JP3209744B2 - 結実能力のある遺伝子変換コーン - Google Patents
結実能力のある遺伝子変換コーンInfo
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Description
ニック植物(この中で、メイズもしくはコーンというこ
とが多い)に関連するものである。
よる、繁殖力のあるトランスジェニック植物の生産と関
連するものである。
作、ならびにその後、その遺伝物質を植物もしくは植物
細胞に導入することを必要とする植物の遺伝子工学は、
最新の農業及び植物の品質改良に少なからぬ将来性を約
束する。穀物価値の上昇、高収量、飼料価値、生産原価
の低減、害虫抵抗性、ストレス耐性、干ばつ抵抗性、医
薬品、科学物質及び生物学的分子の生産、ならびにその
他の有益な特色も、遺伝子工学テクニックによってなし
遂げられる可能性がある。遺伝子が同定され、クローン
化され、さらに巧みに処理されても、結果として生じる
植物が結実能力を有するとともに、その子孫に遺伝子を
伝える様な方法で、それを関連植物に導入することがや
はり必要である。
ため、種々の方法が開発されており現在利用することが
できる。一般に、このような植物は双子葉植物である
が、ある種の単子葉植物の穀類を用いた幾つかの成功例
が報告されている。しかし一部の種は、これまではどの
様な方法を用いても、形質転換できなかった。このよう
に、本発明以前は、導入された組み換えDNAが最低1回
の完全な性周期を通して伝達される、しっかりと形質転
換されたZea mays植物の生産を可能にする科学技術は
何も開発されていなかった。本技術におけるこの不首尾
は、文献に十分に記録されており、最近の総説で数多く
検討されている。(I.Potrykus,Trends in Biotechnolo
g(生物工学の動向),7,269(1989)、K.Weizingら、An
n.Rev.of Genetics,22,421(1988)、F.Cookingら、Sci
ence,236,1259(1987)。
計画したテクニックの中には、エレクトロポレーショ
ン、微量注射法、微小投射物砲撃法、リポソーム融合、
アグロバクテリウム属介在トランスファー、大量注射
法、及び溶液中でむきだしのDNAに暴露する方法などが
ある。
Ovule Tissue(胚珠組織の実験操作)、G.Chapmanら
編、ニューヨークLongman社(1985)、197−269ページ
及び、Y.Ohta、PNAS USA,83,715(1986)は、花粉粒とD
NA溶液を混合した後、この花粉をメイズの毛に塗ること
によりDNAをメイズに導入する方法を報告した。これら
の論文には、外因性DNAがコーン細胞に導入されたこと
を確認する分子のデータが皆無である。
DNAとメイズの花粉をインキュベートした後、メイズ雌
穂を受粉し、種子を作ったと記述している。この種子を
起源とする植物は導入されたDNAを含有すると報告され
たが、導入されたDNAが完全な性周期を通して伝達され
ることを示唆するものは何も無い。
Mays種苗のアグロバクテリウム属介在形質転換間を報告
した。その証拠は、時に信頼できないこともある検定方
法に基づいていた。今までのところ、花粉及びアグロバ
クテリウム属介在トランスファー技法で成功した例は、
それ以上何も報告されていない。
が報告されている。本技法は、SanfordらのPart.Sci.&
Techn.,5,27(1987)及び、1988年2月29日に提出し
た合衆国出願番号07/151,807に基づいてJ.C.Sanfordら
の公告した欧州特許出願第331,855号で開示されてい
る。
投射物砲撃法を用いた形質転換コーン細胞の生産を記述
している。しかし、使用した細胞は植物に再生すること
ができなかった。したがって、何らかの種類の再生でき
るメイズ細胞の培養に、砲撃法によってDNAを導入した
ことを記述しているプロトコールは何一つ発表されてい
ない。安定した遺伝子の導入で、メイズカルス砲撃法の
後、結実可能な植物の再生及び最低1回の性周期を通し
て導入した遺伝子の伝達により生じる結果を報告してい
るものは皆無である。
NAによるメイズ花粉の砲撃法、その花粉をメイズの毛に
塗ること、ならびに伝えるところによれば外因性DNAを
含有している種子の形成を開示している。しかし、完全
な性周期を通してDNAが伝達される証拠は皆無で、この
研究グループによるそれ以上の結果は報告されていな
い。
原形質体のエレクトロポレーションの結果、形質転換細
胞を生じると、報告しているが、この細胞では再生植物
はできなかった。コーン原形質体のエレクトロポレーシ
ョンは、C.Rhodesらにより、Science,240,204(1988)
にも報告されている。後者の場合、レシピーエント細胞
が伝達され、植物に再生され得るが、植物自身は結実し
ない。加えて、Rhodesらが使用した細胞株の生産方法
は、再現性が無かった。
く生産することによって、その他に障害となるものは、
形質転換細胞の再生能力(原形質体もしくは培養細胞の
場合)も結実能力も破壊されない様な方法では、ほんの
僅かな形質転換細胞しか選択されていなかったことにあ
る。一般に低水準の形質転換細胞が形質転換技法によっ
て生産されるため、ある種の選択手順が必要になる場合
が多い。しかし、選択には一般にいくらか有毒な薬剤、
例えば、再生能力あるいは結果として生じる植物の結実
能力のどちらかに有害と思われる除草薬や抗生物質を使
用することが必要である。
びカルスは、少なくとも再生して成熟した植物を形成す
ること、また結果として生じた植物はしばしば結実能力
を有することが判明している。例えば、R.D.Shilliteら
はBio/Technology,7,581(1989)で、またL.M.Prioli
らはBio/Technology,7,589(1989)で、細胞培養から
原形質体を生産する方法ならびに、それから結実能力の
ある植物を回収する方法を検討している。C.A.Rhodesら
は、Bio/Technology,5,56(1988)に、胚形成のメイズ
細胞培養から分離した原形質体から、メイズ植物を再生
する試みを発表している。
は培養組織が適切なレシピーエントであるか、例えば外
因性DNAを受入れやすく、また安全に統合し、しかも同
時に、胚芽株の一部、即ち次の植物世代に導く細胞直線
の一部である細胞、を有効数含有しているかを、技術研
究者は決定することができなかった。
た、ある形質転換技法は、メイズの形質転換細胞を生産
することが計画もしくは報告されており、ある細胞及び
組織は植物再生能力があるため、レシピーエントの可能
性があると提唱されてきたが、この技術では、1回の完
全な性周期を通して導入されたDNAを伝達することがで
きるメイズの形質転換植物を首尾よく生産するテクニッ
クの組合せを発見できなかった。
ック、Zea mays植物及び導入された遺伝子を子孫に伝達
する種子を生産することが本発明の目的である。また砲
撃法及び形質転換細胞の少なくとも一部については、高
水準の生育能力を生じる選択処理により、安定したトラ
ンスジェニック植物及び種子を生産することも本発明の
目的である。メイズ以外にも、他のイネ科の穀類の繁殖
力のある、安定したトランスジェニック植物を生産する
ことも本発明の目的である。
る。
(生物学的調査のためのメイズ)、Plant Mol.Biol.Ass
oc.,pp367−372 Gritz,L,ら(1983)Gene25:179−188 Guilley,H,ら(1982)Cell30:763−773 Hallauer,AR,ら(1988)Corn and Corn improvement
(コーン及びコーンの改良)、第3版、Agronomy Socie
ty of America,pp469−564 Jefferson,R,ら(1987)EMBO J6:3901−3907 Kamo,K,ら(1985)Bot Gaz146:327−334 Klein,T,ら(1989)Plant Physiol91:440−444 Klein,T,ら(1988a)Proc Natl Acad Sci USA85:4305−
9 Klein,T,ら(1988b)Bio/Technology6:559−563 Lu,C,ら(1982)Theor Appl Genet62:109−112 McCabe,D,ら(1988)Bio/Technology6:923−926 Murashige,T,ら(1962)Physiol Plant15:473−497 Neuffer,M,(1982)Maize for Biological Research
(生物学的調査のためのメイズ)、Plant Mol.Biol.Ass
oc.,pp19−30 Phillips,R,ら(1988)Corn and Corn improvement(コ
ーン及びコーンの改良)、第3版、Agronomy Society o
f America,pp345−387 Potrykus,I(1989)Trends in Biotechnology(生物工
学の動向)7:269−273 Rhodes,Ca,ら(1988)Science240:240−7 Sambrook,J.ら(1989)Molecular Cloning:A Laborator
y Manual(分子クローニング;実験室マニュアル)、第
2版、Cold Spring Harbor Laboratory Press Sanford,J,ら(1987)Part Sci & Techn5:27−37 Weising,K,ら(1988)Ann Rev of Genetics22:421−478 Yanisch−Perron,L,ら(1985)Gene33:109−119 発明の要約 本発明は、その子孫に受け継がれる組み換えDNAを含
む、繁殖力のあるトランスジェニックZea mays植物に
関連するもので、染色体に統合された組み換えDNAが望
ましい。
植物細胞、植物の一部、ならびに種子から得られる全て
の生産物に関連するものである。
にその組み換えDNAを受け継いだ子孫に関連するもので
ある。本発明はさらに、トランスジェニック植物の品質
改良ならびに、その後、組み換えDNAをZea mays植物も
しくは系統に組み込むことに関連するものである。
ある、Zea maysトランスジェニック植物の生産過程に関
連するものである。その過程は、微小投射物砲撃法、選
択、植物再生、ならびに従来の戻し交雑法に基づくもの
である。
クテリウム属、注射法ならびに以前の弾道学的方法の様
な定型の方法で確実に形質転換されていないZea mays以
外のイネ科の、結実能力のある形質転換植物を生産する
過程に関連するものである。
れたトランスジェニック種子ならびに、RI及びその後の
世代から得られた、結実能力のある成熟メイズ植物再生
に関連するものである。
10kDのゼイン蛋白として発現する組み換えキメラ遺伝子
で、少なくとも1個のアミノ酸濃度が、親の非形質転換
株に存在している以上に上昇するように、しっかりと形
質転換された、結実能力のあるトランスジェニックコー
ン植物である。上述の遺伝子の多様なコピーの発現もし
くはその過剰発現は、リジン、メチオニン、スレオニン
などの、ある一定のアミノ酸の仁全体の濃度を実質的に
上昇させる。この中で使用する、“実質的に上昇した”
という表現は、ある特定のアミノ酸が、上述の種子貯蔵
蛋白遺伝子が形質転換されていない対応する植物もしく
は植物の一部に存在しているより、10−20%多いことを
意味する。
ティングした、砕けやすい胚形成カルス凝集塊の微小投
射物砲撃法の後で、形質転換カルス株を選択するための
コントロールした方法を用いて、結実能力のある、遺伝
子変換植物を生産する。
I 1の地図を表している。
含する直線化したpHYG I 1の関連部分を表している。こ
の塩基対番号は、指示された制限酵素の認識配列の5′
ヌクレオチドから出発し、CaMV 35Sプロモーターの
5′末端のEcoR I部位で始っている。
I 221の地図を表している。図2Bは、直線化したpB II 2
21、例えばHind III開裂部位からEcoR I開裂部位までを
描いている。
カルス株から分離したDNAのサザンブロット法及び、検
定に使用したpHYG I 1プローブの図解である。
物から分離した葉のDNAのサザンブロット法及び、検定
に使用したpHYG I 1プローブの図解である。
ら分離した葉のDNAのサザンブロット法及び、検定に使
用したpHYG I 1プローブの図解である。
カルス株から分離したDNAのサザンブロット法及び、検
定に使用したpHYG I 1プローブの図解である。
Z10の地図を表している。図7Bは、z10コーティング配列
及び関連調節成分を包含する、直線化したプラスミドpZ
27Z10を表している。
位置の図解である。
ック植物及び種子を生産すること及びトランスジェニッ
ク植物などから得られる植物、植物組織及び種子、なら
びにその後の子孫及びそれから得れれる生産物を目指す
もので、食料あるいは飼料価値が改良されたトランスジ
ェニックZea mays植物が望ましい。ここで生産されるト
ランスジェニック植物には、フィールドコーン、ポップ
コーン、スイートコーン、フリントコーン及びデントコ
ーンを含め、この種の全植物が含まれる。
ス、組織、植物の一部もしくは植物、組み換えDNAの存
在により部分的に変えられた遺伝子型が含まれ、そのDN
Aは、遺伝子工学の技術で“異種DNA",“外因性DNA",あ
るいは“外来DNA"として言及されており、ここで該当す
るDNAは遺伝子工学処理により遺伝子型に導入される
か、或いはそのような処理で最初に親植物の遺伝子型に
導入されたもので、その後有性交配もしくは無性生殖に
よって後の世代にトランスファーされる。ここで使用す
る“遺伝子型”は、細胞内、狭くは染色体あるいは染色
体外、の遺伝物質の統計のことを言う。従って、ここで
使用する“トランスジェニック”は、従来の植物品種改
良法もしくは無作為交配量産化、ウィルス乾癬もしくは
自然発生突然変異のような自然に起きる事象によるZea
maysの遺伝子型の一部変更を認めない。
介してDNAが伝達されること、即ち1つの植物からその
生殖子を通して子孫植物に伝えられることを意味する。
産することができる。(i)再生可能な細胞培養を確立
すること。砕けやすい胚形成カルスが望ましい。(ii)
微小投射物砲撃法で上述の細胞培養を形質転換するこ
と。(iii)形質転換細胞を同定もしくは選択するこ
と。(iv)形質転換細胞から結実能力があるトランスジ
ェニック植物を再生すること。組み換えDNAを含有する
トランスジェニックのエリート株及び変種、あるいは市
販用交雑種種子を開発するために、本発明の植物の一部
は、従来の交配育種法を使用して、結実能力のあるトラ
ンスジェニック植物からトランスジェニック種子を生産
することもできる。
植物の生産に特に有用なことが判明している細胞は、以
下に詳述する選択方法にかける前にも後にも、再生でき
るカルス細胞である。一般に、このような細胞はまだ最
後に分化していない細胞を含有する分裂組織から得られ
る。一般にイネ科穀類、特にメイズのこの様な組織に
は、若葉の根元部分、未熟な雄穂、未熟な胚、ならびに
子葉鞘節に見られる組織を含める。未熟な胚を子葉する
ことが望ましい。このような組織及び植物型からカルス
を調製もしくは維持する方法は、本技術では周知であ
り、これに関する詳細はPhillipsら(1988)の文献で入
手することができ、その内容は参考文献により、ここに
組み込まれている。
生することができなければならない。選択中及び選択後
に再生能が著しく低下することもあるため、ここで使用
する砲撃法/選択処理が成功するためには、特定の細胞
の特異的再生能が重要である。したがって、できる限り
再生能が高い培養細胞で開始することが重要である。約
3ヵ月以上、約36ヵ月までの月齢のカルスは十分高いレ
ベルの再生能を有していることが判明しており、従って
これが望ましい。そのサンプルを再生培地にトランスフ
ァーし、新芽、根、及び苗木をモニタリングすることに
より、特定の培養細胞の再生能を容易に測定できる。ペ
トリ皿当たりの、あるいは組織の最新グラム重量当たり
の、発生した苗木の総対数を、再生能の粗定量的推定に
使用してもよい。一般に、カルス組織当たり最低1本の
植物を生じる培養が望ましい。
することができるが、この中で有用な培養は、胚の長さ
が約1−3mmの時に、雌穂の仁から採った未熟なメイズ
胚から得ることが望ましい。一般に、受粉後約9−14日
にこの長さになる。無菌条件下で、胚軸を下にして(胚
盤を上にして)この胚を従来の固形培地上に置く。数日
ないし2〜3週間後に、胚盤からカルス組織が現れる。
カルスが十分に生育した後で、砕けやすい堅さ及び明確
に限定された胚の存在について、胚盤からの細胞増殖を
評価する。“砕けやすい堅さ”とは、細胞に傷害を起こ
さずに組織が容易に消散することを意味する。次に、こ
の形態を有する組織を新たな培地に移し、約2週間毎の
ルーチンベースで継代培養する。凝集を減らすため、ま
た場合により細胞表面積を増加するため、継代培養期間
中にふるい分けを用いる。
では、開始/維持培地は一般にArmstrongら(1985)が
記述したChuら(1975)のN6塩あるいはMurashigeら(19
62)のΜS塩を基本にしている。基本培地には、スクロ
ース及び2,4−ジクロロフェノキシ酢酸(2,4−D)を補
足する。L−プロリン及びカゼイン加水分解物のような
補足成分は、カルス培養の開始頻度、形態及び増殖を改
善することが認められている。培養は一般に暗がりに保
つが、低光度を用いることもある。維持及び増殖に必要
な合成ホルモン、2,4−Dの濃度は、一般に約0.3〜3.0m
g/である。
及び再生が成功しているが、これは、本発明の結実能力
があるトランスジェニック植物の生産に、形質転換でき
る他の再生可能な細胞、組織、あるいは器官を使用でき
ないことを暗示する意味ではない。形質転換された細胞
にとって唯一の実際上の必要事項は、形質転換後、実際
に用いる特定の選択もしくはスクリーニング手順の後
で、組み換えDNAを含有する植物を再生できなければな
らないことである。
よい。このような培養を確立するためには、4−6ヵ月
後に、II型カルスを液体増殖培地にトランスファーす
る。再生可能な懸濁液細胞培養の生産に関する方法及び
参考文献は、C.E,GreenらがMaize for Biological Rese
arch(生物学的調査のためのメイズ),Plant Molec.Bio
l.Assoc(1982),367−372ページに、R.Phillipsらが、
Corn andcorn Improvement(コーン及びコーン改良),A
gronomy Soc.Amer.(第3版、1988)345−387ページ
に、またI.VasilがCell Culture and Somatic Cell Gen
etics of Plants(植物の細胞培養及び体細胞の遺伝子
学),第I巻、Laboratory Procedure and Their Appli
cations(研究室手順とその応用)、Academic Press(1
984)152−158ページに、表している。一般に、懸濁液
培養用液体増殖培地は、固体のカルス誘導培地の処方に
類似している。再生能を増強し、培地の活力を高めるた
め、液体増殖培地にABA(アブシジン酸)(10-7M)を加
えてもよい。液体培地に導入する前にふるい分けないほ
うが望ましい。
性に適した継代培養を行う。望ましい実施態様では、1
週間に1度、この培養を新たな増殖培地で1:8−9に希
釈して継代培養する。
もしくは分離され、場合によってはその後科学的に一部
変化され、後にZea maysに導入される、DNAを言う。あ
る起源から“誘導された”組み換えDNAの例は、ある特
定の生物内で有用なフラグメントとして同定され、しか
もその後、実質的に純粋な型で科学的に合成されるDNA
配列であろう。ある起源から“分離された"DNAの例は、
本発明で使用するため、遺伝子工学の方法論でさらに操
作、例えば増幅、できるように、化学的手段によって、
例えば制限エンドヌクレアーゼを使用して、上述の起源
から摘出もしくは除去されるDNA配列であろう。
A,生物学的起源から分離するDNA、導入されたRNAから誘
導されるDNAが含まれる。一般に、組み換えDNAは、DNA
のレシピーエントであるZea mays遺伝子型にはもともと
存在しないが、例えば、貯蔵蛋白など、ある特定の遺伝
子産物の生産を高めるために、ある特定のZea mays遺伝
子型から遺伝子を分離すること、ならびにその遺伝子の
多様なコピーを同一遺伝子型にその後導入することは、
本発明の範囲内である。
動物あるいはウィルス由来の遺伝子の様な非植物遺伝
子、同一もしくは異なるZea mays遺伝子型の遺伝子を含
め、修飾した遺伝子、遺伝子蛋白、キメラ遺伝子のDNA
を含むが、これに制限されるものではない。
でも直線でも、また二重鎖でも一重鎖でもよい。一般に
DNAは、プラスミドDNAの様に、結果として生じるコーン
植物に存在する組み換えDNAの発現を促進する調節配列
によって側面を防御されているコーティング領域も含有
する、キメラDNAの型である。例えば、組み換えDNA自身
は、Zea maysで活性であるか、あるいは形質転換の標的
であるZea mays遺伝子型に既に存在しているプロモータ
ーを使用すると考えられる、プロモーターを包含もしく
は含有する。
する組成及び方法は、本技術に熟練した者には周知のこ
とであり、この中で有用なDNAの生産に、組成及び方法
が同一の構成を使用してもよい。DNAの特定の組成は本
発明にとって主要ではないので、本発明は使用する特定
の組み換えDNAの組成に左右されない。
適するDNA成分、選択可能なマーカー遺伝子、レポータ
ー遺伝子、エンハンサー、イントロンなどを記述すると
共に、それから構成するために適切な参考文献を提供し
ている。J.Sambrookらは、Μolecular Cloning:A Labor
atory Mannual(分子クローニング。研究室マニュア
ル),Cold Spring Harbor Laboratory Press(第2版、
1989)で、適切な構成方法を提供している。DNAが大き
くなるにつれて増大することが判明している、物理学
的、化学的もしくは酵素的分解の受けやすさを最小限に
するため、一般に、組み換えDNAは、比較的小さく、即
ち、30kD未満である。
生じるトランスジェニックコーン植物の有益な特徴を提
供、もしくは増強する全てのDNAを含む。食料価値の上
昇、高収量、害虫抵抗性、病気耐性、除草薬耐性などを
促進するために、このDNAは、蛋白もしくはアンチセン
スRNA転写をコード化すると考えられる。例えば、このD
NAは、danA遺伝子と同様、リジン産生増加のためのDHDP
シンターゼを、また害虫抵抗性のためのBacillus thuri
ngiensis(Bt),δ−エンドトキシンもしくはプロテア
ーゼインヒビターを、さらにグリフォセート除草薬耐性
のための細菌EPSPシンターゼ、ならびに殺真菌性のため
のキチナーゼもしくはグルカンエンド−1,3−β−グル
コシダーゼを、コード化できる。
必須アミノ酸を含有する蛋白をコード化している遺伝子
である。例えば、栄養的に適切であり、しかもニワトリ
の最適な成長を支えるために、コーン−大豆ミール飼鳥
類飼料には、一般に合成メチオニンもしくはメチオニン
類似体が補足されている。高濃度のメチオニンを供給す
るコーンの株を開発すれば、メチオニン補足品の必要性
を減らすことができる。この様な高メチオニンコーン株
の開発は、高メチオニン蛋白をコードしている、高度に
発現した遺伝子もしくは遺伝子群をコーンのゲノムに導
入することによって達成される。
は、下記のものがある。1.)メイズの15kDコイン蛋白
(メチオニン11%)をコード化している遺伝子、(Pede
rsenら、J.Biol.Chem,261,6279(1986)),2.)ブラジ
ルナッツ貯蔵蛋白(メチオニン18%)をコード化してい
る遺伝子、(Altenbachら、Plant Mol.Biol.,8;239(1
987))ならびに3.)メイズの10kD−ゼイン蛋白(メチ
オニン22.5%)をコード化している遺伝子、(Kirihara
ら、Gene,71,359(1988))。望ましい遺伝子は10kD−
ゼイン蛋白であるが、それは、この蛋白生成物が通常は
仁に蓄積されるので、メチオニンが15kD−ゼイン蛋白の
2倍の高さの内因性のメイズ遺伝子であるためである。
高レベルの発現を種子に得るために、高度に発現した、
種子特異的遺伝子の調節配列に、そのコーティング配列
を随意に融合させてもよい。代わりに、無傷の、内因性
の10kD−ゼイン遺伝子の追加コピーをコーンゲノムに導
入しても、コーンの種子のメチオニン含有量を増加させ
ることができる。
ジンは、主要な農作物、特に穀類、の大部分における3
種の最大制限アミノ酸の中に入っている。結果的に、穀
類を基本にした食餌には、合成リジンもしくはリジン含
有脂肪種子蛋白ミールを補足しなければならない。さら
に、ほとんどの脂肪種子ミールは、それ自身、リジン源
が不十分であるため、リジンのために飼料混合物を頻繁
に調整すると、結果としてその他の、あまり望ましくな
い栄養が余りにも高いミールとなる。したがって、穀類
もしくは脂肪種子農作物のいずれか、あるいはその両方
のリジン含有量を増加させる方法は、結果として著しい
栄養価値を加えるとともに、ブタや食用飼鳥類生産者な
どの最終消費者の経費を著しく節減することになる。
生合成経路の制限を解除して、フリーのリジンを蓄積す
ることである。大腸菌のdapA遺伝子は、植物における活
性がリジンによって強くフィードバック阻害される重要
な調節酵素である、ジヒドロジピコリン酸シンターゼ
(DHDPS)をコード化している。この細菌の酵素は、リ
ジンによる阻害に対して約200分の1の感度である。dap
A遺伝子の植物細胞における導入及び発現により、本来
の植物DHDPSが完全に阻害されてしまった後でも、フリ
ーのリジン合成を続けることができる。
ン栽培の経費抑制に重大な貢献をする際に特に重要なこ
とは、害虫による攻撃から保護することである。合衆国
では、アワノメイガ、ネキリムシ、トウモロコシの果穂
を食害する幼虫など、種々の鱗翅目害虫、ならびにDiab
rotica種の様な鞘翅目が、コーンの主要な害虫に含まれ
る。害虫の攻撃からコーンを保護することは栽培者にと
って高価であり、また時節に合わせて適用する有害な化
学殺虫剤を使用することが必要である。定型的な品種改
良及び選択方法では、主要な害虫に対して実質的に抵抗
性がある新しいコーン株を開発する見込がなかったた
め、本発明に従って、害虫抵抗遺伝子もしくは配列を植
物に導入あるいは遺伝させると、栽培者の経費を低減
し、有毒な化学殺虫剤の使用を減らし、害虫のもっと有
効な管理を提供することになる。
胞に導入すること、ならびにその遺伝子がコーン植物全
体に組み込まれ、有糸分裂及び減数分裂の過程を経て植
物のその後の孫により最終的に受け継がれるための、遺
伝子の有糸分裂複製である。
な昆虫種に摂取された時に有毒な、エンドトキシンポリ
ペプチドを産生する細菌のほぼ20の既知の亜種を含む。
エンドトキシン蛋白(Bt蛋白)及び対応する遺伝子(Bt
遺伝子)の生物学及び分子生物学を、H.R.WhitelyらがA
nn.Rev.Microbiol.,40,549で、またH.HofteらがMicrobi
ol.Rev.,53,242(1989)で、最近、再検討している。種
々のBt蛋白をコード化している遺伝子は、クローン化及
び配列決定されている。Btポリペプチドのセグメント
は、種々の鱗翅目害虫に対する毒性に不可欠なこと、ま
たBtポリペプチド分子の初めの約50%の中に含まれてい
ることが、調査で明らかにされた。結果的に、切断Bt遺
伝子にコード化された切断Btポリペプチドは、多くの場
合、多数の鱗翅目害虫に対する毒性を保持している。HD
73及びHD1 Btポリペプチドは、アワノメイガ、ネキリ
ムシ、トウモロコシの果穂を食害する幼虫など、合衆国
におけるコーン植物の重要な鱗翅目害虫の幼虫に有毒で
あった。M.GeisterらがGene,48,109(1986)で、またM.
J.AdangらがGene,36,289(1985)で、それぞれHD1及びH
D73 Btポリペプチドをコード化している遺伝子を、ク
ローン化及び配列しており、培養コレクション(例え
ば、オハイオ州コロンバスのBacillus Genetic Stock
Senter、イリノイ州ピオリアのUSDA Bt stock collect
ion)から得られるHD1及びHD73種から、標準的なプロト
コールを用いてクローン化できる。
類をコード化しているDNAは、Bt遺伝子のクローン化に
以前用いられていたプロトコールを用いて、宿主バチル
ス菌からクローン化してもよい。この中には、適切なプ
ラスミドもしくは適当な宿主に複製されるファージベク
ターでの、バチルス菌から分離したDNAバンクの構成、
ならびにBt蛋白もしくは同種Bt遺伝子配列から分離され
たDNAに対して生じる抗体の使用が含まれる。クローン
化DNAの検出分析法を用いて、Btコーディング配列のお
およその位置を最初に決定することもある。Btコーディ
ング配列の正確な位置は、クローン化したDNAセグメン
トの配列決定、Bt蛋白をコード化できる本配列の大きな
読み取り枠の存在を決定すること、ならびにDNA配列か
ら得られたアミノ酸配列をBt蛋白の部分的アミノ酸配列
から得られたものと比較することにより、DNA配列の性
質をコード化しているBtの確認を含め、様々な標準方法
を用いて決定する。
ロモーター”)及びコーン植物のBt配列の位置が確認さ
れた下流の翻訳ができるDNA配列を包含する、5′DNA配
列を含む。キメラBt遺伝子は、コーンに発現され得る遺
伝子の3′非コード領域から得られる配列を含む3′DN
A配列も含んでいる。最も重要なことは、キメラBt遺伝
子が、Bacillus thuringiensisが産生する有毒なBtポリ
ペプチドもしくはその有毒な部分をコード化している
か、あるいはそれと相同の実質的なアミノ酸配列を持つ
DNA配列を含むことである。Btコーディング配列は下記
のものを含む。(i)コーンの害虫に対して有効なBtエ
ンドトキシンと実質的に相同な殺虫剤的に有効な蛋白を
コード化するDNA配列、例えばHD73あるいはHD1 Bt配
列、(ii)Btエンドトキシンポリペプチドの殺虫剤的に
有効なセグメントをコード化しているDNA配列、例えば
殺虫剤的に有効な、カルボキシ及び/或いはアミノ末端
から切断したHD73あるいはHD1ポリペプチド、(iii)切
断したBt配列、下記のような補足的利点を提供するポリ
ペプチドをコード化する配列とフレーム内で融合した、
切断したBt配列。(a)選択可能な遺伝子、例えば抗生
物質もしくは除草薬に対する耐性を与える遺伝子、
(b)生成物の検出もしくは検定が容易なレポーター遺
伝子、例えばルシフェラーゼあるいはβ−グルクロニダ
ーゼ、(c)Bt蛋白の分解に対する、安定化に補足的に
使用する、あるいは害虫に対するBt蛋白の有効性を増強
するポリペプチド配列をコード化するDNA配列、例えば
プロテアーゼインヒビター、ならびに(d)Bt蛋白をコ
ーン細胞内外の特定の成分に向けるのを助ける配列、例
えばシグナル配列。
のDNA配列を、コーンに有効に発現する遺伝子にもっと
類似するように調整することも適切と考えられる。HD73
及びHD1遺伝子を含め、多くのBt遺伝子のコドンを使用
する方法は、バチルス種が使用する方法により類似して
おり、メイズに発現される遺伝子が使用する方法とは異
なるため、メイズ細胞におけるBt遺伝子の発現は、この
様にめったに使用されないバチルスコドンを、メイズ植
物でより頻繁に使用されるものと置き換えることで改良
することができる(E.Murrayら、Nucl.Acid Res.,17,47
7(1989)参照)。そのようなコドンの置き換えには、
結果として生じるBtポリペプチドのアミノ酸配列を変え
ずに、塩基を置換することが必要である。Btポリペプチ
ドは、その配列が細菌遺伝子もしくはそのセグメントと
同一である。望ましいメイズのコドン含有率がもとの細
菌遺伝子より高い、完全なBtコーディング配列、もしく
はその切片は、標準的な化学合成プロトコールを用いて
合成することも可能で、特定部位の突然変異誘発やDNA
重合及び結紮など、標準的なプロトコールを用いてBt遺
伝子に導入あるいは集合することができる(F.Murray
ら、Nucl.Acids Res.,17,477(1989)参照)。
えDNA配列は別として、有用な組み換えDNAは調節もしく
は構造機能を果たし、転写されないと考えられる。また
突然変異種を作る遺伝子の道具として作動し、また場合
により同定、遺伝子付加、あるいはコーンDNAセグメン
トの分離に役立つために、このDNAは導入される。以前
に引用した、Weisingに追加例が見られる。
物細胞に導入される組み換えDNAはさらに、選択可能な
マーカーもしくはセプター遺伝子あるいはその両方を一
般に含有する。二者択一的に、選択可能なマーカーは別
の部分に載っており、同時形質転換手順に用いられる。
選択可能なマーカー及びレポーター遺伝子、は植物に発
現することができる様に、両者とも適切な調節配列で側
面を防御される。有用な選択可能なマーカーは、本技術
では周知であり、例えば、抗生物質及び除草薬耐性遺伝
子が含まれる。
子の特異的な例が示されている。望ましい、選択可能な
マーカー遺伝子は、ヒグロマイシン・ホスホトランスフ
ェラーゼ(HPT)コーディング配列で、これは大腸菌か
ら得られ、抗生物質ヒグロマイシンBに対する耐性を与
える。他の選択可能なマーカーには、抗生物質カナマイ
シン、ネオマイシン及びG14Bに対する抵抗性をコード化
するトランスポゾンTn5(Aph II)のアミノグリコシド
・ホスホトランスフェラーゼ遺伝子、ならびにグリホセ
ート、2,2−ジクロロプロピオン酸、メトトレキサー
ト、イミダゾリノン除草薬、スルホニルウレア除草薬、
プロモキシニル、ホスフィノトリシン及びその他の除草
化合物に対する抵抗性もしくは耐性をコード化する遺伝
子が含まれる。このようなフィトトキシン化合物に対す
る抵抗性もしくは耐性を与える、これらの選択可能なマ
ーカー遺伝子には、結果として生じる形質転換植物に商
業上の有用性がある。フォトトキシン化合物に対する抵
抗性を伝える酵素をコード化している、選択可能なマー
カー遺伝子を、下記の表1に挙げる。
はhyg) ジヒドロフォレート・リダクターゼ(dhfr) ホスフィノトリシン・アセチルトランスフェラーゼ(ba
r) 2,2−ジクロロプロピオン酸・デハロゲナーゼ アセトヒドロキシアシッド・シンターゼ 5−エノルピルビルシキメート−ホスフェート・シンタ
ーゼ(aroA) ハロアリルニトリラーゼ アセチル−コエンザイムA・カルボキシラーゼ ジヒドロプテロエート・シンターゼ(su1 I) 32kDフォトシステムIIポリペプチド(pshA) アンスラニレート・シンターゼ ジヒドロジピコリン酸シンターゼ(dapA) 抵抗性を示す対象 G41B、ネオマイシン、カナマイシン ヒゴマイシンB メトトレキサート ホスフィノトリシン 2,2−ジクロロプロピオン酸(Dalapon) スルフォニルウレア・イミダゾリノン及びトリアゾロピ
リミジン除草薬 グリフォスフェート ブロモキシニル セトキシジン、ハロキシフォップ スルフォナミド除草薬 トリアジン除草薬 5−メチルトリプトファン アミノエチルシステイン 参考文献 (10〜29行目まで省略) P.C.Audersonら。(合衆国特許第4,761,373号):G.V.Ha
ughnら。Mol.Gen.Genet.,211,266(1900) (35〜39行目まで省略) D.M.Stalkerら。PCT出願公開WO87/04181 (43行目〜50行目まで省略) K.Hibbardら。(合衆国特許第4,581,847号) K.Glassmanら。PCT出願公開WO89/11789 レポーター遺伝子は、潜在的に形質転換した細胞の同
定及び調節配列の機能性の評価に使用される。容易に検
定できるマーカー蛋白をコード化するレポーター遺伝子
は、本技術では周知である。一般に、レポーター遺伝子
はレシピーエント生物もしくは組織に存在あるいは発現
せず、また表現型の変化もしくは酵素活性など、容易に
検出できる特性によって発現が明示される蛋白をコード
化する遺伝子である。前述のWeisingらが、そのような
遺伝子の例を提供している。望ましい遺伝子には、大腸
菌のTn9のクロラムフェニコール・アセチル・トランス
フェラーゼ遺伝子(cat)、大腸菌のuidA座のβ−グル
クロニダーゼ遺伝子(gus)及びホタルPhotinus pyrali
sのルシフェラーゼ遺伝子がある。DNAをレシピーエント
細胞に導入した後、適当な時にレポーター遺伝子の発現
を検査する。そのような望ましい検定法には、大腸菌β
−グルクロニダーゼ(GUS)遺伝子が必要である。(R.J
wffersonら、BNBO J.,16,3901(1987))。この遺伝子
を形質転換し、発現しているメイズ細胞は、細胞外媒体
の中で、基質5−ブロモ−4クロロ−3−インドリル−
β−D−グルクロニド(X−GLUC)に暴露すると青色に
染色する。
できる、あらゆる構造性の、誘導可能な、組織もしくは
器官特異的な、あるいは発生段階特異的なプロモーター
が含まれる。前述のWeisingらに、そのような適切なプ
ロモーターが発表されている。以下は、この中で使用す
るのに適するプロモーターを代表するリストの一部であ
る。マンノピン・シンターゼ、ノパリック・シンター
ゼ、オクトピン・シンターゼを含めたAgrobacuterium t
umefaciensのT−DNAの調節遺伝子、コーンのアルコー
ル・デヒドロゲナーゼ・プロモーター、様々な種に由来
するリブロース−ビスホスフェート−カルボキラーゼ/
オキシゲナーゼ小サブユニット遺伝子の様な光誘導性プ
ロモーター、ならびにマジョア・クロロフィルa/b結合
蛋白遺伝子プロモーター、カリフラワーモザイクウィル
ス(CaMV)の35S及び19Sプロモーター、メイズの蝋、ゼ
インもしくはブロンズプロモターのような発生的に調節
されるプロモーター、ならびに器官特異的発現もしくは
植物の特定の発生段階におる発現を示すプロモーターを
含め、誘導可能な、あるいは構造性の、合成もしくは他
の天然プロモーター。
列など、その他の成分も組み換えDNAの一部である。こ
の様な成分は、DNAの機能に必要なことも不必要なこと
もあるが、転写やmRNAの安定性などに作用することによ
ってDNAの発現改善を提供すると考えられる。このよう
な成分を望み通りにDNAを含めて、植物のDNAを形質転換
する最適な性能を得る。例えば、特定の組み換えDNA構
造のプロモーターとコーディング配列の間に、メイズAd
h I S第1イントロンを配置する。本イントロンは、DNA
構造に含まれる時には、メイズ細胞の蛋白産生を増加す
ることが判明している。
3))。しかし、選択可能なマーカーが満足に遂行する
のに十分な発現は、イントロンがなくても得られること
が多い。(T.Kleinら、Plant Physiol.,91,440(198
9)。適する代りのイントロンの1例は、Zea maysのshr
unken−1第1イントロンである。この様な他の成分
は、DNA構造の残り部分と適合しなければならない。
ることができ、粒子砲撃処理を経てカルス培養に導入さ
れることが望ましい。適する粒子砲撃装置の一般的記述
がSanfordら(1987)に提供されており、その内容は参
考文献によって、この中に組み込まれている。再生でき
ないメイズの懸濁培養細胞の砲撃法において、装置の使
用に関するプロトコールはKleinら(198a,1988b及び198
9)に記述されているが、カルス培養もしくは再生可能
なメイズ細胞の砲撃法について発表されているプロトコ
ールは皆無である。
言われるが、その場合、生物学的に不活性な物質の非常
に小さな粒子が、カルスへの組み換えDNAの輸送に介在
している。不活性な粒子がDNAでコーティングされて、
適当な速度まで加速されると、1個以上の粒子が、その
粒子からDNAが放出されてその細胞内で発現した1個以
上の細胞に進入することができる。レシピーエント細胞
の一部は導入されたDNAをしっかり保持しているので、
これを発現する。
しくは金などの高密度の物質である。それらを関連DNA
でコーティングする。次に、適当なエネルギー源から微
小投射物まで、起動力を輸送するのに役立つ大型投射物
の表面に、この微小投射物を置く。大型投射物及び微小
投射物を適当な速度に加速した後、それらを、大型投射
物がその前方進路を継続することは妨げるが、DNAでコ
ーティングした微小投射物が継続することは許し、レシ
ピーエントカルス細胞を砲撃できる遮蔽装置と接触させ
る。このような適切な装置は、火薬などの起動力を用い
ることができるか、電気による衝撃波が発射される(P.
Christouら、Plant Physiol.,87,671(1988))火薬が
起動力である装置の方が現在好まれており、Sanfordら
(1987)に記述されていて、さらに詳しく説明されてい
るが、その内容は参考文献により、この中に組み込まれ
ている。
988a,b)に提供されており、2つの重要な段階を含む。
第1に、指定された順序で、タングステン微小投射物を
DNA、塩化カルシウム、スペルミジンを水溶液中で混合
する。種々の成分の濃度は教えられた通り、まちまちで
ある。望ましい手順は、記述されている最適DNA濃度を
倍増すること以外は、Kleinら(1988b)の手順を正確に
必要とする。第2に、DNAでコーティングした微小投射
物、大型投射物及びレシピーエント細胞を装置の所定の
位置に置き、大型投射物に起動力を与える。変化するこ
ともあるこの段階の一部には、円筒部の端からレシピー
エント細胞までの距離ならびにサンプルチェンバー内の
真空度が含まれる。レシピーエント組織は停止プレート
・トレーから2−15cm下に置くが、5cmが望ましい。
は、一般にトランスファー期間のおおよそ中ほどなの
で、したがって、新しい培地へのトランスファーに伴う
“ラグ”相を過ぎていなければならないが、新しい培地
への継代培養をしない期間の延長に伴う“定常”相に達
する前でなければならない。この組織は約30〜80mgの切
片の形で使用するが、40〜60mgが望ましい。この凝集塊
をペトリ皿もしくは他の表面に置き、本質的に下記の条
項を確認する方法で配置する。(i)皿の中心の空間
に、金属−DNA粒子の一番濃い濃度を置き、そこに配置
した組織は攻撃中に障害を受けると考えられる。(ii)
組織に到達する粒子の数は、爆発の中心から組織までの
距離の増加とともに減少するので、皿の中心から離れた
組織は砲撃されにくいと考えられる。メッシュスクリー
ンは金属製が望ましく、組織の跳ね返しや排出を防止す
るために皿の上に置く。砲撃用組織を提示する代替方法
は、組織を濾紙上に薄い層にして広げる方法である。DN
Aでコーディングした金属粒子で、この組織を1回以上
砲撃する。
胞を貫通するとすぐに、組み換えDNAを含有し、しかも
依然として十分な再生能力を保持している細胞を同定及
び選別することが必要である。これを遂行するのに有用
なことが判明している2つの一般的アプローチがある。
第一の方法は、形質転換したカルスもしくはそれから再
生した植物は、もしあれば、レポーター遺伝子発現の検
定法あるいは組み換えDNAの表現型効果の評価を含める
ことができる種々の標準法で、組み換えDNAの存在をス
クリーニングできる。代わりに、そして望ましくは、選
択可能なマーカー遺伝子が組み換えDNAと一緒に、ある
いは組み換えDNAの一部として伝達される時、選択可能
なマーカー遺伝子の発現を検出する選択的薬剤を使用し
て、形質転換されているカルスの細胞を同定できる。
非形質転換細胞の生育は阻害する様に選択条件を選ばな
ければならないので、仮想上の形質転換細胞の選択は、
形質転換処理が成功する重大な部分である。集団の中の
個々の細胞の生命力は、隣接する細胞の生命力に左右さ
れることが多いという事実のため、この事態は複雑であ
る。また、選択条件はあまり厳密ではないので、カルス
細胞の植物再生能力及び結果として生じる植物の繁殖力
は除外される。故に、細胞の生育能力及び形態に及ぼす
選択剤の影響を評価しなければならない。特定の選択的
薬剤に関する生育阻止曲線を実験的に作製し、事前に組
織を形質転換しておくことで、これを遂行できる。これ
は生育を阻止する濃度範囲を確立することになる。選択
可能なマーカー遺伝子を使用していた時には、カルスの
凝集塊は、非選択培地上の砲撃から回収するか、あるい
は、この方が好ましいが、選択剤を含有する培地に直接
トランスファーすることができる。
度の連続的変化及び選択の複数の過程を用いることがあ
る。特定の濃度及び周期の長さは、特定の薬剤に対して
各々変える必要があると思われる。現在好まれている選
択手順には、比較的低濃度の有毒薬剤で最初の選択過程
を用いてから、より高濃度で後の選択過程を用いること
が必要である。このようにすると、選択的薬剤は、ゆっ
くりとより長時間にわたってその毒性効果を発揮するこ
とができる。薬剤の濃度は最初、生育阻止曲線から求め
た時に、約5〜40%レベルの生育阻止を生じる濃度が好
ましい。その影響は、形質転換細胞は優先的に生育及び
分裂することができるが、非形質転換細胞を阻止するも
のであるが、非形質転換細胞の生育が妨害される程度の
ものではない。個々の形質転換細胞数個が、十分な回数
分裂するとすぐ、より高濃度の有毒な薬剤に組織を移
し、実質的に全ての非形質転換細胞を殺す。より高濃度
への変化は、その薬剤に非形質転換細胞が順応する可能
性も減少させる。約30〜100%の生育阻止範囲内で、よ
り高濃度が望ましい。最初の選択周期の長さは、約1〜
4週間で、約2週間が望ましい。あとの選択周期は約1
〜12週間で、約2〜10週間が望ましい。仮想上のメイズ
形質転換細胞は一般に、非増殖細胞という環境の中で、
組織の増殖セクター領域として同定される。選択手順全
期間の様々な時に、カルスも非選択培地で培養する。
定されるとすぐ、表現型及び/或いは遺伝子型分析法
で、形質転換を確認できる。選択剤を使用する場合に
は、表現型分析法の1例は、様々な濃度のコントロール
と比較した時の、最新の形質転換細胞重量の増加を測定
することである。用いられる他の分析法では、組み換え
DNAの機能に左右される。例えばDNAが酵素もしくは蛋白
をコード化している場合、特定の酵素もしくは蛋白に特
異的な酵素的あるいは免疫学的検定法が用いられる。適
切なバイオアッセイもしくは化学的検定法を用いて、他
の遺伝子産物を検定してもよい。その他の、このような
技法は、本技術では周知であるので、ここでは繰り返さ
ない。従来の手順、即ちサザンブロット法もしくはポリ
メラーゼ連鎖反応(PCR)などにより、遺伝子の存在も
確認できる。
再生されなければならず、しかも結果として生じる植物
の繁殖能力を測定しなければならない。遺伝子型及び/
或いは表現型分析法により、試験が陽性の形質転換株
を、組織分化及び植物再生を促進する培地上に置く。本
技術で周知の標準的な手順に従って、再生が行われる。
この手順には普通、カルスの増殖を中断し、体胚の発生
もしくは他の組織の分化を促進するオーキシン濃度を低
下させることが必要である。再生手順の1例は、Green
ら(1982)に記述されている。栽培室あるいはグリーン
ルームで、植物は成熟するまで栽培され、Neuffer(198
2)が記述している様に、適切な有性交配が行われる。
る。選択可能なマーカーが細胞に形質転換されている場
合、再生植物が形質転換されていることをさらに確認す
るために、選択剤が再生培地に組み込まれる。再生技法
は周知であり、しかも本発明には重大ではないため、再
生を完遂し、結実能力がある植物を生産する、どのよう
な技法を用いてもよい。
植物という。R0世代植物の種々の有性交配で作られた種
子をRI子孫もしくはR1世代という。R1種子が発芽する
時、結果として生じる植物もR1世代と言われる。
ない伝達及び継承を確認するため、R1世代を分析して、
形質転換DNAの存在を確認しなければならない。植物及
び植物の一部がカルスの代りに使用されることを考慮し
て、上述の、砲撃したカルスが形質転換されている証拠
を分析するための、いずれかの方法で分析してもよい。
の遺伝パターンを示すことがある。例えば、組み換えDN
Aはメンデルの遺伝の法則に従って子孫に受け継がれ
る。この型の遺伝率は、雄と雌の両生殖細胞によるDNA
の伝達を含み、しかもメイズの核DNA内への安定した集
合もしくは組み込を伴う。遺伝パターンの別の型は物質
の遺伝で、雌の生殖細胞を通して組み換えDNAが主に、
あるいは排他的に伝達される。種々の有性交配の子孫の
分析で、特定の形質転換細胞の遺伝パターンが確認され
る。
は変種に組み込むために、従来のメイズ品種改良プログ
ラムに、繁殖力のあるトランスジェニック植物を使用す
る。コーンの集中改良に関する方法及び参考文献は、Ha
llauerら(1988)により示されており、文献によってこ
の中に組み込まれている。変換処理(戻り交配)は、従
来の品種改良プログラムに用いられるアプローチの中に
はいっている。簡単に言えば、最初の結実能力がある遺
伝子変換植物をエリート同系交配株に交配して交換が行
われる。一部の植物は組み換えDNAを有しているが、一
部の植物はそうでない様に、本交配による子孫は分かれ
る。そのDNAを有する植物を次に、エリート同系交配の
株に再び交配すると、結果としてもう一度分かれる子孫
を生じる。もとのエリート同系交配が、組み換えDNAを
含有する株に変換されるまで、この戻り交配処理を繰り
返し行うが、それにもかかわらず親にもともと見られた
全ての重要な特性を持っている。一般に、この方法には
約6−8世代が必要である。遺伝子的に誘導されたエリ
ート株に変換される各々のエリート株に対して、別個の
戻り交配プログラムが一般に使用される。
組み込まれれば、この中で生産される系質変換コーンの
商業上の価値は最大になる。成熟度、農家は一般に成
熟、耐性、あるいはその他の農業経営上の特色の違いに
基づいた数種の交雑種を栽培する。また成熟、病気、害
虫抵抗性などの特色が異なるため、一地域に適合した交
雑種は一般に、他の地域に適合しないので、農家は自分
の地理的位置に基づいて交雑種を選択しなければならな
い。ゆえに、望ましい異種DNAを含有する多くの交雑種
組合せが生産できる様に、組み換えDNAを多量の親株に
組み込むことが必要である。
ら別の株に遺伝子をトランスファーするために必要な技
法及び技術は、本技術に熟練した者には周知である。し
たがって、これらの品種改良手順によって、他の株もし
くは変種に組み換えDNAを導入することが遂行できる。
の商業上もしくは調査研究の目的に有用であることが期
待される。栽培者に有益な特色(例えば、害虫抵抗性、
除草剤耐性あるいは収量増加など、農業経営上の特
色)、植物から収穫される穀粒の消費者に有益な特色
(例えば、ヒトの食料や動物の飼料中の栄養含有量の改
善)、あるいは食物加工業者に有益な特色(例えば、加
工処理特色の改善)を持つ、伝統的な農業に使用するた
めトランスジェニック植物が創られる。このように使用
する場合、植物は一般に、その穀粒をヒトあるいは動物
の食料に使用するために栽培される。しかし、茎、穀
皮、生長部分などを含める植物の他の部分にも、動物の
サイレージの一部あるいは鑑賞用などの有用性もある。
しばしば、コーン及び他の穀類の化学成分(例えば、オ
イルやスターチ)は、食料あるいは工業用使用のために
抽出されるので、そのような成分のレベルを高めるか修
飾した遺伝子変換植物を創ることもある。
販用製造に使用されることもあるが、その場合、関連分
子は植物の一部、種子などから抽出もしくは精製され
る。そのような分子を製造するために、植物の細胞及び
組織を培養しても、イン・ビトロで生育させても、ある
いは醗酵させてもよい。
ラムに使用されることもあり、言い換えれば、関連した
穀物種植物に交配あるいは改良されることもある。組み
換えDNAによりコードされた改良は、例えばコーン細胞
から他の種に、原形質体の融合などによって、トランス
ファーされることもある。
及び選択によって創造できるような有益な変異種を同定
するために、挿入的遺伝子誘発による新しい変異種植物
を創ることを含め、研究調査もしくは改良に、多くの用
途がある。1例は、遺伝子学的変化を起こすために使用
される転移因子コード化している組み換えDNA配列の導
入であろう。本発明の方法は、特許登録株あるいは変種
の同定に使用できる、独特な“シグナル配列”あるいは
他のマーカー配列を有する植物の創造にも使用される。
それらは、組み換えDNAをしっかり発現し、そのDNAを子
孫に伝達する本発明の、結実能力があるZea 明記mays植
物の調整に使用される一般的手順をよく説明するもので
ある。別の方法で名刺されていなければ、全成分及びパ
ーセンテージは重量である。現れている特異的形質転換
事象の確立は、形質転換手順を受けた物質量の関数であ
る。それゆえ、この中で記述された手順で生じる個々の
状況が、形質転換産物を生産しない時には、その手順を
繰り返すことが必要である。
スジェニック植物Zea mays I.植物再生能を保持するメイズ細胞培養の開始及び維持 同系交配株B73植物の花粉(アイオワ州大学)と、同
系交配株A188植物(ミネソタ大学穀類改良協会)の受粉
によって作られた、交雑種未成熟胚から、砕けやすい、
胚形成メイズカルス培養を開始した。胚の長さが1.5〜
2.0mmに達した時に、雌穂を収穫した。各雌穂を50%v/v
市販漂白剤(2.63%v/v次亜塩素酸ナトリウム)で、室
温で20分間表面滅菌した。次に、この雌穂を滅菌、蒸留
及び脱イオンした水で洗浄した。未成熟胚を無菌的に分
離して、栄養開始/維持培地に、培地に曝した根/新芽
軸と一緒に置いた。開始/維持培地(以下“F培地”と
言う)は、2%(w/v)スクロース、1.5mg/の2,4−ジ
クロロフェノキシ酢酸(2,4−D)、6mMプロリン、及び
0.25%Gelrite(サンジエゴ、Kelco社)を含むN6基本培
地(Chu,1975)で構成されていた。オートクレーブ滅菌
に先立って、pHを5.9に調整した。他に記述がない限
り、全ての組織培養操作は、無菌条件で行った。未成熟
胚を26℃、暗がりでインキュベートした。砕けやすい堅
さ及び明確に限定された体胚の存在について、未成熟胚
の胚盤からの細胞増殖を評価した。未成熟胚のプレート
培養開始後10〜14日に、この形態を有する組織を新たな
培地にトランスファーした。次にこの組織を、14〜21日
毎のルーチンベースで継代培養した。約1gの大きさに達
した組織の切片から70〜80mgの組織を採取し、新たな培
地にトランスファーした。正しい形態が維持されている
ことを確認するため、継代培養を常に注意深く視覚的に
モニタリングした。体胚が存在したので、適切な条件下
で培養で植物が生じていることが保証された。本実施例
に使用された、AB11と名付けられた細胞培養は、このよ
うな培養で、砲撃法の約1年前に開始されていた。
を使用して、ベクターpBS+(カリフォルニア州サンジ
エゴ、Stratgene社)に組立てた、3.2kbの環状プラスミ
ドであった。メイズAdh I S第1イントロン(Callis
ら、1987)を含有する、553bp Bc1−BamH Iフラグメン
トを、CaNY 35Sプロモーターと、実施例Vに従って組
立てられた、PCHN1−1のヒグロマイシンコーティング
配列との間に挿入した。図1に、pHYG I 1の地図を示
す。pHYG I 1のサンプルを、ブタペスト条約の規定に従
って、1990年3月16日に合衆国メリーランド州リークビ
リーのAmerican type Culture Collectionに供託し、受
入れ番号40774番が割り当てられた。
端で、またnosポリアデニレーション配列によって3′
末端で、側面を防御された大腸菌β−グルクロニダーゼ
・コーディング配列を含有している。本プラスミドは、
35SプロモーターとpB II 221のコーディング配列の間に
メイズAdH I S第1イントロンを挿入して組み立てた(J
effersonら、1987)。図2にpB II 221の地図を示す。
プラスミドを導入した。
ス株AB11を継代培養した。砲撃法のために、下記のよう
にAB11を調製した。凝集塊もしくはカルス5個、各湿重
量約50mgを、60x15mmの滅菌ペトリプレート(ファルコ
ン1007)の中央に、十字型に配置した。砲撃処理を通し
て、閉じた容器に、湿ったペーパータオルと一緒にプレ
ートを保存した。
従って、M−10タングステン粒子(Biolistics社)にプ
ラスミドをコーティングした。(i)推奨された量の2
倍のDNAを使用した。(ii)粒子上へのDNA沈殿を0℃で
行った。(iii)砲撃処理を通して、DNAをコーティング
したタングステン粒子が入っている試験管を、氷上で保
存した。
lと一緒に、水中50mg/mlのM−10タングステン25μ
l、2.5MのCaCl225μl及び100mMのアスペルミジンが入
っていた。両プラスミドを使用した時には、各々2.5μ
lずつであった。1本の試験管にはプラスミドpB II 22
1のみが、もう1本の試験管にはT.E.バッファー(下記
表2参照)が入っていた。
室温で5秒間、Eppendorf遠心機で遠心分離してこの粒
子をペレット化し、上澄25μlを捨てた。砲撃処理を通
して、試験管を氷上に保存した。5回以下の砲撃には各
調製品を使用した。
ーヨーク州イサカ)から入手した。供給者の記述通り
に、それらを滅菌した。微小投射物攻撃装置は、Biolis
tic社に入手した。
れ、微小投射物攻撃装置の停止プレート・トレーの底か
ら5cm下に、サンプル・プレート・トレーを置いた。上
述の通りに調製したカルス組織のプレートを、サンプル
・プレート・トレーの中心に置き、ペトリ皿のフタを外
した。砲撃の間ずっと組織を保持するために、3X3mmの
網目で、直流電気をかけた鉄でできている、7X7cm2の堅
い金網を開いている皿の上に置いた。Biolistic社の記
述通りに、タングステン/DNA調製品を音波破砕し、各砲
撃毎に、大型投射物の最上部に2.5μlの懸濁液をピペ
ット操作した。製造会社の記述通りに本装置を操作し
た。表2に実施した砲撃法をまとめる。
地用プレート(ヒグロマイシンを含有しない)にトラン
スファSーし、26℃、暗がりでカルスを培養した。7日
後、このカルスを、GUS検定バッファー(5−ブロモ−
4−クロロ−3−インドリル−β−D−グルクロニド1m
g/ml(Research Organic社)、100mMリン酸ナトリウムp
H7.0、各5mMのフェリシアンカリウム及びフェロシアン
カリウム、10mM EDTA及び0.065%トリトンX−100を含
有する、35x10mmのペトリ皿(Palcom 1008)にトランス
ファーした。37℃で3日間インキュベートし、その後、
青色の細胞数を数えると、2つのプレートで見られる一
過性のGUS−発現細胞は、合計313及び335で、砲撃され
た他のプレートと共に、DNA伝達過程も起きていたこと
が示唆される。GUS検定法は破壊的であるため、GUS検定
に使用した組織のプレートは、カウント後、廃棄した。
0mg/mlの濾過滅菌ヒグロマイシンBの適当量を加え、プ
レートを注ぐ前にヒグロマイシンB(Calbiochem社)を
培地に組み込んだ。
II 221で処理したプレートのサンプル全部のカルスとT.
E.プレートの2つを、15mg/のヒグロマイシンBを含
有するF培地にトランスファーした(プレート当たり10
ピースのカルス)。これをラウンド1選択プレートと言
う。T.E.処理プレートのカルスを、ヒグロマイシンを含
まないF培地にトランスファーした。この組織を2〜3
週間毎に非選択培地に継代培養したので、これを非選択
コントロールカルスと言う。
質的に同一の組織が現れた。7つのpHYG I 1/pB II 221
プレートのカルス全部と、T.E.処理プレートのカルス1
個を、ラウンド1選択プレートから、60mg/のヒグロ
マイシンを含有するラウンド2選択プレートにトランス
ファーした。ラウンド2選択プレートは各々、プレート
当たり30mgピースのカルスを10個含んでおり、プレート
の総数が膨張する結果となった。
ロマイシンを含有するラウンド3選択プレートに全ての
物質をトランスファーした。砲撃から75日後、何組かの
ラウンド3選択プレートの、成育可能なカルスのセクタ
ーをチェックした。そのセクターの1つは、壊死組織と
いう環境から、pHYG I 1/pB II 221処理プレート上で、
増殖していた。このセクターは、PH3と呼ばれ、ヒグロ
マイシンを含まないF培地にこれをトランスファーし
た。
のヒグロマイシンを含有するF培地にPH3をトランス
ファーした。60mg/のヒグロマイシンが存在する中
で、多回の継代培養を通して生育を持続することができ
た。
ることを示すために、実施例Vに従って、PH3カルス及
びコントロールのカルスからゲノムDNAを分離し、サザ
ンプロット法で分析した。分離したDNA(10μg)をBam
H I(NEB)で消化し、TAE(40mMトリス酢酸、pH7.6、1m
M EDTA)バッファー中、15Vで16時間、0.8%w/vアガロ
ス・ゲルで電気泳動にかけた。Nytran膜(Schleicher a
nd Schuell)にこのDNAをトランスファーした。製造業
者の勧告に従って、トランスファー、交雑化及び洗浄条
件を実施した。
acia)で標識する任意のプライマーにより、α−92P−d
ctP(ICN Radiochemicals社)で、32P標識プローブを調
製した。使用した鋳型DNAは、pHYG I 1の1055bpのBamH
Iフラグメントで、HPTコーディング配列全体を含んでい
る。
ダックX−OMAT ARフイルムに膜を暴露した。予測した
1.05kbの位置に、PH3カルスのバンドが確認され、HPTコ
ーディングカルスの存在を示した。コントロールのカル
スには、バンドが確認されなかった。ヒグロマイシン遺
伝子が高分子量DNAに組み込まれていることを証明する
ために、PH3カルス及びコントロールカルスの非消化DNA
を、上述のように、電気泳動にかけ、ブロットして交雑
化した。非切断DNAと同じ移動度で、非消化PH3 DNAだけ
が、プローブに対して交雑化を示した。コントロールの
カルスのDNAでは、交雑化が認められなかった。この結
果は無傷のpHYG I 1あるいは小さな非染色体プラスミド
のように、PH3カルスにはHPTコーディング配列が存在し
ないことを証明するものである。この結果は、高分子量
DNAへのヒグロマイシン遺伝子の組み込みと一致する。
塩酸チアミン0.5mg/。2,4−D0.75mg/、スクロース5
0g/、アスパラギン150mg/、Gelrite2.5g/(サンジ
ェゴ、Kelco社)を補足したRM5基本塩(Murashigeら、1
962)でできているRMS培地に、PH3カルスの一部をトラ
ンスファーした。
ルカルスをR5培地(2,4−Dを除く以外はRM5培地)にト
ランスファーした。このプレートを、26℃、暗がりで7
日間培養し、26℃で14時間照射し、10時間は暗い光管理
様式に移した。この点で、R5培地100mlが入っている1
クォートの缶詰製造ジャー(Ball)に、形成された苗木
をトランスファーした。植物を、固形に移植して成熟す
るまで栽培する前に、ジャーからバーミキュライトに7
〜8日間トランスファーした。PH3から合計45本の植物
ができ、コントロールカルスから合計10本の植物ができ
た。
R4326(Illinois Foundation Research)及び特許登録
同系交配株LM1112を用いて、標準技法により、成熟した
PH3植物のコントロールされた受粉が行われた。受粉後4
5日に種子を収穫し、1〜2日間乾燥させた。
R分析法で試験した。HPT遺伝子の発現は、HPT活性の酵
素検定法で測定した。表3に、データをまとめる。これ
らのデータは、両親を通して、組み換えDNAが伝達及び
発現されることを証明するもので、メンデルの遺伝と一
致する。もとのカルスでは、HPTコーディング配列が高
分子量DNAに統合されるというサザンプロット法の証拠
を、遺伝データと組み合わせると、外来DNA配列は染色
体に統合されることが示唆される。R1子孫にGUS遺伝子
が存在することは、非選択遺伝子の同時形質転換及び遺
伝を証明するものである。
attaら、Bio/Technology,8,736(1990),M.Stabell
ら、Anal.Bioshem.,185,319(1990),E.Cabones−Basto
s,Gene,77,169(1989)。
り、液体窒素(N2)で急速に凍結する。使い捨ての乳棒
と試験管を使用し、アルミナ及び400μlのEB(50mMト
リス−塩酸、10%v/vグリセロール、0.1mM PMSF、pH7.
0)で30〜60秒間サンプルをすりつぶし、次にEppendorf
微量遠心機で10分間遠心分離した。Certricon 30フィル
ター・ユニットに上澄を移し、Beckman GRP遠心機の定
角ローターで、5000rpm、4℃で30分間遠心分離するこ
とにより、脱塩した。各フィルター・ユニットの洗浄
に、1mlのEBを使用し、さらに5000rpmで60分間、回転さ
せた。保持物質を回収し、−70℃で保存した。遺伝子変
換したカルス組織及びそのコントロールのサンプル(0.
2g)を上述のようにすりつぶし、その上澄を陽性及び陰
性のコントロールとして使用した。
いて、BioRadキットで蛋白を定量した。根抽出物の蛋白
濃度は0.2〜2μg/μlの範囲であった。
DDT、50μM ATP、0.61μg/μlヒグロマイシンB、25
μg/μlウシ血清アルブミン、ならびに12μCi/μlγ3
2P−ATPを含有する反応混合液に根抽出物(4μg総蛋
白)を加えた。反応量は32μlであった。反応混合液を
37℃で30分間インキュベートした。
ス薄層クロマトグラフィー・プレート(Sigma Chem社)
にスポットした。50mMホルム酸pH5.4で展開し、風乾
し、Kodak XAR−5フイルムに暴露した。反応生成物リ
ン酸ヒグロマイシンは、この条件下では溶媒前面付近に
移動する。
gを採取し、液体窒素で凍結した。次に、0.1Mトリス−
塩酸200μl、0.1M NaCl、20mM EDTA、1%Sarkosyl、p
H8.5の中、4℃で、120グリットのカーボランダムでサ
ンプルをすりつぶした。フェノール/クロロホルム抽出
物ならびにエタノール及びイソプロパノール沈殿の後、
T.E.にサンプルを懸濁し、ポリメラーゼ連鎖反応で分析
した。(K.B.Mullis,合衆国特許第4,683,202号)。
μg/mlゼラチン、0.25μM/ml、各々0.25Mの適切なプラ
イマー、各々0.2mΜのデオキシヌクレオチド・トリホス
フェート(dATP,dCTP,dGTP,dTTP)、2.5単位のTag DNA
ポリメラーゼ(Cetus)、ならびに10μlのDNA調製品の
中、容量100μlでPCRを実施した。混合液に鉱油をの
せ、94℃まで3分間加熱し、1分間55℃、1分間72℃、
1分間94℃の35周期に増幅した。次に、この混合液を50
℃で2分間、さらに72℃で5分間インキュベートした。
PCR生成物10μlを、アガロースゲル中で電気泳動にか
け、エチジウムブロマイドで染色して見えるようにし
た。
なPCHプライマー1つ、ならびにHPTコーディング配列に
相補的なPCHプライマー1つを用いた。それゆえ、適切
な大きさのPCR生成物を作るために、HPT鋳型DNAは隣接
する35Sプロモーター領域、Adh1イントロン、及び5′
蛋白コーディング配列領域を含んでいなければならな
い。
内の配列に相補的なPCHプライマーを用いた。鋳型DNA
が、2つのプライマーの間に無傷のコーディング領域を
含んでいれば、797bpのPCR生成物が予測される。
を含むカルス株AB63S由来の、結実能力があるトランス
ジェニック植物 10kDのゼイン貯蔵蛋白は、メイズ仁の胚乳に生産さ
れ、“種子貯蔵蛋白”と言われる蛋白の種類の代表的な
物の1つである。この蛋白は極めて高い濃度のメチニオ
ン(22.5%)を含有しており、ZpS10/(22)遺伝子によ
ってコード化されている(M.S.Bennerら、Tfeor.Appl.G
enet.,78,761(1989);この中で、z10と言われる遺伝
子)。それゆえ、z10遺伝子の発現増加は、コーンのメ
チオニン含有量の増加に使用できる。キメラz10遺伝子
を含む、結実能力があるトランスジェニックコーンは、
実施例Iの手順により、幾つかの小さな修飾で達成でき
る。実施例IIも、実施例Iに使用されたものとは異なる
カルス株を使用して、組み換えDNAの導入を証明するも
のである。
メイズカルス株は、実施例Iに記述されている開始及び
維持手順により、エリートの同系交配株A188とB73の間
の交配によって生じた未成熟胚から作られた。カルス株
は、砲撃の役7ヵ月前に開始されていた。砲撃の11週間
前に、この組織を1.9mmのスクリーンを強制的に通し
て、ふるい分け、N6維持培地上でプレート培養した。生
育1〜2週間後に、結果として生じた植物から、砕けや
すい、胚形成カルスを選択し、新たな培地にトランスフ
ァーし、再びふるい分ける前に、1.5〜3週間成育させ
た。この周期のふるい分け及び砕けやすいカルスの回収
は、組織に砲撃する前に、合計3回実施た。
II 221を本実施例で使用した。加えて、プラスミドpZ2
7Z10は、DNA/タングステン調製に含まれていた。標準的
な組み換えDNA技法による3.2kbの環状プラスミドベクタ
ーpUC118を用いて組立てた(J.Vieiraら、Methods Enzy
mol.,153,3(1987)。pZ27Z10は、メイズ10kDゼイン遺
伝子(Kiriharaら、Gene,7,359(1988)本資料ではz10
と言われる)のコーディング配列及び3′非コーディン
グ配列のすぐ隣に位置する、メイズの27kDゼイン遺伝子
(D.E.Geraghty,ph,D.Thesis,ミネソタ大学(198
7)、)の5′転写調節領域を含む。z27調節遺伝子と、
z10コーディング及び3′配列の組合わせは、本資料で
はキメラz27−z10遺伝子と言われる。35Sプロモーター
に隣接するCaMYゲノム領域のポリAシグナルは、pZ27Z1
0のz10遺伝子配列の3′の位置をしめる。図7は、本プ
ラスミドの地図を表す。
スト条約の規定に従って、メリーランド州リークビリー
のAmerican Type Culture Collectionに、受入れ番号AT
CC 40938で供託した。
株AB63Sの組織を継代培養した。1.9mmスクリーンを通し
てふるい分け、その組織を砲撃用に調製した。ふるい分
けた組織を、滅菌した、フィルター当たり約500mgの薄
いローンの、5.5cmのWhatman No.1フィルターディスク
上でプレート培養した。合計6ディスクの組織を調製し
た。微小投射物砲撃法に先立って、組織を含有するフィ
ルターディスクを空のペトリプレートにトランスファー
した。プレートにふたをしないで、層流フードの中に20
分間放置して、組織を少し乾燥した。組織がそれ以上乾
燥するのを防ぐため、砲撃に使用するまでプレートを多
湿の中で保存した。
及びpB II 221の1:1:1(重量で)で構成されていた。実
施例Iに記述されている通りに、タングステン粒子上に
DNAを沈澱させた。
ならびに組織の上にスクリーンをのせなかったこと以外
は、実施例Iに記述されている通りに、砲撃した。カル
ス組織を含む6個のフィルターディスクを下記のように
処理した。フィルター2個は、DNA/タングステン調製品
(潜在的な陽性処理 2X)で各2回砲撃し、フィルター
3個は、DNA/タングステン調製品(潜在的な陽性処理
1X)で各1回砲撃し、フィルター1個は、DNA/タングス
テン砲撃に使用したタングステンと同一重量を用いたタ
ングステン/水懸濁液で1回砲撃した(陰性の処理)。
ディスクを、ラウンド1選択プレート、15mg/のヒグ
ロマイシンを含有するF培地、にトランスファーした。
1X DNA処理の2個のフィルターならびに陰性のコント
ロール処理のフィルターも、ラウンド1選択プレートに
トランスファーした。非選択コントロールカルスとして
使用するために、1X DNA処理の3番目のフィルター
を、ヒグロマイシンを含有しないF培地にトランスファ
ーした。この非選択コントロールカルスは潜在的に陽性
であるため、比較の目的で、選択の初めの2ラウンドの
間、維持されるだけである。その後、ヒグロマイシンを
含まないF培地に維持された非砲撃AB63Sカルスをヒグ
ロマイシン選択コントロールカルスとして用いた。
ターディスクから新たなラウンド1選択培地にトランス
ファーした。プレート培養密度に、プレート当たりカル
ス凝集塊10個であった。この時までに、カルスは重量で
約2倍に増加していた。同じ方法で、ヒグロマイシンを
含まないF培地に、非選択コントロールカルスをトラン
スファーした。砲撃後15日に、ラウンド1選択培地から
ラウンド2選択培地(60μg/のヒグロマイシンを含有す
るF培地)に全組織をトランスファーした。今回のトラ
ンスファーでは、プレート培養密度は、プレート当たり
カルス凝集塊14個であった。前回のトランスファーから
14日間で、カルスは容積で約3倍に増加していた。23日
後、ラウンド2選択培地から、60μg/のヒグロマイシン
を含有するラウンド3選択培地に全組織をトランスファ
ーした。
きているセクターが5つ認められた。前回のトランスフ
ァーからの連続的なプレート上に互いに隣接して出現し
たため、このセクター5個は、ラウンド2選択に由来す
るただ1つのカルス凝集塊から誘導されたものと考えら
れた。このセクターは、2X DNA処理から生じ、カルス
株Metlと呼ばれた。
マイシンを含まないF培地に、カルス株Metlをトランス
ファーした。22日間インキュベートした後、2種の培地
上の組織の成育及び外観に、見た目による違いは認めら
れなかった。このカルス株Met1は急速に成長し、培地中
にヒグロマイシンが存在することによって阻止されない
ようであった。Metlカルスは、かなり砕けやすく、どち
らの培地でも胚形成性であって、ヒグロマイシンを含ま
ないF培地で成育したコントロールAB63Sカルスと視覚
的に区別することはできなかった。
阻止検査を実施した。阻止検査を開始する前に、ヒグロ
マイシンを含まないF培地でMetlカルスを21日間成育さ
せた。Met1カルス及びコントロールAB63Sカルスを、
0、15、60、100及び200mg/のヒグロマイシンを含有
するF培地のプレートにトランスファーした。各濃度の
ヒグロマイシンにつき、各カルス株のプレートを3個調
製した。各プレートには、1個約50mgのカルスピース
が、5〜6個含まれていた(プレート当たりの総カルス
は約300mg)。
重量を測定した。各ヒグロマイシン濃度で得られた平均
重量を、0mg/ヒグロマイシンで得られたカルスの平均
重量で割り、成育阻止率を求めた。その結果は、15、60
及び100mg/のヒグロマイシン濃度で、Met1カルスの成
育は完全に阻止されたことを示した。200mg/のヒグロ
マイシンを含有する培地上で、Met1カルスの成育は約20
%阻止された。対照的に、AB63Sカルスの成育は、全て
のヒグロマイシン濃度で阻止され、200mg/ヒグロマイ
シンでは、AB63Sカルスは、成育が約90%阻止された。
この結果から、カルス株Met1は、増殖培地中に存在する
ヒグロマイシンに耐性を示すことが確認された。
ることを確認するために、またカルスがキメラz27−z10
遺伝子も獲得したかどうかを決定するために、サザンブ
ロット検定法を実施した。HPTコーディング配列の検出
には、Met1カルス及びコントロールカルスから分離した
DNAサンプルを、制限酵素BamH I,Hind II 1及びBstE II
で消化した。消化したDNAサンプルを、0.8%アガロース
ゲルで電気泳動にかけ、実施例Iに記述されているよう
に、Nytran膜にブロットした。ブロット前のエチジウム
ブロマイド染色ゲルの視覚的検査では、BamH I消化は完
全のようであるが、Hind II 1もBstE IIも、かなりの程
度までDNAを開裂しなかったことを示した。ビオチン標
識した、HPTコーディング配列の1.05kb BamH Iフラグメ
ントでブロットを精査した。交雑化、洗浄及び検出に用
いた条件は、本実験に使用したBRL PhotogeneTMキット
の示唆通りであった。
レーンに、約2.7、4.5及び6.5kbの大きさのほか、予測
した1.05kbの大きさの、標準バンドを確認した。この結
果から、HPTコーディング配列がカルス株MetlのDNAに存
在することが示された。この他の2.7、4.5及び6.5kbの
バンドは、制限酵素消化が不完全であるか、あるいはHP
T配列の配列し直した複数のコピーが存在することを示
した。Hind II 1及びBstE II消化の場合には、両レーン
で非消化DNAの位置に、交雑化シグナルを見ることがで
きた。この結果は、HPTコーディング配列は、Met1ゲノ
ムの高分子量DNAに集積されることを示した。コントロ
ールカルスのDNA消化物を含有するどのレーンにも、非
交雑化シグナルは認められなかった。
ントロールカルスから分離したDNAサンプルを用いて、
サザンブロット検定法を実施した。DNAサンプルを、制
限酵素BamH I及びEcoR Iで消化した。BamH I消化は、本
形質転換に使用した、pZ27Z10構造のz10コーディング配
列及び3非コーディング配列を含有する2.76kbフラグメ
ントを遊離させる。7.26kb pZ27Z10プラスミドには、Ec
oR I部位がただ1個ある。Photogene kit(BRL)に記述
されている条件を用いて、z10コーディング配列全体を
含有するビオチン標識プローブで、作製したブロットを
交雑化した。
の両DNAを含有するレーンの9kb及び約15kbに、内因性z1
0配列が交雑化シグナルを示した。Metlサンプルの約3.5
kbに、補足的なバンドが認められたが、コントロールDN
Aサンプルでは認められなかった。予測されたMet1 DNA
の2.76kbサイズに、強度の交雑化信号は認められなかっ
た。Met1 DNAのBamH I消化に2.76kbの標識バンドが存
在しなかったことは、DNAの不完全消化、もしくは導入
したDNAの再配列を示した。
DNAの、約12kb及び16kbに、内因性z10配列の交雑化シグ
ナルを示した。Met1サンプルの約14kbに、補足的なバン
ドが認められたが、コントロールDNAサンプルでは認め
られなかった。この結果は、コントロールカルスDNAの
サンプルには存在しない、Met1カルスのDNAに新たなz10
配列が存在することを示した。
H I、Nco I及びNsi Iで消化した、2回目のサザンプロ
ット検定法で確認した。Met1及びコントロールカルスの
非消化DNAのサンプルも含めた。32P標識したz10コーデ
ィング配列プローブで、フィルターを精査した。消化物
の全てに、陰性のコントロールカルスDNAサンプルには
存在しない新たなz10交雑化シグナルが、Met1カルスDNA
には認められた。以上の結果から、Met1カルスに新たな
z10コーディング配列が存在することが確認された。非
消化DNAを含有するレーンの、Met1及びコントロールカ
ルスの非消化DNAの位置に、交雑化シグナルが認められ
た。これらの結果は、Met1カルスの染色体DNAに導入さ
れたz10配列が集積されることを示した。
ロールAB63S株のカルスをRM5培地にのせた。26℃、暗が
りで14日間インキュベートした後、実施例Iに記述され
ているように、カルスをR5培地にトランスファーした。
26℃、暗がりで7日間インキュベートし、次に実施例I
に記述されている条件の明るい所に移した。明るい所で
14日後、RS培地100mlが入ったMagenta box(Sigma Chem
ical社)に苗木をトランスファーした。本培地で7〜14
日後、苗木をバーミキュライトに7日間、次に土壌に移
したところ、成熟するまで成育した。Met1カルスから、
合計49本の植物(Metl−1〜mMet1−49と呼ばれる)が
再生し、コントロールAB63Sカルスから合計25本の植物
が再生した。
持していたことを確認するために、葉の組織から調製し
たDNAのサンプルに、PCR分析を実施した。この目的のた
めに、6種のオリゴデオキシリボヌクレオチド1組を使
用した。これらのオリゴヌクレオチドの配列、配向及び
ず8に示したキメラz27−z10遺伝子構造内の相対的位置
を下記の表4にまとめた。
1つのz27オリゴヌクレオチド(z275′またはz27mid)
と1つのz10オリゴヌクレオチド(z10midまたはz10
3′)からなる1対のオリゴヌクレオチドを用いて、内
因性のトウモロコシz227またはz10遺伝子からではな
く、キメラz27−z10遺伝子だけからフラグメントの増幅
が起こるようにデザインした。これらz27−z10−特異オ
リゴヌクレオチド対を用いたPCR反応中に期待する大き
さの増幅フラグメントが現れることは、特別のカルスま
たは植物DNA試料中にキメラz27−z10遺伝子が存在する
ことを示す特徴である。
るz27mid)の一対あるいはz10オリゴヌクレオチド(z10
midを有するz105′またはz103′)の一対を用いると、
対照AB635カルスDNA、Met1カルスDNAまたはpz27z10プラ
スミドDNAについて実施されたPCR反応において使用する
とき、それぞれz27調節配列またはz10コーディング配列
を表すフラグメントの増幅が起こる。これらの反応は特
定のカルスまたは植物DNA試料からの内因性トウモロコ
シ遺伝子配列の増幅に関する陽性対照として役立つ。
(Met1−1及びMet1−2と命名)と一つの対照AB63S RO
植物から調製した。PCR反応はこれらのDNA試料につい
て、HPTコーディング配列、キメラz27−z10遺伝子、z27
調節配列およびz10コーディング配列に特異的なオリゴ
ヌクレオチド対を用いて実施した。PCR反応生成物のゲ
ル解析から、期待した大きさの増幅生成物がMet1−1DNA
及びMet1−2DNAを用いたすべての反応について得られ
た。対照AB63S DNAはHPTコーディング配列とキメラz27
−z10遺伝子に関して陰性であったが、内因性z27調節配
列とz10コーディング配列に関しては陽性であった。こ
れらの結果から、験べたMet1 RO植物は導入されたHPT
DNAとキメラz27−z10DNAを保持していることが実証され
た。
コーディング配列の両者を含んでいることの確実な証拠
として、PCR反応生成物についてサウザーンブロット分
析を行った。同じ試料を負荷した二つのアガロースゲル
からサウザーンブロットフィルターを調製した。その試
料には、上に述べたz27調節配列、z10コーディング配
列、およびキメラz27−z10遺伝子配列の増幅によって得
られたPCR反応生成物が含まれている。一つのブロット
をz10コーディング配列プローブとハイブリダイズし、
他のブロットそz27調節配列プローブとバイブリダイズ
させた。その結果、z10コーディング配列プローブはz10
コーディング配列PCR反応およびキメラz27−z10遺伝子P
CR反応からの増幅フラグメントとハイブリッドを形成し
たのに対して、z27調節配列PCR反応からの増幅フラグメ
ントとはハイブリッドを形成しなかった。同じように、
z27プローブはz27調節配列PCR反応およびキメラz27−z1
0遺伝子PCR反応からの増幅フラグメントとハイブリッド
を形成したのに対して、z10コーディング配列PCR反応か
らの増幅フラグメントとはハイブリッドを形成しなかっ
た。これらの結果から、PCR反応において増幅されたフ
ラグメントは期待した遺伝子配列を含むこと、そしてキ
メラz27−z10遺伝子に対する特徴的なPCR増幅生成物はz
27調節配列とz10コーディング配列の両方を含むことが
示された。
いて成熟Met1 RO植物の授粉調節を行なった。さらに、
いくつかの自家−および同胞受粉を実施した。Met1 RO
植物を雄花粉ドナーと雌花粉レシピエントの両方に用い
て全部で130の授粉を行なった。授粉後45日に成熟した
種子を収穫してのち1〜2週間乾燥させた。
つの組についてR1植物組織からのDNAのPCR分析によって
評価した。
4個の未成熟ふさ−種子から成っている。これらのふさ
−種子はMet1−7のふさから成長した絹の開放授粉を通
じて得られた。授粉後約18日目に、そのふさ−種子を植
物から除去し、表面を殺菌消毒した。各種子から内乳を
切り出し、ドライアイス上で凍結、DNA分離に使用する
まで−70℃で貯蔵した。
生えをvernmiculateに7日間継代し、ついで土壌に移し
て発育熟成させた。HPTコーディング配列、キメラz27−
z10遺伝子およびトウモロコシAdh−1遺伝子に特異的な
オリゴヌクレオチドの組を用いてそれぞれの内乳から分
離したDNAについてPCR分析を実施した。4個の内乳DNA
試料のうちの三つは、上記遺伝子配列のすべてに対して
陽性であることがわかった。第4番目のDNA試料はHPTコ
ーディング配列とキメラz27−z10遺伝子配列に対して陰
性であったが、内因性Adh−1配列に対して陽性であっ
た。これら野結果からHPT配列とキメラz27−z10遺伝子
のいずれもMet1−7のR1子孫にトランスミットされてい
たことがわかった。同様の分析をA654XMet1−1の交雑
から得た24個の種子について実施した。授粉後24日に種
子を穂から除去し、表面を殺菌消毒した。内乳と胚を分
離し、上に述べたと同じように処理した。内乳DNA試料
のPCR分析によって、24個の子孫のうち9個がHPT配列と
キメラz27−z10遺伝子の両方を受け取っていることがわ
かった。残りの15個の子孫は導入した遺伝子配列のいず
れも保持していなかった。分析したR1子孫の3番目の組
はRO植物Met1−6の自家授粉から由来する28個の2週齢
芽生えの葉組織から調整した。
z27−z10遺伝子の両方を保持していることがわかった。
残り4個のR1子孫(progeny)は導入した遺伝子のいず
れも保持していなかった。上記分析結果を表5に要約
し、これによりMet1植物のR1子孫のかなりの部分が導入
DNAに遺伝されていることが実証された。
/HPT+植物の比は単一遺伝子座の1:1分離比と矛盾しな
い。さらに、自家授粉群からのz27z10/MPT植物に対する
z27z10+/HPT+植物の比は単一遺伝子座の3:1分離比と
矛盾しない。データはまた導入HPTとz27−z10配列が結
合していることを示している。
B12からの稔性トランスジェニック植物 種々のバチルスthuringiensis遺伝子によってコード
される蛋白質は多くの殺虫上の応用において有用なこと
が示されている。特定のヘテロBt遺伝子によるトランス
ジェニックトウモロコシ植物の産生は、特定の病害虫に
対するその植物の抵抗性を増強するだろう。組換えBt遺
伝子を含む稔性トランスジェニック植物は、以下に示す
ように、例1に従い、それにいくつかのわずかの変更を
ほどこして作られる。
し、他のカルス系も作製する。AB12は同じ両親型遺伝子
型(A188XB73)をもつ植物の分離交雑から作製する。こ
の例はAB11とAB63Sに加えて第3のカルス系から稔性ト
ランスジェニック植物が再生することを示し、さらに稔
性トランスジェニック植物の産生が単一カルス系だけに
特異な性質によるのではないことを示している。
に、ネオマイシンフォスホトランスフェラーゼ(NPT I
I)遺伝子とフレーム融合した殺虫剤性のバチルスthuri
ngiensisエンドトキシン(BT)遺伝子を含むプラスミド
であるpMS533も用いた。融合遺伝子からの5′位置にCa
MVとノーパリンシンターゼプロモーターからのDNAのセ
グメントが位置している。融合遺伝子からの3′位置に
は、ノーパリンシンターゼ遺伝子のpolyA領域とトマト
プロテアーゼ阻害剤I遺伝子から由来するDNAのフラグ
メントがある。
ミドpHYG IIとpMS533を含むタングステン/DNA調製物中
に用いたDNAだけが異なる。一つのチューブはわずかに
5μlTE(10mM Tris−Hcl pH8.0、1m MEDTA)を含むだ
けである。
処置能あり)と3XTE調製物(対照処置)。
ートあたり10個のピースとして15mg/のハイグロマイ
シンを含むF培地であるラウンド1セクションプレート
(選択平板)上に置いた。同様のことをTE調製物(セレ
クト対照カルス)を打込んだプレートのうちの2個につ
いて行った。TE調製物を打込んだカルスの一つのプレー
トをハイグロマイシンのないF培地上に置いた;このカ
ルスを対照組織(非セレクト対照カルス)のソースとし
て実験期間中保持した。
ら、60mg/ハイグロマイシンをプレートあたり10個の3
0mgピースとして含むラウンド2セレクションプレート
に移した。ラウンド2セレクションプレート上で21日間
選別した後、カルスは完全に阻害されていた。カルスの
全部を、ラウンド2セレクションプレートからハイグロ
マイシン60mg/を含むラウンド3セレクションプレー
トに移した。
周囲の壊疸組織から6つのセクターが繁殖しているのが
観察され、これらの全てがpHYG I 1/pMS533処置済試料
からのものであった。カルス系はF培地に移された。
した。各カルス系の一部が(i)ハイグロマイシン15mg
/を含むF培地若しくは(ii)ハイグロマイシン60mg/
を含むF培地に移された。対照カルスをハイグロマイ
シン15mg/を含むF培地に移した。
イグロマイシン存在下の別培養基で成長を続けることが
できた。DNAをこのカルスの一部から離し、Bt遺伝子の
存在をサザンブロット(Southern blot)分析で確認し
た。
た。BamH IはBtコーディング配列の5′エンドで切り、
Xho Iはコーディング領域の3′エンドで切る。A32Pと
表示されたプローブはpMS533の1.8kb BamH I/Xho I制限
フラグメントから作製された。予想された1.8kbのバン
ドが、交配と放射能写真撮影の後に確認された。非形質
転換カルスからとったDNAにはバンドが全く存在しなか
った。
すべく制御受粉が行われた。R1植物はPCR分析でHPT及び
Bt遺伝子配列の存在を、また、例Iに記載のごとく酵素
アッセイでHPT遺伝子表現を確かめられた。
離されたDNAについて行われた。各DNA標本がPCRに適当
であることをテストするため、ネイティブメイズ10Kdゼ
イン遺伝子に特有のプライマーを用いたPCR分析を行っ
た。Bt遺伝子のPCR分析に用いたプライマーは、35Sプロ
モーターに相応するものとBtコーディング配列に相応す
るものである。HPT PCR分析に用いたプライマーは、例
Iに記載のものと同じである。この分析の結果は表6に
示されるとおりである。結果は雄雌の両親からの導入HP
T及びBt遺伝の伝達を示しており、観察された頻度はメ
ンデルの遺伝法則と合致している。結果はHPT及びBt遺
伝子の染色体DNAへの挿入と一致している。また、HPT及
びBt遺伝子のリンクした状態での遺伝が確認され、二つ
の遺伝子が同一の染色体に近接して挿入されていること
を示す。
カルス系統AB12からの稔性トランスジェニック植物 I.植物系統と組織培養 カルス系統AB12を用い、それは例IIIに記述してあ
る。
た。
たDNAが異なることを除いて例Iと同じように行った。
すべてのチューブは、水中25μl 50mg/ml M−10タング
ステン、25μl 2.5M CaCl2および10μl 100mMスペルミ
ジンとともに全部で5μl 1mg/mlの全プラスミドを含
有している。1個のチューブをプラスミドは含まず5μ
l TE緩衝液を含む。
発現用);7XpHYG II調製物(陽性処置能あり);および
3XTE調製物(陰性対照処置)。
のカルスをプレートごとに5個の50mgピースとしてのF
培地に移した。2日後、カルスを例Iにおけると同じよ
うにGUS緩衝液中に置いた。一時的に発現したカルスの
数をかぞえたところ686および845個のGUS陽性細胞が見
出され、このことは粒子放出プロセスが他の打込みプレ
ート中でも起こっていることを示唆している。
ち、pHYG II処理からのカルスをラウンド1セレクショ
ンプレート、すなわちプレートあたり10個の25mgピース
として15mg/ハイグロマイシンを含むF培地に置い
た。同じことをTE調製物で打込みをしたプレートのうち
の二つについて行った(セレクト対照カルス)。TE調製
物で打込みしたカルスの一つのプレートをハイグロマイ
シンのないF培地上に置いた;このカルスは対照組織の
ソースとして実験期間中保持した(非セレクト対照カル
ス)。
は非セレクト対照カルスと区別できなかった。すべての
カルスをラウンド1セレクションプレートから60mg/
ハイグロマイシンを含むラウンド2セレクションプレー
トに移した。プレートの数の約5倍の増加が起こった。
ラウンド2セレクションプレート上のカルスは23日後に
実質的に重量が増加したが、この時点で壊死のように見
えた。全部のカルスをラウンド2セレクションプレート
から60mg/ハイグロマイシンを含むラウンド3セレク
ションプレートに移した。
んだ組織から増殖するのが観察された。3系統すべてと
もpHYG II処理からのものであり、24C、56Aおよび55Aと
名づけられた。
系統24Cはよく成長したが55Aと56Aの成長はより遅かっ
た。三つの系統すべてを60mg/のハイグロマイシンを
含むF培地に移した。維持培地からの非セレクト対照カ
ルスもまた60mg/ハイグロマイシンを含むF培地にプ
レートした。
長は完全に阻害されたようにみえたのに対して、対照は
24Cの体重増加の約80%を示した。系統56Aは完全に壊死
的であり、55A系統は壊死に極めて近かった。系統24Cと
55Aを、対照組織と同じように60mg/ハイグロマイシン
を含むF培地に再び移した。60mg/ハイグロマイシン
上に23日置いたのち、24C系統は再び完全に阻害されな
くなったようにみえた。55A系統は、陰性対照カルスを6
0mg/ハイグロマイシンを含むF培地に2回目に暴露し
たときの陰性対照カルスのように完全に死滅した。
トを調製し、例Iに述べたHPTプローブでプローブし
た。図6に示すように、24C系統に関して観察されたバ
ンドが期待の大きさ1.05kbに観測され、このことは24C
系統がHPTコーディング配列を含むことを示している。
対照組織からのDNAではバンドは観測されなかった。カ
ルス系統24Cの名前をPH2と変えた。
れたことを実証するために、PH2カルスと対照カルスか
ら分離したDNAを(i)制限酵素なし、(ii)前に述べ
たようにBamH I、または(iii)HPTコーディング配列内
で1回だけプラスミドpHYG I 1を切断するPst Iで処理
した。試料をブロットし、前に述べたようにHPTコーデ
ィング配列でプローブした。
へのハイブリッド形成を示し、このことはハイグロマイ
シン遺伝子が高分子量DNA中に組み込まれたことを実証
している。BamH Iで切断したPH2DNAついての1.05kbの期
待バンドが、前に示したように観測された。Pst Iで切
断したPH2DNAについては、切断されない無傷のpHYG I 1
プラスミド上にハイグロマイシン遺伝子が存在する場合
には、5.9kbのバンドがみられるはずである。もしも遺
伝子がゲノムDNA中に取り込まれれば、種々の大きさの
2個あるいはそれ以上のバンド(宿主DNA内でのPst Iの
作用点に依存する)が期待されるであろう。分子量が約
6.0と3.0kbの2つのバンドが観測された。これらのデー
タは高分子量DNA内へのハイグロマイシン遺伝子の組み
込みと矛盾しない。上記いずれの処理によっても、対照
カルスからのDNAについてはハイブリッド形成は観測さ
れなかった。
I 1または小さな非クロモソームプラスミドとしてPH2カ
ルス中に存在していないことを実証している。これらは
また高分子量DNA中へのハイグロマイシン遺伝子の組み
込みとも矛盾しない。さらにサザーンブロット分析によ
ってHPTコーディング配列は35Sプロモーター配列とも近
接していることが証明された。
けるように植物を再生させるためにRM5培地に移した。R
5培地上25日ののち、その小植物をR5羽位置に移し20日
間生長させた。この時点で小植物を1週間vermiculite
に移し、ついで土壌に移してそこで性的に成熟するまで
成長させた。ついで近交系統B73を用いて調節授粉を行
った。
化葉のアッセイの両方を用いてHPT発現についてアッセ
イした。1個の陽性植物が確認された。陽性植物中のHP
T遺伝子の存在は例Iに述べたようにHPTプローブをもち
いてサザーンプロット分析により確認した。
水で1:1に薄めたものと0.1%アルコネクス中で20分間12
5mlのエルレンマイヤーフラスコ中で殺菌し、殺菌水中
で3回すすいだ。種子を50mg/mlカプタンを浮む殺菌水
中で150rpmで攪拌しながら一晩中吸水させた。
紙3枚を含むフローボックス(Flow Laboratories)へ
種子を移した。4枚目の水飽和発芽紙を種子の上部に置
いた。種子を4日間発芽させた。
芽生えから切り取り、MS塩、20g/ショ糖、50mg/ハ
イグロマイシン、0.25%ゲルライトを含む培地上にプレ
ートし、26℃で4日間暗所でインキュベートした。
した。根が根毛と根枝をもっているときトランスジェニ
ック(ハイグロマイシン受容性)と分類し、根枝が少な
い場合トランスフォームなし(ハイグロマイシン感受
性)とした。
照穂の芽生えを湿ったvermiculateに移し、ついで暗所
で5日間成育させた。この時点で、黄化葉バイオアッセ
イを行うため1mmの切片を子葉鞘の先端から切り取り、
表面を10秒間殺菌し、MS基礎塩類、20g/ショ糖、ゼロ
(対照)または100mg/ハイグロマイシンのいずれかを
有する2.5g/ゲルライト上にプレートして暗所で26℃1
8時間インキュベートした。それぞれのプレートはそれ
ぞれの苗条(shoot)の2重の切片を含んでいる。つい
でプレートを明14時間、暗10時間の方式で26℃48時間イ
ンキュベートし、葉組織中の緑色の百分率に関して0
(すべて褐色)から6(すべて緑色)までのスケールで
等級づけた。苗条がゼロ段階のときそれらはトランスフ
ォームしない(感受性)と分類し、3またはそれ以上の
ときトランスフォーム(ハイグロマイシン抵抗性)と分
類された。
孫植物を根伸長によるHPT発現をアッセイし、26個が陽
性とされた。HPT遺伝子の発現を26個すべてについてフ
ローボックス中、ハイグロマイシン−含有培地への芽生
えの直接暴露によってさらに確認した。抵抗性植物の二
つをPCRで分析し、HPT配列の存在を確認した。
物を成熟するまで成育させてFR4326植物を受粉するのに
用いた。
列の存在に関してテストした。HPT遺伝子の発現を例I
で述べたHPT酵素アッセイで決定した。
有しており、HPT酵素活性も発現した。残りのものはHPT
配列も含まず酵素活性も示さなかった。この結果は花粉
の伝達と遺伝子工学によるDNAが2世代を通じて発現す
ることを実証しており、遺伝子が安定なことを示してい
る。
培養AB12を用いた。
あるベクターPBS+(Stratagene,Inc.,San Diego,CA)
中にプラスミドpC II N1−1とpLUC−1を組み立てた。
pCHN−1はAqrobacterium tumefaciens(Chilton and B
arnes 1983)のノパリンシンターゼ(nos)ポリアデニ
ル化配列が3′末端で付着している大腸菌(Gritz et a
l.1983)からのハイグロマイシンBフォスホトランスフ
ェラーゼ(HPT)コード配列を含む。発現はHPTコーディ
ング配列から上流に位置するカリフラワーモザイクウィ
ルス(CaMV)35Sプロモーター(Guilley et al.1982)
によって推進される。プラスミドpB II 221とpHYG I 1
もまたこの例で用いられた。
(Dewet et al.1987)を含んでおり、この配列は5′末
端にCaMV35Sプロモーターが付着していて、3′末端に
はnosポリアデニル化配列が付着している。このプラス
は主として陰性対照DNAとして用いられる。プラスミド
は微小投射物砲撃によってAB12のなかに導入した。例I
で述べたのと同じ方式で26個のプレートを調製した。1
個のチューブはプラスミドpB II 221だけを含む;2個の
チューブはpHYG I 1とpB II 221両方のプラスミドを含
む;そして1個のチューブはプラスミドpLUC−1だけを
含む。実施した打込みを表7に要約してある。
時的GUS発現に関してアッセイした。青色の細胞数を数
えたところ、2個のプレート中に291個と479個の一時的
GUS発現細胞があり、このことはDNA放出プロセスが他の
打込みプレートについても起きていたことを示唆する。
I 221、pCHN1−1/pB II 221で処理したすべてのプレー
トおよびpLUC−1で処理したプレートのうちの3個から
のカルスをプレートごとに15mg/ハイグロマイシンB
を含むF培地(プレートあたり5ピース)であるラウン
ド1セレクションプレートに移した。pLUC−1で処理し
た第4番目のプレートからのカルスをハイグロマイシン
のないF培地に移した。この組織を非セレクト対照カル
スとした。
非セレクティブ両方の培地上で本質的に同じように見え
た。pHYG I 1/pB II 221およびpHN1−1/pB II 221処理
のそれぞれからの8個のプレートと、セレクティブ培地
上の対照カルスの2個のプレートからのすべてのカルス
を、ラウンド1セレクションプレートから60mg/ハイ
グロマイシンを含むラウンド2セレクションプレートに
移した。ラウンド2セレクションプレートはそれぞれプ
レートあたりカルスの30mgピースを10個含んでおり、こ
の結果プレートの総数の増大が起こる。
pHYG I 1/pB II 221とpCHN1−1/pB II 221で処理した組
織の2個のプレートと対照KSルスの1個を、37℃でGUS
アッセイ緩衝液中に置き、打込み後2週間で青い細胞の
クラスターが観測されるかどうかを調べた。アッセイ緩
衝液中6日の後、この組織のGUS発現に関して計数し
た。結果を表8に要約した。
21日後、その物質のすべての生存部分を、60mg/のハ
イグロマイシンを含むラウンド3選択平板に転移した。
明らかに死亡した細胞のみを含むラウンド2選択平板は
保存した。ラウンド2及び3の選択平板は定期的にその
生存増殖セクターを観察した。
3選択平板セットの両方のカルスの生存セクターを検査
した。このような2つのセクターについて、pHYG I 1/p
B II 221で処理したプレート上の死亡組織のバックグラ
ウンドからの増殖を観察した。
3グループから得た。両系列を次にハイグロマイシンを
含まないF培地に転移した。ハイグロマイシンを含まな
いF培地上での19日後、3AA系列は殆ど成長しなかった
が、一方のpH1系列は急速に成長した。両系列共に再
び、F培地に9日間転移した。3AA及びpH1系列を、次に
15mg/のハイグロマイシンを含むF培地に14日間転移
した。この時点で、3AA系列は、質も非常に劣り、生長
もおそかった。しかし、pH1系列は、15mg/を含むF培
地上で急速に成長した;この系列はつぎにハイグロマイ
シンを含まないF培地に継代培養を行った。
ハイグロマイシンBの1、10、30、100及び250mg/を
含むF培地上に、pH1のカルスを転移した。それぞれの
濃度のカルスプレートを5個ずつ作り、各プレートが、
約50mgのカルス片10個を含むようにした。ハイグロマイ
シンの各濃度毎に非選択の対照組織のプレートを1個作
った。
250mg/濃度で9継代培養にわたり成長を維持する能力
のあることが見出された。補足のセクターを、色々な時
間点で、ラウンド2及び3選択平板から回収した。これ
らは何れも、多数ラウンド、すなわち2または3回の継
代培養において、ハイグロマイシンの存在下で成功する
ことが出来なかった。
ことを示すために、pH1からDNAを分離して作り、非選択
対照カルスは、2gのカルスを液体窒素中で凍結し、それ
を6mlの抽出緩衝液(7M尿素、250mM塩化ナトリウム、50
mMトリス塩酸pH0.0、20mM EDTA pH0.0、1%カルコシ
ン)を含む30mlオークリッジ管に移して微粉末にした。
これに7mlのフェノール:クロロホルム1:1を添加し、そ
の管を振とうし、37℃で15分間培養した。試料を4℃で
10分間、8Kで遠心分離した。上澄みは、ミラクロス(カ
ルバイオケム475855)を通じてピペットで、1mlの4.4M
酢酸アンモニウム、pH5.2を含む使い捨ての15ml管(ア
メリカンサイエンティフィック製品C3920−15A)に採取
した。イソプロパノール6mlを添加し、管を振とうし、
試料を−20℃で15分間培養した。DNAは、ベックマンTJ
−6遠心分離機により、4℃、5分間、最大速度でペレ
ット状になった。上澄みを捨て、ペレットを500μlのT
E−10(10mMのトリス−塩酸pH8.0、10mM EDTA pH8.0)
で15分間、室温で溶解した。試料を1.5mlのエッペンド
ルフ管に移し、100μlの4.4M酢酸アンモニウム、pH5.2
及び700μlのイソプロパノールを添加した。これを−2
0℃で15分培養し、DNAがエッペンドルフのマイクロ遠心
分離(12,000回転)に5分間かけてペレット化した。ペ
レットを70%エタノールで洗い、乾燥し、TE−1(10mM
トリス−塩酸pH8.0、1mM EDTA)中に再懸濁した。
記載のように、HPTプローブを用いて分析した。図3に
示すように、pH Iカルスのバンドが、期待した1.05kbの
位置に認められ、HPTコーディング配列の存在を示した
が。対照カルスにはバンドは認められなかった。
ていることを明らかにするため、pH Iカルスを対照カル
スから分離したDNAをi)制限酵素で処理しない、ii)
前記のようにBamH Iで処理する、またはiii)HPTコーデ
ィング配列内のプラスミドpHYG I 1のみを切断するPst
Iで処理した。試料をブロットし、前述のようにHPTコー
ディング配列によって立証した。
ーブにハイブリッド形成し、ハイグロマイシン遺伝子が
高分子重量DNA中に取込まれていると明示した。BamH I
で消化されたpH I DNAの期待した1.05kbバンドが以前示
したように認められた。若しも、ハイグロマイシン遺伝
子が無傷のpHYG I 1プラスミドに存在したならば、Pst
Iにより消化されたpH I DNAの5.9kbバンドの出現が期待
されよう。若しも遺伝子が高分子量DNAに取込まれたな
らば、2つまたはそれ以上の可変の大きさのバンド(大
きさは、宿主DNA内の付着[フランキンダ]Pst Iの位置
に依存する)の出現が期待される筈である。分子量の大
きさが、約12、5.1及び4.9kbの3種類のバンドが観察さ
れた。この結果は、ハイグロマイシン遺伝子が高分子量
DNAに取込まれたことを明示している。4.9kbバンドの強
度は、他の2つのバンドのおよそ2倍程大きく、部分的
な消化か、または、HPT遺伝子の双頭反復の可能性を示
唆している。上記のどの処理法によっても、対照カルス
からのDNAについてハイブリッド形成は観察されなかっ
た。
G I 1または小さな非−染色体プラスミドのように、pH
Iカルス中には存在しないことを示すものである。それ
らは、高分子重量DNA内へ取込まれたハイグロマイシン
遺伝子によって成り立っている。さらに、サザンブロッ
ト分析によって、HPTコーディング配列は、35Sフロモー
ター配列に隣接していることが明らかにされた。
のすべての濃度からpH Iカルスを転移し、植物が例しに
記載のように再生された。65の植物がpH Iから生成し、
30の植物が対照のカルスから生成した。
め、無作為に選んだ3つのpH IのRO植物から得たBamH I
消化の葉のDNAについて、先に述べたようなサザンブロ
ット法を適用した。ブロットは、例IのようにHPTプロ
ーブで調べた。図4に示すように、3つの植物全体に1.
05kbバンドが認められ、HPTコーディング配列の存在を
示した。対照の植物から得たDNAについては、どんなバ
ンドも見られなかった。
s系のA188、B73及びOh43により、標準法で行った。授粉
後45日目に種を採り、さらに1〜2週間乾燥した。
長バイオアッセイ、黄化葉バイオアッセイ及びサザンブ
ロッティング法で評価した。再生したpH Iと対照植物か
ら得たそれぞれ2つの穂を分析用に選んだ。結果を図5
及び表9に示す。
2子孫中で確認した。
行った。この交雑から得られた9つの種を発芽させ、子
孫の植物の4枚の葉からDNAが作られ、HPTコーディング
配列プローブを用いサザンブロッティング法によって分
析を行った。試験した4植物の中の2つが、高いコピー
数でHPT配列を含んでいた。HPT遺伝子は2植物中に存在
していたが、その発現は、黄化葉分析では認められなか
った。
られ、また自家授粉であった。異系支配からの子孫の50
について、根と葉の両方の分析でHPT発現の試験を行っ
た。発現は何れも認められなかった。子孫の8つからの
DNAについて行ったサザンブロット法でも同様に、HPT遺
伝子は検出されなかった。自家授粉の子孫には、9つの
子孫の葉の分析でも、あるいはこれらの植物の4つから
得たDNAのサザンブロット法からも、遺伝子存在の証拠
は得られなかった。
雌として用いられた場合だけ子孫に引き継がれることが
示された。これは、pH Iの組換えDNAの母系相続を示唆
するものである。
の文献に含まれている。本発明には、色々な特別なまた
好ましい具体例と技術に関して記載した。然しながら、
本発明の精神と範囲内にありながら、おおくの変化と修
飾がなされることを理解すべきである。
Claims (6)
- 【請求項1】プロモーターと当該プロモーターの制御下
にZea mays種子貯蔵蛋白質をエンコードする組換え遺
伝子とを含むDNA構造体であって染色体に組込まれる組
換えDNA構造体を有し、前記組換え遺伝子が発現し受け
継がれる、繁殖力のあるトランスジェニックZea mays
植物において、 前記トランスジェニックZea mays植物の種子中のアミ
ノ酸濃度が、前記DNA構造体が存在しないことにおいて
のみ前記トランスジェニックZea mays植物の種子と相
違するZea mays植物の種子中のアミノ酸濃度以上に実
質的に増大するように、前記組換え遺伝子が前記種子貯
蔵蛋白質として発現し、 前記DNA構造体が、カルス培養の微小投射物砲撃法で、
前記植物、または前記植物の祖先に導入されるトランス
ジェニックZea mays植物。 - 【請求項2】前記組換え遺伝子が10kDのトウモロコシ種
子蛋白質をエンコードし、全核メチオニン濃度が、前記
組換え遺伝子が存在しない場合における対応するZea m
ays植物中の全核メチオニン濃度以上に実質的に増大す
るように、前記組換え遺伝子が発現する、請求項1の植
物。 - 【請求項3】Bt−エンドトキシン蛋白質をエンコードす
る組換え遺伝子を含むDNA構造体であって染色体に組込
まれる組換えDNA構造体を有し、前記組換え遺伝子が発
現し受け継がれる、繁殖力のあるトランスジェニックZe
a mays植物において、 前記DNA構造体が、カルス培養の微小投射物砲撃法で、
前記植物、または前記植物の祖先に導入されたトランス
ジェニックZea mays植物。 - 【請求項4】ハイグロマイシンに抵抗性または耐性を与
える蛋白質をエンコードする組換え遺伝子を含むDNA構
造体であって染色体に組込まれる組換えDNA構造体を有
し、前記組換え遺伝子が発現し受け継がれる、繁殖力の
あるトランスジェニックZea mays植物において、 前記DNA構造体が、カルス培養の微小投射物砲撃法で、
前記植物、または前記植物の祖先に導入されたトランス
ジェニックZea mays植物。 - 【請求項5】前記組換え遺伝子を受け継いだ請求項1〜
請求項4の植物により生産された種子。 - 【請求項6】請求項1〜請求項4の植物から誘導された
RI及び後世代。
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