JP3183407B2 - エチレンに対する修正された応答をもつ植物 - Google Patents

エチレンに対する修正された応答をもつ植物

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Description

【発明の詳細な説明】 発明の技術分野 本発明は一般に、修正されたETR核酸及び、エチレン
に対する正常な応答における修正を特徴とする表現型を
もちかかる核酸で形質転換された植物に関する。
発明の背景 エチレンは、エンドウマメの実生の発育に対するその
効果について初めて記述された今世紀初頭以降、植物ホ
ルモンとして認められてきた。Neljubow(1901),Pflan
zen Beih,Bot.Zentralb,10:128−139。その後以来、エ
チレンが高等植物における成長及び発育の内因性調節因
子であることを実証する数多くの報告書が現われた。例
えば、エチレンは、種子の休眠、実生成長、花の初発、
葉の脱離、老化及び果実の成熟に関与してきた。エチレ
ンは、酸素欠乏、外傷、病原体侵入及び洪水といった環
境ストレスによってその生合成が誘発される植物ホルモ
ンである。
エチレン生合成に関与する酵素のいくつかをコードす
る遺伝子が最近クローニングされてきた。Sato,et al.
(1989)Proc.Natl.Acad.Sci.U.S.A.86:6621−6625;Nak
ajima et al.(1990)Plant Cell Phys.Physiol.29:989
−996:Van Der Straeten et al.(1990)Proc.Natl.Aca
d.Sci.U.S.A.87:4859−4963;Hamilton et al.(1991),
Proc.Natl.Acad.Sci.U.S.A.88:7434−7437;及びSpanu,e
t al.(1991)EMBO J.10:2007〜2013。エチレン生合成
の経路が図1に示されている。ここでわかるように、ア
ミノ酸メチオニンは、それ自体ACCシンターゼにより1
−アミノシクロプロパン−1−カルボキシル酸(ACC)
に変換されるSAMシンセターゼによりS−アデノシル−
メチオニン(SAM)に変換される。Adams,et al.(197
9)Proc.Natl.Acad.Sci.U.S.A.76:170−174。その後ACC
は、酵素ACCオキシダーゼを用いてエチレンに変換され
る。Yang,et al.(1984)Annu.Rev.Plant.Physiol.35:1
55〜189。
エチレン生合成を制御して果実の成熟を制御しようと
して、数多くのアプローチが構じられてきた。Oeller e
t al.(1991)Science 254:437〜439は、ACCシンターゼ
に対するアンチセンスRNAの発現がトマト植物の果実成
熟を阻害する、ということを報告している。Hamilton,e
t al.(1990)Nature 346:284−287は、トランスジェニ
ック(遺伝子導入)植物内でのアンチセンスTOM13(ACC
オキシダーゼ)遺伝子の使用について報告している。Pi
cton et al.(1993),Plant Journal 3:469−481は、ア
ンチセンスエチレン形成酵素を発現するトマトにおける
果実の成熟及び葉の老化の変化について報告している。
第2のアプローチでは、エチレンへの変換のために利
用可能なACCのレベルを低下させるため植物組織内でACC
デアミナーゼを発現することにより、エチレン生合成が
調整されたということであった。1992年7月23日に公示
された。PCT刊行物第WO92/12249号及びKlee et al.,(1
991)Plant Cell 3:1187−1193を参照のこと。
エチレンの生合成については充分な量の情報が収集さ
れてきたが、エチレンがどのように植物の発育を制御す
るかについては、ほとんど知られていない。いくつかの
報告書で、植物組織内にエチレンのための高親和力の結
合部位が存在することが示されているが、このようなレ
セプタは同定されたことがない。Jerie,et al.(1979)
Planta 144:503;Sisler(1979)Plant Physiol.64:538;
Sisler,et al.(1990)Plant Growth Reg.9:157−164、
及びSisler(1990)「植物内のエチレン結合成分」、植
物ホルモン、エチレン、A.K.Mattoo及びJ.C.Sattle,ed
s.(Boston)C.R.C.Press,Inc.,p81〜90。Arabidopsis
の中には、いくつかのカテゴリの突然変異体が報告され
てきた。最初の2つのカテゴリでは、野生型に比べて余
剰のエチレン又は減少したエチレンを産生する突然変異
体が報告された。Guzman et al.(1990)The Plant Cel
l(植物細胞)2:513〜523。3番目のカテゴリでは、突
然変異体はエチレンに応答できなかった。同上;Bleecke
r et al.(1988),Science 241:1086−1089,Harpham,et
al.(1991)Ann.of Botany 68:55−61。視察されたエ
チレンに対する不感応性は、優性又は劣性突然変異のい
ずれかであるものとして記述された。同上。
上述のことに基づいて、植物とのエチレン相互作用の
遺伝的基礎及び分子メカニズムが明確に描写されたこと
はなかった、というのは明白である。エチレンによって
調節される機能の範囲が広く、エチレン合成を調整する
ことによってその機能を制御しようとする試みがこれま
でになされてきたことからみて、植物組織とエチレンの
相互作用を変更することにより果実、野菜及び花といっ
たさまざまな植物組織内での成長及び発育を変調させる
代替的なアプローチを得ることが望ましいだろう。
従って、本発明の目的は、エチレン応答(ETR)核酸
を含む分離された核酸を提供することが本発明の目的で
ある。
さらに、ETR核酸によってコードされたタンパク質の
中で単数又は複数のアミノ酸残基を置換、挿入及び/又
は欠失させるべく、単数又は複数のヌクレオチドを置
換、挿入及び/又は欠失させるためこのようなETR核酸
に対し修正を提供することも1つの目的である。
さらに又、単数又は複数の修正されたETR核酸で形質
転換された植物細胞を提供することも1つの目的であ
る。このような形質転換された植物細胞は、エチレンに
対する植物の単数又は複数の組織の応答に対する表現型
が変調されている形質転換された植物を産生するために
使用することができる。
発明の要約 以上の目的に従って、本発明には、修正されたETR核
酸で形質転換された少なくとも1つの細胞をもつ形質転
換された植物が含まれている。このような植物は、形質
転換された植物細胞を含まない植物に比べて、エチレン
に対する少なくとも1つの形質転換植物細胞の応答の減
少によって特徴づけられる表現型を有する。
本発明には又、エチレンに対する応答を変えるべく植
物細胞を形質転換することのできるベクターも含まれ
る。1つの実施形態では、このベクターは、エチレンに
対する細胞応答の減少をひき起こす修正されたETR核酸
を含んで成る。修正されたETR核酸の発現のための組織
及び/又は時間的な特異性は、形質転換された核酸の発
現の場所及び/又は時間をターゲティングするのに適切
な発現調節配列を選択することによって制御される。
本発明には同様に、形質転換細胞を含まない野生型植
物に比べて、少なくとも1つの形質転換植物細胞のエチ
レンに対する応答が減少していることを特徴とする表現
型をもつ植物を産生するための方法も含まれている。こ
の方法は、修正されたETR核酸で少なくとも1つの植物
細胞を形質転換すること、形質転換された植物細胞のう
ちの単数又は複数のものから植物を再生すること及び望
ましい表現型をもつ少なくとも1つの植物を選択するこ
と含んで成る。
図面の簡単な説明 図1は、エチレンのための生合成経路を描いている。
図2A、図2B及び図2Cは、Arabidopsis thaliana(シロ
イスナズナ)からのETR遺伝子についてのゲノミック核
酸配列を描いている(配列番号1)。
図3A,3B,3C及び3Dは、Arabidopsis thalianaからのET
R遺伝子についてのcDNA核酸(配列番号2)及び演繹さ
れたアミノ酸配列(配列番号3)を表わしている。
図4A,4B,4C及び4Dから図7A,7B,7C及び7Dまでは、エチ
レン不感応性を付与するArabidopsis thalianaからの4
つの突然変異体ETR遺伝子についてのcDNA及び演繹され
たアミノ酸配列を表わしている。各々の配列は、1つの
アミノ酸残基の置換によって、図3に記されている野生
型配列と異なっている。図4(配列番号8及び9)内の
etr1−3(前ein1−1)突然変異は、バリンでのアラニ
ン−31の置換を含む。図5(配列番号10及び11)内のet
r1−4突然変異は、フェニルアラニンでのイソロイシン
−62の置換を含む。図6(配列番号4及び5)内のetr1
−1(前etr)突然変異は、チロシンでのシステイン−6
5の置換を含む。
Arabidopsis thalianaからのETR1遺伝子を位置決定す
るのに使用されたコスシドインサートの構造を表わして
いる。染色体歩行のための出発位置は、斜線入り棒によ
り表わされている。開放した棒は、組換え破断点を検出
するためのプローブとして使用されるDNAセグメントの
場所及び長さを示している。各プローブによって検出さ
れる破断点の最大数が示されている。ETR1遺伝子の右側
の数は、etr1−1とap−1の間の74のF2組換え体のうち
の数であり、ETR−1遺伝子の左側の数はetr1−1とclv
2の間の25のF2組換え体のうちの数である。重複するYAC
クローンEG4E4及びEG2G11も同様に示されている。
図9A及び図9Bは、いくつかの細菌性ヒスチジンキナー
ゼ及び応答調節因子の保存されたドメイン及び予想され
たETR1タンパク質のアミノ酸配列のアラインメントを表
わしている。ETR1との少なくとも2つの同一性がある位
置では、アミノ酸が肉太活字で示されている。図9Aで
は、演繹されたETR1アミノ酸配列(配列番号12及び27)
(残基326〜562)は、E.coli BarA(配列番号13及び2
8),P.syringae Lem A(配列番号14及び29)及びX.camp
estris Rpfc(配列番号15及び30)のヒスチジンキナー
ゼドメインと整列した。囲みは、Parkinson及びKvfoid
(Perkinson et al.(1992)Annu.Rev.Genet.26:71)に
より編集された通りの細菌性ヒスチジンキナーゼドメイ
ンの特徴である5つの保存されたモチーフをとり囲んで
いる。自己リン酸化の推定部位である保存されたヒスチ
ジン残基は、星印で表わされている。示されていないア
ミノ酸の数及び位置は、カッコ内に示されている。図9B
では、演繹されたETR1アミノ酸配列(残基610〜729)
(配列番号15及び31)は、B.parapertussis BvgS(配列
番号17及び32),P.syringae Lem A(配列番号19及び3
4)及びE.coli RscC(配列番号18及び33)の応答調節因
子と整列させられている。ETR1との同一性が少なくとも
2つある場合、アミノ酸が肉太文字で示されている。囲
みは、細菌性応答調節因子内の4つのきわめて保存レベ
ルの高い残基をとり囲んでいる。リン酸化の部位である
保存されたアスパラギン酸塩残基は、星印によって示さ
れている。示されていないアミノ酸の数及び位置は、カ
ッコ内に与えられている。アラインメントを目的とし、
ギャップ( )がETR1配列内に導入された。
図10A及び10Bは、トマト及びArabidopsis thalianaか
らのETR核酸についての特異的DNA配列を表わす。図10A
は、アミノ酸残基1〜123をコードするDNA配列(配列番
号20及び21)を比較する。図10Bは、アミノ酸306〜403
をコードするETR核酸配列(配列番号22及び23)を比較
する。各々の図の中の垂直ラインは相同なヌクレオチド
を同定している。
図11A及び図11Bは、トマト及びArabidopsis thaliana
からのETRタンパク質についての(一文字呼称を用い
た)部分的アミノ酸配列を比較する。図11Aは、アミノ
酸1〜123についてのETRタンパク質についてのアミノ酸
配列(配列番号24及び25)を比較している。図11Bは、
残基301〜403についてETRタンパク質についてのアミノ
酸配列(配列番号26及び27)を比較している。垂直ライ
ンは、正確な配列相同性を表わす。2つの垂直ドット
は、アミノ酸残基が機能的に保存されていることを表わ
す。1つのドットは、アミノ酸残基間のような、弱い機
能的保存を表わす。
図12A,12B,12C及び12Dは、Arabidopsis thalianaから
のQITR ETR遺伝子についてのゲノミック核酸(配列番号
45)及び演繹されたアミノ酸配列(配列番号46)を表わ
す。
図13は、Arabidopsis thalianaからのQITR ETR遺伝子
についてのcDNA核酸配列及び演繹されたタンパク質配列
を表わす。
図14は、Arabidopsis thalianaからのQ8 ETR遺伝子に
ついてのゲノミック核酸配列(配列番号41)及び演繹さ
れたアミノ酸配列(配列番号42)を示している。
図15は、Arabidopsis thalianaからのQ8 ETR遺伝子に
ついてのcDNA核酸配列(SEQID43)及び演繹されたアミ
ノ酸配列(配列番号44)を示している。
図16は、トマトからのTERT核酸についての核酸配列
(配列番号35)及び演繹されたアミノ酸配列(配列番号
36)を示している。
図17は、それぞれトマト及びArabidopsisからのTETR
及びETR1タンパク質のアミノ末端部分の比較である。上
部ラインはTETR配列であり、アミノ酸残基315まで延び
ている。下部ラインはETR1タンパク質配列を表わし、ア
ミノ酸残基316まで延びている。垂直ライン及びシング
ル及びダブルの垂直ドットは、図11A及び11Bの説明の中
で記したものと同じ意味をもつ。これらの配列部分の間
の同一性百分率は73.33%である。類似性百分率は84.76
%である。
図18は、トマトからのTGETR1 ETR核酸についての核酸
配列(配列番号37)及び演繹されたアミノ酸配列(配列
番号38)を示している。
図19は、トマトからのTGETR ETR核酸の部分的配列に
ついての核酸配列(配列番号39)及び演繹されたアミノ
酸配列(配列番号40)を示している。
図20は、それぞれトマト及びArabidopsisからのTGETR
1及びETR1タンパク質についてのアミノ末端部分の比較
である。上部ラインは、アミノ酸残基316までのTGETR1
配列である。下部ラインは、アミノ酸残基316までのETR
1タンパク質配列を表わす。これら2つの配列の間の同
一性は91.75%である。類似性百分率は、95.87%であ
る。垂直ライン及びシングル及びダブルドットは、図11
A及び11Bと同じ意味をもつ。
図21は、TGETR2タンパク質のアミノ末端部分とそれに
対応するETR1配列の比較である。上部ラインは、アミノ
酸残基11からアミノ酸残基245までのTGETR2配列であ
る。下部ラインはアミノ酸残基1からアミノ酸残基235
までのETR1配列である。配列同一性は、これら2つの配
列の間で85.11%である。配列類似性は92.34%である。
垂直ライン及びシングル及びダブルドットは、図11A及
び図11Bと同じ意味をもつ。
図22は、ネバーライプトマトからのNr(ネバーライ
プ)ETR核酸についての核酸配列(配列番号50)及び演
繹されたアミノ酸配列(配列番号51)を表わしている。
図22中のアミノ酸配列は、残基36にあるアミノ酸残基プ
ロリンがロイシンで置換されているという点で、図16の
TETR配列とは異なっている。
詳細な説明 本発明は、一部には、ETR核酸又は修正されたETR核酸
を含むベクターで形質転換された細胞をもつ植物を提供
している。このような形質転換された植物細胞はエチレ
ンに対する、変調された応答を有している。1つの好ま
しい実施形態においては、修正されたETR核酸の発現
は、対応する形質転換されていない植物に比較して少な
くとも修正済みETR核酸を発現する細胞についてエチレ
ンに対する応答性が減少していることを特徴とする植物
上の表現型を付与する。従って、例えば、修正されたET
R核酸がトマトといった果実の中で発現される場合、果
実成熟プロセスは遅延され、かくして損傷高は減少し、
貯蔵寿命及び/又は果実の収穫期は延びる。本発明は同
様に、栄養組織の損傷を防ぎ、切り花の寿命を増長させ
るのにも有用である。
ここで使用する「植物ETR核酸」は、「植物ETRタンパ
ク質」の全て又は一部分をコードする核酸のことを意味
する。ETR核酸は最初、ここで開示するETRアミノ酸配列
に対する相同性により同定され得るが、同定済みのあら
ゆるETR核酸又はアミノ酸配列に対する相同性によって
も同定することができる。ETR核酸の例としては、Arabi
dopsisからのETR1,QITR及びQ8、及びトマトからのTETR,
TGETR1及びTGETR2がある。しかしながら、ETR核酸は同
様に、植物組織内への形質転換の時点で変調されたエチ
レン応答を付与するその能力によって機能的に定義づけ
される。例えば、ETR核酸又は修正済みETR核酸のアンチ
センス構成体は、アンチセンス又は修正済みETR核酸を
発現する植物組織内でエチレン応答を減少させることが
できる。さらに、ETR核酸又は修正済みETR核酸での形質
転換は、それ自体エチレン応答を修正する内因性のETR
対立遺伝子の同時抑制という結果をもたらすことができ
る。その上、植物組織を形質転換するために使用した場
合にそれを発現する組織内でのさまざまな度合のエチレ
ン不感応性という結果をもたらすような修正済みETR核
酸を産生するように、本書で記述する通りにETR核酸を
修正することもできる。ETR核酸の修正形がもつエチレ
ン不感応性付与能力について推定上のETR核酸を評価す
る場合、特定された残基について本書で開示されている
もののような異なるアミノ酸配列を置換するべく、Arab
idopsis thalianaのETR1タンパク質中のAla−31,Ile−6
2,Cya−65又はTry−102又はトマトの中のTETRタンパク
質中のPro−36と同等のアミノ酸残基をコードするコド
ン又はコドンの組合せが修正されることが好ましい。
植物ETR核酸には、センス及びアンチセンス核酸なら
びにそのRNA写しを含むゲノミックDNA,cDNA及びオリゴ
ヌクレオチドが含まれる。Arabidopsis thalianaからの
ETR1遺伝子についてのゲノミックDNA配列(配列番号
1)は図2に示されている。対応するcDNA配列(配列番
号2)及び演繹されたETRアミノ酸配列(配列番号3)
は、図3に示されている。予想されたETRタンパク質配
列のアミノ末端ドメイン(すなわち残基1から約16ま
で)は、既知のタンパク質配列に対するいかなる相同性
も有していない。ETRタンパク質中のほぼ中央(すなわ
ち残基295から313まで)には、推定上の細胞間ドメイン
(すなわち残基314〜738)が後に続いている推定上の膜
内外ドメインがある。この推定上の細胞内ドメインは、
予想外に、細菌中で知られている2成分環境センサー・
調節因子に対する配列相同性を有する。これら2つの細
菌中の系統群は、細菌が広範な環境的変動に対応できる
ようにする保存されたセンサー・調節因子系を形成す
る。ETRタンパク質のアミノ末端部分はエチレンと直接
にか又は間接的に(例えばエチレン結合タンパク質又は
もう1つのタンパク質と)相互作用し、かかる相互作用
の時点で、細胞内ドメインを通してのシグナルトランス
ダクションが起こるものと考えられている。
ETR核酸又はETRタンパク質は、既知のETR配列に対す
る実質的核酸及び/又はアミノ酸配列相同性によって、
同定され得る。かかる相同性は、全体的な核酸又はアミ
ノ酸配列に基づいている可能性があり、この場合、タン
パク質配列の全体的相同性は好ましくは約50%以上、好
ましくは60%、さらに好ましくは75%以上、最も好まし
くは90%以上である。全体的配列相同性にもかかわら
ず、ETRタンパク質又はETR核酸を同定するために、ETR
タンパク質配列の唯一のアミノ末端部分か又は分子のこ
の部分(すなわち5′末端部分)をコードする核酸配列
を使用することが好ましい。このアミノ末端配列部分を
使用する場合には、既知のETR配列とのアミノ酸配列相
同性が約55%以上、より好ましくは約60%以上、さらに
好ましくは約70%以上、より好ましくは85%以上、最も
好ましくは95%以上であることが好ましい。核酸配列に
基づく相同性は、アミノ酸相同性と比例するが、異なる
植物中の遺伝子コード及びコドンバイアス中の縮退が考
慮に入れられる。従って核酸配列相同性は、実質的に、
タンパク質配列に基づくものよりも低いものでありう
る。かくして、ETRタンパク質は、既知のETRタンパク質
のアミノ末端ドメインと実質的な相同性をもつアミノ末
端部分を有するあらゆるタンパク質である。かかる既知
のETRタンパク質の1つは、Arabidopsis thalianaから
のETR1タンパク質(図3参照)である。ETR核酸は、類
推により、ETRタンパク質の少なくともアミノ末端ドメ
インもコードする。
Arabidopsis thaliana以外の植物種からのETR核酸
は、既知のETR核酸を利用した標準的方法によって直ち
に同定することができる。例えば、特定の植物種の中の
ETR遺伝子の存在を検出するべく、インサイチュハイブ
リダイゼーションのために、既知のETR核酸に対応する
か又は唯一のアメノ末端ドメインをコードする標識づけ
されたプローブを使用することができる。さらに、かか
るプローブを用いて、異なる植物種のゲノミック又はcD
NAライブラリをスクリーニングするか又は、単数又は複
数の制限エンドヌクレアーゼで消化されたゲノミックDN
Aの電機泳動により分離された調製物に対するハイブリ
ダイゼーションによってETR遺伝子の全て又は一部を含
む単数又は複数のバンドを同定することもできる。
ハイブリダイゼーション条件は、使用されるプローブ
によって左右される。アミノ末端ドメインの全て又は一
部分をコードするオリゴヌクレオチドといったETR核酸
の唯一のヌクレオチド配列が使用される場合、例えば65
℃で約0.1×SSPEといった比較的高い緊縮性が用いられ
る。ハイブリダイゼーションプローブが既知のETR核酸
に対する潜在的に低い配列相同性をもつ領域、例えば唯
一のアミノ末端ドメインの一部分を網羅する領域及び膜
内ドメインを網羅する一部分をカバーしている場合、ハ
イブリダイゼーションは好ましくは、例えば50℃で約5
×SSPEといった中庸の緊縮性条件下で行なわれる。
例えば、前述の基準を用いて、成熟しているトマトの
cDNAライブラリ(Stratagene,La Jolla,California、カ
タログ番号936004)が、図3A,B,C及びD内で本書に開示
されているArabidopsis ETRタンパク質配列のアミノ末
端部分をコードする核酸配列を含む標識付けプローブで
スクリーニングされた。標準的な技術により、いくつか
のクローンが同定され、配列決定された。アミノ酸残基
1〜123(配列番号20及び21)及びアミノ酸306〜403
(配列番号22及び23)をコードするトマト(TETR)及び
Arabidopsis thaliana(ETR1)からのこのETR核酸につ
いてのDNA配列は、それぞれ図10A及び10Bに記されてい
る。
残基1〜123(配列番号25及び24)及び306〜403(配
列番号27及び26)についてのArabidopsis thaliana及び
トマト(TETR)からのETR1タンパク質についてのアミノ
酸配列は、それぞれ、図11A及び11Bに記されている。
TETRについての完全なETR核酸(配列番号35)及びア
ミノ酸配列(配列番号36)は図16に示されている。アミ
ノ末端316アミノ酸残基についてのTETR及びETR1タンパ
ク質の間のアミノ酸配列の直接的比較が、図17に示され
ている。
これを見ればわかるように、DNA配列及びアミノ酸配
列の両方のレベルで、これらの特定のArabidopsis及び
トマトのETR配列の間には実質的に相同性が存在する。
特にアミノ酸1〜45をコードする配列についてのDNAレ
ベルでの相同性は、72%よりもわずかに大きい。アミノ
酸残基1〜123についてのアミノ酸レベルでの相同性
は、約79%である。アミノ末端部分については(残基1
〜316)、全体的相同性は約73%である。アミノ酸配列
相同性の場合、等価の残基におけるアミノ酸の間の差異
が比較され、かかる差異が保存された残基すなわち機能
的に等価であるアミノ酸残基の置換を含んでいる場合、
アミノ酸配列の類似性は、最初の123の残基についての
約90%にのぼる。アミノ末端316アミノ酸についての配
列抗体は、ほぼ85%にのぼる、このような配列類似性
は、Devereux et al.(1984)Nucl,Acids Res.12:387〜
395により記述された通りの「ベストフィット」配列プ
ログラムを用いて決定された。比較配列中の2重及び単
一のデータによって、機能的に等価の(すなわち保存さ
れた)残基が同定される。同様にして、アミノ酸残基30
6〜403をコードする配列についてのArabidopsisとトマ
トの間の核酸配列相同性は約75%である。同一のアミノ
酸についてのアミノ酸レベルでの配列相同性はほぼ86%
であり、一方類似性はほぼ96%である。
ArabidopsisからのETR1及びトマトからのTETR(時と
してTXTRとも呼ばれる)に加えて、Arabidopsis及びト
マトの中で数多くのその他のETR核酸が同定されてき
た。Arabidopsisでは、QITR及びQ8 ETR核酸及びタンパ
ク質が同定された。図12,13,14及び15ならびに配列番号
41〜48を参照のこと。QITRについては、ETR1での全体的
核酸相同性は約69%である。残基1と316の間のアミノ
末端部分に関しては、相同性は、アミノ酸配列について
は約71%同一であり、核酸配列に関しては約72%同一で
ある。Q8に関しては、ArabidopsisからのETR1に対する
全体的配列相同性は、アミノ末端316アミノ酸をコード
するQ8の部分については約81%の相同性であるのに対
し、全体的核酸配列については約69%である。アミノ末
端部分についてのアミノ酸レベルでの相同性は、Q8とET
R1の間で約72%である。
トマトの中で同定されたその他のETR核酸としては、T
GETR1(配列番号37)及びTGETR2(配列番号39)があ
る。TGETR1(配列番号38)及びTGETR2(配列番号40)に
ついての演繹されたタンパク質配列はそれぞれ図18及び
19に記されている。TGETR2の配列は不完全である。TGET
R1タンパク質とETR1タンパク質の最初の316のアミノ酸
残基についての配列相同性の比較は、図20に示されてい
る。配列同一性はちょうど92%以下である。配列類似性
は、これら2つのタンパク質のこの部分の間でほぼ96%
にまでのぼる。TGETR2に関しては、図21に、この分子の
アミノ末端部分(アミノ酸245まで)とETR1タンパク質
を対応する部分の比較が記されている。これら2つの配
列部分の間の配列同一性は約85%である。配列類似性は
ちょうど92%以上にまでのぼる。
ArabidopsisからのETR核酸のクローニング及び配列決
定は、本書の例中にて記述されている。しかしながら、
これらのETR核酸についての配列が広範に開示されてい
ることから、当業者であれば、オリゴヌクレオチドプロ
ーブを直ちに構築し、PCR増幅を行なうか、又は開示さ
れている遺伝子ならびにその他の種からこの遺伝子に対
する相同性をもつその他のETR核酸を分離するために当
業者にとっては既知のその他の標準的ピロトコルを利用
することができる。同じ植物の種をスクリーニングする
場合には、5×SSPE内で55℃〜65℃まで変動する比較的
中位から高い緊縮性条件を使用することができる。より
低い相同性について又はその他の植物種内でプローブ探
査することが望まれる場合、5×SSPEで50℃といったよ
り低い緊縮性条件を使用することができる。しかしなが
ら洗浄条件は0.2×SSPEを必要とした。
トマトからのTETR1 ETR核酸の分離は、例中に記述さ
れている。この配列の分離には、ArabidopsisからのETR
1遺伝子のアミノ末端部分が利用された。本書に開示さ
れているその他のトマトETR核酸(TGETR1及びTGETR2)
は、ETR1プローブでトマトゲノミックライブラリをプロ
ーブ探査することにより同定された。ゲノミラックライ
ブラリは、トマトの部分的にSau 3A消化されたゲノミッ
クDNA抽出物が連結されたEMBL3から作られた。条件は2
×SSCでの洗浄を伴い65℃で5×SSCであった。
これまでに同定されたさまざまなETR核酸及びタンパ
ク質の全体的構造を再検討すると、少なくとも1つのク
ラスのETRタンパク質が唯一のアミノ末端部分とそれに
続くヒスチジンキナーゼドメインとそれに続く応答調節
領域を含んでいるように思われる。これはArabidopsis
内のETR1タンパク質である。第2のクラスのETRタンパ
ク質は、応答調節領域を含んでいない。かかるETRタン
パク質の例としては、Arabidopsis内のQITR及びトマト
内のTETRがある。このことがもつ意味は、今のところわ
かっていない。しかしながら、以下で記述するように、
各クラスからのメンバーをコードするETR核酸の中の突
然変異は、かかる核酸を含むトランスジェニック植物に
対する優勢なエチレン不感応性を付与することができ
る。
以下で記述する通り、異なるアミノ酸残基Ala−31,Il
e−62,Cys−65及びTyr−102を異なるアミノ酸で置換す
ることにより、形質転換された植物の中でエチレン不感
応性を付与することのできる修正されたArabidopsis ET
R核酸が結果としてもたらされる。これらの残基の各々
は、トマト(TETR)とArabidopsis thaliana(ETR1)の
ETRタンパク質の間と同一である。
ETR核酸は、ひとたび同定されると、クローニングさ
れ得、必要とあらば、その成分部分を組み合わせて完全
なETR核酸を形成することができる。例えば1つのプラ
スミド又はその他のベクターの中に含まれているか又は
線状核酸セグメントとしてそれから切除された状態でそ
の天然供給源からひとたび分離されると、ETR核酸は、
その他のETR核酸を同定し分離するプローブとしてさら
に利用可能である。同様に、修正されたETR核酸及びタ
ンパク質を作るための「前駆体」核酸としてこれを使用
することもできる。
ここで使用する「修正されたETR核酸」という語は、
前駆体ETR核酸の単数又は複数のヌクレオチドの置換、
挿入又は欠失を含むETR核酸のことである。前駆体ETR核
酸は、天然に発生するETR核酸ならびにその他の修正さ
れたETR核酸を含む。Arabidopsis ETR核酸内の残基31で
アラニンをコードするコドンといった1つのコドンにお
いて単数又は複数のヌクレオチドを置換するため、部位
特異的突然変異誘発、カセット突然変異誘発などといっ
た標準的な技術により修正することのできる前駆体核酸
として、Arabidopsis thalianaからの天然に発生するET
R核酸を使用することができる。このようなインビトロ
コドン修正は、その他の天然に発生するアミノ酸残基の
いずれか1つをコードするコドンの位置31での生成を結
果としてもたらすことができる。このような修正は、結
果として、修正されたETR核酸をもたらす。
例えば、ネバーライプ突然変異体の中に見られる表現
型の原因である突然変異は、例中に開示されている。こ
こで記述されている通り、単一点突然変異は、TETRタン
パク質内で残基36に通常存在するプロリンをロイシンに
変える。この単一突然変異は、野生型植物上で優性エチ
レン不感応性表現型を付与するのに充分である。この修
正されたETR核酸でのトマト及びその他の植物の形質転
換は、このような形質転換された植物細胞上で優性エチ
レン不感応性表現型を付与するものと予想される。
代替的には、前記体核酸は、野生型ETR核酸のヌクレ
オチドのうちの単数又は複数のものがすでに修正されて
いるものであってよい。かくして、例えば、Arabidopsi
s thaliana ETR核酸はコドン31で修正されて、例えばバ
リンといったアラニン以外のアミノ酸をコードするコド
ンでのこのコドンの置換を含む修正された核酸を形成す
ることができる。この修正されたETR核酸は同様に、第
2の修正を導入するための前駆体核酸としても作用しう
る。例えば、トレオニンの置換をコードするべくAla−1
02をコードするコドンを修正することができ、この場
合、このように形成された修正済み核酸は、残基31及び
102で2つの異なるアミノ酸の置換をコードする。
ETR核酸内の欠失も同様に考慮されている。例えば、
推定上の膜内外又は細胞内ドメインをコードする部分を
欠失させるべくETR核酸を修正することができる。この
ように形成された修正済みETR核酸は、植物細胞内で発
現されたとき、植物組織内での有効なエチレンレベルを
変調させるべく直接的又は間接的にエチレンを結合する
ことが潜在的に可能であるETRタンパク質のアミノ末端
部分のみを産生する。
さらに、修正済みのETR核酸は、エチレンに対する応
答の変性を特徴とする優性又は劣性表現型をもつ突然変
異体植物から同定、分離され得る。このような突然変異
体植物は、自然発生することもできるし、或いは、周知
の化学的又は放射線当然変異誘発技術とそれに続くこの
ような植物の後代におけるエチレン応答の決定によって
誘発させることもできる。自然発生するこのような突然
変異体植物の例には、トマトのネバーライプ突然変異体
やカーネーションのエチレン不感応性突然変異体が含ま
れる。かくして、野生型ETR核酸の組換え型修正又は突
然変異体植物種からの修正されたETR対立遺伝子の同定
及び分離により、修正されたETR核酸を得ることができ
る。
修正済みETR核酸が、前駆体ETRタンパク質内の単数又
は複数のアミノ酸残基の置換、挿入及び/又は欠失をコ
ードすることが好ましい。宿主植物細胞内での修正済み
核酸の発現時点で、かくして産生された修正済みETRタ
ンパク質は、少なくとも宿主細胞のエチレンに対する応
答を変調させることができる。このような表現型の生成
と関連して、修正され野生型植物内に再導入された時点
で形質転換された植物によるエチレン応答を減少させる
結果となる、Arabidopsis thalianaからのETR核酸の中
の数多くのコドンが同定された。これらのコドンは、Ar
abidopsis thalianaのETRタンパク質内で、アミノ酸残
基Ala−31,Ile−62,Cya−65及びTyr−102をコードす
る。これらの特定の修正済みアミノ酸残基の各々及びET
R遺伝子は、Arabidopsis thalianaからの野生型ETR遺伝
子及びArabidopsis thalianaからの4つの異なる変種
(etrl−1,etrl−2,etrl−3及びetrl−4)からの化学
的に修正された対立遺伝子(その各々が、エチレンに対
する不感応性を含む優性表現型を示した)をクローニン
グし、ヌクレオチド配列と演繹されたアミノ酸配列を比
較することにより同定された。しかしながら本発明は、
例で記述されているようなArabidopsis thalianaからの
修正済みETR核酸に制限されるわけではない。むしろ、
本発明には、エチレン感応性を変調させるその他の直ち
に同定可能な修正済みETR核酸が含まれている。
優性エチレン不感応性を示す上述の4つの変種はArab
idopsis thalianaの実生の化学的修正により生成され、
外因性エチレンを付加してこのような修正済み実生から
の植物の発育を観察することにより同定された。外因性
エチレンの付加を伴って又は伴わずに類似のアプローチ
を使用して、当業者は、同様に変調したエチレン応答を
もつあらゆる選択された植物種のその他の変異体を容易
に生成することができる。このとき、本書で開示されて
いる野生型又は修正済みETR核酸配列に基づくETRプロー
ブを用いて、修正済みの選択された植物種の適切なゲノ
ミックスはcDNAライブラリーをプローブ探査することに
よってその他の修正済みETR核酸を分離することができ
る。このとき、このように新たに生成された修正済みET
R核酸のヌクレオチド及び/又はコードされたアミノ酸
の配列を、好ましくは、選択された植物種からの野生型
ETR核酸と比較して、ETR核酸内に修正がある場合、その
どれが観察された表現型の原因であるかを決定する。選
択された植物種の野生型配列が利用可能でない場合に
は、同定されてきたArabidopsis thalianaについて本書
で開示された野生型又は修正済みのETR配列又はその他
のETR配列を比較目的で使用することができる。この要
領で、エチレン不感応性表現型を付与することのできる
ETRタンパク質に対するその他の修正を同定することが
できる。このような修正には、Arabidopsis thaliana E
TRタンパク質内のAla−31,Ile−62,Cys−65及びAla−10
2と等価の残基において置換されうるここで開示したも
の以外のアミノ酸の同定、及び望ましい表現型を産生す
るべく単数又は複数のアミノ酸残基の置換、挿入及び/
又は欠失によって修正され得るその他のアミノ酸残基の
同定が含まれる。
代替的には、単数又は複数のアミノ酸残基の置換、挿
入及び/又は欠失をコードするように、クローニングさ
れた前駆体ETR核酸を系統的に修正し、植物のエチレン
応答に対するこの修正の効果を見極めるためテストする
ことができる。かかる修正は、好ましくは、ETRタンパ
ク質のアミノ末端部分をコードするETR核酸の部分の中
で行なわれる。しかしながら、シグナルトランスダクシ
ョンを変調させるためのカルボキシ末端又は推定上の膜
内外ドメインに対する修正も同様に考慮される。(例え
ば、想定されている自己リン酸化部位であるヒスナジン
キナーゼドメインの保存されたヒスチジン又は想定上の
リン酸化部位である応答調節因子の保存されたアスパラ
ギン酸塩の修正)、エチレンとの直接的又は間接的相互
作用に関与する特定のアミノ酸残基を同定するために使
用できる1つの方法は、グリシン又はアラニンといった
走査用アミノ酸をコードするコドンでETR核酸のコドン
を逐次的に置換し(例えば1990年5月3日に公示された
PCT公報WO90/04788号を参照のこと)それに続いてこの
ように形成された修正済み核酸の各々を1つの植物への
形質転換させてエチレン応答に対するかかる逐次的置換
の効果を確認することから成る。その他のアプローチに
は、クローニングされたETR核酸の無作為修正又は予め
定められたターゲティングされた修正(例えば1992年4
月30日に公示されたPCT公報WO92/07090号を参照のこ
と)及びそれに続く植物細胞の形質転換及び変化したエ
チレン応答をもつ後代の同定が含まれる。望ましい表現
型を有するこれらの植物からのETR核酸は、観察された
表現型の原因である修正を確認又は同定するべく分離さ
れ配列決定される。
エチレン応答を変更すべく修正されうるETRタンパク
質内で特異的に同底されたものと等価のアミノ酸残基
を、その他の植物種からのETRタンパク質内で容易に同
定することも可能である。例えば、Arabidopsis thalia
naからのETRタンパク質内で同定されたものと等価のア
ミノ酸残基を、その他のETRタンパク質の中で容易に同
定することが可能である。前駆体ETRタンパク質内のア
ミノ酸残基は、それが、一次又は三次構造のいずれかで
の位置についてArabidopsis ETRタンパク質の特定され
た残基と相同である場合には、Arabidopsis thalianaの
ETRタンパク質内の特定の残基と等価である。
一次構造を通して相同性を立証するためには、前駆体
ETRタンパク質の一次アミノ酸配列を、Arabidopsis tha
lianaからのETRタンパク質の一次配列とのアライメント
により直接比較する。かかるアラインメントは好ましく
はアミノ末端ドメインのものであり、アミノ酸配列の相
同性を最大限にするべく、2つの配列の間のような単数
又は複数のアミノ酸残基の潜在的に挿入又は欠失が考慮
に入れられることになる。ETRタンパク質配列の多重度
とArabidopsis thalianaのものを比較することにより、
このような配列の中で保存された残基を同定することが
でき、この保存は好ましくは一次アミノ酸配列のさらな
る比較のために維持される。かかる配列のアラインメン
トに基づき、当業者は、Arabidopsis thaliana ETRタン
パク質中のAla−31,Ile−62,Cys−65,Ala−102及びその
他の残基と等価のものであるその他のETRタンパク質中
のアミノ酸残基を容易に同定することができる。かかる
等価の残基は、望ましいエチレン応答性表現型を付与す
るその他の修正済みETRタンパク質のものと類似の修正
のために選定される。かかる修正済みETRタンパク質は
好ましくは、等価のアミノ酸残基における対応する置
換、挿入及び/又は欠失をコードするべく前駆体ETR核
酸を修正することによって作られる。
一次配列レベルでの相同性に加えて、三次構造レベル
での相同性に基づいて等価の残基を同定することができ
る。このレベルでの等価性の決定には一般に、Arabidop
sisからのETRタンパク質又は修正されたETRタンパク質
についての3次元結晶構造(又は規定の等価残基をもつ
もう1つのETRタンパク質の結晶構造)及び、選択され
たETRタンパク質の結晶構造が必要とされる。三次構造
レベルでの等価残基というのは、ArabidopsisからのETR
タンパク質と比較して、選択されたETRタンパク質の特
定のアミノ酸残基の主鎖原子のうちの2つ以上のものの
原子座標がアラインメントの後0.13nm、好ましくは0.10
nm以内にあるような残基として定義づけられる。アライ
ンメントは、問題のETRタンパク質の非水素タンパク質
原子の原子座標の最大の重複を与えるよう最良のモデル
が配向され位置づけされた後に達成される。
ETR核酸はエチレンに対する応答性をもつ高等植物の
いずれからでも誘導されうる。特に適した植物として
は、トマト、バナナ、キウイーフルーツ、アボガドメロ
ン、マンゴ、パパイヤ、リンゴ、桃及びその他のクリマ
クテリック果実植物がある。ETR核酸を分離することの
できる非クリマクテリック種としては、イチゴ、ラズベ
リー、ブラックベリー、ブルーベリー、レタス、キャベ
ツ、カルフラワー、玉ネギ、ブロッコリ、芽キャベツ、
綿、canola、ブドウ、大豆及び脂肪種子ナタネがある。
さらに、双子葉植物(Magnoliopsida及びDicotyledonea
eクラス)及び単子葉植物(Liliopsida)を含む被子植
物を含んで成るMagnoliophyta門の中の顕花植物から、E
TR核酸を分離することもできる。A.M.Johnson.The Cent
ury Co.,NY,1931による「顕花植物の体系的分類」に従
った特に好ましい被子植物目には、Rosales,Cucurbital
es,Rubiales,Campanulatae,Contortae,Tubiflorae,Plan
taginales,Ericales,Primulales,Ebenales,Diapensiale
s,Primulales,Plumbaginales,Opuntiales,Parietales,M
yritiflorae,Umbelliflorae,Geraniales,Sapindales,Rh
amnales,Malvales,Pandales,Rhoendales,Sarraceniale
s,Ramales,Centrospermae,Santalales,Euphorbiales,Ca
pparales,Aristolochiales,Julianiales,Juglandales,F
agales,Urticales,Myricales,Polygonales,Batidales,B
alanopsidales,Proteales,Salicales,Leitneriales,Gar
ryales,Verticillatae及びPiperalesが含まれる。特に
好ましい植物としては、ゆり、カーネーション、キク、
ペニュチア、バラ、ジュラニウム、すみれ、グラジオラ
ス、ラン、ライラック、野生リンゴ、モミジバフウ、カ
エデ、ポインセチア、ニセアカシア、トネリコ、シナノ
キがある。
本書の教示に従って修正又は分離することのできるET
R核酸のための供給源を提供することに加えて、上述の
植物は、単数又は複数の組織タイプの形質転換された植
物の中でエチレン耐性表現型を示すキメリック又はトラ
ンスジェニック植物を産生するための修正された核酸の
受容体として用いることができる。
修正済みETR核酸は、ひとたびクローニングされた時
点で、植物細胞を形質転換するためのベクターを構築す
るために使用され得る。かかるベクターの構築は、植物
及び原核生物といった適当なクローニング宿主の両方に
おいて操作及び選択を行なうことのできるシャトルベク
ターの使用によって容易になる。従ってこのようなシャ
トルベクターには、植物細胞中での選択のための抗生物
質耐性遺伝子(例えばカナマイシン耐性)及び細胞宿主
内での選択のための抗生物質耐性遺伝子(例えばアクチ
ノマイシン耐性)が含まれると考えられる。かかるシャ
トルベクターは同様に、使用される原核生物宿主に適切
な複製の起源及び好ましくは少なくとも1つの唯一の制
限部位又は、ベクター構築を容易にするべく唯一の制限
部位を含むポリリンカーをも内含する。かかるシャトル
ベクターの例としては、pMON530(Rogers et al.(198
8)酵素学の方法153:253−277)及びpCGN1547(McBride
et al(1990)植物分子生物学14:269−276)が含まれ
る。
本発明を実施するための最良の様式を構成する好まし
い実施形態においては、形質転換された植物の組織の少
なくとも一部分の中でETR又は修正済みETRの核酸の発現
を駆動するために1つのプロモータが使用される。ETR
核酸の発現は、好ましくは、内因性ETRのRNA写しの翻訳
の減少により、エチレン応答を変調させるためアンチセ
ンス配向で行なわれる。修正済みETR核酸の発現の結果
として、エチレン不感応性を付与することのできる修正
済みETRタンパク質の産生がもたらされる。このような
プロモータは、植物、植物病原菌又は植物ウイルスから
得ることができる。構成性プロモータとしては、カリフ
ラワーモザイクウイルス(CaMV35S及びCaMV19S)の35S
及び19Sプロモータ、Figwortモザイクウイルス(FMV35
S)からの全長写しプロモータ(1992年7月23日に公示
されたPCT公報WO92/12249を参照のこと)及び、ノパリ
ンシンターゼ(NOS)、マンノピンシンターゼ(MOS)又
はオクトピンシンターゼ(OCS)といったAgrobacterium
(アグロバクテリウム)遺伝子と結びつけられたプロモ
ータがある。その他の構成性プロモータとしては、α−
1及びβ−1チューブリンプロモータ(Silflow et al.
(1987)Devel.Genet.8:435−460)、ヒストンプロモー
タ(Chanbet(1987)Devl.Genet.8:461−473)及びETR
核酸の転写を調節するプロモータがある。
いくつかの実施形態においては、ETR及び修正済みETR
核酸の発現を制御するために、組織及び/又は時間特異
的プロモータを使用することができる。果実特異的プロ
モータの例としては、トマトからのE8,E4.E17及びJ49プ
ロモータ(Lincoln et al.(1988)Mol.Gen.Genet.212:
71−75)及び米国特許第4,943,674号、5175095号及び51
77,307号の中で記述されているようなトマトからの2A1
1,Z130及びZ70プロモータがある。さらに、米国特許第
5,177,011号に記述されているような植物EF−1αプロ
モータを利用して、急速に分裂する組織における優先的
発現を得ることができる。花特異的プロモータの例とし
ては、リーフィープロモータ、及び無弁花、雌花及び無
配偶子遺伝子からのプロモータがある。形質転換された
植物の葉の中での発現をターゲティングするためのプロ
モータ系は、光の無いところでssRuBlSCOの発現を抑制
するssRuBlSCO遺伝子の一部分に連結されたCaMV35Sプロ
モータを含むキメラプロモータである。さらに、花粉特
異的プロモータも使用することができる。かかるプロモ
ータは当業者にとっては周知のものであり、容易に入手
可能である。かかるプロモータの一例として、Zn13(Ha
milton et al.(1992)Plant Mol.Biol.18:211−218)
がある。このプロモータはトウモロコシ(Monocot)か
らクローニングされたものであるが、タバコの中で使用
すると、強い花粉特異的プロモータとして機能する。
ETR核酸の条件付き発現のために使用することのでき
る誘発可能なプロモータの例としては、PHs1熱ショック
タンパク質遺伝子(タカハシet al.(1989)Mol.Gen.Ge
net.219:365−372)といった熱ショックタンパク質遺伝
子からのもの及び、3つのクロロフィルa/b集光性タン
パク質プロモータ(Leut us ler et al.(1986)Nucl.A
cids.Res.14:4051〜4064)及びプリーフェレドキシンプ
ロモータ(Vorst et al.(1990)Plant Mol.Biol.14:49
1−499)を含む光誘発性プロモータがある。
本発明のさらにもう1つの実施形態においては、植物
細胞を形質転換するために使用されるベクターは、植物
細胞内で内因性プロモータ内へのETR核酸の挿入をター
ゲティングするように構築される。内因性プロモータへ
の修正済みETR核酸の組込みをターゲティングするのに
使用されうる1つのタイプのベクターには、哺乳動物の
ES細胞内の予め定められた内因性遺伝子座への外因性DN
Aのターゲティングについて記述するMonsour,et al.Nat
ure 336:348〜352(1988)により記述されたものと類似
の正−負選択ベクターが含まれる。植物細胞内で機能的
な正及び負の選択標識を用いた類似の構成体は、内因性
植物プロモータ及びそれをとり囲む配列の同定に基づい
て容易に設計することができる。このようなアプローチ
が使用される場合、野生型遺伝子型への復帰の確率を最
小限におさえるため、置換型ベクターを使用することが
好ましい。
本発明のベクターは、ベクターの中に含まれるプロモ
ータ配列又は植物細胞ゲノムの中でターゲティングされ
ているプロモータ配列が、ETR又は修正済みETR核酸をコ
ードする核酸に作動的にリンケージされるように設計さ
れている。ETR核酸の正のストランドが使用される場
合、「作動時にリンケージされた」という語は、RNAポ
リメラーゼがプロモータ配列からのETR核酸の転写を開
始させることができるような形でプロモータ配列がETR
核酸のコーディング配列との関係において位置づけされ
ていることを意味する。このような実施形態において
は、ETRタンパク質へと翻訳されうる機能的RNA写しを産
生するべく、適切なリポソーム結合部位、転写開始及び
終結配列、翻訳開始及び終結配列、及びポリアデニル化
配列を提供することも好まれる。ETR核酸のアンチセン
ス配向が使用される場合、必要なのは、ETRアンチセン
スストランドを転写するべくプロモータが作動的にリン
ケージされていることだけである。かくして、かかる実
施形態では、形質転換された植物細胞の中に含まれてい
る修正済みETR核酸又は内因性ETR遺伝子からのmRNA又は
その他のRNA写しとハイブリッド形成することのできるR
NA写しを提供するために、転写開始及び終結配列のみが
必要とされる。プロモータに加えて、インビボでのETR
核酸の発現を容易にするため、エンハンサーといったそ
の他の発現調節配列をベクターに加えることもできる。
ベクターがひとたび構築されたならば、植物の形質転
換は本発明に従い、植物分子生物学の当業者にとって既
知のさまざまな形質転換方法のうち基本的にいずれを用
いてでも実施することができる。このような方法は、一
般に、Methods and Engymology、第153巻、(「組換え
型DNA部分D」)、1987,Wa及びGrossman,Academic Pres
s eds.において記述されている。ここで使用する「形質
転換」という語は、外因性核酸の導入による植物細胞の
遺伝子型の変化を意味する。植物細胞の形質転換のため
の特定の方法には、マイクロピペットの使用による植物
細胞内への核酸の直接的マイクロインジェクションが含
まれている。代替的には、ポリエチレングリコールを用
いることにより、核酸を植物細胞内にトランスファする
こともできる(Paszkowski et al.,EMBO.j.3:2717−272
2(1984))。その他の形質転換方法には、原形質体の
電気穿孔法(Fromm,et al.Proc.Natl.Acad.Sci.U.S.A.8
2:5824(1985);植物特異的ウイルス例えばカリフラワ
ーモザイクウイルスでの感染(Hohnet et al.「植物腫
瘍の分子生物学」、Academic Press,New York(1982),
p549〜560)又はAgrobacterium tumefaciens(アグロバ
クテリウム・ツメファシエンス)といった植物特異的細
菌からの形質転換配列、例えば、agrobacterium tumefa
ciensでの感染の時点で植物細胞に伝送されたTiプラス
ミドの使用(Horsch et al.Science 233:496〜498(198
4);Fraley et al.Proc.Natl.Acad.Sci.U.S.A.80:4803
(1983))が含まれる。代替的には、植物細胞の高速弾
動貫入によって小さいビーズ又は粒子の表面上又はマト
リクス内に含まれている核酸を導入することによって、
植物細胞を形質転換することもできる(Klein et al.Na
ture 329:70−73(1987))。
植物細胞内にベクターが導入された後、植物の再分化
に先立って、成功した形質転換についての選択が標準的
に行なわれる。かかる形質転換選択は必ず必要ではない
ものの、野生型背景を減少させることにより望ましい表
現型をもつ再分化された植物の選択を容易にする。かか
る選択は、便利にも、形質転換ベクター内に取り込まれ
うる抗生物質耐性及び/又は除草剤耐性遺伝子に基づい
ている。
実際には、培養された細胞又は組織から全ての植物を
再分化させることができる。ここで使用する「再分化」
という語は、1つの植物細胞、1群の植物細胞又は植物
部分から1つの植物全体を成長させることを意味する。
植物再分化のための方法は、当業者にとって周知のもの
である。例えば、培養された原形質体からの再分化につ
いては、Evans et al.「原形質体の分離及び培養」、Ha
ndbook of Plant Cell Cultures(植物細胞培養便覧)
1:124〜176(Mac Millan Publishing Co.,New York(19
83);M.R.Davey、「植物原形質体の培養及び細分化にお
ける最近の発達」、Protoplasts(1983)Leeture Proce
edings(講義議事録)、p12〜19(Birkhauser,Basil 19
83):及びH.Binding「植物の再分化」、Plant Protopl
asts(植物原形質体)p21〜731 CRC Press,Bocaraton 1
985)、よっては記述されている。形質転換が器官部分
のものである場合、再分化は、植物カルス、外植体、器
官又は部分からのものでありうる。再分化のためにこの
ような方法も当業者にとって既知のものである。例え
ば、Methods in Enzymolog、前出;Methods in Enzymolo
gy、第18巻;及びKlee et al.Annual Review of Plant
Physiology(植物生理学年報)38:467〜486を参照のこ
と。
本発明のベクターを用いてペチュニアを形質転換し再
分化するための好ましい1つの方法は、Horsch,R.B.et
al.(1985)Science 227:1229〜1231によって記述され
ている。本発明のベクターで綿花を形質転換しそれから
植物を再分化させるために好ましい方法は、Trolindet
et al.(1987)Plant Cell Reports(植物細胞報告書)
6:231−234によって記述されている。
トマト植物細胞は、好ましくは、Mc Cormick et al.,
Plant Cell Reports 5:81−84(1986)内に記述されて
いるような方法によりAgrobacterium菌株を利用して形
質転換される。特に7〜8日目の実生から子葉が得られ
る。種子は30%のClorox漂白剤の中で20分間表面殺菌さ
れDavis発芽培地上のPlantconsボックス内で発芽させら
れる。Davis発芽培地は、4.3g/のMS塩、20g/のスク
ロース及び10mlu/のNitshビタミン、pH5.8で構成され
ている。Nitshビタミン溶液は100mg/のミオイノシト
ール、5mg/のニコチン酸、0.5mg/のピリドキシン、
HCl、0.5mg/のチアミンHCl、0.05mg/の葉酸、0.05m
g/のビオチン、2mg/のグリシンから成る。80アイン
シュタインm2−s-1の強度の白色冷光下で、25℃湿度40
%にて成長チャンバの中で7〜8日間、種子を発芽させ
る。光周期は、明16時間、暗8時間である。
ひとたび発芽が起こると、矩形の外植体を作るべく、
#15のフェザーブレードを用いて、頂端分裂組織及び胚
軸を切断することにより子葉を外植する。発芽しつつあ
る子葉の短い端部でのこれらのカットは、感染のための
表面積を増大させる。脱水を防ぐため、外植体を無菌の
Davis再分化液の中に入れる。Davis再分化培地は1×MS
塩、3%スクロース、1×Nitshビタミン、2.0mg/ゼ
アチン、pH5.8で構成されている。この溶液は0.8%のノ
ーブル寒天でオートクレーブに付されたものである。
いかなる抗生物質も含まない培地から成る「フィーダ
ープレート」上で子葉を予備栽培する。この培地は4.3g
/のMS塩、30g/のスクロース、0.1g/のミオ−イノ
シトール、0.2g/のKH2PO4、1.45mls/のチアミンHCl
0.9mg/ml溶液、0.2mlsのキネチン0.5mg/ml溶液及び0.1
mlの2.4D 0.2mg/ml溶液から成る。この溶液をKOHを用い
てpH6.0に調整する。1.5〜2.0mlsのタバコ懸濁細胞(TX
D's)と2C005K培地の中に浸された無菌Whitmanフィルタ
ーをこれらのプレートの上に置く。2C005Kの培地は、4.
3g/のGibco MS塩混合物、1mlのB5ビタミン(1000×ス
トック)、30g/のスクロース、2mg/mlストックからの
2mls/のPCPA、及び0.5mg/mlのストックからの10μ
/のキネチンから成る。連続明光周期で40〜50アイン
シュタインm2s-1の光強度を用いて、白色冷光下25℃で
成長チャンバ内にて、1日子葉を培養した。
次に、子葉に、修正済み又は野生型のETR核酸を含むA
grobacteriumの対数増殖期の溶液を接種する。Agrobact
eriumの濃度は、約5×108細胞/mlである。数分間子葉
を細菌溶液の中に浸し、次に無菌Whatmanフィルターデ
ィスク上で余分な溶液を除去するため吸い取り、その後
もとのフィーダープレートに戻し、ここで2日間同時培
養させる。2日後、子葉を、2mg/のゼアチンリポシ
ド、500μg/mlのカルベニシリン及び100μg/mlのカナマ
イシンと共にDavis再分化培地を含む選択プレートへと
移す。2−3週間後、カルス及び/又は菌条が形成した
子葉を、カルベニシリン及びカナマイシンを同じレベル
で含む新鮮なDavis再分化プレートに移す。この時点で
形質転換体について実験を評点する。規則的に3週の間
隔でカルス組織を継代培養し、発育する菌条のつぼみが
再分化し続けるように異常な構造があればそれをトリミ
ングする。菌条は3〜4カ月以内で発育する。
菌条が発育すると、これをカルス組織からきれいに切
除し、発根選択プレート上に植付けする。これらのプレ
ートには、50μg/mlのカナマイシン及び500μg/mlのカ
ルベニシリンを含む0.5×MSOが含まれている。これらの
菌条は2週間以内で選択培地上で根を形成する。2週間
後にいかなる根も現われなかった場合、菌条をトリミン
グし選択培地上に再度植付けする。22℃の温度でパーシ
バル中で菌条培養をインキュベートする。根のついた菌
条を、次に、根の長さが約2cmになった時点で鉢植えす
る。温室へ移す前に、2〜3週間明18時間暗6時間の光
周期で21℃で成長チャンバー内にて植物を硬化させる。
温室では、日中26℃夜間21℃の温度で植物を成長させ
る。光周期は明13日、暗11日であり、植物を成熟させ
る。
植物がひとたび再分化されたならば、エチレン応答表
現型の変化に基づいて単数又は複数の植物を選択する。
例えば、修正済みETR核酸がその未変性プロモータと共
に使用される場合、選択は、かかる植物からの実生の
「3重応答」のうちの1つのいずれかにおける変化に基
づくものでありうる。Guzman et al.(1990)The Plant
Cell(植物細胞)2:523。代替的に、又は構成性プロモ
ータが使用される場合、その他のさまざまなエチレン応
答を検定し、野生型植物と比較することができる。かか
るその他のエチレン応答としては、(主としてトマトに
見られる)上偏成長、epsision、器官脱離、花弁老化及
び果実成熟がある。エチレン応答の明白な変化に加え
て、酵素といった特定のタンパク質のレベルの標準的な
増減についての応答時間を決定するためエチレンに対す
る露呈が後に続くさまざまな酵素レベルの測定を行なう
ことができる。特定の植物がエチレンに対する減少した
応答を有するか否かを決定するために使用することので
きるさまざまなエチレン応答の例は、「植物生物学にお
けるエチレン」第2版内の第7章、エチレン作用のメカ
ニズム、F.B.Abels,P.Worgen及びM.E.Salveit,Jr.,eds.
San Diego Academic Press,Ins.(1992)の中で記述さ
れている。組織及び/又は時間特異的プロモータ又は誘
発可能なプロモータが使用される場合、エチレン応答の
変調の決定は、適切な時に又必要とあらば誘発性プロモ
ータを活化/不活化するための適切な条件下で、行なわ
れる。各々のケースにおいて、好ましくはエチレン応答
は、野生型植物からの同じエチレン応答に比較される。
以下に記すのは、果実中のエチレン応答を変調するた
めの特に好ましい実施形態である。しかしながら、この
ような実施形態は、栄養組織及び花におけるエチレン応
答を変調させるために容易に修正することができるもの
である。
1つのアプローチでは、エチレン応答を減少させるた
め、中庸な強度の構成性プロモータに作動的にリンケー
ジされた修正済みETR核酸が使用される。こうして果実
の成熟のための時間が延長される結果となる。
代替的な一実施態様においては、修正済みETR核酸の
発現を開始させる条件を維持して果実の成熟を妨げるこ
とができるように、調節可能(誘発可能な)プロモータ
に作動的にリンケージされた修正済みETR核酸が使用さ
れる。次に、成熟を得るべく修正済みETR核酸の発現を
停止させる条件を維持することができる。例えば、高い
(現場)温度では活性であるものの冷凍中といった低温
では活性でない熱誘発性プロモータを使用することがで
きる。もう1つの例では、早期成熟を防ぐため2,4−D
といった市販のオーキシン類似体又は市販のジベレリン
類似体で形質転換された植物を処理できるように、オー
キシン又はジベルリン誘発されるプロモータが利用され
る。
代替的には、果実の成熟を妨げるため、修正済みETR
核酸に対して強い構成性プロモータを作動的にリンケー
ジさせることができる。場合によって果実の成熟を可能
にするため、植物は、誘発性プロモータに作動的にリン
ケージされた野生型ETR核酸でも形質転換される。野生
型ETR核酸の発現は、誘発可能なプロモータが応答する
適切な条件に植物をさらすことによって、増大する。野
生型ETR核酸発現が増大した時点で、果実の成熟が起こ
るよう、修正ETR核酸の発現の効果が減少する。
エチレン不感応性を付与するべく植物を形質転換させ
る上で使用するのに望ましい特定の構成体には、プロリ
ンをロイシンに変換すべく残基36に対応する修正を含ん
でいるその他のあらゆる突然変異体Arabidopsis ETRゲ
ノミック又はcDNAクローンに作動的にリンケージされた
CMV35Sプロモータが含まれる。このような構成体は、そ
れによって形質転換されそれを発現する細胞及び植物に
対して優性エチレン不感応性表現型を付加するものと予
想されている。
さらに、好ましい構成体は、ArabidopsisからのETR遺
伝子の中で同定されたもののいずれかと類似の突然変
異、ならびにトマトETR遺伝子内に見られるNr突然変異
を含むように工学処理されたトマトTETR cDNAの発現を
駆動するべくFMVプロモータを作動的にリンケージする
−−を含んでいる。このような構成体は、それによって
形質転換されそれを発現する細胞及び植物に対する優性
エチレン不感応性表現型を付与することが予想されてい
る。
その他の好ましい構成体には、TETR及びETR1を含むET
RアンチセンスcDNAに対しFMVプロモータをリンケージす
る作動体(operable)が含まれている。このような構成
体は、それによって形質転換されそれを発現する細胞及
び植物に対して優性エチレン不感応性表現型を付与する
ことが予想されている。
本発明は、有用な表現型を得るため、広範な植物にお
いて実践することができる。例えば、花壇又は綿作物
(Hall,et al.(1957)Physid Plant 10:306−317)及
び切花になった(Halevy,et al.(1981)Hort.Rev.3:59
−143)又はなっていない観賞花(カーネーション、バ
ラなど)において発生するような成長中又は輸送又は貯
蔵中の花の老化及び落花を遅延させるか又妨げるため
に、本発明を使用することができる。さらに、本発明
は、キュウリ(Jackson,et al.(1972)Can.J.Bot.50:1
465−1471)、野菜及びその他の作物(Heck et al.(19
62)Texas Agric.Expt.Sta Misc,Publi MP 613:1−13)
及び観賞植物(例えばヒイラギリース)(Curtis et a
l.(1952)Proc.Am.Soc.Hort.Sci.560:104〜108)にお
ける葉及び果実の老化及び脱離を遅延させるか又は妨げ
るために実施することもできる。その他の用途として
は、例えばサツマイモ(Kitinoja(1978)「園芸におけ
るエチレン応答の操作」、Reid,ed.,Acta.Hort.第201
巻、377−42)、ニンジン(Coxon et al.(1973)Phyto
Chem.Istry.12:1881〜1885)、アメリカボウフラ(Sha
ttuck et al.(1988)Hort.Sci.23:912)及びアブラナ
属におけるエチレンにより誘発される苦味フェノール化
合物(イソクマリン)の減少又は予防が含まれる。その
他の用途としては、オート麦やcanolaにおいて発生する
ような生殖組織に対する選択的損傷(Ried et al.(198
5)、「植物発育におけるエチレン」中、Roberts,Tucke
r,eds,(ロンドン),Butterworths,p277−286)、リン
ゴやすいかといった貯蔵農産物において発生するような
風味、堅実さ及び/又はテクスチュアの喪失(Risse et
al.(1982)Hort.Sci.17:946−948)、先の巻いたレタ
スにおいてエチレンにより誘発されるあづき色のしみ
(収穫後の障害)を予防して、例えば観賞用アナナスに
おける花の形成を遅らせることによって(Mekers et a
l,(9183),Acta Hortic 137:217−223)植物のサイズ
を増大し、雄花の産生を促進させる(Jaiswal et al.
(1985)Proc.Indian Acad.Sci.(Plantg Sci,95:453−
459)こと、が含まれる。さらにColletotrichum lagena
riumに感染したキュウリにおける損傷及び老化を防止す
ることといった疾病の発生を遅らせるため、及び例えば
大麦、カンキツ属、アメリカトガサクラ実生、グレープ
フルーツ、プラム、バラ、カーネーション、イチゴ、タ
バコ、トマト、小麦、スイカ及び観賞植物のように、疾
病発生の増加をエチレンがひき起こしている植物におけ
る疾病を減少させるために、エチレン応答の減少を利用
することもできる。さらに、環境内に見られるエチレン
の効果及び間接的には植物組織内のエチレンの生合成を
結果としてもたらすさまざまな環境的ストレスの効果を
減少させるのに、本発明を用いることができる。例え
ば、エチレンは火災、自動車排気ガス及び工業のため、
局所的大気内に生物学的に有害なレベルで存在する。例
えば、前出の「植物生物学におけるエチレン」の中の第
8章、環境内のエチレンを参照のこと。さらに、本発明
は、洪水、濁水、酸素欠乏、外傷(圧迫及び攻撃傷を含
む)、冷え、病原体侵入(ウイルス、細菌、真菌、昆
虫、線虫など)、化学的露出(例えばオゾン塩及び重金
属イオン)及び放射線といった環境的ストレスに応答し
て合成されるエチレンの効果を最小限におさえるために
使用できる。
以下の説明は、例示として記すものであり、本発明の
範囲に対する制限とみなされるべきものではない。さら
に、ここに記されている参考文献は全て、明示的に参考
として内含される。
例 1 ETR1遺伝子のクローニング etr1−1植物を、それぞれ劣性の可視的標識ap1及びc
lv2を支持する2つの系統と交雑される。F1後代を自家
受粉させた。F2において表現型を評点した。(Kosambi
マッピング関数(D.D.Kosambi(1944)Ann.Eugen.12:17
2)を用いて)組換え百分率をセンチモルガン単位で決
定した。ETR1遺伝子座は可視的遺伝子標識ap1及びclv2
の間の染色体1の下部部分にマッピングした(AP1から
6.5+/−1.0cM及びCLV2から2.8+/−1.1cM)。
etr1−1を検定系統W100(生態型Landsberg(Koornne
ef et al.,(1987)Arabidopsis Inf.Serv.23:46)に交
雑させ、P1植物を自家受粉させた。Chang,et al.(198
8)Proc.Natl.Acad.Sci.U.S.A.85:6856に記述されてい
る通り56のF2植物内で、ETR1遺伝子座へのRFLP標識のリ
ンケージを分析した。この染色体1の領域内にあるRFLP
標識のうち1つの標識1bAt315は、112の染色体のうちの
etr1−1突然変異体表現型と完全に同時分離した。従っ
て、1bAt315クローンはETR1遺伝子領域内の染色体歩行
を開始させるためのプローブとして使用された。さまざ
まなゲノミックDNAコスミドライブラリを使用した。1
つのライブラリは、1bAt315に対してハイブリッド形成
した2つの酵母人工染色体(YACs EG4E4及びEG2G11(Gr
ill et al.(1991)Mol.Gen.Genet.226:484)のサブク
ローンを内含していた。YACをサブクローニングするた
め、EG4E4又はEG2G11を宿す酵母細胞からの全DNAを、Sa
u3AIで部分的に消化させ、コスミドベクターpCIT30(Ma
et al.(1992)Gene,117:161)内にクローニングさせ
た。標準クローニング及びスクリーニング方法を使用し
た(Sambrook et al、分子クローニング:実験室マニュ
アル(Cold Spring Harbor Laboratory,Cold Spring Ha
rbor,NY,1989))。etr1−1突然変異体からのライブラ
リを、同様にpCIT30内で構築した。野生型ライブラリ
は、以前に構築された(Yanofsky et al,(1990)Natur
e 346:35)。これらのライブラリに対する制限分析及び
逐次的ハイブリダイゼーションにより、約230kbの距離
にまたがる重複するコスミド(contig)を得た。図8参
照のこと。
ETR1遺伝子は、微細構造RFLPマッピングを用いて、約
47kbの下位領域に位置決定された。微細構造地図を作成
するため、ap1及びclv2を支持する2つの系統(両方共
生態型Landsberg)とetr1−1突然変異体(生態型Colum
bia)の間の上述の交雑のF2自己後代からの表現型に基
づいて減数分裂組換え体を分離した。両方の遺伝子座で
野生型であるか又は両方の遺伝子座で突然変異体であっ
た植物としてF2後代の中で、組換え体を同定した。ETR1
を、暗所で成長した実生内で評点した。(Bleecker et
al.(1988)Science 241:1086)。ETR1とAP1の間で74個
の組換え体が、又ETR1とCLV2の間で25個の組換え体が得
られた。RFLPプローブとして染色体歩行からのDNAフラ
グメントを用いて、組換え破断点をマッピングした。分
離された組換え体の数から見て、各々の交雑について、
破断点間の計算上の平均距離はおよそ20kbであった。23
0kgのcontigより上で、見い出された破断点の実際の密
度はCLV2上の計算上の密度と一貫したものであった(約
120kb内で5つの破断点)。ETR1遺伝子をフランキング
する最も近い破断点は、約74kbのDNAセグメントを構成
していた。
この47kbの領域から誘導された写しを探求するため、
DNAフラグメントを用いてcDNAライブラリをスクリーニ
ングした。1つのcDNAクローンをλC4と呼称し、これを
図8に示されている4.25kbのEcoR Iフラグメント1で検
出した。λC4は潜在的にETR1遺伝子を表わしていたた
め、このクローンをさらに特徴づけした。
例 2 ETR遺伝子の特徴づけ Sequenase Version 2.0(United States Biochemical
Co.,Cleveland,Ohio)及び長さ17ヌクレオチドの合成
オリゴヌクレオチドプライマを用いて、λC4 cDNA及び
対応するゲノミックDNA(図2)のヌクレオチド配列
(配列番号1)を決定した。全配列が決定されるまで、
配列を拡張させるべく既存のETR1配列からプライマ配列
を選んだ。クローニングベクターにアニールしたプライ
マを用いて、初期配列を得た。鋳型は、2本鎖プラスミ
ドであった。推定された転写開始部位より上流225bpと
ポリアデニル化部位の下流90bpを含むゲノミックDNAの
両方のストランドを配列決定した。λC4は1本鎖上で配
列決定された。
λC4は、18塩基のpoly Aテイルを含め長さ1812塩基対
であった。DNA配列及びRNAブロット(以下で記述)か
ら、λC4に5′末端の約1000の塩基対が欠如しているこ
とが確認された。
より長いcDNAを得るため、λC4の内部の配列特異的プ
ライマを用いて、実生poly A+RNAから最初のストランド
cDNAを合成した(Ribo Clone cDNA合成システム、Prome
ga,Madison Wisconsin)。次にさまざまなプライマ対を
用いて、PCRによりcDNAを増幅した(Saiki,R.K.et al.
(1985)Science,230:1350):cDNA及びゲノミックDNA配
列から演繹されるように異なるエキソンにアニールする
ため3′PCRプライマが選択され、ゲノミックDNA配列の
さまざまな5′部分にアニールするため5′PCRプライ
マが選択された。5′末端で6つの異なるプライマが使
用された。cDNAを増幅した最も遠い上流プライマは、Q
(5′AGTAAGAACGAAGAAGAAGTG)(配列番号26)であっ
た。下流で12塩基だけシフトさせられた重複プライマも
同様にcDNAを増幅した。98塩基対だけさらに上流にあっ
た5′末端プライマを用いてcDNAを増幅することはでき
なかった。PCR制御のためにゲノミックDNA鋳型を使用し
た。最長のcDNAは、プライマQの5′末端まで拡張する
ものとみなされた。以下のとおりにSequenase Version
2.0で直接、増幅cDNAを配列決定した:すなわち、ま
ず、エタノール沈降によりPCR反応を濃縮させた後、増
幅産物を0.8%のLMRアガロースゲル内で電気泳動により
分離した。DNAフラグメントを切除し、10μの切除済
みゲル(70℃で溶融したもの)、1mlの10mMプライマ及
び1.2mlの5%Nonidet P−40の混合物を2分間90℃で加
熱してDNAを変性させた。次に、配列決定反応に着手す
る前に、混合物を37℃まで冷却した。
2786塩基対(poly Aテイルを含まず)であった最長cD
NAは、RNAブロットからの2800塩基という見積り上のサ
イズと一致しており、全長に近いものと推定された。潜
在的なTATAボックス(5′ATAATAATAA)が、ゲノミック
配列内で5′末端から上流の33bpのところに存在する。
cDNA配列とゲノミックDNA配列の比較に基づくと、遺伝
子は、5′の未翻訳リーダー内にあるもの1つを含む6
つのイントロンを有する。エキソンは、738アミノ酸の
単一の読取り枠を含んでいる。図3を参照のこと。
この遺伝子が実際ETR1であるという決定は、野生型対
立遺伝子及び4つの突然変異体対立遺伝子のヌクレオチ
ド配列を比較することによって立証された。各々の突然
変異体対立遺伝子について、ベクターラムダZAP II(St
ratagene La Jolla,California)内で1つのEcoR Iサイ
ズ選択ライブラリを構築した。野生型フラグメントでの
ハイブリダイゼーションにより4.25kbのEcoR Iフラグメ
ントのクローンを分離した。これらのクローンを、供給
業者(Stratagene)に従ってインビボ切除により、プラ
スミド(pBluescriptベクター)へと変換させた。各々
の突然変異体対立遺伝子について1本鎖上で2つの独立
したクローンを配列決定した。5′末端(4.25kbのEcoR
Iフラグメント上に含まれていない535bp)をPCRにより
増幅し、前述の通り直接配列決定した。コドンの差異は
以下のとおりであった:etr1−1内でコドン65 TGT〜TAG
(図6A,B,C及びD)、etr1−2内でコドン102GCG〜ACG
(図7A,B,C、及びD)、etr1−3内でコドン31 GCG〜GT
G(図4A,B,C及びD)、etr1−4内でコドン62 ATC〜TTC
(図5A,B,C及びD)。4つの突然変異は全て、演繹され
たタンパク質配列のアミノ末端領域内でクラスター化し
ている。
標準RNA電気泳動(ホルムアルデヒド)ゲルブロット
の中でETR1メッセージを検査した。検査した全ての植物
部分つまり葉、根、茎、花及び実生の中に、2.8kbのETR
1写しが存在していた(データ示さず)。さらに、野生
型及び突然変異体対立遺伝子のETR1写しの間には、全く
差異が観察されなかった(データ示さず)。エチレンで
の処理は、暗所で成長した野生型実生内のETR1 mRNAの
量を検出可能なほど変えなかった(データ図示せず)。
通常の緊縮性(すなわち5×SSPE(0.9MのNaCl、50mM
のNaH2PO4、40mMのNaOH、4.5mMのEDTA、pH7.4)内で65
℃で一晩、そして30分間65℃での0.1×SSPE内での最も
緊縮性の高い洗浄を伴う)でETR1遺伝子をArabidopsis
ゲノミックDNAブロットにハイブリッド形成させた時点
で、ETR1遺伝子座の予想されたフラグメントのみが観察
された(データ示さず)。しかしながら、減少した緊縮
性(すなわち、50℃で5×SSPEでのハイブリダイゼーシ
ョンと50℃で5×SSPE内の洗浄)では、数多くのフラグ
メントが検出され、このことは、類似の遺伝子の系統群
がArabidopsis内に存在することを示唆している。
ETR1の予想されたアミノ末端配列(残基1−316)
は、Gen Bankデータベース(バージョン77.0)内の配列
と全く類似性をもたない。しかしながら、カルボキシル
末端部分は、シグナルトランスダクションの原核2成分
系のセンサー及び応答調節因子の両方の保存されたドメ
インときわめて高い類似性をもつ。細菌内では、センサ
ーのヒスチジンタンパク質キナーゼドメインは、緩やか
に保存された間隔どりで特定の順序で配置された5つの
配列モチーフによって特徴づけられる(Prakinson(199
2)Annu.Rev.Genet.26:71)。演繹されたETR1配列は、
細菌タンパク質内で見られるものと同じ相対的順序及び
間隔どりをもつ5つのモチーフ全てを含む(図9A)。演
繹された配列は、Escherichia coli BarA(ナガサワet
al.(1992)Mol.Microbiol.6:3011)及びPseudomonas s
yringae LamA(Harbak et al.(1992)J.Bact.174:301
1)に最も類似している:ヒスチジンキナーゼドメイン
(残基336から566までの241のアミノ酸)全体にわた
り、それぞれBraA及びLemAと43%及び41%のアミノ酸同
一性が存在する。BarAは、E.coli浸透センサータンパク
質EnvZ(ナガサワ、前出)内での欠失を相補するその能
力に基づいてクローニングされたが、その機能について
はまだ知られていない。LemAは、インゲンマメ植物上の
P.syringaeの病原性にとって必要なものである(Hraba
k、前出)。この推定上のETR1ドメインにきわめて類似
した配列をもつその他の細菌タンパク質は、アブラナ科
植物内での病原性についての宿主認識に関与している可
能性のあるXanthomonas Campestris Rpfc(35%の同一
性)(Tang et al(1991)Mol.Gen.Genet,226:409)、
きょう膜合成の調節に関与しているE.coli RcsC(34%
の同一性)(Stout et al.(1990)J.Bacterial.172:65
9)及び嫌気性酵素の抑制の原因であるE.coli ArcB(25
%の同一性)(Luchi et al.(1990)Mol.Microbiol.4:
715)である。
推定上のヒスチジンキナーゼドメインに隣接して、演
繹されたETR1配列は細菌性応答調節因子の構造的特徴と
保存された残基を示す。応答調節因子の構造的特徴は、
5つのα−らせんにとり囲まれた5つの平行なβ−スト
ランドから成る、Salmonella typhimurium及びE.coli内
のCheY(化学定性についての応答調節因子)の既知の3
次元構造に基づいている(Stock et al.(1989)Nature
337:745;Volz et al.(1991),J.Biol.Chem.266:1551
1)。細菌応答調節因子の配列は、CheYは疎水性コアと
相容性ある残基に基づいてこの構造と整列させられた。
(Stock et al.(1989)Microbiological Rev.53:45
0)。演繹されたETR1配列も同様に整列させることがで
きる(データ示さず)。4つの特異的位置において、応
答調節因子は、保存度の極めて高い残基つまり3つのア
スパラギン酸塩とリシンを含んでいる(Parkinson et a
l.(1992)Annu.Rev.Genet.26:71;Stock et al.,前
出);3つのアスパラギン酸塩、保存されたリシンの側鎖
が中に突出する酸性ポケットを形成し(Stock et al.
(1989)Nature 337:745;Volz et al.(1991)J.Biol.C
hem.266:15511)、3番目のアスパラギン酸塩は、ホス
ホヒスチジンからのリン酸塩の受け器である(Stock et
al(1989)、前出)。第2のアスパラギン酸塩に対す
るグルタミン酸塩の保存的置換を除いて、これらの保存
されたアミノ酸は、演繹されたETR1配列内で同じ位置に
発見される(図9B)。このドメイン(ETR1内の残基609
〜729までの121のアミノ酸の伸張)内の演繹された配列
は、ヒトにおける病原性について毒力関連遺伝子を制御
するBordetella parapertussis BvgS(29%の同一性、6
0%の類似性)、E.coli RcsC(29%の同一性、64%の類
似性)、P.Syringae LemA(26%の同一性、57%の類似
性)、X.campestris RpfC(25%の同一性)及びE.coli
BarA(20%の同一性)の配列に最も類似している。配列
がETR1に類似している細菌タンパク質は全て、ヒスチジ
ンキナーゼドメイン及び応答調節因子ドメインの両方を
含むという点でETR1に構造的にも類似している。これら
の特長は共通のものであるが、検知機能は明らかに散逸
している。
潜在的に膜にまたがるドメイン(残基(295〜313)
が、水治療法分析に基づいて演繹されたETR1配列内に存
在しているものの(Kyte et al.(1982),J.Mol.Biol.1
57:105)、明らかなシグナル配列が全く存在しないこと
からETR1が実際に膜内外タンパク質であるか否かは不明
瞭である。同様に、N−リンケージしたグリュシル化部
位は全く存在しない。演繹されたETR1配列が類似してい
る細菌タンパク質は全て、アミノ末端ドメインにフラン
キングする2つの潜在的に膜にまたがるドメインを有し
ているが、いくつかの細菌性センサー(応答調節因子が
欠如しているもの)はこれを有していない。
例 3 etr1突然変異体遺伝子が野生型植物に対してエチレン不
感応性を付与する Agrobacteriumで媒介される形質転換を用いて、etr1
−1突然変異体遺伝子を安定した形で導入したとき、野
生型Arabidopsis植物に対して優性エチレン不感応性が
付与された。遺伝子は、7.3kbのゲノミックDNAフラグメ
ント上に支持されていた(転写開始部位の上流に約2.7k
b、ポリアデニル化部位の下流に約1kbを含んでいた図8
中のフラグメント1及び2)。これはCalgene,Inc.,Dav
as,Californiaから得られた2成分形質転換ベクターpCG
N1547内へとクローニングされた。ベクターは又、植物
中のカナマイシン耐性のための選択可能な標識をも支持
していた。
etr1−1構成体についてはetr1−1突然変異を含む4.
25kbのEcoR Iプラスミドクローンは部分的EcoR I消化に
よって線形化され、コスミドクローンtheta8(歩行にお
けるYAC EG4E4のサブクローン)からゲル精製されたア
ガロースであった。3.1kbのEcoR Iフラグメントと連結
させられた。適正な相対的配向で2つのEcor Iフラグメ
ントを含む、結果として得られたプラスミドは、ポリリ
ンカー部位Asp718で線形化され、クレノウ酵素を用いて
末端が充てんされ、BamH Iリンカーは平滑末端に連結さ
れた。最終的に、ポリリンカー部位BamH Iにおいてプラ
スミドから7.3kbのインサートが除去され、2成分形質
転換ベクターpCGN1547のBamH I部位内に連結された(Mc
Bride,K.E.et al.(1990)植物分子生物学14:269)。対
照構成体については、EcoR Iの部分的に消化されたコス
ミドtheta8から、野生型7.3kbフラグメントをアガロー
スゲル精製し、pBluescriptのEcoR I部位内にサブクロ
ーニングさせた。次に、ポリリンカーのBamH I及びKpn
I部位を用いてフラグメントを除去し、BamH I及びKpn I
で消化されたpCGN1547内へとこれを連結させた。突然変
異体及び野生型構成体はAgrobacterium(Holsters et a
l(1978)Mol.Gen.Genet.163:181)菌株ASE(Monsant
o)(Rogers et al.(1988)Meth.Enzymol.153:253)へ
と形質転換された。Arabidopsis生態型Nossenは、固体
培地上ではなくむしろ液体中で培養された根組織を用い
て形質転換された(Valvekens,D.et al.(1988)Natl.P
roc.Acad.Sci.U.S.A.85:5536)。ETR1遺伝子の1つの突
然変異体コピーを有する3倍体植物が、生態型Columbia
と同じ三重応答表現型をもつ生態型Bensheim中の4倍体
野生型とetr1−1同型接合体(2倍体)の間の交雑の後
代として得られた。3倍体野生型植物は同様に、4倍体
に2倍体野生型を交雑させることによっても得られた。
エチレン(Bleecker et al、前出)又は0.5mMのACCのい
ずれかで処理された暗所で成長した実生において、エチ
レン感応性を検定した。ACC処理のために、植物をムラ
シゲ及びSkoogの基礎塩混合物(MS,Sigam)、pH5.7、0.
5mMのACC(Sigma)、1%のBacto−agar(Difco)上で
発芽、成長させた。MS pH5.7μg/mlカナマイシン、1%
Bacto−agar上で成長させた一週間目の実生内での根の
伸長の程度によって、カナマイシン耐性を測定した。
10本のカナマイシン耐性植物を産生した。10本のうち
8本は、エチレンに対する暗所成長実生の応答によって
評価される通りエチレン不感応性の自家後代を示した。
各々の系統において、エチレン不感応性はカナマイシン
耐性と同時分離した。対照として、6つのカナマイシン
耐性植物を提供した野生型の対応する7.3kbのゲノミッ
クDNAフラグメントを用いて、形質転換を行なった。こ
れらの系統は、野生型とは異なるものとは思えないエチ
レン感応性自家後代のみを発生させた。
etr1−1形質転換体は、異なるレベルのエチレン不感
応性を表示した。かくして、野生型遺伝子は突然変異体
表現型を減衰させることができ、etr1−1突然変異は、
形質転換された植物において充分に優性なものではな
い。10のカナマイシン耐性系統のうち6つは、完全に優
性なエチレン不感応性を与え、このことは突然変異体遺
伝子の多数のコピーの存在を表わしている。その他2つ
の系統は、部分的優性を表わし、2つの系統は野生型で
あると思われた。エチレン不感応性の減少は、推定上、
位置効果(例えばDNMメチル化)又は場合によってはト
ランスファされたDNAの切形によってひき起こされうる
低い発現レベルによるものであった。
例 4 非相同プロモータを含むベクター構成体 この例は、野生型及び突然変異体ETR1核酸の発現を制
御するための非相同プロモータを含む植物形質転換ベク
ターの構築について記述している。
カリフラワーモザイクウイルス35Sタンパク質プロモ
ータ(Guilley et al.(1982)Cell 30:763〜773)Odel
l,et al.(1985)Nature 313:810〜812及びSanders et
al.(1987)Nucl.Acids Res.15:1543〜1558)及びノパ
リンシンターゼ(NOS)遺伝子の3′末端をpCGN1547ベ
クターへとクローニングしたpCGN18を作った。約1.6kb
のHind III−BamH Iフラグメント上の35Sのプロモータ
を、pCGN1547の唯一のHind III−BamH I部位内にクロー
ニングした。1kbのBamH I−Kpn I NOSフラグメントをpC
GN1547の唯一のBamH I−Kpn I部位内へクローニングし
た。
BamH Iリンカーを用いて上述のpCGN18ベクターの唯一
のBamH I部位内に、野生型及び突然変異体の両方のETR1
−1遺伝子の4.25kbのEcoR Iフラグメントを個別にクロ
ーニングした。この4.25kbのEcoR Iゲノミックフラグメ
ントは、ポリアデニル化部位の下流に約1kbのゲノミッ
クDNAと5つのイントロンを含む完全なコーディング配
列を内含している。これは、図5で3.1 EcoR Iフラグメ
ント2の上にあるETR1プロモータを内含していない。
これらのベクターは、例3に記述されているように根
の外植体を形質転換するために用いられた。突然変異体
ETR1−1遺伝子を含むカナマイシン耐性植物が得られ、
これは、例3に見られるものに類似したエチレン不感応
性を示した。野生型ETR1遺伝子で形質転換した対照植物
は、エチレン感応性自家後代のみを産生した。
例 5 アンチセンスETR1を利用するベクター構成体 標準的なAgrobacterium根形質転換手順を用いて導入
されたETR1アンチセンス核酸の発現によって、野生型Ar
abidopsisに対してエチレン不感応性が付与された。Val
vekens et al.(1988)Proc.Natl.Acad.Sci.U.S.A.85:5
536。アンチセンス核酸は1.9kbのETR1 cDNAフラグメン
トで構成されていた。図3A,3B,3C及び3D内でヌクレオチ
ド220のMsc I制限部位からヌクレオチド2176の第1のSm
a I部位まで拡がっていたこのフラグメントの発現は、
逆の配向でCaMV35Sプロモータによって駆動された。ア
ンチセンス核酸を構築するため、1.9kbのMsc I−Sma I
DNAフラグメントの末端に、BamH Iリンカーを連結さ
せ、このようにして形成されたフラグメントを、pCGN18
形質転換ベクターのBamH I部位内に連結させた。Jack e
t al.(1994),Cell 76:703、構成体を上述のとおりAgr
obacterium菌株ASEへと形質転換させた。
この形質転換実験から誘導された実生を、前述のとお
りエチレンに対する感応性についてテストした。アンチ
センス構成体を含む実生はエチレン不感応性のものであ
った。
例 6 Arabidopsis内の第2のETR核酸、QITRの同定 Arabidopsis thalianaからのゲノミックDNAをSau3Aで
部分的に消化し、Promega社(Madison,Wisconsin)から
得たλGEM11(半部位アーム)内へクローニングした。
λGEM11でのクローニングの前にゲノミック消化物を部
分的末端充てんに付し、メーカーの提案に従って培地上
で平板固定した。
かくしてクローニングされたライブラリを、図3B,3C
及び3Dに記されている通りヌクレオチド993〜2308まで
拡がる32Pで標識付けされたcDNA Xba Iフラグメントを
用いてスクリーニングした。ハイブリダイゼーション条
件は50℃及び5×SSPEであった。50℃0.2×SSPEで洗浄
を行なった。いくつかの積極的にハイブリッド形成する
クローンを同定し、再度平板固定し、再度スクリーニン
グした。積極的にハイブリッド形成するクローンをSac
I(これはクローニングファージのアーム内及びインサ
ート内で分割する)で消化させた。そこから得た多数の
フラグメントを、配列決定のため細菌プラスミド内にサ
ブクローニングした。ゲノミックDNA配列(配列番号:4
5)と演繹されたアミノ酸配列(配列番号46及び48)が
共に図12に記されている。このETR核酸及びアミノ酸配
列は、それぞれQITR核酸又はアミノ酸配列と呼ばれる。
QITR cDNA配列(配列番号:47)及びQITRアミノ酸配列
(配列番号:46及び48)は、図13に示されている。
ETR1 Arabidopsis核酸及びアミノ酸配列(図2及び図
3参照)と比較すると、QITRタンパク質は、ETR1タンパ
ク質のアミノ末端部分に対し比較的高いレベルの相同性
をもつアミノ末端部分、及びETR1内の同じ配列に対し中
位のレベルの相同性をもつヒスチジンキナーゼ部分を含
んでいると思われる。ETR1内に見出される応答調節領域
は、QITRタンパク質の中には存在しない。全体的核酸相
同性は約69%である。アミノ末端部分(すなわち残基1
〜316の間)に関しては、相同性は、アミノ酸配列につ
いては約71%同一であり、核酸配列については72%同一
である。
例 7 エチレン不感応性を付与するためのQITR核酸の修正 ETR1突然変異についてのものすなわち位置62のイソロ
イシンのフェニルアラニンでの置換と類似していた5kb
のQITRゲノミッククローンの中でアミノ酸置換を行なっ
た。図3Aと図5Aを残基62で比較されたい。図12及び図13
でさらに記すとおり、QITRタンパク質内の残基62も、ET
R1タンパク質中と同様イソロイシンである。
オリゴヌクレオチドで誘導されたインビトロ突然変異
誘発を用いて、QITR核酸に対してアミノ酸置換を行なっ
た。Kunkel et al.(1987)Methods in Engymology 15
4:367〜382。この特定の突然変異と結びつけて、Bio−R
ad Laboratoreis,Hereules,CaliforniaからのMuta−gen
eキットを使用した。使用したオリゴヌクレオチドの配
列は5′CGA GCC TTT TTC ATT CTCであった。コドンATC
内のTとヌクレオチドAの置換により、演繹されたタン
パク質配列内で残基62のアミノ酸IleはPheに変わった。
第1のHind III部位から第2のKpn I部位までの約5kb
にまたがるQITR核酸は、出発コドンから上流に約2.4kb
のヌクレオチドを含んでいた。この5kbのフラグメント
を、pCGN1547形質転換ベクター(前出)内に連結させ
た。次にこの構成体を、前出のものに記述されている通
りにAgrobacterium菌株ASEへと、そしてその後Arabidop
sisへと形質転換させた。
この形質転換実験から誘導された実生を、前述の通り
エチレンに対する感応性についてテストした。残基62に
修正を含むQITR核酸を含む実生は、エチレン不感応性で
あった。
例 8 Arabidopsis ETR核酸Q8の同定 ArabidopsisからのETR1核酸との直接的配列比較によ
って、ETR核酸Q8(配列番号:41及び43)を同定した。Ar
abidopsis thalianaの染色体3上での染色体歩行と結び
つけてArabidopsis Q8核酸を同定した。
簡単に言うと、重複するYACクローンを生成し、これ
をその後でプラスミド内にサプクローニングいた。制限
エンドヌクレアーゼで消化することによって、このよう
なプラスミド中のゲノミックインサートを解放させ、こ
れをArabidopsisの花組織からのcDNAライブラリに対し
ハイブリッド形成させた。
図14に記されている通り演繹されたアミノ酸配列(配
列番号:42及び44)と共にゲノミック配列全体(配列番
号:41)を産生するように、積極的にハイブリッド形成
するインサートを配列決定した。cDNA配列(配列番号:4
3)及び演繹されたアミノ酸配列(配列番号:42及び44)
は図15に記されている。
Q8核酸とETR1核酸の間のような全体的な核酸相同性は
約69%である。残基1から316まで拡がるアミノ末端部
分に関しては、全体的アミノ酸配列相同性は約72%であ
り、一方この配列をコードする核酸は、Q8及びETR1核酸
の間のように約71%の配列相同性をもつ。
例 9 TETR cDNAの分離 PCRプライマー「5′BamH I」(CCCGGATCCATAGTGTAAA
AAATTCATAATGG)及び「3′BamH I B」(CCGGATCCGTTGA
AGACTTCCATCTTCTAACC)を用いてArabidopsis ETR1遺伝
子のPCR増幅により生成された1.3kbのPCRフラグメント
の無作為プライマー標識付けを行なうことによって、32
P標識付けされたハイブリダイゼーションプローブを調
製した。
Stratagene,La Jolla,CAからのラムダZAP IIベクター
のEcoR I部位内でクローニングされた赤いトマトの果実
mRNAのcDNAライブラリをスクリーニングするため、この
プローブを使用した。このプロープに対しハイブリッド
形成した20の陽性一次プラークを同定し(65℃2×SSC
の洗浄条件)、これらの上で二次スクリーンを行なった
純粋プラークを得た。その後結果として得られた組換え
型ファージでインビボ切除を行ない、19の独立したプラ
スミドクローンを得た。
ETR1プローブに対してハイブリッド形成した最大のフ
ラグメントを含むプラスミドクローンからの相補的DNA
を配列決定し、最も長いトマトのcDNAのヌクレオチド配
列及び予想されたアミノ酸配列(TETR14,TXTRとも呼ば
れる)をETR1及びQITR配列に比較した。TETR14のヌクレ
オチド配列は、コードされたペプチドがETR1ペプチドよ
りもQITRペプチドの方により類似していることを予想し
ていた。この結論は、TETR14及びQITRの両方の中に応答
調節ドメイン(ETR1内に存在するもの)が存在していな
いという事実に基づくものであった。その他のcDNAクロ
ーンのいくつかの配列(又は部分的配列)を決定し、こ
れが同じ遺伝子に対応することがわかった。
例 10 TETR14遺伝子発現の分析 正常のトマト又は突然変異体のトマト(成熟阻害(ri
n)、非成熟(nor)又はネバーライプ(Nr))の発育中
の果実からmRNAを用いて、ノーザン分析法を実施した。
使用した発育中の果実の段階は、緑熟果、ブレーカ、ブ
レーカプラス7日、及びエチレンで処理した緑熟果であ
った。TETR14遺伝子プローブにハイブリッド形成したメ
ッセンジャRNAは、緑熟段階では存在しなかったが、ブ
レーカ、ブレーカプラス7日及びエチレン処理緑熟果に
は存在していた。従って、ETR14 mRNAの蓄積がエチレン
によって調節されるという結論が下された。3つの成熟
している突然変異体全ての中でTETR14 mRNAの蓄積が減
衰しており、このことは、mRNAの蓄積がエチレンにより
調節されるという発見事実をさらに裏づけている。
例 11 ピアソン及びネバーライプDNAからのTETR14遺伝子の分
析 TETR14遺伝子のN末端領域を特異的に増幅するPCRプ
ライマが得られた。増幅された部分は、図16A及び16B内
でMet1とIle214の間にあった。プライマは、(CCGGATCC
ATGGAATCCTGTGATTGCATTG)とTETR4A(GATAATAGGAAGATTA
ATTGGC)であった。PCR条件(Perkin−Elmer Cetus):1
μgのトマトゲノミックDNA、40ピコモルの各プライ
マ、94℃で1分間、45℃で2分間、72℃で2分間、35サ
イクル。ピアソン及びNrのDNAの2つの独立した増幅反
応の結果得られたこれらのプライマで得られたPCR産物
を、アガロースゲルで精製し、T/Aベクター(Invitroge
n)内にサブクローニングさせるか又はBamH I及びXho I
で消化させBamH I及びSal Iで線形化されたBluescript
KS内にサブクローニングさせた。結果として得られたプ
ラスミドから一本鎖鋳型DNAを調製し配列決定した。ピ
アソンDNAからのPCR産物の配列は、TETR14クローンの配
列と同じであった。配列分析は、Nr DNA(TETR14−Nr)
のPCRの結果としてもたらされたPCRフラグメントがピア
ソンDNAから得られたものと同一でなかったということ
が明らかにした。TETR14遺伝子の位置395のシトシンヌ
クレオチドは、Nr DNAから増幅された遺伝子中のチミン
である。TETR14−Nr内のこのヌクレオチド置換は、予測
されたペプチドのアミノ酸位置36のプロリンをロイシン
に変える。全体的核酸及びアミノ酸の配列それぞれにつ
いては、図22及び配列番号49及び50を参照のこと。TETR
14のこのPro−36はETR1ペプチドのPro−36及びQITRペプ
チドのPro−36に対応する。この結果は、トマトTETR14
遺伝子中の突然変異が優性エチレン不感応性を付与する
ことを表わしている。従って、TETR14遺伝子及びその他
のトマトETR1相同体内のその他の変化が、結果としてト
マトにおけるエチレン不感応性をもたらすことになると
いう予想を行なうことが可能である。
本発明の好ましい実施形態について記述してきたが、
開示された実施形態に対してさまざまな修正を加えるこ
とができ、かつかかる修正が本発明の範囲内に入るもの
とされていることは、当業者の目には明らかであろう。
全ての参考文献は、本書に参考として明示的に組み込
まれている。
配列の列挙 (1)一般情報: (i)出願者:Meyerowitz,Elliott M. Ching,Caren Bleecker,Anthony B. (ii)発明の名称:エチレンに対する修正された応答
をもつ植物 (iii)配列の数:50 (iv)通信先: (A)住所:Richard F.Tercartin (B)通り:3400 Embarcadero Center,Suite 3400 (C)町 :San Francisco (D)州 :California (E)国 :USA (F)郵便番号:94111 (v)コンピューター読取りフォーム: (A)メディアムタイプ:Floppy disk (B)コンピューター :IBM PC compatible (C)操作システム :PC−DOS/MS−DOS (D)ソフトウェアー :PatentIn Release #1.0,
Version #1.25 (vi)出願データ: (A)出願番号:PCT/US94/ (B)出願日 :01−JUL−1994 (C)分 類 : (vii)従来の出願データ: (A)出願番号:US 08/086,555 (B)出願日 :01−JUL−1993 (C)分 類 : (viii)アトーニイ/エージェント情報: (A)名 称 :Trecartin,Richard F. (B)登録番号:31,801 (C)参照/ドケット番号:FP57515−1RFT (ix)テレコミュニケーション情報: (A)電 話:(415)781−1989 (B)ファクシミリ:(415)398−3249 (2)配列番号1についての情報: (i)配列の特徴: (A)長 さ:3879個の塩基対 (B)型 :核酸 (C)鎖の数:二本鎖 (D)トポロジー:直鎖状 (ii)配列の種類:DNA(ゲノム) (xi)配 列:配列番号1: (2)配列番号2についての情報: (i)配列の特徴: (A)長 さ:2787個の塩基対 (B)型 :核酸 (C)鎖の数:一本鎖 (D)トポロジー:直鎖状 (ii)配列の種類:cDNA (ix)特 徴: (A)名称/キー:CDS (B)位 置:188..2401 (xi)配 列:配列番号2: (2)配列番号3についての情報: (i)配列の特徴: (A)長 さ:738個のアミノ酸 (B)型 :アミノ酸 (D)トポロジー:直鎖状 (ii)配列の種類:タンパク質 (xi)配 列:配列番号3: (2)配列番号4についての情報: (i)配列の特徴: (A)長 さ:2787個の塩基対 (B)型 :核酸 (C)鎖の数:一本鎖 (D)トポロジー:直鎖状 (ii)配列の種類:cDNA (xi)特 徴: (A)名称/キー:CDS (B)位 置:188..2401 (xi)配 列:配列番号4: (2)配列番号5についての情報: (i)配列の特徴: (A)長 さ:738個のアミノ酸 (B)型 :アミノ酸 (D)トポロジー:直鎖状 (ii)配列の種類:タンパク質 (xi)配 列:配列番号5: (2)配列番号6についての情報: (i)配列の特徴: (A)長 さ:2787個の塩基対 (B)型 :核酸 (C)鎖の数:一本鎖 (D)トポロジー:直鎖状 (ii)配列の種類:cDNA (ix)特 徴: (A)名称/キー:CDS (B)位 置:188..2401 (xi)配 列:配列番号6: (2)配列番号7についての情報: (i)配列の特徴: (A)長 さ:738個のアミノ酸 (B)型 :アミノ酸 (D)トポロジー:直鎖状 (ii)配列の種類:タンパク質 (xi)配 列:配列番号7: (2)配列番号8についての情報: (i)配列の特徴: (A)長 さ:2787個の塩基対 (B)型 :核酸 (C)鎖の数:一本鎖 (D)トポロジー:直鎖状 (ii)配列の種類:cDNA (ix)特 徴: (A)名称/キー:CDS (B)位 置:188..2401 (xi)配 列:配列番号8: (2)配列番号9についての情報: (i)配列の特徴: (A)長 さ:738個のアミノ酸 (B)型 :アミノ酸 (D)トポロジー:直鎖状 (ii)配列の種類:タンパク質 (xi)配 列:配列番号9: (2)配列番号10についての情報: (i)配列の特徴: (A)長 さ:2787個の塩基対 (B)型 :核酸 (C)鎖の数:一本鎖 (D)トポロジー:直鎖状 (ii)配列の種類:cDNA (ix)特 徴: (A)名称/キー:CDS (B)位 置:188..2401 (xi)配 列:配列番号10: (2)配列番号11についての情報: (i)配列の特徴: (A)長 さ:738個のアミノ酸 (B)型 :アミノ酸 (D)トポロジー:直鎖状 (ii)配列の種類:タンパク質 (xi)配 列:配列番号11: (2)配列番号12についての情報: (i)配列の特徴: (A)長 さ:155個のアミノ酸 (B)型 :アミノ酸 (C)鎖の数:一本鎖 (D)トポロジー:直鎖状 (ii)配列の種類:ペプチド (xi)配 列:配列番号12: (2)配列番号13についての情報: (i)配列の特徴: (A)長 さ:155個のアミノ酸 (B)型 :アミノ酸 (C)鎖の数:一本鎖 (D)トポロジー:直鎖状 (ii)配列の種類:ペプチド (xi)配 列:配列番号13: (2)配列番号14についての情報: (i)配列の特徴: (A)長 さ:155個のアミノ酸 (B)型 :アミノ酸 (C)鎖の数:一本鎖 (D)トポロジー:直鎖状 (ii)配列の種類:ペプチド (xi)配 列:配列番号14: (2)配列番号15についての情報: (i)配列の特徴: (A)長 さ:149個のアミノ酸 (B)型 :アミノ酸 (C)鎖の数:一本鎖 (D)トポロジー:直鎖状 (ii)配列の種類:ペプチド (xi)配 列:配列番号15: (2)配列番号16についての情報: (i)配列の特徴: (A)長 さ:66個のアミノ酸 (B)型 :アミノ酸 (C)鎖の数:一本鎖 (D)トポロジー:直鎖状 (ii)配列の種類:ペプチド (xi)配 列:配列番号16: (2)配列番号17についての情報: (i)配列の特徴: (A)長 さ:67個のアミノ酸 (B)型 :アミノ酸 (C)鎖の数:一本鎖 (D)トポロジー:直鎖状 (ii)配列の種類:ペプチド (xi)配 列:配列番号17: (2)配列番号18についての情報: (i)配列の特徴: (A)長 さ:67個のアミノ酸 (B)型 :アミノ酸 (C)鎖の数:一本鎖 (D)トポロジー:直鎖状 (ii)配列の種類:ペプチド (xi)配 列:配列番号18: (2)配列番号19についての情報: (i)配列の特徴: (A)長 さ:67個のアミノ酸 (B)型 :アミノ酸 (C)鎖の数:一本鎖 (D)トポロジー:直鎖状 (ii)配列の種類:ペプチド (xi)配 列:配列番号19: (2)配列番号20についての情報: (i)配列の特徴: (A)長 さ:369個の塩基対 (B)型 :核酸 (C)鎖の数:一本鎖 (D)トポロジー:直鎖状 (ii)配列の種類:cDNA (xi)配 列:配列番号20: (2)配列番号21についての情報: (i)配列の特徴: (A)長 さ:369個の塩基対 (B)型 :核酸 (C)鎖の数:一本鎖 (D)トポロジー:直鎖状 (ii)配列の種類:cDNA (xi)配 列:配列番号21: (2)配列番号22についての情報: (i)配列の特徴: (A)長 さ:296個の塩基対 (B)型 :核酸 (C)鎖の数:一本鎖 (D)トポロジー:直鎖状 (ii)配列の種類:cDNA (xi)配 列:配列番号22: (2)配列番号23についての情報: (i)配列の特徴: (A)長 さ:296個の塩基対 (B)型 :核酸 (C)鎖の数:一本鎖 (D)トポロジー:直鎖状 (ii)配列の種類:cDNA (xi)配 列:配列番号23: (2)配列番号24についての情報: (i)配列の特徴: (A)長 さ:123個のアミノ酸 (B)型 :アミノ酸 (C)鎖の数:一本鎖 (D)トポロジー:直鎖状 (ii)配列の種類:ペプチド (xi)配 列:配列番号24: (2)配列番号25についての情報: (i)配列の特徴: (A)長 さ:123個のアミノ酸 (B)型 :アミノ酸 (C)鎖の数:一本鎖 (D)トポロジー:直鎖状 (ii)配列の種類:ペプチド (xi)配 列:配列番号25: (2)配列番号26についての情報: (i)配列の特徴: (A)長 さ:21個の塩基対 (B)型 :核酸 (C)鎖の数:一本鎖 (D)トポロジー:直鎖状 (ii)配列の種類:cDNA (xi)配 列:配列番号26: (2)配列番号27についての情報: (i)配列の特徴: (A)長 さ:56個のアミノ酸 (B)型 :アミノ酸 (C)鎖の数:一本鎖 (D)トポロジー:直鎖状 (ii)配列の種類:ペプチド (xi)配 列:配列番号27: (2)配列番号28についての情報: (i)配列の特徴: (A)長 さ:56個のアミノ酸 (B)型 :アミノ酸 (C)鎖の数:一本鎖 (D)トポロジー:直鎖状 (ii)配列の種類:ペプチド (xi)配 列:配列番号28: (2)配列番号29についての情報: (i)配列の特徴: (A)長 さ:56個のアミノ酸 (B)型 :アミノ酸 (C)鎖の数:一本鎖 (D)トポロジー:直鎖状 (ii)配列の種類:ペプチド (xi)配 列:配列番号29: (2)配列番号30についての情報: (i)配列の特徴: (A)長 さ:56個のアミノ酸 (B)型 :アミノ酸 (C)鎖の数:一本鎖 (D)トポロジー:直鎖状 (ii)配列の種類:ペプチド (xi)配 列:配列番号30: (2)配列番号31についての情報: (i)配列の特徴: (A)長 さ:44個のアミノ酸 (B)型 :アミノ酸 (C)鎖の数:一本鎖 (D)トポロジー:直鎖状 (ii)配列の種類:ペプチド (xi)配 列:配列番号31: (2)配列番号32についての情報: (i)配列の特徴: (A)長 さ:44個のアミノ酸 (B)型 :アミノ酸 (C)鎖の数:一本鎖 (D)トポロジー:直鎖状 (ii)配列の種類:ペプチド (xi)配 列:配列番号32: (2)配列番号33についての情報: (i)配列の特徴: (A)長 さ:44個のアミノ酸 (B)型 :アミノ酸 (C)鎖の数:一本鎖 (D)トポロジー:直鎖状 (ii)配列の種類:ペプチド (xi)配 列:配列番号33: (2)配列番号34についての情報: (i)配列の特徴: (A)長 さ:44個のアミノ酸 (B)型 :アミノ酸 (C)鎖の数:一本鎖 (D)トポロジー:直鎖状 (ii)配列の種類:ペプチド (xi)配 列:配列番号34: (2)配列番号35についての情報: (i)配列の特徴: (A)長 さ:2405個の塩基対 (B)型 :核酸 (C)鎖の数:二本鎖 (D)トポロジー:直鎖状 (ix)特 徴: (A)名称/キー:CDS (B)位 置:288..2196 (xi)配 列:配列番号35: (2)配列番号36についての情報: (i)配列の特徴: (A)長 さ:636個のアミノ酸 (B)型 :アミノ酸 (D)トポロジー:直鎖状 (ii)配列の種類:タンパク質 (xi)配 列:配列番号36: (2)配列番号37についての情報: (i)配列の特徴: (A)長 さ:4566個の塩基対 (B)型 :核酸 (C)鎖の数:二本鎖 (D)トポロジー:直鎖状 (ix)特 徴: (A)名称/キー:CDS (B)位 置:join(763..1671,3602..3433,3572..
3838,3969..4096,4234..4402) (xi)配 列:配列番号37: (2)配列番号38についての情報: (i)配列の特徴: (A)長 さ:615個のアミノ酸 (B)型 :アミノ酸 (D)トポロジー:直鎖状 (ii)配列の種類:タンパク質 (xi)配 列:配列番号38: (2)配列番号39についての情報: (i)配列の特徴: (A)長 さ:737個の塩基対 (B)型 :核酸 (C)鎖の数:二本鎖 (D)トポロジー:直鎖状 (ix)特 徴: (A)名称/キー:CDS (B)位 置:33..719 (xi)配 列:配列番号39: (2)配列番号40についての情報: (i)配列の特徴: (A)長 さ:288個のアミノ酸 (B)型 :アミノ酸 (D)トポロジー:直鎖状 (ii)配列の種類:タンパク質 (xi)配 列:配列番号40: (2)配列番号41についての情報: (i)配列の特徴: (A)長 さ:6202個の塩基対 (B)型 :核酸 (C)鎖の数:二本鎖 (D)トポロジー:直鎖状 (ix)特 徴: (A)名称/キー:CDS (B)位 置:join(3522..5288,5372..5926) (xi)配 列:配列番号41: (2)配列番号42についての情報: (i)配列の特徴: (A)長 さ:773個のアミノ酸 (B)型 :アミノ酸 (D)トポロジー:直鎖状 (ii)配列の種類:タンパク質 (xi)配 列:配列番号42: (2)配列番号43についての情報: (i)配列の特徴: (A)長 さ:2404個の塩基対 (B)型 :核酸 (C)鎖の数:二本鎖 (D)トポロジー:直鎖状 (ix)特 徴: (A)名称/キー:CDS (B)位 置:1..2322 (xi)配 列:配列番号43: (2)配列番号44についての情報: (i)配列の特徴: (A)長 さ:733個のアミノ酸 (B)型 :アミノ酸 (D)トポロジー:直鎖状 (ii)配列の種類:タンパク質 (xi)配 列:配列番号44: (2)配列番号45についての情報: (i)配列の特徴: (A)長 さ:3009個の塩基対 (B)型 :核酸 (C)鎖の数:二本鎖 (D)トポロジー:直鎖状 (ix)特 徴: (A)名称/キー:CDS (B)位 置:join(564..1469,1565..1933,2014..
2280,2359..2486,2577..2748) (xi)配 列:配列番号45: (2)配列番号46についての情報: (i)配列の特徴: (A)長 さ:613個のアミノ酸 (B)型 :アミノ酸 (D)トポロジー:直鎖状 (ii)配列の種類:タンパク質 (xi)配 列:配列番号46: (2)配列番号47についての情報: (i)配列の特徴: (A)長 さ:2314個の塩基対 (B)型 :核酸 (C)鎖の数:二本鎖 (D)トポロジー:直鎖状 (ix)特 徴: (A)名称/キー:CDS (B)位 置:224..2065 (xi)配 列:配列番号47: (2)配列番号48についての情報: (i)配列の特徴: (A)長 さ:613個のアミノ酸 (B)型 :アミノ酸 (D)トポロジー:直鎖状 (ii)配列の種類:タンパク質 (xi)配 列:配列番号48: (2)配列番号49についての情報: (i)配列の特徴: (A)長 さ:2405個の塩基対 (B)型 :核酸 (C)鎖の数:二本鎖 (D)トポロジー:直鎖状 (ix)特 徴: (A)名称/キー:CDS (B)位 置:288..2196 (xi)配 列:配列番号49: (2)配列番号50についての情報: (i)配列の特徴: (A)長 さ:636個のアミノ酸 (B)型 :アミノ酸 (D)トポロジー:直鎖状 (ii)配列の種類:タンパク質 (xi)配 列:配列番号50:
フロントページの続き (72)発明者 チャン,カレン アメリカ合衆国,カリフォルニア 91107,パサデナ,サウス ルーズベル ト アベニュ 95,アパートメント ナ ンバー3 (72)発明者 ブリーカー,アンソニー ビー. アメリカ合衆国,ウィスコンシン 53711,マディソン,カウンシル クレ スト 4022 (56)参考文献 EMBO J.,Vol.7,No. 11(1988)p.3315−3320 Proc.Natl.Acad.Sc i.USA,Vol.84(1987)p. 2793−2797 (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C12N 15/29 C12N 5/10 A01H 5/00 BIOSIS(DIALOG) GenBank/EMBL/DDBJ/G eneSeq SwissProt/PIR/GeneS eq

Claims (17)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】配列番号:3に示すアミノ酸配列を有するエ
    チレン応答性タンパク質をコードする核酸。
  2. 【請求項2】配列番号:3に示すアミノ酸配列において、
    1個又は数個のアミノ酸の欠失、挿入及び/又は置換に
    より修飾されているアミノ酸配列を有し、且つエチレン
    に対する植物の天然の又は修正された応答を示す修飾さ
    れた蛋白質をコードする核酸。
  3. 【請求項3】配列番号:2に記載の塩基配列と、65℃にて
    0.1×SSPE〜50℃にて5×SSPEの緊縮性条件下でハイブ
    リダイズする核酸であって、エチレンに対する植物の天
    然の又は修正された応答を示す修飾されたタンパク質を
    コードする核酸。
  4. 【請求項4】請求項2又は3に記載の修飾された蛋白質
    において、Ala−31,Ile−62,Cys−65及びAla−102の内
    の少なくとも1個のアミノ酸が他のアミノ酸により置換
    されている、請求項2又は3に記載の核酸。
  5. 【請求項5】請求項1〜4のいずれか1項に記載の核酸
    に作用可能的に結合されるプロモータを含んで成る組換
    え核酸。
  6. 【請求項6】前記プロモータが前記核酸に対して異種で
    あり、そして植物細胞において前記核酸の発現を引き起
    こすことができる請求の範囲第5項記載の組換え核酸。
  7. 【請求項7】前記プロモータが組織特異的又は一過性−
    特異的プロモータを含んで成る請求の範囲第6項記載の
    組換え核酸。
  8. 【請求項8】前記プロモータが誘導性である請求の範囲
    第5項〜第7項のいずれか1項記載の組換え核酸。
  9. 【請求項9】請求の範囲第5項〜第8項のいずれか1項
    記載の組換え核酸により形質転換された植物細胞であっ
    て、対応する野性型植物の形質転換されていない細胞に
    比べて、エチレンに対する修正された応答を示す細胞。
  10. 【請求項10】請求の範囲第9項記載の植物細胞を含ん
    で成る植物。
  11. 【請求項11】請求項2〜4項のいずれか1項に記載の
    修飾された核酸又は請求項5〜8のいずれか1項に記載
    の組換え核酸により形質転換された少なくとも1種の植
    物細胞を含んで成り、そして前記形質転換された植物細
    胞を含まない対応する野生型植物に比較して、エチレン
    に対する前記少なくとも1種の形質転換された植物細胞
    の応答の低下により特徴づけられる表現型を有する植
    物。
  12. 【請求項12】前記植物が果実−結実性であり、そして
    前記プロモーターが果実−特異的プロモーターである請
    求の範囲第11項記載の植物。
  13. 【請求項13】前記表現型が果実成熟の速度の低下によ
    り特徴づけられる請求の範囲第12項記載の植物。
  14. 【請求項14】請求の範囲第13項記載の植物からの果
    実。
  15. 【請求項15】トマトを包含する請求の範囲第14項記載
    の果実。
  16. 【請求項16】形質転換された植物細胞を含まない植物
    に比較して、エチレンに対する応答の低下により特徴づ
    けられる表現型を有し、且つ形質転換された少なくとも
    1種の植物細胞を含んで成る植物を製造するための方法
    であって: a)請求項2〜4のいずれか1項に記載の修飾された核
    酸又は請求項5〜8のいずれか1項に記載の組換え核酸
    により少なくとも1種の植物細胞を形質転換し; b)このようにして形質転換された1又は複数の植物細
    胞から植物を再生し;そして c)前記表現型を有する少なくとも1種の植物を選択す
    る段階を含んで成る方法。
  17. 【請求項17】前記修飾された核酸が組織−特異的プロ
    モータに操作可能的に結合される請求の範囲第16項記載
    の方法。
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