. Leeman
s et al. (1981) J. Molec. Appl. Genet.1: 149-164
Shine They are shuttle vectors and intermediate vectors
Or "iV".   Shuttle vector for insertion of changes into large DNA molecules
A recently discovered variant of the system is the “suicide vector”.
You. In this system, Simon et al. Molecules of bacterial-plant interaction
Genetics, pp. 98-106 (ed. A. Puhler, (1983))
Vectors for in vivo and in vitro manipulation of negative bacteria
Tata plasmid "and R. Simon et al. (1983) Biotechn.
ol.1: 784-791
Vector cannot be maintained independently in host cells.
No. This trait is commonly used in three-parent crosses.
Incompatible with host cells to eliminate vector
It eliminates the need to introduce a plasmid. Already exists
All vector sequences that do not integrate into existing DNA are replicated
Suicide efficiently by not being done. Shuttle Beck
Two homologous regions, as can be done in the traditional pattern of
Screening for new antibiotic resistance genes
May distinguish between double and single homology
Not. Suicide to transfer DNA sequence to Ti plasmid
The use of vectors is described in E. Van Haute et al. (1983) EMBO J.
2: 411-417, L. Comai et al. (1982) Plant. Molec. Bio
l.1: 291-300, L. Comai et al. (1983) PlasmidTen:twenty one
-30, P. Zambryski et al. (1983) EMBO J.2: 2143−215
0, and also reported by A. Caplan et al., Supra.
I have. C.H.Shaw et al. (1983) Gene28: 315−330,
Can be used to select foreign DNA by means of single homologous recombination.
To Ti plasmid without introducing selectable marker
And then select for double homologous recombination
Reported the use of a suicide vector.   Homology sets for the introduction of new DNA sequences into T-DNA
An alternative to replacement use is the bacterial transposon.
Described in the section on Agrobacterium gene on TIP plasmid
As can be seen, the transposon is TIP plasmid T
-Dive into DNA. (For example, D.J.Garfinke
l et al. (1981) Cell27: 14-153). The tiger
Inspozones are modified in vitro by inserting new sequences.
So that the new DNA is
Can be transferred to the T-DNA of the TIP plasmid. TIP
When it is stably integrated, a new DN
A / transposon / T-DNA combinations can be transferred
Wear. Agrobacterium appearance   Gram-negative bacteria Rhizobiassaceae (including Rhizobium)
Agrobacterium spp.
Terium thiumefaciens and Agrobacterium
・ There is rhizogenes. Each of these species is a plant crop.
Causes Raungol's disease and hairy root disease. Crown go
Is characterized by the growth of the goals of the dedifferentiated organization
You. Hairy roots can cause inappropriate induction of roots in infected tissues.
It is a malformation characterized by guidance. Which disease
Inappropriately growing plant tissue
Not produced by the organism, but metabolized by the infecting bacteria.
One or more, known as opin
Usually produces amino acid derivatives of Known opines are
The three main components, kuppin, nopaline and agropine
Divided into groups. Tissues that grow inappropriately
The cells can be grown by culturing,
Below, a complete plant that maintains a transformed phenotype
Can be played back.   The pathogenic strain of Agrobacterium is Agrobacterium
Muti-Fume Science is Ti (Tumor Induction) Plasmid
De, Ri (root induction) in Agrobacterium rhizogenes
It holds a large plasmid known as a plasmid.
Deletion of these plasmids from the strain results in loss of disease.
Will be Ti plasmid is called T-DNA (transfer DNA)
Region, whose T-DNA is the genome of the host plant in the tumor
It is known that it is taken into. The T-DNA
Encodes several transcripts. Mutation research
Ultimately, some of these are involved in the induction of tumor growth.
It showed that. Genes for tml, tmr and tms
Mutants are large tumors (in tobacco),
Root-producing traits, leading to foliage induction
You. The T-DNA is at least one opin synthase
The Ti plasmid also encodes
Often caused by opine caused by synthesis
Divided. Each T-DNA gene is a T-DNA promoter.
Under control of the motor. T-DNA promoter is structurally
Similar to eukaryotic promoters, they are transformed
It appears to function only in isolated plant cells. The Ti plastic
Smids also carry genes other than T-DNA. These remains
The genes are opine metabolism, neoplastic, agrosine sensitive, replication,
And functions including autonomous transfer to bacterial cells. Ri
Plasmids are organized in a similar structure to Ti plasmids.
You. Genes and DNA sequences corresponding to plant cell transformation
The group has been focused on the transformation induction principle (TIP) since then.
Call. Therefore, the name TIP is not restricted, but T
Contains both i and Ri plasmids. Small pieces with embedded TIP
Is derived from Ti plasmid or Ri plasmid
Or T-DNA (transferred DNA),
You.   M.-D.Chilton (June 1983) Sci. Amer.248  (6): 5
0-59 has recently been developed for the use of Ti plasmids as vectors.
Introductory article was shown. Agrobacterium is the cause
D.J.Merlo (1982), Adv.Pl
ant Pathol.1: 139-178; L.W.Ream and M.P.Gordon (19
82), Science218: 854-859, and M.W.Bevan and M.-D.
Chilton (1982), Ann. Rev. Genet.16: 357-384; G. Kahl a
nd J. Schell (1982) Molecular Biology of Plant Tumo
r, K.A.Barton and M.-D.Chilton (1983) Meth.Enzymo
l.101: 527-539, and A. Caplan et al. (1983) Scienc.
e222: 815-821. Infection of plant tissue   Plant cells can be agglomerated in many ways known to those skilled in the art.
Can be transformed by bacteria,
Culturing plant cells with Agrobacterium
Plant with Agrobacterium spheroplast
Fusion of protoplasts, play with plant cell protoplasts
Direct transformation by incorporation of isolated T-DNA, complete bacteria
Of protoplasts with partially regenerated cell walls
Transformation, protoplasts by ribosomes containing T-DNA
Transformation, use of virus with T-DNA, microinjection
Injection, etc., but not limited to. Which
Method also ensures that genes are transmitted stably through mitosis and meiosis
That's enough to be reached.   Infection of plant cells by Agrobacterium should be
It is a well-known simple technique (for example, D.N.Butcher e
t al. (1980) in Tissue Culture Methods for Plant P
athologists, eds .: D.S.Ingram and J.P.Helgeson, pp.20
See 3-208). Typically, plants are many
Can also be hurt by the
Cut with a needle, stab with a needle, or rub with an abrasive
And Next, a solution containing tumor-inducing bacteria was applied to the wound.
Inoculate. An alternative to complete plant infection is potato stalks
Disc (D.K.Anand and G.T.Heberlein (1977) Amer.J.
Bot.64: 153-158) Alternatively, a small piece of inverted tobacco stem
(K.A. Barton, et al. (1983) Cell321033-1043)
There is inoculation of such a piece of tissue. After infection, the tumor is
Placed in tissue culture in medium lacking media. To hormones
Independent growth is typical of transformed tissues,
In sharp contrast to the normal conditions of tissue culture growth
You. (A.C. Braun (1956) Cancer Res.16: 53-56).   Agrobacterium grows in isolated cells and in culture.
Cultured cells (L. Maton et al. (1979) Nature277: 129−
131) and in isolated tobacco mesophyll protoplasts
Also have the ability to infect. The latter technique requires a new cell wall
After a period of partial regeneration, Agrobacterium cells
Was added to the culture for some time, and antibiotics were added
Killed by Agrobac carrying Ti plasmid
Exposure to Terium thyme fascient cells. This
Only these cells were on media lacking hormone
In particular, he had the ability to form calli. Most calli
Contains enzymatic activities involved in opine assimilation
Was. Other researchers (R.B.Horsch and R.T.Fraley (18 Ja)
nuary 1983) 15th Miami Winter Symposium)
A high proportion of calli that show mon-independent growth (10%
Above) 95% of those calli make opines,
Transformation by co-culture was reported. M.R.Davey et al.
(1980) in Ingram and Helgeson, supra, pp. 209-219,
Describes infection of old cells regenerated from protoplasts.
I'm eating.   Plant protoplasts for direct uptake of TIP plasmids
Thus, it can be transformed. M.R.Davey et al. (1980) Pl
ant Sci. Lett.18: 307-313 and M.R.Davey et al. (19
80) In Ingram and Helgeson, supra, Petunia
-Protoplasts in the presence of poly-L-α-ortinin
In the Ti plasmid, the phenotype of opine synthesis and
Can transform into a hormone-independent growth state
Was. Polyethylene glycol uptakes Ti plasmid
Stimulating, and T-DNA sequence is incorporated into the genome
It was shown later. (J. Draper et al. (198
2) Plant and Cell Physiol.twenty three: 451-458, M.R.Davey et
 al. (1982) in Plant Tissue Culture 1982, ed: A. Fuji
wara, pp. 515-516). F.A.Krens et al. (1982) Nature
296: 72-74 show that their data are based on the integrated T-DNA
Contains the adjacent Ti plasmid sequence,
Use polyethylene glycol with calcium shock
Have reported similar results.   Other methods of obtaining DNA uptake include the use of liposomes.
No. The preparation of liposomes containing DNA is well known to those skilled in the art.
ing. Control of liposome-mediated introduction of Ti-DNA
Has been reported. (T.Nagata et al. (1982) in Fu
jiwara, supra, pp. 509-510, and T. Nagata (1981) Mol.
Gen. Genet.184: 161-165). After removing the cell wall to a similar system
There is a fusion of plant and bacterial cells. An example of this technique is S.
Hasezawa et al. (1981) Mol. Gen. Genet.182: 206-210
Agrobacterium spheroplus reported by
Transformation of Vinca protoplasts. Planting
Protoplasts are aggro whose cell walls are demarcated
Can take up bacterial cells (S.Hasezawa
 et al. (1982) in Fujiwara, supra, pp. 517-518).   T-DNA is regenerated from the fusion of the two protoplasts
Can be communicated to other organizations. Of these two protoplasts
Only one of them was already transformed (G.J.Wull
ems et al. (1980) Theor. Appl. Genet. 56: 203-208).
As detailed in the section on plant regeneration, T-DNA
Can be transmitted to offspring as a simple, Mendelian trait
You. Plant regeneration   Dedifferentiated plant tissue in normal morphology is crown gall tumor
Obtained from the ulcer. A.C.Braun and H.N.Wood (1976) Pro
c.Natl.Acad.Sci.USA73: 496-500,
Transplant a malformation to obtain a normally appearing leaf stem that can flower
I was able to. When this leaf stem is cultured, it produces opine.
And the ability to grow independently of plant hormones.
In the plants screened, these tumor phenotypes
Transmission to offspring, apparently lost during meiosis, was observed
Did not. (R. Turgeon et al. (1976) Proc. Natl. Aca
d.Sci.USA73: 3562-3564). Spontaneously lost tumor characteristics
Or plants derived from malformed species
It was shown that all T-DNA had been lost. (F.-M. Yang et a
l. (1980) In Vitro16: 87-92, F. Yang et al. (1980)
Molec.Gen.Genet.177: 707-714, M. Lemmers et al. (198
0) J. Mol. Biol.144: 353-376). But hormone treatment
(1mg / kinetin), then revertant plant
Subsequent studies have shown that T-DNA remains in the transformed phenotype.
Plants that have lost the gene but have experienced meiosis are T-DN
Able to retain homologous sequences at both ends of A
(F. Yang and R. B. Simpson (1981) Proc. Nat)
l.Acad.Sci.USA78: 4151-4155). G.J.Wullems et al.
(1981) Celltwenty four: 719-724, are further included in the opine assimilation system.
The gene contained in the plant is
The ability to experience, seemingly invariant T-DNA
(G. Wullems et al. (19
82) in fujiwara, supra). L. Otten et al. (1981) Mole
c.Gen.Genet.183: 209-213, form tumors that proliferate foliage
Created with Tn7 transposon at the growing tms (foliage induction) site
A mutant of the Ti plasmid was used. These leaf stems are planted
Regenerated into self-pollinating flowers
Was. As a result, the resulting seeds germinate and contain T-DNA.
It became a plant that made pins. In further experiments, H.D.
eGreve et al. (1982) Nature300: 752-755,
Topin synthesis is inherited as a single dominant Mendelian gene.
I found that it could be. However, the T-DNA is
Extensive lack of non-ocs functions while playing from source
Lost. A similar experiment with the tmr (root-inducing) mutant
Full-length T-DNA is transmitted to progeny through meiosis
In the offspring, the nopaline gene was altered.
Yeast cells expressed at various levels and transformed together
That the cold dehydrogenase 1 gene is not expressed
(K.A. Barton et al. (1983) Cell32: 1033-104
3). Other experiments show that nopaline T-DNA is maintained during regeneration.
And the male flower is transmitted on T-DNA according to Mendel's rule.
(J. Memelink et al. (1983) Mol. Ge
n.Genet.190: 516-522). Functional foreign genes are also dominant
Inherited by Mendel's rule (R.B. Horsch et al. (1984) S
cience233: 496-498). Now, regeneration lacking the T-DNA sequence
Tissue is derived from non-transformed cells that are “mixed” with the tumor
Yes (G. Ooms et al. (1982) Cell30: 589-597). First
Epigenetic state of plant cells transformed for
(G.M.S.vanSlogteren et al. (198
3) Plant Mol. Biol.2: 321-333)
You. A.N.Binns (1983) Planta158: Recent by 272-279
Studies show that oncogenes, in this case tmr, are "stopped" during regeneration.
By placing the regenerated tissue in culture.
Indicates that it can be "started again".   Transformation from Agrobacterium rhizogenes
The roots obtained as fruits are relatively easy to regenerate directly into cultivated plants.
It proved simple (M.-D. Chilton et al. (1982)
Nature295: 432-434), and easily cloned
Was. The regenerative ability seems to depend on the copy number of T-DNA.
(C. David ed al. (1984) Biotechnol.2: 73-76). Genes in TIP plasmid   P of the octopine-type plasmid found in ATCC15955
The complete sequence of the T-DNA of Ti15955 has been reported,
14 open reads flanking the transcriptional control sequences of the organism
Frame (ORHs) (R.F.Barker a
nd J.D.Kemp.U.S.Patent application ser.no.553,786,
This is a reference, R.F.Barker et al. (1983) Plant Mole
c.Biol.2: 335-350).   Many genes have been identified in the T-DNA of the TIP plasmid.
ing. Many of the octopine plasmid T-DNA transcripts
A map has been created (S.B.Gelvin et al. (1982) Proc.
Natl.Acad.sci.USA79: 76-80, L. Willmitzer et al. (1
982) EMBO J.1: 139-146, N.Murai and J.D.Kemp (198
2) Nuclei Acids Res.Ten: 1679-1689, S.J.Karcher et a
l. (1984) Mol. Gen. Genet.)
(J. Leemans et al. (1982) EMBO J.1: 147-1
52). Some of these areas, especially tmr and tms
Encoding is also transcribed in prokaryotes (G. Schrod
er et al. (1983) EMBO J.2: 403-409). Transpo
Oct that is sufficiently clarified by mutation using a zon
Pin-type plasmid genes are tms, tmr, tml, and ocs.
Contains (D.J.Garfinkel et al. (1981) Cell27:14
3-153). Ti plastics with mutations in these genes
Sumids produce shoots, develop roots, and are normal
Stimulates the tumor callus of Nicotinatabacum larger than
You. In other hosts, mutants of these genes are divergent.
Phenotype (M.W.Bevan and M.-
D.Chilton (1982) Ann.Rev.Genet.16: 357-384). tmr
And tms phenotype depends on the level of plant hormones present in the tumor
Correlates with the difference. Difference in cytokinin: auxin ratio
Or anthers or roots of untransformed callus tissue
Is similar to that which can be induced in the medium (D.E.Akiyoshi
 et al. (1983) Proc. Natl. Acad. Sci. USA80: 407-411,
A.N.Binns (1983) Planta158: 272-279, A. Caplan et a
l. (1983) Science222: 815-821, R.M.Amasino and C.
O. Miller (1982) Plant Physiol.69: 389-392). function
Not only tml with tms but also tms or tmr
T-DNA containing genes promotes important tumor growth
can do. Shoot and root promotion function
Stimulated or inhibited by tml with
(L.W. Ream et al. (1983) Proc. Natl. Acad. Sci. USA8
0: 1660-1664). Mutations in the T-DNA gene are
Does not seem to affect insertion into the genome
(Before Leemans et al. (1982), before Ream et al. (1983)
Out). T-DNA gene promotes hormone-independent growth
Sequence (see TIP plasmid DNA)
(H. Joos et al. (198
3) EMBO J.2: 2151-2160).   Octopin Ti plasmid is octopine synthase
Ocs gene encoding (lysopine dehydrogenase)
Having. The ocs gene is an intron (a eukaryotic gene)
An intervening sequence that is normally found in mRNAs during mRNA maturation.
From the precursor after the transfer)
No. It is the eukaryotic transcription signal (“TATA” box)
Or a sequence resembling the poly-A addition site. ocs remains
All signals required for gene expression are located in the ocs transcription initiation site.
Found within 295 bp (C. Koncz et al. (1983) EMBO J.
2: 1597-1603). P. Dhaese et al. (1983) EMBO J.2:
419-426 is "transcript 7" (ORF3 of Barker et al., Supra).
Report on the use of various poly-A addition sites by ocs and ocs
did. Presence of the enzyme octopine citase in the tissue
From the toxic effects of various amino acid analogues
(G.A.Dahl and J.Tempe (198
3) Theor.Appl.Genet.66: 233-239, G.A.Dahl et al., US
 Pat.applicfation ser.no.532, 280, where references
Transfer).   Nopaline Ti plasmid is nopaline synthase (nos)
And its sequence is A. Depicker et al. (198
2) J.Mol.Appl.Genet.1: 561-573
You. nos is medium in introns as seen in the ocs gene
Not refused. It has two poly-A addition sites and an important
"TATA" box has a transcription start signal. nos compared to ocs
Is the transcription start signal, known as the “CAT” box.
There may be an array before it. Required for nos gene expression
All essential signals are found within 261 bp of the nos transcription start site
(C. Koncz et al., Supra). Agrosinopine sinter
Zea gene and genes equivalent to tms and tmr
On Rasmid (H. Joos et al. (1983) C
ell32: 1057-1067), many transcripts are determined on the map
(L. Willmitzer et al. (1983) Cell32: 1045
-1056). J.C. McPhersson et al. (1980) Proc. Natl. A
cad.Sci.USA77: Is 2666-2670 a crown gall tumor?
In vitro conversion of mRNA encoded by T-DNA
Reported a copy.   Root hair T-DNA transcription has been detected (L. Willmitze).
r et al. (1982) Mol. Gen. Genet.186: 16-22). function
Above, root hair syndrome is a Ti plasmid with a mutation in tms
And Ri plasmids can complement each other (G.M.S.van Slogte
ren (1983) Ph.D. thesis, Rijksuniversiteit te Leide
n, Netherlands)
Sumid (F.F.White and E.W.Nester (1980) J.Bacterio
l.144: 710-720) stimulated crown gall tumor
Seems to be equivalent to   In eukaryotes, DNA methylation (especially cytosine residues)
Group) is correlated with transcriptional inactivation, but relatively
Genes with low levels of transcription are transcribed into mRNA. S.B.Gelvin e
t al. (1983) Nucleic Acids Res.11: 159-174
T-DNA in Ungall tumors is always at least
Being present in one unchilled copy
Was found. T-DNA in which the same genome is methylated
That may contain many other copies of
Et al. That more than one copy of T-DNA is biologically inactive.
Suggests that there may be. (G.Ooms
 et al. (1982) Cell30: See also 589-597)
Treatment of tumor lines with thydin parallels the increase in transcription
Resulting in the demethylation of the T-DNA gene (A.G. Hepburn
 et al. (1983) J. Mol. appl. Genet.2: 315-329). 5
-Azacytidine treatment or cell transplantation is
Have been shown to activate genes (G.M.S.van Slog
teren (1983) Ph.D. thesis, Rijksuniversiteit te Leid
en, Netherlands).   Ti plasmid contains other genes outside the T-DNA region.
And is required for the infection process. (Nopaline
For plasmids, see M. Holsters et al. (1980) Plas
mid3: 212-230, for octopine plasmid, H.D.
eGreve et al. (1981) Plasmid6: 235-248, D.J.Garfi
nkel and E.W.Nester (1980) J. Bacteriol.144: 732-743 and
G. Ooms (1980) J. Bacteriol.144: 82-91)
What is important is the onc gene, which causes tumor formation when mutated
This results in an impossible Ti plasmid. (To Wilence
Thus, these places are known as vir. ) Some o
The nc gene is accurately located and has various Ti plus
Found to be in a conserved region between mids
(H.J.Klee et al. (1983) J. Bacteriol.153: 873-883,
V.N.Iyer et al. (1982) Mol.Gen.Genet.188: 418-42
Four). The onc gene has different plasmid types of T-DNA.
Plant cells and transform them physically into another plasmid.
Functioning as a trance (J. Hille et al.
(1982) Plasmid.7: 107-118, H.J.Klee et al. (198
2) J. Bacteriol.150: 327-331, A.J.de Framond et al.
(1983) Biotechnol.1: 262-269). Nopaline Ti DNA
Can be excised from the Ti plasmid or transferred to the host genome.
T-DNA that may be involved in either of the integrations
Approximately 25 base pairs immediately adjacent to the left and right boundaries of
It has a direction repeat sequence (N.S.Yadav et al. (1982) Proc. N
atl.Acad.Sci.USA79: 6322-6326), similar sequence is Oct
It is recognized adjacent to the boundary of the pin T-DNA (R.B.Sim
pson et al. (1982) Cell29: 1005-1014). Opin minutes
The solution is an octopine-type plasmid or a nopaline-type plasmid
Is specific to each of the occ and noc genes
You. Ti plasmids can also replicate themselves, including the origin of replication
Codes required functions.   Transcripts of the Ti plasmid were obtained from S.B. Gelvin et al. (1981) P
lasmid6: 17-29, Agrobacterium chew
Detected in the mefaciens, where he found that the T-DNA region was non-T
-Was found to be transcribed to a lesser extent than the DNA sequence. T
The characteristics specified in the i plasmid are Merlo,
able II), and Ream and Gordon, outlined above.
I have. TIP plasmid DNA   DNA hybridization (T.C.Currier and E.W.N.
ester (1976) J. Bacteriol.126: 157-165) or system
Restriction enzyme analysis (D. Sciaky et al. (1978) Plasmid1: 238
According to −253), different octopine type Ti plus
The mids are almost 100% similar to each other. Nopaline-type Ti-pu
Rasmids are only 67% similar to each other
(Currier and Nester, supra). Ri that looks different
Plasmids prove to be very similar to each other.
(P. Costantino et al. (1981) Plasmid
5: 170-182). N.H.Drummond and M.-D.Chilton (1978)
J. Bacteriol.136: 1178-1183 is octopine type and nopaline
Relatively small parts of the type Ti plasmid are similar to each other.
It showed that. G. Engler
et al. (1981) J. Mol. Biol.152: 183-208 in more detail
It is positioned on the map. They have four similar areas
Three of them are three (partially overlapping T-DNA
), Four (including some onc genes), and nine
Subdivided into one (having onc gene) similar sequences
Was found. Successive similarities have at least one tra
Gene (for transfer of conjugative transfer of Ti plasmid to cells of other bacteria)
And genes related to replication and incompatibility. This ream
The next region is lysozyme, a different gene in the family Rhizobium.
Sym plasmids from certain species of the genus Bium
(R.K. Prakash et al. (19
82) Plasmid7: 271-280). The order of the four areas is preserved
Although not done, they are all in the same direction.
Some parts of the T-DNA sequence are
Very well conserved between pin plasmids (M.-D.
Chilton et al. (1978) Nature275: 147-149, A.Depick
er et al. (1978) Nature275: 150-153). Ri Plasmi
The octopine Ti plasmid (F.F.White)
and E.W.Nester (1980) J. Bacteriol.144: 710-720)
Nopaline Ti plasmid (G. Risuleo et al. (1982) Plas
mid7: 45-51) mainly for the onc gene
Has broad similarity in coding regions
It has been shown. Is RiT-DNA a Both Type of Ti Plasmid?
Have broad but weak similarity to T-DNA
(L. Willmitzer et al. (1982) Mol. Gen. Genet.186: 16
-22). Plant DNA from uninfected Nicotiana grauka
Is called cT-DNA (cellular T-DNA).
Showing similarity in the parts (F.F.White et al. (1983)
Nature301: 348-350, L.Spano et al. (1982) Plant Mo
lec.Biol.1: 291-300). G.A. Huffman et al. (1983)
J. Bacteriol., Is the region of cross-hybridization
Is located on the map, Ri plasmid pRiA4b is from pTiT37
Is very similar to pTiA6 (octopine type)
Ri plasmids have a region similar to tms but not tmr.
It shows that it seems to be. Their results are Ri T
-DNA is discontinuous and similar to that of octopine T-DNA
Suggest that.   Ti plasmid (M.-D. Chilton et al. (1977) Cell1
1: 263-172) or Ri plasmid (M.-D.Chilton (1.
982) Nature295: 432-434, F.F.White et al. (1982) P
roc.Natl.Acad.Sci.USA79: 3193-3197, L. Willmitzer
(1982) Mol.Gen.Genet.186: 16-22) is part of tumor plants
It was shown to be found in the DNA of cells. transfer
The resulting DNA is known as T-DNA. T-DNA is
Nuclear (M.P.Nuti et al. (1980) Plant Sci. Lett.18: 1
−6, L. Willmitzer et al. (1980) Nature287: 359-36
1, M.-D.Chilton et al. (1980) Proc.Natl.Acad.Sci.U
SA77: 4060-4064) at many sites (D. Ursic et al.
(1983) Mol. Gen. Genet.190: 494-503, J. Memelink et a
l. (1983) Mol. Gen. Genet.190: 516-522), for host DNA
(M.F.Thomashow et al. (1980) Pro
c.Natl.Acad.Sci.USA77: 6448-6452, N.S.Yadav et al.
(1980) Nature287: 458-461). Many non-T-DNA Ti
Plasmid DNA is transferred to plant cells before T-DNA integration
(H. Joos et al. (1983) EMBO J.2: 2
151-2160).   M.F.Thomashow et al. (1980) Proc.Natl.acad.Sci.U
SA77: 6448-6452 and M.F.Thomashow et al. (1980) C
ell19: 729-739 is derived from the octopine-type Ti plasmid.
T-DNA has two different parts of TL−DNA and TR-DNA, it
The left T-DNA and the right T-DNA are incorporated into
I found that. TRAnd TLTumors with different copy numbers
May vary in the series (D.J. Merlo et al. (1980) Molec. Ge
n.Genet.177: 637-643). T-DNA core is nopaline TD
Very similar to NA (Chilton et al. (1978)
, Depicker et al. (1978) supra), necessary for tumor maintenance
Yes, TLAnd generally there is one copy per cell
And encodes tms, tmr, and tml genes
ing. On the other hand, TRCan be omitted as a whole
(M.De.Beuckeleer et al. (1981) Molec.Gen.genet.18
Three: 283-288, G. Ooms et al. (1982) cell30: 589-59
7), usually at higher copy numbers (Merlo et al. (1
980) supra). G. Ooms et al. (1982) Plasmid7: 15-2
9 they are TRIs deleted from the Ti plasmid,
Bacterium tumefaciens a certain Willen
Admitted to haveRIs for T-DNA integration
I hypothesized that they were involved. G. Ooms et al. (198
2) Cell300: 589-597 is T after integration into the plant genome.
-DNA is often deleted by the Ti plasmid,
In terms of stability and T-DNA formation
Tumors that contain a mixture of different cells
Is the result of the occurrence of The osc gene is TLAt the inner
Has been found but does not lose a phenotype similar to tumor growth
Can be deleted from the plant genome. TLLeft and right border of
And TRThe left and right boundaries of are here TLLB (A), T
LRB (B), TRLB (C), TRRB (D), respectively.
The sequence has been determined (R.F. Barker et al. (1983) Pla
nt Mol.Biol.2: 335-350, and R.F.Barker and J.D.K
emp, U.S.Patent application ser.no.532,280), each
Is a 24-base pair imperfectly oriented repeat sequence.
And the same orientation found in either less than nopaline T-DNA
Similar to repetitive sequences. Embedded TLAround LB (A)
Whether the plant DNA on the side is in the same or opposite direction
Is observed to consist of a repeat of the T-DNA sequence
(R.B.Simpson et al. (1982) Cell29: 1005−
1014). M. Holsters et al. (1983) Mol. Gen. Genet.19
0: 35−41 is TLArises from both plant and T-DNA sequences
Aligned co-separated by about 400 bp "linker"
Found that it is incorporated into the pea.   Compared to the situation in octopine tumors, nopaline T-DN
A is integrated into the host genome in a contiguous fragment
(M. Lemmers et al. (1980) J. Mol. Biol.144: 353-37
6, P.Zambryski et al. (1980) Science209: 1385-139
1). Directed tandem repeats were observed. Regenerate from malformed species
T-DNA of the isolated plant is a minor fraction in the fragment at the border of the inserted DNA.
(Lemmers et al., Supra). Right and left
Analysis of contact points between multiple boundaries allows more co-repetitions
One reverse iteration was revealed (Zambrysk
i et al. (1980) supra). Left contact is at least 70bp
It is shown to be diverse up to
Contacts do not change except for a single nucleotide (P. Zambry
ski et al. 1982) J. Mol. Appl. Genet.1: 361-370). Vertical
The left and right borders of the contacts in the queue are over 130bp
Separated by possible gaps. The gap is of unknown origin
And contained several T-DNA sequences. T
-DNA is repetitive and incorporated into the sequence of low molecular weight hosts.
Was found to be embedded. H. Joos et al. (198
3) Cell32According to 1057-1067, Wilrence is usually
After deletion of either one of the nopaline T-DNA border sequences
It is not shown to be caused.   Simpson et al. (1982) supra and Zambryski et al. (19
80) In the above, the co-directional repetition of the border region is due to
-Suggested to be involved in DNA integration. two
The boundaries of T-DNA from two different Ti plasmids are similar
The less specific integration of similar boundaries is that
We support this suggestion (G. Ooms et al. (1982) Plant
 Molec.Biol.1: 265-276).   N.S.Yadav et al. (1982) Proc.Natl.Acad.Sci.USA7
9: 6322-6326 is 10 kilobases in bacteriophage λ.
Also increase universal recombination in distant surrounding DNA
The chi site to be made is located just outside the left end of the T-DNA.
It was found to be on the Palin Ti plasmid. R.B.Simpso
n et al. (1982) Cell29According to: 1005-1014, Oct
If a chi sequence is found at a similar position in the Pin Ti plasmid
Was not. The importance of chi in the Ti plasmid is known
Not in. Manipulation of TIP plasmid   As detailed in the section on shuttle vectors,
Introduce modified DNA sequence to desired location on TIP plasmid
The technology for doing so was developed. With this technology,
Can be easily inserted (D.J.Garfin
kel et al. (1981) Cell27: 143-153). J.-P. Hernals
teen et al. (1980) Nature287: 654: 656 is Ti plus
DNA sequence inserted into the T-DNA (here, bacterial
Ranspozone) translocates and integrates into the genome of the recipient plant
It was shown that. M. Holsters et al. (1982) Mo
l.Gen.Genet.185: 283-289 are bacteria inserted into T-DNA
Transposon (Tn7) is integrated into the plant genome
Is still fully functional and re-separated in an appearance-invariant manner
Showed that you get. Several genes from different origins
Was used to insert foreign DNA, but until now, foreign DNA has been inserted.
The foreign gene usually promotes its own promoter in plant cells.
Is not expressed under the control of a protein. The origin of these genes
The source is rabbit β-globin (C.H. Shaw et al. (1983) G
enetwenty three: 315-330), yeast alcohol dehydrogenase
(Adh) (K.A. Barton et al. (1983) Cell32: 1033-104
3), corn Adh I (J. Bennetzen, unpublished) and
Zein, mammalian interferons and globins,
And the mammalian virus SV40 (J. Schell, unpublished)
It is. However, the nopaline synthase gene
When plant tissue was transformed by insertion into T-DNA,
Was found to be fully functional (C.L.Fink (198
2) M.S.thesis, University of Wisconsin-Madison). beans
Phaseolus vulgaris L.
Phaseolin, a storage protein found in the seeds of
The introduced gene is introduced into the sunflower tumor, where it is released.
Revealed. Transcription is started and terminated at the correct location, and
Intron processed correctly after transcription
(N. Murai et al. (1983) Science222: 476-482, and
And T.C. Hall et al. US application ser.no.485,613,
Which is incorporated herein by reference). A. Caplan et al.
(1983) Science222: 815-821 is pea blow blow
Small 1,5-bisphosphate carboxylase
DNA from the 5 'upstream region of the subunit gene
Of light-induced expression of tobacco by the bacterial chloramph
Enicol acetyltransferase structural gene
Claims that it is enough to be awarded.   Deletion of TIP plasmids by several methods
Can cause. Standard recombinant DNA technology
Shuttle vectors to introduce more created deletions
Can be used. One end that has already been determined
Truncated deletions can lead to inappropriate transposon excision
(B.P.Koekman et al. (197
9) Plasmid2: 347-357, and G. Ooms et al. (1982)
Plamid7: 15-29). J. Hille and R. Schilperoot (19
81) Plasmid6: 151-154 is the predetermined position
Deletion at both ends is due to the use of two transposons
Proven that can be caused. This technology is
Used to construct "recombinant DNA" molecules in vivo
Can be P. Zambryski et al. (1983) EMBO J.
2: 2143-2150 shows very small callus in tobacco
Promotes the formation and leads to the regeneration of plants of normal morphology
Of nopaline T-DNA genes other than nos and transcript a
The use of all deleted vectors has been reported.   The nopaline synthase gene is
DN encoding drug resistance that can be used for cell sorting
Used for A-piece insertion. In plant cells, Tn
The bacterial kanamycin resistance gene from 5 is itself
Is not transcribed under the control of the promoter (J.D. Kemp et
al. (1983) in Genetic Engineering: Applications to
Agriculture, (Beltsville Symp.Agric.Res.7), Ed .:
Before L.D.Owens, pp.215-228; and C.L.Fink (1982)
Out). M.W.Bevan et al. (1983) Nature304: 184-187,
R.T.Fraley et al. (1983) Proc. Natl. Acad. Sci. USA80:
4803-4807, and L. Herrera-Estrella et al. (198
3) EMBO.J.2: 987-995, is Kanamycin resistance from Tn5
Gene (neomycin phosphotransferase
II) after the nopaline synthase promoter
Was. The construct is used to transform plant cells,
Plant cells are better than kanamycin and G418 in culture.
Una showed resistance to the analog. Herrera-Est
rella et al., supra, is Tn7-derived methotrexate resistance
Gene (dihydrofolate reductase) is nopaline sinter
A similar structure, such as one behind a promoter
Reported. Transformed cells are antagonistic analogs of folic acid
It was resistant to certain methotrexate. Similarly, L. Herre
ra-Estrella et al. (1983) Nature303: 209-213 is
Octopine synthase and chloram phenylcholoa
Cetyltransferase (chloramfe in bacteria)
Expression of the enzyme activity of
Under the control of the nos promoter, the structural genes of the two enzymes
At the plant cells.   N. Murai et al. (1983) Science222: 476-482, and
And T.C. Hall et al. US application ser.no.485,614,
Here, the ocs promoter and the ocs promoter are incorporated into the literature.
Bean seed protein at the 5 'end of the structural pin gene
Reported the fusion of phaseolin to the structural gene.
Retains the amino terminus of octopine synthase and
A fusion protein that deletes the amino terminus of phosphorus is
Produced under motor control. Phaseolin sequence
Given intron is correctly processed after transcription.
Singed.   A.J.de Framond et al. (1983) Biotechnol.1: 262−
269 on the construction of "mini-Ti plasmids"
Has been reported. In nopaline T-DNA, the restriction enzyme K
Usually only one site is cleaved by pn I
You. Create a mutation that deletes the site
A Kpn I fragment containing T-DNA was isolated. This fragment is Kana
Inserted into pRK290 together with the mycin resistance gene,
Fruit, Agrobacterium tumefaciens (A.tu
mefaciens) and can retain most of the non-T-DNA Ti sequences.
This resulted in a plasmid that deleted almost everything. By itself,
This plasmid cannot transform plant cells.
won. However, the octopine Ti plasmid carrying
Placed in G. tumefaciens
And the tumor is induced to induce both octopine and nopaline
Was synthesized. The mini-Ti plasmid also has its own T-
When complemented with a DNA-deleted Ti plasmid,
Cells have been introduced. These results indicate that non-T-DNA
Ability to act on T-DNA and trans, deleted nopaline Ti
Rasmid function complemented by octopine Ti plasmid
And nopaline "mini-Ti plasmid"
It has been shown to function in the transformation of target cells. Each
Having octopine T-DNA or onc gene
A similar pair is A. Hoekema et al. (1983) NatureThree
03: 179-180.   Chilton et al. (18 January 1983) 15th Miami Wint
er Symp. is the nopaline synthase gene and the right and left borders.
To delete substantially all T-DNA except for the kingdom,
“Mi-Ti” created by subdivision of “Mini-Ti” using Sma I
We reported on the construction of "clo-Ti".
Inserted into the modified pRK290 plasmid, which deletes the I site,
Used in a manner similar to the Ni-Ti plasmid,
The fruit was obtained. G.A.Dahl et al.US application ser.n
o.532,280 is the T of the octopine-type plasmid pTi15955.LTerritory
Micro-Ti plasmid carrying ocs gene constructed from
Smid has been announced. Overview of the present invention   The method for genetically modifying cells of the present invention comprises the steps of (a)
Has the target promoter region / foreign structural gene conjugate
Transforming a prokaryotic cell with a DNA molecule, resulting in
Detecting the expression of this conjugate in a prokaryotic strain that has been
And (b) dual purpose promoter region / foreign structural gene
Transform plant cells with the DNA molecule containing the conjugate.
The expression of this conjugate in plant tissues that have emerged
Process. The plant of the present invention comprises: (a) a dual purpose plant;
DNA containing the promoter region / foreign structural gene conjugate
Transformation of prokaryotic cells with offspring
Detecting expression of the conjugate in an organism strain; and
(B) Binding of dual purpose promoter region / foreign structural gene
Transforming a plant cell with a DNA molecule having a body
To detect the expression of this conjugate in plant tissue
Inherited by a method of genetically modifying cells, including
Qualified. The DNA vector of the present invention can be identified
One or more dual purpose promoters that can confer a phenotype
Vector having a promoter region / foreign structural gene conjugate
The conjugate is transformed with the vector
The vector that confers an identifiable phenotype on the bacterial strain
It is the only means. The plant tissue of the present invention has an identifiable table.
One or more dual purpose promoters that can give a genotype
Vector having a chromosome region / foreign structural gene conjugate
Wherein the conjugate was transformed with the vector
Only those vectors which confer an identifiable phenotype to the bacterial strain
One means is to include DNA derived from a DNA vector. Book
The plant of the invention may also provide an identifiable phenotype.
Or more dual purpose promoter regions / foreign structures
A DNA vector having a gene conjugate, wherein the conjugate
Can be identified as a bacterial strain transformed with the vector.
DNA is the only means for the vector to confer a phenotype
It is derived from a plant tissue containing DNA derived from a vector. Sa
Furthermore, the bacterial strain of the present invention may confer an identifiable phenotype
One or more dual purpose promoter regions / foreign
Bacterial strain containing DNA vector with structural gene conjugate
Wherein the conjugate confers on the strain the identifiable phenotype
The only means, including DNA vector.   One of the objects of the present invention is that the gene
And is exogenous and not expressed in other ways,
Expression of structural genes in both plant and bacterial cells
To provide a way to promote it. For this purpose
In the execution, the dual purpose promoter region / foreign structural remains
A gene conjugate is provided. It is shaped by its union
Confers an identifiable phenotype on transformed cells
In plant and bacterial cells linked to foreign structural genes
Is a DNA sequence that can restrict the transcription of the structural gene. Already
One of the purposes is to make the protein encoded by the foreign structural gene
And, if it is an enzyme, its gene
Is seen in cells that have
Metabolites or compounds not found or found
Special plant tissues that are retained or deleted or
To serve plants. For other purposes, eukaryotic organisms
Predictions in prokaryotes of structures designed to
Providing a method for pilot experiments and, alternatively, for selection
And thereby both eukaryotic and prokaryotic transformations
The purpose is to provide a method by which cells can be identified. It
Other purposes and advantages will become apparent from the following description.
Will.   The present invention conserves introduced and expressed foreign structural genes.
A plant consisting of genetically modified plant cells
Offer. And the foreign structural gene is easy to understand.
For example, a transcriptional regulatory element capable of expressing T-DNA in a plant derived from 1450bTx.
Expressed under row control. Furthermore, the present invention relates to T-DNA
Transcriptional sequences that can be expressed in some plants
Direction that can be expressed in plant cells under the control of rows
And genomes containing foreign structural genes inserted at intervals
A plant tissue comprising a plant cell having Also, T−
A new strain of bacteria that retains and replicates DNA is provided
You. And the T-DNA is plants and bacteria derived from T-DNA.
For promoter regions that can be expressed in plants,
Can be expressed in bacterial cells under the control of the above promoter region
Foreign structural inheritance inserted in the orientation and spacing such that
It is qualified to hold children. In addition, books
The invention retains the ability to replicate in bacteria and contains T-DNA.
In addition, a new and convenient tool for transforming plants
A new vector. In addition, the vector is
Plant cells under the control of the native promoter region or
The T contained in the vector so that it can be expressed in bacteria
-Contains a foreign structural gene inserted into the DNA. Even better
Also disclosed are bacterial strains carrying the above vectors.   The experimental work presented here is for both eukaryotic and prokaryotic organisms.
That cause transcription of a single copy of the structural gene
Describes a DNA molecule with motor activity. Dual purpose
The effectiveness of the promoter / regional foreign gene combination
A person skilled in the art of transforming a product
And to facilitate other manipulations of the DNA sequence.
Prior to transformation into eukaryotes, foreign structural inheritance in prokaryotes
The ability to express offspring means that the structure is correctly assembled
To verify that the recombinant DNA structure
It allows you to examine functionally. Genetic marker generation
This promoter region, when used to control
Yet other benefits of the area become apparent. Markers are plants
For selective drugs that are toxic to both bacteria, eg antibiotics
Promoter or resistance
Single DNA sequence containing region and foreign structural gene is transformed
Identify or select whether the replacement cell is bacterial or plant-derived
Can be used for Dual purpose promoter region /
Structural gene conjugation means that the conjugation
For the expression of identifiable phenotypes conferred by cells in cells
This is particularly useful if this is the only method. Two
Purpose, ie selection (or selection) in plants and
Single DNA sequence for selection (or selection) in bacteria
The use of sequences can be used for DNA carrying such markers.
It is possible to reduce the size of the molecule,
To facilitate recombinant DNA manipulation and cell transformation procedures
You.   The present invention provides a method for controlling a dual purpose promoter region.
Foreign structural gene and a polyadenylation site,
Binding of the above promoter / gene / polyadenylation site
Can be applied to cells by any method known to those skilled in the art.
Inserted. More clearly, to be clear, here
The present invention as represented, after introduction via T-DNA,
The foreign structural gene is controlled under the control of T-DNA 1450bTxPR and
Insert before the polyadenylation site and use known methods
By introducing T-DNA containing the insert into plant cells
Transcriptional regulatory elements that can be expressed in certain T-DNA-derived plants
Sequence, ie, foreign structural gene under the control of 1450bTxPR
Further includes expression in plants and bacteria. Once, two
Generating foreign structural genes under the control of the original target promoter region
Once the plant cell to be obtained is obtained, it is well known to those skilled in the art.
Using methods and techniques, from which plant tissues and plants
The whole can be played. The regenerated plants are then
Genes that are propagated and transduced in the usual way
Transfer to other strains and cultivars using normal plant breeding techniques
Can be. In principle, the present invention relates to foreign DNA (for easy understanding)
To put it another way, T-DNA) can be introduced using the DNA
To any plant that can exist stably replicated,
Applies to any introduction of a foreign structural gene. one
In general, these classifications are currently not limited to this
Igari, sunflower (compositae), tobacco (solanasa)
C), purple coconut palm, soybean, and other beans
Family (Regminosaceae), cotton (Marbassaceae),
And most plants.   The present invention relates to useful structural genes from other species, organisms and strains.
Inserts bacteria, plant cells, plant tissues,
It is also useful for genetically modifying whole plants. So
However, useful structural genes such as
But not to communicate an identifiable phenotype such as:
Genetics included: improved against extreme heat or cold
Resistance; anaerobic conditions (eg, flooding), drought, or immersion
Improved resistance to osmotic pressure; insects (eg Bacillus
Insecticidal poisons like the crystalline protein of Thuringiensis
Element), spiders, nematodes, or parasitic pests,
Improved resistance to fungal or viral diseases
Or tolerance; yeast that is not normally present in the tissue or plant
Production of elemental or secondary metabolites; improved nutrition (eg
For example, lectin, or zein or phaseolin
Storage protein), flavor (eg, thaumatin)
Sweet protein), or fiber or human or animal food
Properties in the processing when used; altered forms
Scientific characteristics or modes of growth (eg, from insects)
Leaves to protect plants, discoloration and change pleasing to aesthetics
Growth habits of corrected plants, corrective plants, it takes to mature
Reduced time for gene expression or communication in tissues
Expression at a time when it is not normally expressed, etc .; male sterility;
Improved photosynthetic capacity (including reduced light respiration);
Nitrogen fixation; improved nutrition intake; against plants
Improved resistance to harmful substances (eg glyphosate
Or triazine); increased cereal yield; to other plants
Improved competitiveness; genetically modified cells
A new genetic marker; One genetic marker
Or more characteristic nucleic acid sequence; protein, heredity
The presence of offspring products or phenotypes that were somehow identified
Can be used to improve the identification of germ cells by
Wear. Genetic markers can be genetically linked or
When transformed, artificially introduced DNA sequences, or other
Phenotypic transfer to other genotypes by (eg, sexual) methods
To facilitate movement or by patent or plant line
Promote the identification of plants protected by protection certificates
Is an unmodified plant, plant cell, or bacterium
Et al., The genetically modified plants and plant cells of the present invention.
Vesicles or bacterial cells can be distinguished. If cell
Resistance to selected drugs in tissue culture (or
Is resistant) (ie selectable marker), and during selection
Easily recognizable markers (eg clear cell surface
Easily recognizable, like the original or enzyme, or visually
(A selectable marker such as β-galactosidase).
It is also a useful genetic marker. Neomish from Tn5
Encodes phosphotransferase II (NPT II)
The effect of kanamycin and its analog compounds
Genes that confer a resistant phenotype (kan
), A promoter that naturally controls 1450bTx expression
The invention is illustrated by being under the control of the
You. The promoter / kan conjugate is characterized by this conjugate.
Can be used for detection and selection of transformed cells
You. As will be appreciated by those skilled in the art, eukaryotic and prokaryotic organisms
Choose any DNA sequence linked to this conjugate
Cells transformed with the linked DNA sequence
Therefore it will be identified. Lectin structural gene 14
By placing it under the control of the 50bTx promoter region,
The invention is further illustrated. Lectins are nutritionally important,
Phaseolus vulgaris (legume) seed cotyledon tampa
It is. Introduction and expression of lectin structural gene
Increases protein content and changes the nutritional value of various cereals
Can be used to Other uses of the invention
Develop characteristics of other structural genes introduced into various plant species
Emissions will be readily apparent to those skilled in the art.   The present invention further provides for transcription under the control of the 1450 dTx promoter.
Sub-Ti plasmid containing the foreign structural gene
It is.   Direct repeats involved in incorporation of T-DNA into plant genome
Sub-Ti substrate having a sequence and one or more opine synthesis genes
The use of rasmid has the following advantages: 1, onc genetic
Transformed tissue culture or pro
It is easy to obtain regenerated plants from toplasts. 2, opin
Synthetic genes are used to identify plant cells or tissues with integrated T-DNA.
Can be used to determine
Other articulated or co-transformed
The gene that is). 3, plant cells are TL− DNA alone, TR
-DNA alone or TL, TR-Transformed with both DNA
You. In transformed plant cells, TR-See multiple copies of DNA
Is actively transcribed, so TL-All or one piece of DNA
The deletion of the part is due to the absence of various onc genes,
Is efficiently expressed. 4, The sub-Ti plasmid is small.
Therefore, many operations required for transformation are simplified.
it can.   FIG. 1 shows S.J.Karcher et al. (1984) Mol.Gen.Gene.
T-DNA region of octopine-type Ti plasmid obtained from T.
FIG.   BamHI fragment 30 'is located between BamHI fragments 8 and 30.
You. The line under the restriction map is E9 tobacco tumor
The DNA region contained in the tumor cell lineage is shown.   Fig. 2 shows the T paper taken from Karcher et al.RDNA
Is a restriction map of 5 TRTranscript location on map
And the polarity. The restriction enzymes shown are BamH I,
EcoR I, Hinc II, Xba I, Sst I, Cla I, Hind III, Pst I,
And Sal I. T by the above enzymeRAll cuts in
The site is not included in the map.   FIG. 3 shows the DNA experimental procedures used in Examples 2.2 to 3.4.
It is a schematic diagram of the work, and the size is not accurate. To restriction enzymes
Therefore, the site to be cleaved indicates the name of the enzyme. To restriction enzymes
Therefore, the site that is no longer cleaved is the name of the restriction enzyme.
This is indicated by parentheses before and after. Promoter
Or the size and polarity of the structural gene are indicated by arrows.
Was. Plasmid names should be written circularly
I wrote in that time. “Ex” means an example, a special
The operation is described. These uses are illustrated in FIG.
I used it.   Figure 4 shows the 1450bTx promoter region and NPT II structural inheritance.
A graph showing the growth characteristics of bacterial cells having an offspring conjugate
It is. This promoter region is
It is active in mu
Combination with the gene confers kanamycin resistance.   Fig. 5 shows the outline of the DNA experiment procedure described in Example 6.1.
It is a schematic diagram. Detailed description of the invention   The following terms are defined in the patent specification and claims.
Ambiguous range of meaning and meaning of these terms in the range
It is for removing the height. Promoter; located at the 5 'end of the structural gene
Sequence involved in the initiation of transcription. The present invention has two
Promoter activity (eukaryotic promoter activity and prokaryotic promoter
Activity is present in the promoter region of the T-DNA sequence
It consists of doing. As a result, the foreign
Transcription of the structural gene DNA sequence in eukaryotes and prokaryotes
That is, the smell of certain plants and Gram-negative bacteria
It became possible. Naturally, the T-DN illustrated here
A promoter region sequence in the crown gall of 1450bTx
Causes transcription. Expression under the control of the promoter is directly
It may take the form of indirect expression or fusion protein expression. former
In the type, the structural residues that are normally governed by the promoter
For removing part or all of the gene and inserting foreign structural genes
Therefore, it is replaced. And the initiation codon is T-DNA structural inheritance
The remaining part of the child or the inserted structural remains
The one of the gene is used. In the latter type, the existing T-DN
A Make sure that the reading frame fits within the structural gene.
The whole or a part of the gene is inserted. At this time, the translation
The product is a fusion protein. Eukaryotic promoter sequence
Is about 10-30 bases of the 5 'end (cap site) of mRNA
5 '... TATAA ... 3' on the pair (bp) 5 'side
The presence of a DNA sequence homologous to the basic sequence
It is commonly recognized. About 30 bp 5 'of the TATAA sequence
Another promoter of this sequence 5 '... CCAAT ... 3'
You can see the sequence. Initiation of translation is generally performed at the cap site.
The most efficient is from the first 3 'AUG. Polyadenylation site; this term is transmitted in eukaryotes
Nucleic acid sequence capable of inducing polyadenylation of RNA (mRNA)
Means That is, after transfer is completed, polyadenylic acid
A "tail" is added to the 3 'end of the pre-mRNA. Poly
The DNA sequence at the adenylation site may be natural or artificial, prokaryotic,
Or eukaryotic genomic DNA or cDNA derived from mRNA.
It is a mixture of sequences derived from the report. Polyadenylation unit
The position has homology to the basic type 5 '... AATAAA ... 3'
Is recognized by the presence of the DNA sequence. However, transcription
Partial variation in distance from 5 'to 3' end of product
It is not uncommon for "read" and tandem duplication of basic sequences. “Po
The basic type of “readenylation site” is polyadenylation itself.
Determine the position of the 3 'end of the mRNA, not the position of the body
(N. Proudfoot (1984) Nat
ure307: 412-413). Transcription regulatory sequence; this term is adjacent to a structural gene
Refers to the promoter / polyadenylation site combination
You. Promoter adjacent to a specific foreign structural gene
And polyadenylation DNA sequences are genes of the same origin (eg,
For example, a set of two T-DNA transcripts) or
Genes of origin (for example, sequences derived from T-DNA
Products, molds, yeasts, eukaryotic viruses, bacteria and synthetic sequences
A set of non-T-DNA derived DNA sequences)
There is no. Foreign structural gene; the term is used here for foreign RNA, protein
Quality of the gene including the DNA sequence encoding the polypeptide
Means a part or a part of gene including translation initiation codon
I do. A foreign structural gene is a cell into which the gene has been introduced.
May encode a gene product not normally found
is there. The term also refers to the genetics that naturally exist in the cell.
A copy of a structural gene introduced artificially, even in the offspring
Also means Foreign genes include prokaryotic DNA, eukaryotic DNA, and episomal DNA.
DNA, plasmid DNA, plastic DNA, gene DAN,
cDNA, viral DNA, viral cDNA, chemically synthesized DNA, etc.
Part or whole origin. The foreign structural gene is
Has one or more modifications at the coding or untranslated site
Are also considered. This modification affects the biological activity of the expression product.
Effects on the sex, chemical structure, rate of expression and mode of expression regulation.
It is thought that it will be lost. This qualification may be one or more
Mutations, insertions, deletions, substitutions, and expression products of the above nucleic acids
Localization and translocation of expression products without changing the chemical structure of
"Silent" affecting transport, secretion or stability
Including, but not limited to, modifications. Structural genes are coordinate
May consist of only the
One or more points, synthetic or natural
May contain Ron. This intron is appropriate
Functional splices at both ends. Structural gene
Is a constituent protein, whether chemically synthesized or natural.
It consists of a site that encodes white matter. This constituent protein
Is external to cells in which the gene has been introduced and expressed.
Or is partially derived from a foreign protein.
You. Foreign structural genes are fusion proteins, especially transcription regulatory sequences.
Fused with part or all of the structural gene from which
May be available. Dual purpose promoter region / foreign structural gene conjugate; book
The term is used for multiple promoter activities, such as eukaryotic promoters.
And prokaryotic promoter activity
Means a foreign structural gene. This promoter activity
The sex sites need not overlap, ie, eukaryotic and
Prokaryotic promoter activity is not physically identical
May or may be. For example, eukaryotic promoters
DNA sequences with different activities and prokaryotic promoter activities
May be on top. The distance between both promoter activities is
In the present invention, the relationship between prokaryotic promoter activity and structural genes
Unless there is a prokaryotic transcriptional endpoint in the
Eukaryotic mRNA transcription termination between the site and the coding sequence
Insignificant as long as no signal is present. Plant tissue; the term includes the differentiated and undifferentiated tissue of a plant. This
Like roots, foliage, pollen, seeds, crown gall
Plant cultures such as embryos and calli as well as tumor tissues
Various aggregates of cells are also meant. Plant tissue is a plant
In or in organs, tissues or cultured cells
U. Plant cells; in the context of plant cells in plants, in plant culture
Plant cells and protoplasts. Bacterial cells; for use herein as biologically pure cultures and
Including but not limited to those dispersed in the environment
Includes cells in culture.   The definition of the DNA fragment is defined in FIG. 1 and FIG.   Generates a dual purpose promoter region / foreign gene conjugate
The generation of the resulting genetically modified cells is disclosed herein.
Special knowledge and various technologies and means in the field.
It is a combination. In most cases, the entire program
Other means exist at each stage of the process. The choice of means is two
Basic measures for the introduction and stable maintenance of the original target conjugate
Selection of the plant system, the plant species to be modified and the desired regeneration
The means and special foreign structural genes or
Depend on variables such as the motor
Can be selected and used by the vendor to achieve the desired result.
There is another process step. For example, a dual purpose promotion
The starting point for obtaining the data region is pT
Illustrated in T-DNA isolated from iA6, other phases
Appropriate modifications are promoted in the DNA sequence of the homosexual Ti plasmid.
As far as isolation and manipulation procedures of the
You can. (Often pTi15955 is used without modification
It is. ) Binary not derived from 1450bTx gene shown here
The promoter region of interest may be found or constructed
U. Homology genes may be determined by one of ordinary skill in the art under conditions of appropriate stringency.
Under the cross-hybridizing ability of homologous nucleic acids, or
Identified by nucleic acid or protein sequences familiar in the art
Will be. Genetics used or disclosed in this application
It is understood that there are slight sequence variations within the child
Would. These variations are standard techniques that can be manipulated by those skilled in the art.
And the promoter of such homology gene
-Area will be available. Exogenous genes to plant cells
If new means for stable insertion of
In order to achieve the desired result, the
You will be able to choose between stages. The basic aspect of the invention is binary
Properties of the target promoter region and a single copy of the foreign structural gene
To produce expression in prokaryotic and eukaryotic regenerants
Is its use. Another aspect is the sex of foreign structural genes
Quality and structure, and insertion and expression in bacterial and plant genomes
There are means for Getting Genetically Modified Plants
The remaining step in the implementation that is desired for
Insertion of 450bTxPR / structural gene conjugate, monitoring bacterial expression
Visual and modified T-DNA stably as part of plant cell genome
Transfer and transformation of modified T-DNA into plant cells to be incorporated
Stages of selection and detection of transgenic plant cells, and first transformation
Of transgenes and other coexistence from cultivated strains to practical cultivation
Including the step of transferring the transferred or simultaneously transferred DNA sequence.
Techniques for in vitro culture and regeneration to whole plants, and
There is monitoring of expression in transgenic plants.   The basic aspect in its desired embodiment of the present invention is the insertion
Gene is under the control of 1450bTxPR, ie
T between the active promoter region and the polyadenylation site
-The construction of DNA derivatives, these terms being defined above
Was. Structural gene is in correct position with respect to promoter region
And must be inserted in the direction. There are two perspectives on location
is there. First, the structural gene is inserted on either side of the promoter.
It is about whether it is entered. Most promoters
Controls initiation of transcription and translation in only one direction along DNA
It is known that DNA under promoter control
The region is "downstream" of the promoter, or other expression
It is said to be "after" or "on the 3 'side." Accordingly
In order to be controlled by the promoter,
Correct Insertion Position Should Be "Downstream" of Promoter
Must. A second aspect of location is the promoter
Known functional elements, such as the transcription initiation site,
It relates to the distance in base pairs between translation initiation sites.
The promoter has substantial variation in this distance.
It seems to be. Therefore, the structural requirements in this regard
Is best described by the word functional. the first
Approximately, sensible action is based on promoter and insertion
Promoters in which the distance between foreign structural genes normally controls
Obtained when the distance between the protein and the gene is close. Orientation
Is related to the direction of the structural gene. Eventually
Part of the structural gene encoding the amino terminus of the foreign protein
Is called the 5 'end of the structural gene, while the protein carb
The end encoding the amino acid near the xyl end is a structural gene
Called the 3 'end. The correct orientation of the foreign structural gene is
5 'end near the promoter. Fusion protein
Additional requirements for expression-driven construction are:
The fusion of two structural genes means that the coding sequences of the two genes are the same.
Must be in the same reading frame phase
And the structural requirements are well known in the art.
I have. Exceptions to the requirement of this phase are two introns
When the coding sequence derived from the structural gene of
Exist. In that case, both structural genes are compatible splices
Site must be retained, and intron
The chair part has the correct reading frame, but the intron
Is removed by post-transfer processing,
It must be in a position that will be preserved in the stage. Departure
Differences in control of current speed or development are due to another foreign structural gene
50bTxPR derivative or other dual purpose promoter region
Will be observed when inserted under control. Expression speed
Degree also depends on the secondary structure of the resulting mRNA, especially the stem-loop structure.
It is greatly influenced by the details of the structure. Familiarity in the field
In addition, the translation rate in prokaryotic cells depends on the AUG translation initiation site.
5 'ribosomal RNA binding sequence (J. Shine and L. Dalga
rno (1974) Proc.Natl.Acad.Sci.USA71: 1342-1346)
And will be affected by the presence of
Translation speed of a special nucleotide near the AUG (M. Kozak
(1981) Nucl.Acids Res.9: 5233-5252)
Will be. Stability of the expressed protein itself, between cells or
Subcellular localization or secretion, solubility, target specificity, and
Properties that include and are not limited to other functional properties
Differences in the insertion site and fusion protein in the case of the fusion protein.
Length and properties of the foreign protein part
It will be observed that it depends on the effect of the folding structure
And all of them contain plant cells, plant tissue and
Depending on the physiological properties required of the whole plant
Manipulate and control the functional properties of protein products
There are numerous opportunities. Similar to the promoter region, poly
The adenylation site is also correct for the 3 'end of the coding sequence.
Must be in position and direction. Foreign structural gene
Provides the origin of the 3 'end of the protein and the polyadenylation site
Fusion proteins between polypeptides encoded by different DNA
It is possible.   As will be appreciated by those skilled in the art,
Some sequences to be compatible with translation and transcription functions
More specifically used Cla I promoter / structural inheritance
Replaced by child structure. Of the fragment that carries the structural gene
The restriction sites at the 5 'and 3' ends may be the same
It may be different. Specific at both ends of gene fragment
The use of sites with cohesive ends of different sexes is automatically configured.
The gene in the correct orientation after 1450bTxPR.
And If the restriction site has an incompatible end,
Convert them to blunt ends using methods well known in the art
And the blunt ends are ligated together. Suitable linker, ada
The use of a putter or coupler is also compatible with 1450bTxPR.
In some cases, it is effective in forming connections between
And this has been proven to those skilled in the art and is shown again here.
You.   People who actually perform plant transformation have structural genes
It is expressed in bacterial hosts as well as in plant cells
You will notice a number of situations. However, transformed cells
As genetic markers for identification and / or selection of
Use of 1450bTxPR to bring about expression of a functional gene
Is particularly useful and is exemplified here (examples
4). Transformation of cells, both prokaryotic and eukaryotic, is
Special recombinant D that retains Kerr and contiguous DNA sequences
A method for easily identifying cells transformed by NA molecules
This is most easily achieved when Single marker
The use of 1450bTxPR for effective expression is
Eliminate the need to introduce a second marker into the conversion vector
Let Furthermore, the absence of a second marker is important for transformation.
Vectors can be miniaturized to make them, and DNA
This results in ease of operation and an increase in transformation efficiency. I
However, if a special marker is placed after 1450bTxPR,
As is known in the art, a positive effect on gene rearrangement
You have to be careful about homologous sequences with other parts of the mid
No. For example, TLonc gene and TR1450bTxPR / kan combination
The kan gene used to select for deleted homozygous diploids
The offspring have undergone recombination and have no intervening T-DNA sequence
Produces a reversal. More than 1 copy of 1450bTxPR
Used to effect expression of a large number of different foreign structural genes
The same is the case when you have to pay attention.   As will be apparent to those skilled in the art,
Region / foreign structural gene conjugate is the plus
Any convenient way to remove the combination from the mid
Restriction sites and plant transformants or selected shuttle vectors
Between the restriction sites convenient for insertion into the
U. The position of the insertion site of the dual purpose combination in T-DNA is
The transfer function of the sequence at the adjacent T-DNA boundary is not impaired
As long as it is not strict. Because, in previous research,
These regions are used to insert the modified T-DNA into the plant genome.
It seems to be essential to the entry. The preferred insertion site is
Also actively transcribed regions, especially TR, And 1450bTx
It is in the area that includes. The dual purpose combination is inserted
T-DNA can be obtained from any TIP plasmid, and
This conjugate is inserted by standard techniques familiar to those skilled in the art.
You. Transcription and translation of endogenous T-DNA or vector genes
The orientation of the inserted plant gene with respect to orientation is not exact,
Both of the possible directions are functional. Expression speed in plants
The difference in degrees is due to the fact that a gene is inserted at a different position in T-DNA.
And DNA methylation and
And chromatin structure.   Binary target conjugate and any desired linked DNA
-A convenient method for insertion into DNA, as described in the background section
First, the plasmid was cloned into Escherichia coli.
Small pieces of T-DNA inserted (there is a desire to insert between these pieces)
Are available. this
A piece of T-DNA is a restriction site, preferably a shuttle vector.
Including special parts in the Binary target conjugate is T-DN
It can be inserted at a special site in the A sequence, and
Shuttle vector is a suitable Agrobacterium strain,
If possible, the T-DNA will be combined with the T-DNA fragment of the shuttle vector.
Transfer to cells with homology. Transformed agroba
Cuterium strain shuttles existing small pieces of Ti plasmid
Double homologous set such that it is replaced by a small piece of T-DNA in the vector
Under conditions that allow the selection of the transmutation (homopartial diploidization) phenomenon
Propagate if possible. However, the present invention does not
Is limited to a double homologous recombination mechanism
It should be noted that there is no shuttle vector (probably
Has only one continuous region of homology to T-DNA)
Single site homologous recombination (co-integration), with
Bacterial transposer with promoter region / structural gene
Dzon insertion is also effective in inserting this conjugate into T-DNA
Means.   In accordance with the policy just described, apply modified T-DNA
Can be transferred to plant cells by any technique in the field.
You. For example, this translocation may be a foreign structure incorporated into T-DNA.
Of Agrobacterium strains
Direct infection or plant cells and this Agrobacterium
Most easily achieved by either co-culture with the strain
You. In the former technique, direct infection, the tumor site or
Brings the appearance of a crown goal. Crown gall cells
Can then be grown in culture, and
Complete plants containing inserted T-DNA fragments under known suitable circumstances
Can be regenerated to the body. The technology of co-culture enables plant cells
Is transformed, ie, the transferred T-DNA is
And inserted into the plant cell genome. In both cases,
Transformed cells are selected or distinguished from non-transformed cells.
I have to. Selection is in addition to TxCS / foreign structural gene
To prepare a selection marker incorporated into T-DNA
More easily achieved. Examples of published markers and
And methotrexate-resistant dihydrofolate resin
Dactase or nopaline synthase promoter
Neomycin phosphotransfer expressed under control
There is Rase II (NPT II). Each of these markers
Methotrexate or kanamycin or its
Selected by growth on a Nalog-containing medium. Heavy metal io
Toxic effects of metallothinine are reduced by the presence of metallothionein.
obtain. In fact, the invention is suitable for the selection of transformed plant cells.
Selection marker, 1450bTxPR / NPT II structural gene conjugate
An example of creation was given. In addition, T-DNA is
Ri, a gene that controls hormone-independent growth of induced tumors
-Genes controlling abnormal morphology of induced tumor roots, and
Controls resistance to toxic substances such as amino acid analogs
Gene, such resistance can be determined by opin synthase (eg, oc
s), but possesses intrinsic markers such as
I do. Selection methods familiar to those skilled in the art include analysis of opine production,
Specific hybridization to characteristic nucleic acid sequences
Or ELISA (“enzyme linked immunosourcing”
"Bunt assay"), radioimmunoassay,
Specific protein immunity, including and Western blots
Includes, but is not limited to, epidemiological analysis. Further out of expression
The phenotype of the foreign gene can also be used to identify transformed tissues
Yes (for example, antibiotic resistance or Bacillus
Insecticidal activity of Ngensis crystal protein).   Dual-purpose conjugates inserted as an alternative to shuttle vector tactics
Containing modified T-DNA or modified T-DNA,
There is the use of plasmids that can replicate independently in Lium strains.
Recent evidence in the background suggests that Agrobacterium strains
-Has the function of promoting the transfer of DNA to plant cells.
Including trans-acting genes, such plasmids
Transfer of plant cells from Agrobacterium strains to plant cells
showed that. Contains T-DNA and is among Agrobacterium strains
The plasmid that can be replicated independently at
Or called a sub-Ti plasmid. Sub-TIP Plasmi
Changes in the amount of T-DNA it contains
Exists. Is one extreme of this variation a TIP plasmid?
It retains all of their T-DNA and is sometimes
-TIP "or mini-Ti plasmid.
Extreme is that all but the amount of DNA near the T-DNA border is deleted
In the remaining part, the sub-TIP plasmid is transferred to the host cell.
Is the minimum necessary to be captured. This
Plasmids such as "Micro-TIP" or Micro-Ti
Call. Sub-TIP plasmids are small and directly manipulated
Is relatively easy, and shuttle vector
The advantage that there is no need to transfer genes from
There is a point. After inserting the desired structural gene, the T-DNA
Plants containing a trans-acting vir gene that facilitates translocation
It can be easily introduced directly into cells. Agrobacterium strain
Introduction to the technology is well known to those skilled in the art,
Transformation of terium strains or conjugation transfer from donor bacterial cells
Easily accomplished by any of New DNA sequence
For the purpose of introduction into the plant genome, TIP plasmids and
And sub-TIP plasmids are considered functionally equivalent.
Should be. Example 6 generally uses TRBased on
Disclosure of the TIP plasmid and further discussion
U.   A preferred embodiment of the present invention is a dual-purpose promoter region.
/ The foreign structural gene conjugate to the plant to be transformed
Agrobacterium based on T-DNA for introduction into the genome
In the lium-mediated system, but the transition and incorporation of this conjugate
Other means for this are also included in the scope of the present invention. Second element
For stable integration of a genetic conjugate into the plant genome
Means include virus genome, mini chromosome
Homologues to chromosomes, transposons and plant chromosomes
There is the use of vectors based on heterologous recombination.
Not limited to Another introduction of these vectors into plant cells
The method may be liposome containing vector or bacterial sphero.
Fusion with plast, microinjection, virus coat protein
Encapsulation followed by a process similar to infection,
Of plasma membrane by laser, laser or chemical agent
Direct uptake of DNA after induction, but not limited to
No. Means of transfer uptake and / or expression are also provided by the present invention.
Included in the outlook. Agrobacterium cells and TIP
Based systems rely on the transfer of DNA from bacteria to plant cells.
Can be used to transform cotyledons; other vectors
Based systems or vector transfer means are monocotyledonous and
All gymnosperms, including cotyledons, and all angiosperms
Can be used for transformation of the product.   Regeneration of transformed cells and tissues achieved by known techniques
Is done. The purpose of the regeneration phase is normal, but incorporated
Obtain a complete plant that grows and proliferates while retaining T-DNA
That is. Regeneration technology follows T-DN
Depending on the origin of A, the nature of the modification and the transformed plant species
Changes to some extent. Transformed with Ri-type T-DNA
Plant cells can be obtained without any additional experimentation using techniques familiar to those skilled in the art.
Can be easily reproduced. Transformed by Ti-type T-DNA
Plant cells may, in some cases,
It can be reproduced by an appropriate operation. But hope
Alternatively, the Ti-transformed tissue may have a T-DNA of tmr and t-DNA.
Most mutations in one or both ms genes
Played easily. Inactivation of these genes is
Orient the hormonal balance of the tissue normally, and
In order to be able to manipulate the Lemon level very easily,
Regenerates easily due to its more normal hormonal physiology
Become a plant. If mutations in tmr and tms are shuttle vectors
Introduced into T-DNA by double homologous recombination using
If the mutation is introduced, the introduction of the mutation
Selection in a different manner than the introduction of the region / structural gene conjugate
It is important to note that this must be done. For example, before
Tmr and tms inactivation in chloramphene
Selection based on call tolerance
Foreign gene selection is performed with kanamycin resistance. tms
Inactivation of the tmr and tmr sites
Or insertion of one or more bases in the promoter
Insertion, deletion, or substitution, ie, inactivation of the promoter
Achieved by mutations that measure degradation or disruption of protein structure
Will be done. (Generation of suitable mutations is described in T.C. Hall et al.,
US application ser.nos. 485,613 and 485,614 and back
Examples are given in the literature cited in the scenery. In one example,
Tumor cells have integrated T-DNA and nopaline syn
Expresses a T-DNA gene such as a
Expresses the inserted plant structural gene.
Can be played. This shoot has roots
It can be maintained by vegetative cells by grafting to plants, and
To produce fertile flowers. This shot is this
Thus, the foreign structural remains having T-DNA inserted therein
Provide parent plant material for normal progeny plants that express the gene
Offer.   The genotype of the plant tissue to be transformed
It can grow and regenerate in vitro and is sensitive to the selective agent used.
As it is, it is often chosen for ease. Agriculture
Culturally interested crops are not suitable for this operation and
Variants are transformed first. After playback,
Introduced dual-purpose promoter region / foreign structural remains
Gene conjugates and any articulated and / or joint
Transferred DNA to easily cultivated agricultural cultivation, plant breeding
And techniques well known to those skilled in the field of plant genetics.
You. First by sexual crossing of agricultural and transformed plants
Hybrids are formed. These hybrids are then desirable genetic background
Backcrossed with plants with Descendants are always inserted foreign DN
Consecutive presence of A or caused by inserted foreign DNA
New phenotypes as a result of the expression of
Selection and / or sorting. Like this
Agriculturally desirable after multiple backcrossing and sorting
Have essentially the same genotype as the parent, and
Combined plants can be created. Example   In the following example, TIP and Agrobacterium
For those skilled in biology and manipulation,
Utilizes many of the techniques that have been developed and are easy to do; this
These methods are cited unless detailed here.
Detailed in one or more of the references
You. Enzymes are purchased from commercial sources and recommended by the seller or
Used by other variations of the art. Reagents, buffers and
Also, culture conditions are known to those skilled in the art. Such a mark
Reference materials including quasi-technology include the following:
R. Wu, ed. (1979) Meth. Enzymol.68, R. Wu et al. (1
983) Meth. Enzymol.100and101, L. Grossman and K.M
oldave, ed. (1980) Meth. Enzymol.65, J.H. Miller (197
2) Experiments in Molecular Genetics, r. Davis et a
l. (1980) Advanced Bacterial Genetics, R.F.Schleif
And P.C. Wensink (1982) Practical Methods in Mole
cular Biology, and T. Maniatis et al. (1982) Molec
ular Cloning. In addition, R.F.Lathe et al. (198
3) Genet.Engin.4: 1-56, useful for DNA manipulation
I have an explanation.   Under the name of isolated restriction endonuclease
Use in the text, for example “Bcl I”,
Sequence sites that are susceptible to the action of the enzyme
The enzyme in an enzymatic reaction, unless it represents a restriction site
Represents the use of In the text, the restriction site is called "site"
Additional use of terms such as the term "Bcl I site"
More displayed. Additional use of the word “fragment”,
For example, the “Bcl I fragment” is produced by the action of its naming enzyme.
Represents a linear double-stranded DNA molecule that retains its terminus (eg,
Restriction fragment). Phrases such as “Bcl I / Sma I fragment” are 2
On the action of two different enzymes, here Bcl I and Sma I
Indicates that a restriction fragment has been generated,
It has two ends generated as a result of the action of the resulting enzyme.
The ends must be “sticky” (ie, complementary
Can be paired with any single-stranded oligonucleotide,
Have single-stranded protrusions) or be “smooth”
Characteristics and the specificity of sticky ends
Is determined by the specificity of the enzyme that produces it.
Keep in mind.   Plasmids, and only plasmids, such as pT
The initials of “p” are added like i15955 or pUC13,
The name of the strain is, for example, Agrobacterium thymefa
Science (pTi15955) or Ethelicia Collie JM83
As in (pUC13), the parentheses indicate that the plasmid
Indicates that it is retained.   The following strains have been deposited: Etherica Collie K12 RRI (pRK290Kan-1)  NRRL B-15736 (this strain is a national
This is a deposit. ) Agrobacterium thiumefaciens (pTi1595
Five)                                  ATCC15955 Ethelicia Collie C600 (pKS4)                              NRRL B-15394 Etherica Collie HB101 (pPVL134)                                  ATCC39181   Other plasmids and strains are widely available to those of skill in the art and
Easy to obtain. Example 1   This example determines the location of the 1450 base transcript (1450bTx).
The results of transcription mapping experiments
Also teaches the method used to obtain the above results
You. These experimental results are essentially S.J.Karcher et a
l. (1984) Molec. Gen. Genet.,
It is included here as a background necessary to understand the invention.
You. 1.1 Results   Fig. 1 shows stable integration into plant DNA (T-DNA).
Restriction region of pTiA6, which indicates the region of the Ti plasmid
3 shows a nuclease map. Sub-fragment of BamHI fragment 2 (primary
(See map in Figure 2) is the plasmid pBR325, pMK2004, if
Or T-DNA cloned into pUC13RCode to region
Localization of RNA transcribed in plant tumors
Used as a hybridization sample. E9
Suspension tumor cell line, ie, well known to those skilled in the art
Lactobacillus tumefaciens (pTiB6806)
(M.F.Thomashow et al. (1980) Cell19: 729-739)
More stimulated Nicotiana Tabacam series, more isolated
Total cell RNA or poly A+Northern blot of RNA
The sample bFive, C and d1Hybridizes to about
An RNA of 1450 bases in size was discovered. This RNA is sample bFour
And bThreeSeems to hybridize to a low degree
(FIG. 2).   1450bTx boundaries and orientation can be determined more accurately
S1A nuclease mapping experiment was performed. S1Nuku
One fragment was used as a sample for the lase protection experiment.
In both directions in the vector derived from the bacteriophage M13 chain
Cloned. (See Example 1.3b) Such M1
Using single-stranded DNA from 31Nuclease
As a sample for analysis, it is more effective than using double-stranded DNA.
there were. Hybridization of DNA and RNA at 65 ° C
It can be performed in an aqueous solution in a relatively short time.
Was. In addition, both strands of DNA are
Are separated, so S1By RNA from nuclease degradation
Each strand can be tested separately for protection.
there were. Which cloned DNA strand is protected
And the diversity cloning site of M13
By determining the orientation of the cloned insert
Therefore, it was possible to infer the direction of transcription of RNA.
Since both strands in a given region are protected, bidirectional
A photo was shown.   Figure 2 shows the results of such an analysis using E9 total cellular RNA.
Is shown in d1+ DTwoS1For nuclease protection sample
That 1450bTx is C and d1Between Hind III
It was decided to start at about 240bp on the right. C and b
FiveBoth fragments of the1Nuclease degradation
They were completely protected. bFiveIs S1Nuclease protected sample
When used as a fragment, a fragment of about 280 bp is recovered.
Was. bFour+ BFiveIs used, fragments of about 20 bp or more
S1Protected from nuclease degradation. From this data, 1
450bTx isFourAnd bFiveB just to the left of the Cla I siteFourso
It was shown to end. 1.2 Discussion   Northern blotting and S1Nuclease analysis
Octopine-type crown gall tumor
T of next T-DNARFive transcripts encoded by region
Has been localized. Polyadenylated RNA is a host plant
Promoter inside T-DNA, not from promoter
More transcribed. E9 tumor by Northern blot analysis
In the series, T including 1450bTxRMost coded
The amount of transcript is TLGreater than the transcript encoded by
There were many. Hence TRFor use in plant genetic engineering experiments
Is interested in Because it is a powerful professional
Including motor, but directly involved in tumorigenesis
It is not.   Determination of the direction of transcription of these RNAs, and 5 'and
Localize 3 'end more than blotting experiments
S1Nuclease mapping operation
Used. S11450 bases R from nuclease protection data
The gene encoding NA contains no detectable intervening sequences.
It was shown not to be. For Northern blotting analysis
The determined transcription size is S1For nuclease analysis
It was larger than the indicated size. In size
This difference is easy due to the addition of poly (A) sequence after transcription.
It is explained in.   Northern blot and S1Nuclease protection data
Is the DNA sequence of this region inferred by others.
Data (R.F.Barker et al. (1983) Plant Molec. Biol.
2: 335-350, R.F.Barker and J.D.Kemp.US Patent App
lication ser.no.553,786). Above
The direction and length predicted by the mapping experiment
Open reading frame with ORF24
Existed). In addition, during 1450bTxPR,
TATAA or goats involved in promoting eukaryotic transcription
Goldberg-Hognes Box
s box) (J.E.Darnell (1982) Nature297: 365-371)
There was a sequence similar to The TATTA box has an accurate
Has been shown to be required for in vitro transcription (B. Wasy
lyk et al. (1980) Proc. Natl. Acad. Sci. USA77: 7024-7
028) However, the sequence upstream of TATAA is an efficient transcription in vivo
It is known to be necessary. The sequence CCAAT is T
It is commonly found upstream of the ATAA box (C. Benoist et al.
(1980) Nucleic Acids Res.8: 127-142, A.Efstratiad
is et al. (1980) Celltwenty one: 653-668, T. Shenk (1981) Cu
rr.Topics Microbiol.Immunol.93: 25-46), 1450bTxPR
There were similar sequences in it. Near the 3 'end of the transcript,
Sequence signals required for proper determination of the 3 'end of many mRNAs
(N. Proudfoot (1984) Nature307: 412-413), AAT
The AAA hexanucleotide has three similar sequences
Exists. 1.3 Experimental materials and methods 1.3a Culture conditions   Crown Gall tumor lineage is 1.0% Fight Agar (M.
F.Thomashow et al. (1980) Cell19: 729-739)
MS3 without (for suspension culture) or added (for callus culture)
The cells were cultured at 25 ° C. under continuous light irradiation in the medium. Control and
XSR, a non-neoplastic tobacco line used as
Naphthalene acetic acid and 0.1 mg / benzyl aminop
The cells were cultured in an MS3 medium supplemented with phosphorus.   Escherichia coli strain carrying the recombinant plasmid
Is cultured in L liquid medium supplemented with 0.2% casamino acid.
Was. The antibiotic concentrations used were determined by Escherichia coli.
For: ampicillin, 50-100 μg / ml; tetracycline
Phosphorus, 10 μg / ml; kanamycin, 20 μg / ml; and agroba
For Cterium Tumefaciens: Kalbe
Nicilin, 100 μg / ml; Tetracycline 5 μg / ml; Kanama
Isin, 100 μg / ml; Rifampicin, 10 μg / ml; Gentama
Isine, 100 μg / ml. 1.3b Construction of recombinant DNA plasmid and M13   BamHI fragment 2 (FIG. 1) was known to those of ordinary skill in the art.
Agrobacterium tumefaciens by standard operation
Ens plasmid pTiB6PB from 806 (cultured in strain A277)
Cloned into R322. The sub-fragment of BamHI fragment 2 is p
BR325, pMK2004, or pUC13 (F. Bolivar et al.
(1977) Gene2: 93-113, M. Kahn et al. (1979) Meth.
Enzymol.68: 268-280, and J. Messing (1983) Meth.En
zymol.101: 20-78). Restriction endonu
All of the creatase reactions are performed by the supplier (Bethesda Researc
h Laboratories (BRL), P.L.Biochemicals, or New
 England Biolabs). T4 DNA
Ligase was purchased from BRL. The recombinant plasmid is
Cleared lysate operation (D.G.Blair et al. (197
2) Proc.Natl.Acad.Sci.USA69: 2518-2522) or
Alkaline lysis procedure (N.C. Birnboim and J. Doly (1979)
Nucleic Acids Res.7: 1513-1523)
Separated from A Collie.   S1Of the BamHI fragment 2 used in the nuclease protection reaction.
The region can be duplicated using techniques well known to those skilled in the art.
M13mp8 and M13mp9, which are functional forms of DNA (from Dr. N. Jones
M13mp10 and M13mp11 (P.L. Bioche
cloned in both directions into
Was. 1.3c RNA separation, electrophoresis, blotting, and
Hybridization   Tumor RNA was refrigerated 1.5 times after phenol extraction.
Add 0% ethanol and keep at constant temperature on ice for 15 minutes.
Except for precipitating the polysaccharide, it was described previously (S.
B. Gelvin et al. (1981) Plasmid6: 17-29)
Released. RNA is precipitated after centrifugation at 10,000 xg for 10 minutes.
Add 2 volumes of 100% ethanol to the supernatant
Was.   Agarose gel electricity by denatured formaldehyde gel
Electrophoresis, blotting on nitrocellulose, and
Hybridization is as described (Gelv
in et al. (1981) supra).
There was: gel containing 2% agarose, washing solution 1 × SSC
(0.15M sodium chloride, 0.015M sodium citrate),
0.1% SDS, and 10 mM NaTwoIt contained EDTA. Nick To
The translation is Nick Tranley from Amersham
This was performed using an application kit. Nuclease protection analysis of 1.3d E9 tumor RNA   Hive between recombinant M13 single-stranded DNA and E9 suspended RNA
Redidation is 5 × SSC20-30μ, 20mM Tris-HCl
(PH 7.4) at 65 ° C. Typically, 500n
g of recombinant phage DNA was isolated from the E9 suspension culture.
And 20 μg of total RNA. Refrigerated S after 5 hours
1Nuclease degradation buffer (280mM sodium chloride, 50m
M sodium acetate, 4.5 mM zinc sulfate, 20 μg / ml denatured calf thymus
DNA, pH 4.6) to a total volume of 150μ and 100 units of S1Nuclea
(Sigma) was added. Incubate this sample at 37 ° C for 45 minutes
Was done. 50μ refrigerated S1Termination mixture (2.5 M sodium acetate
50mMNaTwoEDTA) and add 20 μg of the protected fragment.
Precipitation by addition of mother tRNA and 2.5 volumes of 100% ethanol
Let it settle.   After incubating at -20 ° C, collect the precipitate and dilute with a 20μ alkaline buffer.
Immersion liquid (30 mM sodium hydroxide, 2 mM NaTwo Dissolved in EDTA)
Then cut the fragments into 1.2% or 2.0% alkaline agarose
Gel electrophoresis (M.W.McDonnell et al. (1977) J. Mol.
Biol.110: 119-146). DNA nitrocellulose
Transfer, blot hybridization and washing
For purification, the sample concentration is usually 50 ng / ml or less,
Previously, except that it was only washed with 0.3 × SSC for 5 hours
(M.F.Thomashow et al. (1980) before)
Out). Example 2   This embodiment is suitable for octopi such as pTiA6 and pTi15955.
Plasmid TR14 suitable for homopartial diploidization to
Teaching the construction of a mediator for the 50bTxPR promoter. 2.1 TRCloning   BamHI fragment of p-TiA6 T-DNA in the BamHI site of pBR322
Two recombinant DNA clones were completely digested with EcoR I
(High homology with pTi15955 isolated from ATCC15955
PTi6A is Agrobacterium tumefaciens A
6NC). 5.4 kilobase pair (Kbp) DNA
The digestion mixture containing the fragment, EcoR I13, is linearized with EcoR I.
PRK290 DNA (G. Ditta et al. (1980) Proc. Natl. A
cad.Sci.USA77: 7347-7357)
And transform the mixture into Escherichia coli K12PR1
Changed. Plasmid DNA is transformed into tetracycline resistance
EcoR I13T- isolated from the transformant and named pRK290Eco13
Colonies containing plasmids containing DNA fragments are restricted
Identified by elementary analysis. 2.2 Deletion of 1450bTx structural gene   pRK290Eco13 DNA is completely separated by Cla I and religated
And transformed into PRI. Tetracycline resistance
Restriction analysis of plasmid DNA isolated from sexual invertants
And named pRK290Eco13 ΔCla
A colony carrying the isolated plasmid was identified,
Fig. 2bFive, C and d1Deletion of the Cla I fragment encompassing the fragment
Was. Foreign structural gene is 1450bTx promoter region
At the only Cla I site of pRK290Eco13 ΔCla
It can be easily inserted (Fig. 3). Of the Cla I fragment
Deletion causes the first polyadenylation site 3 'of 1450bTx
Position removed; but two other polyadenylations
The sequence of the site is maintained downstream of the only remaining Cla I site.
Have. 2.3 Substitution of other restriction sites for the Cla I site   The following shows the only Cla I part of pRK230Eco13 ΔCla.
The substitution by the Hind III site at position is described. pRK290Ec
o13 Isolate ΔCla DNA and completely degrade with Cla I
You. The resulting sticky end of Cla I is
By adding the Klenow fragment of Limerase I and keeping it warm
Buried, and Double-stranded linker with the structure
A blunt-end bond is made in the Cla I site. as a result
The resulting mixture was completely digested with Hind III, recombined, and
To transform into PR1. Transformation of tetracycline resistance
Plasmid DNA isolated from the recombinant was deleted and 1450bTx
Lack of Cla I site and Hind at structural gene location
Selection by restriction analysis due to the presence of the III site
The plasmid is named pRK290Eco13ΔClaHind.   As will be apparent to those skilled in the art, the Cla I site
By changing the restriction enzyme other than II to the desired specific sequence.
It is possible to substitute the above linker with another linker.
Wear. For example, With BamHI linker (obtained from BRL)
Experiments with d III linkers substituted, others essentially as described above
Incorporated during the procedure. Here, pRK290Eco13 ΔClaBam
B at the location of the deleted 1450bTx structural gene, named
An RR1 strain carrying a plasmid with an amHI site was identified.
Was. Example 3   In this example, the antibiotic was used as shown in FIG.
Kanamycin and its analogs, such as
In both plants and bacteria for neomycin and G418
The construction of a selectable marker that confers resistance is taught. 3.1 Preparation of kan gene   Neomycin phosphotransferase II
Bacterial transposon T encoding an enzymeFiveKana of origin
The DNA sequence of the mycin resistance (kan) gene is E. Beck e.
t al. (1982) Gene19: 327-336,
Present on plasmid pKS4, which is Escherichia coli
(PKS4) isolated from NRRL B-15394. Bgl pKS4DNA
Complete degradation by II and Sma I
The NPTII-containing fragment of the base pair was already digested with Sma I and Bam
Mixed and bound with pUC13 degraded by HI. BamH
 The sticky ends of I and Bgal II have the same specific sequence (5'G
ATC ... 3 ') and both can be easily combined
But the resulting BamH I / Bgl II suture site,
IeIs not affected by either enzyme. Ery the binding mixture
Transformed into Shea Collie K12 JM83 (J. Messing (197
9) Recomb.DNA Tech.Bull.2(2): 43-48, NIH Publ. N
o. 79-99), and white-colored colonies were selected.
Plasmid DNA is separated from the selected transformants,
Characterization by restriction site mapping was performed. pU
Colonies containing a plasmid named C13KanBgl / Sma
Was identified.   The kan gene-containing fragment of pUC13KanBgl / Sma has kan structural inheritance.
PUC13 immediately upstream of the BamH I / Bgl II suture site
Polylinker (Polylinker is a restriction enzyme
(This is a short sequence that includes the site that is affected by the element)
Has an Acc I site inside. The kan gene is Sma I and
Degradation of the 1 Kbp DNA fragment by Acc I resulted in pUC13KanB
Removed from gl / Sma. In particular, this Acc I cleavage site
It has a sticky end of 5'CG ... 3 ', which is the enzyme Cla I
Can be easily bonded to the terminal generated by 3.2 Insertion of kan behind the 1450bTx PR promoter   pUC13KanBgl / Sma and pRK290Eco13 ΔCla were
Linearize by complete decomposition using c I and Cla I,
Ligated and transformed into E. coli RR1.
Ampicillin and tetracycline resistance (pUC13
And the sequence of pRK290).
Plasmid DNA characterized by restriction analysis
It was done. a plasmid named pRK290Kan-1
Was identified and the plasmid contained 1450bTx
Behind the promoter, the 1450bTx
Kan gene inserted in the same orientation and position as the code sequence
Was holding a child. The kan gene of pRK290Kan-1 is transcribed.
RNA polymerase II is located 3 'of the kan gene
Reaches the first T-DNA polyadenylation site at
Beforehand, all Tn5 and all pUC13 sequences must be transcribed.
I have to. However, on the 3 'side of the kan / pUC13 suture site,
There are other sequences that serve as polyadenylation sites. 3.3 Deletion of pRK290 from pRK290Kan-1   The plasmid on which pRK290 is based is quite large
(20Kbp or more), and therefore when performing recombinant DNA manipulation,
Often difficult to handle. By the replicon of pUC13
The construction of the two plasmids to be replicated is described below.
And is schematically illustrated in FIG.   pRK290Kan-1 DNA is completely digested with EcoR V, and
They were ligated and transformed into JM83. Ampicillin resistance and
Plasmids from transformants sensitive to tetracycline
Separated, characterized by restriction analysis, and pVic
Colonies containing the plasmid named 1 were identified.
The plasmids were pUC13, kan, and EcoR V T-DNA
The fragment retains the 1450bTx promoter (as shown in FIG. 2).
Fragment dTwoOf polyadenylate) and 1450bTx
Site (bFourAnd bThree1450bTx structure with
The gene was deleted. T on both sides of 1450bTx structural gene
-PVicl, which is homologous to DNA, is
Transformation of carbohydrates and direct transformation of umefacine S cells
After selection by sylin resistance, double homologous recombination
Suitable for integration into octopine-type Ti plasmids
You. After homopartial diploidization, the T-DNA is functionally functional
The transgenic plant cells that do not retain the gene and
To produce the pin mannopine or agropine
And not. After co-localization, the structure is
It confers nicillin resistance and agropine and
And synthesis of mannopine.   pRK290Kan-1 DAN was separated by Sst I, EcoR I and Hind III.
I understand. pUC13 DNA was digested with SstI and EcoRI. Minute
Mixing the solved pRK290Kan-1 and pUC13 DNA, and
After binding to each other, the ligation mixture was transformed into JM83.
Was. Plasmid DNA is transformed into a white, ampicillin-resistant colony.
And characterized by restriction enzyme analysis.
And containing the plasmid named pUC13Kan-1
Knees were identified and the plasmids contained pUC13, kan, and 14
T-DNA fragment d carrying 50bTxTwo(As in Figure 2)
Was held. One side of the 1450bTx structural gene
PUC13Kan-1 which is homologous to T-DNA
Direct transformation of C. tumefaciens cells
And homology after selection by carbenicillin resistance
Into octopine-type Ti plasmid by sexual recombination
Suitable for embedding. After co-uptake, the T-DNA was
TwoAnd maintained under the screening of carbenicillin
Must have a functional 1450bTx gene and
Opin, mannopine and
And / or produce agropine. 3.4 Construction of activator vector   Plasmids of the pUC series (eg pUC13-based plasmids)
Sumid) Ag from Etherica Collie by pRK2013
For conjugative transmission to Lactobacillus tumefaciens
On the other hand, it cannot be activated.
Must be transformed directly into the cells. Only
And the pBR322-based plasmid is activated by pRK2013
But not replicated in Agrobacterium.
Therefore, such a plasmid can be selected 1450bTxPR / kan
Transfer of functional markers to octopine-type Ti plasmids
And a useful suicide vector.   PVic1 and HindIII and EcoRI digested respectively
And pBR322 DNA are mixed, bound to each other, and transformed into PR1.
Transformed and isolated from ampicillin-resistant transformants.
Rasmid DNA is characterized by restriction mapping
Colonies carrying the plasmid named pVic2
And its plasmid is a substitute for the pUC31 sequence of pVic1.
As a copy of pBR322. pVic2 coexists
Capture or TRThat can be homodiploidized
It is a suicide vector.   PUC13 Kan-1 digested with Hind III and EcoRI, respectively
 The DNA and pBR322 DNA are mixed, bound together, and
To transform into RR1. Ampicillin resistant transformants
Plasmid DNA isolated by restriction mapping
Characterized, plus named pBR322Kan-1
A colony carrying the mid was identified and the plasmid was
Copy of pBR322 as a substitute for the pUC13 sequence of pUC13kan-1
Holding. pBR322Kan-1 is TRCoexistence import into
This is a viable suicide vector that can only be used. Example 4   This example shows that after the 1450bTx promoter region
Structural genes of kanamycin-resistant bacteria are eukaryotic cells, especially
Plant cells and prokaryotic cells, especially Agrobacterium and Escherichia
Unexpectedly expressed in both Lithia coli cells
Results, and therefore a dual purpose program
Lomomotor region and foreign structural gene
Previously clear that 1450bTxPR could be used
Explain the facts that you did not. 4.1 Kanamycin resistance in prokaryotes   Agrobacterium previously known in the art
Tumefaciens A348 is an octopine-type plasmid
Non-toxic induction of pTiA6 shed by the heat of nopaline-type strain C58
Guided to rifampicin resistant derivative A136 of conductor A114 (NTI)
Produced by entering. Transform pRK290Kan-1
Introduced to A38, but in that case, pTiA6
Did not homo-diploidize. In the resulting stock
One A348-pRK290-Kan-1 contains 100 μg / ml kanamycin.
It was observed that the cells grew when placed in a medium containing the cells. Liquid medium
The growth curve of this strain in YEP medium (30 ° C) was generally tested.
Growth was comparable at all kanamycin concentrations, but the highest
At a concentration of 200 μg / ml the curve is observed at low drug concentrations
It quickly reached its peak (Fig. 4). 4.2 Kanamycin resistance in eukaryotes   A348-pRK290-Kan-1 is homopartially diploidized to pTiA6
And used to transform plant cells. Inverted sunflower
The upper edge of the section of the hypocotyl section of K. (K.A. Barton et al. (198
3) Cell321033-1043) and 2-4 weeks later
The resulting callus was placed on a solid MS3 medium lacking hormones
(Example 1.3a). Agrobacterium cells contain 1 mg / ml
Killed with carbenicillin and 200 μg / ml vancomycin
The callus grew to about 2.5 cm in diameter. Callus
A small fragment of the protein into a solid MS3 medium lacking hormone
Syrin, vancomycin, and 25 μg / ml G418 Kanama
Added Isin analog. Many fragments remain green
Untransformed, possibly growing callus
Other fragments from the transformed cells were killed. kan structural remains
A sequence consisting of a gene and a zein sequence substituted in either direction
All controls died on G148. From this, 1450bTx
PR / kan is a plant cell transformed with a structural gene conjugate
Has been shown to be resistant to namycin action. Example 5   This example was placed after the 1450bTx promoter region.
Eukaryotic structural genes are expressed in both eukaryotic and prokaryotic cells.
Teach the unexpected consequences of manifestation.   Lectins are nutritionally important seed proteins.
Considered important in establishing plant and rhizobium symbiosis
Have been. Etherica Corey HB101 (pPLV134), ATC
PPVL134 obtained from C39181 is
Including the cDNA structural gene of squirrel L. seed lectin (L.M.
Hoffman et al. (1982) Nucl. Acids Res.Ten: 7819−782
8). Sequences encoding cDNA are separated by introns.
As with unrestricted genes, it is the same as that of the genes themselves.
is there. 5.1 Construction of expression vector   Esercia Cory HB101 methylates DNA, so D
NA is not cleaved by the enzyme Bcl I, but Escherichia coli
-GM33 and other strains known to those skilled in the art
The Bcl I site is not protected. Isolated from HB101 (pBVL134)
The transformed pPVL134 DNA transforms GM33,
Resistant transformants are identified. From GM33 (pPVL134)
Isolated pPVL134 DNA is linearized by complete digestion with Bcl I
After BAP treatment, BamHI digested pRK290Eco13 ΔClaBa
Mix with ligation and transform into RR1. Tetracycline
Plasmid DNA isolated from transfection-resistant transformants
Immediately upstream of the lectin-encoding sequence.
With the pPVL134 insert in the orientation where there is 50bTxPR, p2RK9
Select colonies having a plasmid designated as 0Lec-1
You. The orientation of the lectin gene is less than 5 'of the insert.
From less than 3 'to 0.09 kbp and 0.78 kbp of the Cla I site, respectively.
Determined by existence. Both ends are pRK290Eco13 ΔClaBa
After connection to m, form a suture that cannot be disassembled with BamH I and Bcl I.
come.   pRK290Lec-1 DNA is either transformed or conjugated
Is converted to A348 (pTiA6), followed by independent pRK29
0Excludes selection of replicons and tetracycline resistant cells
To introduce pPH1J1. Lectin gene expression
It is not necessary to isolate homopartial diploids for
If necessary, tetracycline resistance by restriction enzyme analysis
It can be identified by selecting progeny of the co-integrant. pR
K290Lec-1 and pTiA6 co-integrate or homo-part 2
The TIP plasmid generated by either of the diploids is
Expressed as TiA6Lec-1. 5.2 Expression in prokaryotes   RR1 (pRK290Lec-1) and A348 (pTiA6Lec-1)
Select by electrophoresis and hybridization, and
It is observed that the plant RNA sequence contains various plant RNA sequences. 5.3 Expression in eukaryotes   A348 (pTiA6Lec-1) inoculated in the sunflower axis inverted
The resulting crown gall tumors contained lectin mRNA and protein.
It is commonly known to those skilled in the art that
Hybridization, electrophoresis and immunological procedures
Observed by the method. Example 6   This example shows that all TROf a sub-Ti plasmid containing
Teach construction. TRIs hormone-independent of transformed cells
Have no genes that exhibit a growth phenotype. Also, o
cs is selectable on some of the plasmids discussed here
Selectable markers if they can function as
Use 1450bTxPR to promote expression of (eg, kan)
Note that the need to stay is eliminated. 6.1 TRConstruction of sub-Ti plasmid   Transfer pRK290Kan-1 to A348 (pTiA6) by transformation
I let it. 1450bTx structural gene deleted, deficient in opin synthesis
After phenotypic homodiploidization, kanamycin resistance
Restriction of Ti plasmid isolated from Globacterium cells
Characterize by enzyme analysis. Homopartial diploid than co-integration
Digestion of the DNA sample resulting from the digestion with BamHI and ligation by itself
I let it. The resulting mixture is transformed into JM83. Kanamai
Purification of syn and / or ampicillin resistant transformants
Rasmid DNA characterized by restriction analysis, non-transmissible
In Escherichia coli, pUC13Bam2Kan-1
A colony carrying a plasmid designated as
(Fig. 5)   pUC13Bam2Kan-1 and pRK290 DNA were respectively transferred to BamHIBgl
Decompose with II, mix and connect. Concatenated blend
Decompose the mixture with BamH I and Bgl II to linearize unmixed molecules
Then, RR1 was transformed. (If the plasmid is digested with BamHI
When divided and linearized, pBR322Bam2Kan-1 becomes pUC13Bam2K
can be replaced with an-1. ) Ampicillin and / or
Is resistant to kanamycin and tetracycline
Plasmid DNA isolated from recombinants is characterized by restriction analysis
Attached. At two hybrid Bgl II / BamHI sites
That of the two parental plasmids sewn in either direction
With each single copy, pRK290Bam2Kan-1 (Fig. 5)
Identify colonies that carry the plasmid. pRK290Bam2Kan
-1 for Agrobacterium (vir) strain, Escherichia coli
Lee RR1 (pRK290Bam2Kan-1) and Escherichia coli
-(PRK2013) aggro containing vir gene by triparental cross
Transfer to bacterial strain. Changes in the normal three-parent crossing process
Form, pPH1J1 is independent in Agrobacterium (vir) strain
PRK290 replicon, designed to replicate in pRK
Since it is incompatible with 290Bam2Kan-1, it was not introduced.
No. 6.2 TRSub-Ti plasmid variants   The vector described in Example 6.1 was based on the BmaHI fragment 2
And therefore TLBoth boundaries (TRLB (C) and TRRB
(D)) plus TLRight border (TLRB (B)). Ok
T for the topin-type plasmid pTi15955RIs not cleaved and the sub-Ti
Other enzymes that have shown efficacy in plasmid construction are Apa I and Sm
a I (part of ocs and tml), Mlu I and Hpa I (part of ocs) and
And Kpn I (ocs, tml, ORF9). (T in parentheses
LStructural gene or open reading frame (O
RFs) are contained on fragments generated by the aforementioned enzymes.
You. ) T successfullyROther enzymes that cut DNA, such as Hind III
(Part of ocs, tml, ORF9, tmr, ORF5 / tms) and Bgal I (o
cs) is the fragment b in FIG.Five, C, and d1Cla covering
 T from I fragmentRDo not cut the derivative. Those skilled in the art will recognize that
Including a Bgl I site and ensuring that pBR322 and pUC1
You will find that there is a Hind III site. Partial Bgl I
Or wise use of Hind III restriction enzyme digestion conditions
Is described here, as is well known to those skilled in the art.
Of sub-Ti plasmid based on construction of selective marker
Will be needed in the event of   Other enzymes such as Ata II and Cla ILRB (B) included
Not based on pTi15955 TRFor construction of sub-Ti plasmid
May be used. In particular, properly methylated
Host, such as Esercia coli 8K02 (W.B.Wo
od (1966) J. Mol. Biol.16: 118) when grown in pRK290
Homopartial diploidized T of Kan-1, pVic1 and pVic2
-DNA derivative is TRNot methylated within, can be cleaved
Has no Cla I site, but TRLB (C) and TLRB (B)
It has a Cla I site that can be cleaved in between (see FIG. 5). K
PUC13Bam2Kan-1 or pBR322Bam2K grown in 802
an-1 DNA is digested with BamHI and ClaI.
This DNA may be used with appropriate linkers or
Less than the adhesion of Klenow fragment of Collie DNA polymerase I
Are connected by blunting, so that TLRB
This results in the deletion of (B). BamH I by nuclease Ba131
Of pUC13Bam2Kan-1 linearized under control conditions
And TLRB (B) can also be removed. 6.3mm Ti plasmid   The mini-Ti plasmid was cloned using the enzymes Eco K and Mst II.
It is built like. This Eco K cleaves pTi15955T-DNA.
Absent. Mst II is bFive, c and d1Of the Cla I fragment covering the fragment
A single pTi15955T-DNA cleavage site removed by the deletion
Have. Mst I sticky end is Klenow digestion of DNA polymerase I
It must be blunted before ligation on the piece and Eco K-terminal
Is due to the reaction of both the Klenow fragment and T4 DNA polymerase.
Must be smoothed.   The size of the sub-Ti plasmid discussed here was reduced.
Smaller vectors replace pRK290 instead.
Can be used. Maintained with Agrobacterium in the prior art section
What is extraordinary plus that mentions the shuttle vector
Mid was prepared by R.C.Tait et al. (1982) Gene20: 39-49, J.Lee
mans et al. (1982) Gene19: 361-364 and J. Hilla
nd R. Schilperoort (1981) Plasmid6: 360-362
Including those mentioned. However, it is not limited to this.
No. Example 7   Triparental crossing was performed according to the following procedure;   Other variations known to those skilled in the art are possible.   E.Coli RR1 (with shuttle vector based on pRK290)
E.Coli K802 (shuttle vector based on pRK290)
E.Coli RR1 (with pRK2013) and A3
48 (Rifampicin resistant agro with Ti plasmid
(Bacterium tumefaciens strain)
Let it. pRK2013 is a shuttle vector with strains
Transfer and transfer shuttle vector to Agrobacterium
Let it. The minimum medium in which E. coli cannot grow (that is,
Shuttle vector by the growth of bacteria
Agrobacterium cells with rows are selected. this
The medium is resistant to rifampicin and the shuttle vector.
Drug, often kanamycin or carbenic
Includes any of the cylins (ampicillin analogs). This
Hybridization of these cells with E. coli (pRH1J1) 2104 strain
Causes 1J1 to translocate to Agrobacterium cells. p
Shuttle vector based on PH1J1 and pRK290 is the same cell
Can not coexist for a long time. Gentamicin and Kanamaishi
Growth on a medium containing Ti plasmid
The vesicles are sorted. This Ti plasmid can be single or double
Homologous recombination (co-incorporation or homologous part, respectively)
Diploidization) between the shuttle vector and
It has a desired structure. Antibiotic concentration used for selection
Is as described in Example 1.3a. E. coli strain
Is an L-medium supplemented with 0.2% kaza amino acid at 37 ° C
Growing Agrobacterium tumefaci
Ensu is grown at 30 ° C in YEP medium. pRK290 and pR
K2013 is based on G. Ditta et al. (1980) Proc. Natl. Acad. Sci. U
SA77: 7347-7357, and pPH1J1 is P.R.Hirs (1978) Th
esis, Univ. E. Anglia. Summary of the Invention   1450-based T in octopine-type crown gall tumorsR
Promoter regions that direct transcript expression are also bacterial.
That can promote the expression of foreign structural genes within
And disclosed. One of the foreign structural genes in both plants and bacteria
This dual-purpose promoter for directing pea expression
The use of regions is taught. Works in eukaryotic and prokaryotic functions
Construction of a selectable marker is effective in trying to transform plants
Illustrated as a simple vector.

【図面の簡単な説明】 第1図は,オクトピン型TiプラスミドのT−DNA領域の
制限酵素地図,第2図は,TRDNAの制限酵素地図,第3図
は,実施例2.2から3.4までに用いたDNA実験操作の概略
図,第4図は,1450bTxプロモーター領域とNPT II構造遺
伝子の結合体を有している細菌細胞の増殖特性を示すグ
ラフ,第5図は,実施例6.1に記されているDNA実験操作
の概略図である。
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a restriction map of the T-DNA region of the octopine-type Ti plasmid, FIG. 2 is a restriction map of the T R DNA, and FIG. Fig. 4 is a schematic diagram of the DNA experiment procedure used for the experiment. Fig. 4 is a graph showing the growth characteristics of bacterial cells having a conjugate of the 1450bTx promoter region and the NPT II structural gene. FIG. 2 is a schematic diagram of a DNA experiment operation being performed.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI C12R 1:91) (C12N 1/21 C12R 1:01) (72)発明者 スタントン ビー・ゲルビン アメリカ合衆国 インデイアナ 47906 ウエスト ラフアイエツト,ムアーズ ベイ ロード 5251 (56)参考文献 特開 昭60−256383(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) C12N 15/00 - 15/90 C12N 5/00 - 5/28 C12N 1/00 - 1/38 A01H 1/00 - 5/12 BIOSIS(DIALOG) WPI(DIALOG)──────────────────────────────────────────────────の Continued on the front page (51) Int.Cl. 6 Identification code FI C12R 1:91) (C12N 1/21 C12R 1:01) (72) Inventor Stanton B. Gerbin United States Indiana 47906 West Lafayette, Moores Bay Road 5251 (56) References JP-A-60-256383 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 6 , DB name) C12N 15/00-15/90 C12N 5/00-5/28 C12N 1/00-1/38 A01H 1/00-5/12 BIOSIS (DIALOG) WPI (DIALOG)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】 1.植物形質転換ベクターを作成し、そしてそれを用い
て植物細胞を遺伝学的に改変する方法であって、: (a)二元目的プロモーター領域/外来構造遺伝子結合
体を含むDNA分子で原核生物細胞を形質転換した後、得
られた原核生物株における結合体の発現を検知すること
によって、該二元目的プロモーター領域/外来構造遺伝
子結合体をクローニングする工程;および (b)該クローン化二元目的プロモーター領域/外来構
造遺伝子結合体を含むDNA分子で植物細胞を形質転換し
た後、このような形質転換を検知する工程、を包含し、 該二元目的プロモーター領域が、以下の制限酵素地図に
示されるアグロバクテリウム・チューメファシエンスAT
CC15955に由来するT−DNA断片d1、cおよびb5を含む14
50塩基のDNA断片に由来し、 そして該植物細胞の形質転換が該植物細胞における該二
元目的プロモーター領域/外来構造遺伝子結合体の発現
の検出によって検知されることを特徴とする、方法。 2.前記構造遺伝子が該構造遺伝子を含むように形質転
換された植物内で同定し得る表現型を与える、特許請求
の範囲第1項に記載の方法。 3.前記同定し得る表現型がカナマイシン、ネオマイシ
ン、G418、またはそのアナログに対する耐性である、特
許請求の範囲第2項に記載の方法。 4.前記構造遺伝子が、Tn5由来のネオマイシンフォス
フォトランスフェラーゼIIをコードする、特許請求の範
囲第3項に記載の方法。 5.前記二元目的結合体がリゾビアッシー科の細菌内で
独立に維持され得ないレプリコンに連結している、特許
請求の範囲第1項〜第4項のいずれかに記載の方法。 6.前記二元目的結合体がリゾビアッシー科の細菌内で
独立に維持され得るレプリコンに連結している、特許請
求の範囲第1項〜第4項のいずれかに記載の方法。 7.前記プロモーター領域/構造遺伝子結合体が、TL
るいはTRの右あるいは左の境界の繰り返し配列、または
1つ以上のこのような境界の繰り返し配列に連結してい
る、特許請求の範囲第1項〜第4項のいずれかに記載の
方法。 8.前記構造遺伝子が、以下の制限酵素地図に示される
T−DNA断片d2の左端に連結されている、特許請求の範
囲第1項に記載の方法: 9.前記構造遺伝子が、以下の制限酵素地図に示される
T−DNA断片b4の右端に連結されている、特許請求の範
囲第8項に記載の方法: 10.遺伝学的に改変された植物組織を産生する方法で
あって、以下の工程を包含する方法: (i)植物形質転換ベクターを作成し、そしてそれを用
いて植物細胞を遺伝学的に改変する方法であって: (a)二元目的プロモーター領域/外来構造遺伝子結合
体を含むDNA分子で原核生物細胞を形質転換した後、得
られた原核生物株における結合体の発現を検知すること
によって、該二元目的プロモーター領域/外来構造遺伝
子結合体をクローニングする工程;および (b)該クローン化二元目的プロモーター領域/外来構
造遺伝子結合体を含むDNA分子で植物細胞を形質転換し
た後、このような形質転換を検知する工程、を包含し、 該二元目的プロモーター領域が、以下の制限酵素地図に
示されるアグロバクテリウム・チューメファシエンスAT
CC15955に由来するT−DNA断片d1、cおよびb5を含む14
50塩基のDNA断片に由来し、 そして該植物細胞の形質転換が該植物細胞における該二
元目的プロモーター領域/外来構造遺伝子結合体の発現
の検出によって検知されることを特徴とする、方法によ
って、植物細胞を遺伝学的に改変する工程;および (ii)該遺伝学的に改変した植物細胞を増殖させて該遺
伝学的に改変した植物組織を産生する工程。 11.植物形質転換ベクターを含む遺伝学的に改変され
た植物細胞であって、 該植物形質転換ベクターが、二元目的プロモーター領域
/外来構造遺伝子結合体を含む植物形質転換ベクターで
あり、 該二元目的プロモーター領域が、以下の制限酵素地図に
示されるアグロバクテリウム・チューメファシエンスAT
CC15955に由来するT−DNA断片d1、cおよびb5を含む14
50塩基のDNA断片に由来する、植物形質転換ベクターを
含む、遺伝学的に改変された植物細胞: 12.遺伝学的に改変された双子葉植物を産生する方法
であって、以下の工程を包含する方法: (i)植物形質転換ベクターを作成し、そしてそれを用
いて双子葉植物細胞を遺伝学的に改変する方法であっ
て: (a)二元目的プロモーター領域/外来構造遺伝子結合
体を含むDNA分子で原核生物細胞を形質転換した後、得
られた原核生物株における結合体の発現を検知すること
によって、該二元目的プロモーター領域/外来構造遺伝
子結合体をクローニングする工程;および (b)該クローン化二元目的プロモーター領域/外来構
造遺伝子結合体を含むDNA分子で双子葉植物細胞を形質
転換した後、このような形質転換を検知する工程、を包
含し、 該二元目的プロモーター領域が、以下の制限酵素地図に
示されるアグロバクテリウム・チューメファシエンスAT
CC15955に由来するT−DNA断片d1、cおよびb5を含む14
50塩基のDNA断片に由来し、 そして該双子葉植物細胞の形質転換が該双子葉植物細胞
における該二元目的プロモーター領域/外来構造遺伝子
結合体の発現の検出によって検知されることを特徴とす
る、方法によって、双子葉植物細胞を遺伝学的に改変す
る工程;および (ii)該遺伝学的に改変した双子葉植物細胞を増殖させ
て該遺伝学的に改変した双子葉植物を産生する工程。
(57) [Claims] A method of making a plant transformation vector and genetically modifying a plant cell with it, comprising: (a) a prokaryotic cell with a DNA molecule comprising a dual purpose promoter region / foreign structural gene conjugate. Cloning the dual purpose promoter region / foreign structural gene conjugate by detecting the expression of the conjugate in the resulting prokaryotic strain; and (b) the cloning dual purpose Transforming a plant cell with a DNA molecule containing a promoter region / foreign structural gene conjugate, and then detecting such transformation. The dual purpose promoter region is shown in the following restriction enzyme map. Agrobacterium tumefaciens AT
14 containing the T-DNA fragment d 1, c and b 5 derived CC15955
Derived from a 50 base DNA fragment, And a method wherein the transformation of the plant cell is detected by detecting the expression of the binary promoter region / foreign structural gene complex in the plant cell. 2. 2. The method of claim 1, wherein said structural gene confers an identifiable phenotype in a plant transformed to contain said structural gene. 3. 3. The method of claim 2, wherein said identifiable phenotype is resistance to kanamycin, neomycin, G418, or an analog thereof. 4. 4. The method according to claim 3, wherein the structural gene encodes Tn5-derived neomycin phosphotransferase II. 5. 5. The method according to any one of claims 1 to 4, wherein the binary target conjugate is linked to a replicon that cannot be maintained independently in a Rhizobiasiaceae bacterium. 6. 5. The method according to any one of claims 1 to 4, wherein the binary target conjugate is linked to a replicon that can be maintained independently in a Rhizobiasiaceae bacterium. 7. The promoter region / structural gene conjugate, T L or T right or left border repeat sequence of R, or one or more linked to repetitive sequences of such boundaries, the first term claims The method according to any one of claims 4 to 4. 8. The structural gene, the following restriction enzymes are coupled to the left end of the T-DNA fragment d 2 shown in the map, the method described in paragraph 1 claims: 9. The structural gene, the following restriction enzymes are coupled to the right end of the T-DNA fragment b 4 shown on the map, the method described in paragraph 8 claims: 10. A method for producing a genetically modified plant tissue, comprising the steps of: (i) creating a plant transformation vector and using it to genetically modify a plant cell. (A) transforming a prokaryotic cell with a DNA molecule comprising a dual target promoter region / foreign structural gene conjugate, and then detecting expression of the conjugate in the resulting prokaryotic strain; Cloning the binary target promoter region / foreign structural gene conjugate; and (b) transforming a plant cell with a DNA molecule comprising the cloned binary target promoter region / foreign structural gene conjugate. The dual target promoter region is Agrobacterium tumefaciens AT shown in the following restriction map.
14 containing the T-DNA fragment d 1, c and b 5 derived CC15955
Derived from a 50 base DNA fragment, And genetically modifying the plant cell by a method characterized in that the transformation of the plant cell is detected by detecting the expression of the binary target promoter region / foreign structural gene complex in the plant cell. And (ii) growing the genetically modified plant cell to produce the genetically modified plant tissue. 11. Genetically modified plant cells comprising a plant transformation vector, wherein said plant transformation vector is a plant transformation vector comprising a dual purpose promoter region / foreign structural gene conjugate. Agrobacterium tumefaciens AT whose promoter region is shown in the following restriction map
14 containing the T-DNA fragment d 1, c and b 5 derived CC15955
Genetically modified plant cells containing a plant transformation vector derived from a 50 base DNA fragment: 12. A method for producing a genetically modified dicotyledonous plant comprising the steps of: (i) creating a plant transformation vector and using it to transform a dicotyledonous plant cell (A) transforming a prokaryotic cell with a DNA molecule containing a dual target promoter region / foreign structural gene conjugate and detecting the expression of the conjugate in the resulting prokaryotic strain Cloning the binary objective promoter region / foreign structural gene conjugate; and (b) transforming a dicot plant cell with the DNA molecule containing the cloned binary objective promoter region / foreign structural gene conjugate. Detecting the transformation, and wherein the dual-purpose promoter region is Agrobacterium tumefaciens as shown in the following restriction map. Nsu AT
14 containing the T-DNA fragment d 1, c and b 5 derived CC15955
Derived from a 50 base DNA fragment, Transforming the dicotyledonous plant cell by detecting the expression of the binary target promoter region / foreign structural gene conjugate in the dicotyledonous plant cell. Genetically modifying; and (ii) growing said genetically modified dicotyledon cells to produce said genetically modified dicotyledonous plant.
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