JP3357909B2 - 高等植物の生産性を向上させる方法 - Google Patents
高等植物の生産性を向上させる方法Info
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、高等植物の光合成
と生育を促進することによって、その収穫量を増大さ
せ、あるいは早期に収穫できるようにする方法に関する
ものである。
と生育を促進することによって、その収穫量を増大さ
せ、あるいは早期に収穫できるようにする方法に関する
ものである。
【０００２】
【従来の技術】組み換えＤＮＡの技術の発展に伴い、高
等植物に対して、特定の遺伝子を新たに導入したり、あ
るいは既に存在する遺伝子の発現を制御することが可能
となってきている。しかし、乾物生産あるいは収量とい
った、食糧問題に直接係わる特性に影響を及ぼす例は少
ない。近年、ドイツを中心として、光合成、炭水化物代
謝などに関する酵素遺伝子を高等植物へとアンチセンス
方向に導入し、その発現を抑制することによって、その
酵素遺伝子が光合成や炭水化物代謝の律速因子として重
要であることを示した例がある。
等植物に対して、特定の遺伝子を新たに導入したり、あ
るいは既に存在する遺伝子の発現を制御することが可能
となってきている。しかし、乾物生産あるいは収量とい
った、食糧問題に直接係わる特性に影響を及ぼす例は少
ない。近年、ドイツを中心として、光合成、炭水化物代
謝などに関する酵素遺伝子を高等植物へとアンチセンス
方向に導入し、その発現を抑制することによって、その
酵素遺伝子が光合成や炭水化物代謝の律速因子として重
要であることを示した例がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかし、組み換えＤＮ
Ａ技術を利用して、高等植物中で特定の遺伝子を形質発
現させることによって、高等植物の一次代謝である光合
成の機能を改善し、その生育を促進することは、試みら
れてこなかった。
Ａ技術を利用して、高等植物中で特定の遺伝子を形質発
現させることによって、高等植物の一次代謝である光合
成の機能を改善し、その生育を促進することは、試みら
れてこなかった。
【０００４】本発明の課題は、組み換えＤＮＡ技術を利
用して、高等植物中で特定の遺伝子を形質発現させるこ
とによって、高等植物の一次代謝である光合成の機能を
改善し、その生産性を向上させ、収量ポテンシャルを向
上させ、あるいは早期に収穫可能とすることである。
用して、高等植物中で特定の遺伝子を形質発現させるこ
とによって、高等植物の一次代謝である光合成の機能を
改善し、その生産性を向上させ、収量ポテンシャルを向
上させ、あるいは早期に収穫可能とすることである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明は、ラン藻由来の
フルクトース−１，６−ビスホスファターゼ／セドヘプ
ツロース−１，７−ビスホスファターゼを高等植物の葉
緑体中で形質発現させることによって、高等植物の生産
性を向上させることを特徴とする方法に係るものであ
る。
フルクトース−１，６−ビスホスファターゼ／セドヘプ
ツロース−１，７−ビスホスファターゼを高等植物の葉
緑体中で形質発現させることによって、高等植物の生産
性を向上させることを特徴とする方法に係るものであ
る。
【０００６】また、本発明は、ラン藻由来のフルクトー
ス−１，６−ビスホスファターゼ／セドヘプツロース−
１，７−ビスホスファターゼをコードする塩基配列を含
むＤＮＡフラグメントが導入されていることを特徴とす
る、形質転換植物に係るものである。
ス−１，６−ビスホスファターゼ／セドヘプツロース−
１，７−ビスホスファターゼをコードする塩基配列を含
むＤＮＡフラグメントが導入されていることを特徴とす
る、形質転換植物に係るものである。
【０００７】高等植物葉緑体のフルクトース−１，６−
ビスホスファターゼ（fructose-1,6-bisphosphatase ：
ＦＢＰａｓｅ）およびセドヘプツロース−１，７−ビス
ホスファターゼ（sedoheptulose-1 ,7-bisphosphatase
：ＳＢＰａｓｅ）は、光還元力による活性調節を受け
る光合成炭素還元系の律速酵素の１つである。一方、ラ
ン藻Ｓｙｎｅｃｈｏｃｏｃｃｕｓ ＰＣＣ ７９４２遺
伝子由来のフルクトース−１，６−ビスホスファターゼ
／セドヘプツロース−１，７−ビスホスファターゼ（Ｆ
ＢＰａｓｅ／ＳＢＰａｓｅ）は、原核藻類であるラン藻
に広く分布する酵素であり、高等植物葉緑体のＦＢＰａ
ｓｅおよびＳＢＰａｓｅとは、一次構造および酵素学的
性質が異なっている。また、一つのタンパク質で、ＦＢ
Ｐａｓｅおよび／ＳＢＰａｓｅの２つの酵素活性を有す
るバイファンクショナル酵素である。
ビスホスファターゼ（fructose-1,6-bisphosphatase ：
ＦＢＰａｓｅ）およびセドヘプツロース−１，７−ビス
ホスファターゼ（sedoheptulose-1 ,7-bisphosphatase
：ＳＢＰａｓｅ）は、光還元力による活性調節を受け
る光合成炭素還元系の律速酵素の１つである。一方、ラ
ン藻Ｓｙｎｅｃｈｏｃｏｃｃｕｓ ＰＣＣ ７９４２遺
伝子由来のフルクトース−１，６−ビスホスファターゼ
／セドヘプツロース−１，７−ビスホスファターゼ（Ｆ
ＢＰａｓｅ／ＳＢＰａｓｅ）は、原核藻類であるラン藻
に広く分布する酵素であり、高等植物葉緑体のＦＢＰａ
ｓｅおよびＳＢＰａｓｅとは、一次構造および酵素学的
性質が異なっている。また、一つのタンパク質で、ＦＢ
Ｐａｓｅおよび／ＳＢＰａｓｅの２つの酵素活性を有す
るバイファンクショナル酵素である。
【０００８】ラン藻Ｓｙｎｅｃｈｏｃｏｃｃｕｓ ＰＣ
Ｃ ７９４２遺伝子由来のＦＢＰａｓｅ−Ｉは、４０ｋ
Ｄａの同一のサブユニットからなる４量体で、精製酵素
は１ｍＭ Ｈ2 Ｏ2 の処理でも８０％以上の活性を保持
していた。ＦＢＰａｓｅ−Ｉは、細胞質型ＦＢＰａｓｅ
の特異的阻害材であるＡＭＰによって阻害されたが（Ｋ
ｉ＝０．２６ｍＭ）、フルクトース−２，６−Ｐ2 によ
ってまったく阻害を受けなかった。至適ｐＨは８．０で
あり、ｐＩは４．８であった。ＦＢＰａｓｅ−Ｉは、フ
ルクトース−１，６−ビスリン酸（Ｆｒｕ１，６−
Ｐ2 ）だけでなく、セドヘプツロース−１，７−ビスリ
ン酸（Ｓｅｄ１，７−Ｐ2 ）も加水分解した。精製酵素
におけるＦｒｕ１，６−Ｐ2 およびＳｅｄ１，７−Ｐ2
に対する活性は、それぞれ、１１．７μｍｏｌ／ｍｉｎ
／ｍｇ ｐｒｏｔｅｉｎ、１２．１μｍｏｌ／ｍｉｎ／
ｍｇ ｐｒｏｔｅｉｎであり、Ｋｍ値は、それぞれ、５
２μＭ、１１８μＭであった。また、活性は典型的なＦ
ＢＰａｓｅと同様、Ｍｇ2 + 濃度に依存しており、その
依存曲線は葉緑体型ＦＢＰａｓｅと同様、シグモイド型
を示し、Ｓ0.5 は１．４±０．１ｍＭであった。この酵
素それ自体については、「Archives of Biotechnology
and Biophysics, Vol. 334, No.1, pp. 27 to 36, 1996
「Molecular characterization and resistance to h
ydrogen peroxideof two fructose-1,6-bisphosphatase
from Synechococcus PCC 7942 」に記載されている。
Ｃ ７９４２遺伝子由来のＦＢＰａｓｅ−Ｉは、４０ｋ
Ｄａの同一のサブユニットからなる４量体で、精製酵素
は１ｍＭ Ｈ2 Ｏ2 の処理でも８０％以上の活性を保持
していた。ＦＢＰａｓｅ−Ｉは、細胞質型ＦＢＰａｓｅ
の特異的阻害材であるＡＭＰによって阻害されたが（Ｋ
ｉ＝０．２６ｍＭ）、フルクトース−２，６−Ｐ2 によ
ってまったく阻害を受けなかった。至適ｐＨは８．０で
あり、ｐＩは４．８であった。ＦＢＰａｓｅ−Ｉは、フ
ルクトース−１，６−ビスリン酸（Ｆｒｕ１，６−
Ｐ2 ）だけでなく、セドヘプツロース−１，７−ビスリ
ン酸（Ｓｅｄ１，７−Ｐ2 ）も加水分解した。精製酵素
におけるＦｒｕ１，６−Ｐ2 およびＳｅｄ１，７−Ｐ2
に対する活性は、それぞれ、１１．７μｍｏｌ／ｍｉｎ
／ｍｇ ｐｒｏｔｅｉｎ、１２．１μｍｏｌ／ｍｉｎ／
ｍｇ ｐｒｏｔｅｉｎであり、Ｋｍ値は、それぞれ、５
２μＭ、１１８μＭであった。また、活性は典型的なＦ
ＢＰａｓｅと同様、Ｍｇ2 + 濃度に依存しており、その
依存曲線は葉緑体型ＦＢＰａｓｅと同様、シグモイド型
を示し、Ｓ0.5 は１．４±０．１ｍＭであった。この酵
素それ自体については、「Archives of Biotechnology
and Biophysics, Vol. 334, No.1, pp. 27 to 36, 1996
「Molecular characterization and resistance to h
ydrogen peroxideof two fructose-1,6-bisphosphatase
from Synechococcus PCC 7942 」に記載されている。
【０００９】本発明者は、ラン藻Ｓｙｎｅｃｈｏｃｏｃ
ｃｕｓ ＰＣＣ ７９４２より単離したフルクトース−
１，６−ビスホスファターゼ／セドヘプツロース−１，
７−ビスホスファターゼを、タバコに導入し、この際発
現蛋白質が葉緑体に移行するようにした。そして、播種
後７週間目におけるＦＢＰａｓｅおよびＳＢＰａｓｅ活
性、および光合成能を野性株と対比した結果、野性株に
比べて著しく上昇していることを見いだした。更に、一
定期間栽培したところ、形質転換植物は、野性株に比べ
て、背丈が大きくなっていた。また、葉の面積が大きく
なり、茎が太くなり、根が多くなり、長くなっていた。
更に、形質転換植物は、野性株よりも、葉、茎、根にお
けるヘキソース、シュクロース、デンプンの量が増加し
ていた。
ｃｕｓ ＰＣＣ ７９４２より単離したフルクトース−
１，６−ビスホスファターゼ／セドヘプツロース−１，
７−ビスホスファターゼを、タバコに導入し、この際発
現蛋白質が葉緑体に移行するようにした。そして、播種
後７週間目におけるＦＢＰａｓｅおよびＳＢＰａｓｅ活
性、および光合成能を野性株と対比した結果、野性株に
比べて著しく上昇していることを見いだした。更に、一
定期間栽培したところ、形質転換植物は、野性株に比べ
て、背丈が大きくなっていた。また、葉の面積が大きく
なり、茎が太くなり、根が多くなり、長くなっていた。
更に、形質転換植物は、野性株よりも、葉、茎、根にお
けるヘキソース、シュクロース、デンプンの量が増加し
ていた。
【００１０】従って、タバコ葉緑体へとラン藻由来のＦ
ＢＰａｓｅ／ＳＢＰａｓｅを導入することにより得られ
た形質転換植物は、野性株よりも光合成能が強化され、
この結果、糖、デンプンの合成能力が増大し、生育が促
進され、かつ最終的な物質生産能も増加していた。従っ
て、高等植物の葉緑体へのＦＢＰａｓｅ／ＳＢＰａｓｅ
の導入は、早生、高収量作物を作出する上で非常に有効
な手段であった。
ＢＰａｓｅ／ＳＢＰａｓｅを導入することにより得られ
た形質転換植物は、野性株よりも光合成能が強化され、
この結果、糖、デンプンの合成能力が増大し、生育が促
進され、かつ最終的な物質生産能も増加していた。従っ
て、高等植物の葉緑体へのＦＢＰａｓｅ／ＳＢＰａｓｅ
の導入は、早生、高収量作物を作出する上で非常に有効
な手段であった。
【００１１】この作用は以下のように考えられる。種々
の環境ストレスに応じて、植物に対しては光・酸素毒が
様々な障害をもたらし、最終的には食物生産の大きな律
速因子となっている。ラン藻由来のＦＢＰａｓｅ／ＳＢ
Ｐａｓｅは、高等植物のＦＢＰａｓｅおよびＳＢＰａｓ
ｅとは異なり、酸素毒に対して耐性を有しており、種々
の環境ストレス下でも機能するものと思われる。また、
ラン藻由来のＦＢＰａｓｅ／ＳＢＰａｓｅは、高等植物
には存在しない遺伝子であるので、ジーンサイレンシン
グによる悪影響がない。
の環境ストレスに応じて、植物に対しては光・酸素毒が
様々な障害をもたらし、最終的には食物生産の大きな律
速因子となっている。ラン藻由来のＦＢＰａｓｅ／ＳＢ
Ｐａｓｅは、高等植物のＦＢＰａｓｅおよびＳＢＰａｓ
ｅとは異なり、酸素毒に対して耐性を有しており、種々
の環境ストレス下でも機能するものと思われる。また、
ラン藻由来のＦＢＰａｓｅ／ＳＢＰａｓｅは、高等植物
には存在しない遺伝子であるので、ジーンサイレンシン
グによる悪影響がない。
【００１２】本発明において、組み換えＤＮＡを作製す
る際のベクターとしては、例えばプラスミド、ｐＢＩ１
０１、ｐＢＩＮ１９、ｐＭＳＨ−１等を使用できる。ま
た、組み換えＤＮＡを導入するための高等植物として
は、広く光合成を行う有用栽培作物や樹木に利用でき
る。例えば、トウモロコシ、イネ、小麦、大麦、オート
麦、粟、ひえなどの穀物類、ダイズなどの豆類、、ジャ
ガイモ、トマトといった野菜類、ナタネ、ワタ、タバコ
などのその他の有用栽培植物に加えて、樹木にも適用で
きる。
る際のベクターとしては、例えばプラスミド、ｐＢＩ１
０１、ｐＢＩＮ１９、ｐＭＳＨ−１等を使用できる。ま
た、組み換えＤＮＡを導入するための高等植物として
は、広く光合成を行う有用栽培作物や樹木に利用でき
る。例えば、トウモロコシ、イネ、小麦、大麦、オート
麦、粟、ひえなどの穀物類、ダイズなどの豆類、、ジャ
ガイモ、トマトといった野菜類、ナタネ、ワタ、タバコ
などのその他の有用栽培植物に加えて、樹木にも適用で
きる。
【００１３】前記のアミノ酸配列において、欠失、置
換、付加が行われても、フルクトース−１，６−ビスホ
スファターゼ／セドヘプツロース−１，７−ビスホスフ
ァターゼとしての酵素学的な性質を保持する限り、本発
明の範囲内である。また、前記の塩基配列のうち、酵素
を発現する構造遺伝子部分は、塩基番号１−１０６８で
あるので、本発明に必須であるが、塩基番号−１８０−
１１７０で表される塩基配列を有する遺伝子が最も好ま
しい。
換、付加が行われても、フルクトース−１，６−ビスホ
スファターゼ／セドヘプツロース−１，７−ビスホスフ
ァターゼとしての酵素学的な性質を保持する限り、本発
明の範囲内である。また、前記の塩基配列のうち、酵素
を発現する構造遺伝子部分は、塩基番号１−１０６８で
あるので、本発明に必須であるが、塩基番号−１８０−
１１７０で表される塩基配列を有する遺伝子が最も好ま
しい。
【００１４】
【実施例】図１に示すように、pBI101に、トマトrbcSプ
ロモーターとトランジットペプチドのコード領域および
ラン藻由来のフルクトース−１，６−ビスホスファター
ゼ／セドヘプツロース−１，７−ビスホスファターゼ
（ S. 7942 FBP/SBPase ）遺伝子 (fbp-I)を連結したプ
ラスミドを構築した。 (fbp-I)は、ラン藻 Ｓｙｎｅｃ
ｈｏｃｏｃｃｕｓＰＣＣ７９４２遺伝子由来の、配列表
の配列番号２に示す塩基配列のうち、塩基番号−１８０
−１１７０で表される塩基配列を示す。このプラスミド
を、アグロバクテリウム ツメファシエンス ＬＢＡ４
４０４に導入し、タバコ（Nicotiana tabacum cv Xanth
i ）のリーフディスクに感染させることによって、fbp-
I をタバコ核遺伝子に導入した。ゲノムDNA を単離した
後、PCRおよびイムノブロッティングによりfbp-I の導
入を確認した。７種の形質転換株(TFI-1 〜7)を得た。
形質転換株 (T2世代) から葉緑体を単離し、ウエスタン
ブロッテイングにより、 S. 7942 FBP/SBPase の発現を
確認した。更に、細胞分画によって、導入タンパク質が
葉緑体に局在することを確認した。
ロモーターとトランジットペプチドのコード領域および
ラン藻由来のフルクトース−１，６−ビスホスファター
ゼ／セドヘプツロース−１，７−ビスホスファターゼ
（ S. 7942 FBP/SBPase ）遺伝子 (fbp-I)を連結したプ
ラスミドを構築した。 (fbp-I)は、ラン藻 Ｓｙｎｅｃ
ｈｏｃｏｃｃｕｓＰＣＣ７９４２遺伝子由来の、配列表
の配列番号２に示す塩基配列のうち、塩基番号−１８０
−１１７０で表される塩基配列を示す。このプラスミド
を、アグロバクテリウム ツメファシエンス ＬＢＡ４
４０４に導入し、タバコ（Nicotiana tabacum cv Xanth
i ）のリーフディスクに感染させることによって、fbp-
I をタバコ核遺伝子に導入した。ゲノムDNA を単離した
後、PCRおよびイムノブロッティングによりfbp-I の導
入を確認した。７種の形質転換株(TFI-1 〜7)を得た。
形質転換株 (T2世代) から葉緑体を単離し、ウエスタン
ブロッテイングにより、 S. 7942 FBP/SBPase の発現を
確認した。更に、細胞分画によって、導入タンパク質が
葉緑体に局在することを確認した。
【００１５】（ＦＢＰａｓｅ活性、ＳＢＰａｓｅ活性、
光合成活性）播種後、７週間目の成葉に含まれるＦＢＰ
ａｓｅ活性を、遺伝子導入前の野生株と比較した結果、
野生株は１．０４±０．２２μｍｏｌ／ｍｉｎ／ｍｇク
ロロフィル、形質転換植物は１．８２±０．２４μｍｏ
ｌ／ｍｉｎ／ｍｇクロロフィルであり、野生株に比べて
約１．７５倍高い活性を有していた。
光合成活性）播種後、７週間目の成葉に含まれるＦＢＰ
ａｓｅ活性を、遺伝子導入前の野生株と比較した結果、
野生株は１．０４±０．２２μｍｏｌ／ｍｉｎ／ｍｇク
ロロフィル、形質転換植物は１．８２±０．２４μｍｏ
ｌ／ｍｉｎ／ｍｇクロロフィルであり、野生株に比べて
約１．７５倍高い活性を有していた。
【００１６】また、ＳＢＰａｓｅ活性を比較した結果、
野生株は１．３７μｍｏｌ／ｍｉｎ／ｍｇクロロフィ
ル、形質転換植物は２．４０μｍｏｌ／ｍｉｎ／ｍｇク
ロロフィルであり、野生株に比べて約１．７５倍高い活
性を有していた。
野生株は１．３７μｍｏｌ／ｍｉｎ／ｍｇクロロフィ
ル、形質転換植物は２．４０μｍｏｌ／ｍｉｎ／ｍｇク
ロロフィルであり、野生株に比べて約１．７５倍高い活
性を有していた。
【００１７】また、通常条件（３６０ｐｐｍ ＣＯ2 ）
下での光合成活性を比較した結果、０、１０、５０、１
００μＥ／ｓ／ｍ2 の光条件下では、野生株と形質転換
植物には有意な差は見られなかった。しかし、２００μ
Ｅ／ｓ／ｍ2 の光条件下では、形質転換植物の光合成活
性は、野生株の光合成活性と比べて有意に上昇してい
た。１６００μＥ／ｓ／ｍ2 の光条件下では、野生株の
１．２４倍に上昇していた。これらの結果を図３に示
す。
下での光合成活性を比較した結果、０、１０、５０、１
００μＥ／ｓ／ｍ2 の光条件下では、野生株と形質転換
植物には有意な差は見られなかった。しかし、２００μ
Ｅ／ｓ／ｍ2 の光条件下では、形質転換植物の光合成活
性は、野生株の光合成活性と比べて有意に上昇してい
た。１６００μＥ／ｓ／ｍ2 の光条件下では、野生株の
１．２４倍に上昇していた。これらの結果を図３に示
す。
【００１８】（生育に及ぼす影響）ホグラント培養液を
用いて、野生株および形質転換植物について水耕栽培を
行った。その条件は、400 マイクロモル／ｍ2 ／ｓであ
り、相対湿度は６０％であり、気温は２５℃である。栽
培開始から６３日目、７２、７７、８２、８５、９０、
９７、１０２、１０５、１０９、１１２日目に、植物の
背丈を測定した。この結果を図２に示す。６４日目に
は、野生株は１４．０±４．６ｃｍ、形質転換植物は１
６．６±２．９ｃｍであったが、栽培１１２日目には、
野生株が５８．３±７．０ｃｍ、形質転換植物が８４．
５±７．８ｃｍであり、有意に生育が促進されていた
（約１．４５倍）。図４の写真において、左側に野生株
を示し、右側に形質転換植物を示す。
用いて、野生株および形質転換植物について水耕栽培を
行った。その条件は、400 マイクロモル／ｍ2 ／ｓであ
り、相対湿度は６０％であり、気温は２５℃である。栽
培開始から６３日目、７２、７７、８２、８５、９０、
９７、１０２、１０５、１０９、１１２日目に、植物の
背丈を測定した。この結果を図２に示す。６４日目に
は、野生株は１４．０±４．６ｃｍ、形質転換植物は１
６．６±２．９ｃｍであったが、栽培１１２日目には、
野生株が５８．３±７．０ｃｍ、形質転換植物が８４．
５±７．８ｃｍであり、有意に生育が促進されていた
（約１．４５倍）。図４の写真において、左側に野生株
を示し、右側に形質転換植物を示す。
【００１９】生育期間の全体を通じて、形質転換植物
は、野生株と比較して、葉、茎、根のいずれも発達して
おり、葉は肉厚で１枚当たりの面積が大きく、茎が太
く、根が多く、長くなっていた。図５には、１１２日目
における葉と茎との外観を示しており、左側が野生株で
あり、右側が形質転換植物である。図６には、１１１日
目における根の外観を示しており、左側が野生株であ
り、右側が形質転換植物である。
は、野生株と比較して、葉、茎、根のいずれも発達して
おり、葉は肉厚で１枚当たりの面積が大きく、茎が太
く、根が多く、長くなっていた。図５には、１１２日目
における葉と茎との外観を示しており、左側が野生株で
あり、右側が形質転換植物である。図６には、１１１日
目における根の外観を示しており、左側が野生株であ
り、右側が形質転換植物である。
【００２０】（代謝中間体の量）播種後、１２週間目の
上葉（上から４番目）、下葉（下から３番目）、茎、根
における代謝中間体（ヘキソース、シュクロース、デン
プン）の量を定量し、比較した。この結果を図７に示
す。形質転換植物の代謝中間体の量は、上葉、下葉、
茎、根のいずれにおいても、野生株に比べて有意に増加
していた。特に上葉において、ヘキソースおよびシュク
ロースが大幅に増加していた。また、デンプンは下葉に
多く蓄積されていた。これは、上葉で合成されたシュク
ロースが下葉へと転流したことによる。
上葉（上から４番目）、下葉（下から３番目）、茎、根
における代謝中間体（ヘキソース、シュクロース、デン
プン）の量を定量し、比較した。この結果を図７に示
す。形質転換植物の代謝中間体の量は、上葉、下葉、
茎、根のいずれにおいても、野生株に比べて有意に増加
していた。特に上葉において、ヘキソースおよびシュク
ロースが大幅に増加していた。また、デンプンは下葉に
多く蓄積されていた。これは、上葉で合成されたシュク
ロースが下葉へと転流したことによる。
【００２１】以上の結果から分かるように、本発明によ
って、高等植物の光合成能が強化され、この結果、糖、
デンプンの合成能力が増大し、生育が促進されたものと
考えられる。また、花芽形成時の乾燥重量は、野生株が
１４．１±２．２ｇであり、形質転換植物が２１．０±
１．９ｇと約１．５倍増加しており、最終的な物質生産
能も増加していることがわかる。
って、高等植物の光合成能が強化され、この結果、糖、
デンプンの合成能力が増大し、生育が促進されたものと
考えられる。また、花芽形成時の乾燥重量は、野生株が
１４．１±２．２ｇであり、形質転換植物が２１．０±
１．９ｇと約１．５倍増加しており、最終的な物質生産
能も増加していることがわかる。
【００２２】
【発明の効果】以上述べたように、本発明の形質転換植
物は、野性株よりも光合成能が強化され、この結果、
糖、デンプンの合成能力が増大し、生育が促進され、か
つ最終的な物質生産能も増加していた。従って、高等植
物の葉緑体へのＦＢＰａｓｅ／ＳＢＰａｓｅの導入は、
早生、高収量作物を作出する上で非常に有効な手段であ
った。このように、組み換えＤＮＡ技術を利用して、高
等植物の一次代謝である光合成の機能を改善し、早生、
収穫量の増大を可能とした類例はなく、将来の食料危機
に対応する上で極めて重要な鍵となる技術である。 配列表 〈１１０〉 出願人名称：奈良先端科学技術大学院大学長 〈１２０〉 発明の名称： 〈１３０〉 整理番号 ：Ｆ１９９９−１０４ 〈１６０〉 配列の総数：２ 〈２１０〉 配列番号 ：１ 〈２１１〉 配列の長さ：３５６ 〈２１２〉 配列の型 ：ＰＲＴ 〈２１３〉 生物名 ：ラン藻 Ｓｙｎｅｃｈｏｃｏｃｃｕｓ 〈２２０〉 配列の特徴 トポロジー：直線状 起源 ：ラン藻 Ｓｙｎｅｃｈｏｃｏｃｃｕｓの遺伝子ＰＣＣ ７９４２由来のフルクトース−１，６−ビスホスファターゼ／セドヘプツロー ス−１，７−ビスホスファターゼ 〈４００〉 配列 ： 1 M E K T I G L E I I E V V E Q 15 16 A A I A S A R L M G K G E K N 30 31 E A D R V A V E A M R V R M N 45 46 Q V E M L G R I V I G E G E R 60 61 D E A P M L Y I G E E V G I Y 75 76 R D A D K R A G V P A G K L V 90 91 E I D I A V D P C E G T N L C 105 106 A Y G Q P G S M A V L A I S E 120 121 K G G L F A A P D F Y M K K L 135 136 A A P P A A K G K E T S I K S 150 151 A T E N L K I L S E C L D R A 165 166 I D E L V V V V M D R P R H K 180 181 E L I Q E I R Q A G A R V R L 195 196 I S D G D V S A A I S C G F A 210 211 G T N T H A L M G I G A A P E 225 226 G V I S A A A M R C L G G H F 240 241 Q G Q L I Y D P E V V K T G L 255 256 I G E S R E S N I A R L Q E M 270 271 G I T D P D R V Y D A N E L A 285 286 S G Q E V L F A A C G I T P G 300 301 L L M E G V R F F K G G A R T 315 316 Q S L V I S S Q S R T A R F V 330 331 D T V H M F D D V K T V S L P 345 346 L I P D P K W R P E R 356 〈１１０〉 出願人名称：奈良先端科学技術大学院大学長 〈１２０〉 発明の名称： 〈１３０〉 整理番号 ：Ｆ１９９９−１０４ 〈１６０〉 配列の総数：２ 〈２１０〉 配列番号 ：２ 〈２１１〉 配列の長さ：１３５０ 〈２１２〉 配列の型 ：ＤＮＡ 〈２１３〉 生物名 ：ラン藻 Ｓｙｎｅｃｈｏｃｏｃｃｕｓ 〈２２０〉 配列の特徴 トポロジー：直線状 起源 ：ラン藻 Ｓｙｎｅｃｈｏｃｏｃｃｕｓの遺伝子ＰＣＣ ７９４２由来のフルクトース−１，６−ビスホスファターゼ／セドヘプツロー ス−１，７−ビスホスファターゼ 〈４００〉 配列 ： -180 CGTCGCCCGCTCCATGCCCGCAGCTGCGCCTTTGATGCCGCGGAA -136 -135 GATATTGCCGCCAACTAACGATANNAGTCACTGCGATCGCAACTA -91 -90 AAGCCAGAGATGTGAGGAGGGGATCCGGCCTTTGGTAGACTCAAC -46 -45 TGTTGGAATCCCCAGAAGCAATCATCCGTAAGGAGTCAGGACGGC -1 1 GTGGAGAAGACGATCGGTCTCGAGATTATTGAAGTTGTCGAGCAG 45 46 GCAGCGATCGCCTCGGCCCGCCTGATGGGCAAAGGCGAAAAGAAT 90 91 GAAGCCGATCGCGTCGCAGTAGAAGCGATGCGGGTGCGGATGAAC 135 136 CAAGTGGAAATGCTGGGCCGCATCGTCATCGGTGAAGGCGAGCGC 180 181 GACGAAGCACCGATGCTCTATATCGGTGAAGAAGTGGGCATCTAC 225 226 CGCGATGCAGACAAGCGGGCTGGCGTACCGGCTGGCAAGCTGGTG 270 271 GAAATCGACATCGCCGTTGACCCCTGCGAAGGCACCAACCTCTGC 325 326 GCCTACGGTCAGCCCGGCTCGATGGCAGTTTTGGCCATCTCCGAG 360 361 AAAGGCGGCCTGTTTGCAGCTCCCGACTTCTACATGAAGAAACTG 405 406 GCTGCACCCCCAGCTGCCAAAGGCAAAGAGACATCAATAAAGTCC 450 451 GCGACCGAAAACCTGAAAATTCTCTCGGAATGTCTCGATCGCGCC 495 496 ATCGATGAATTGGTGGTCGTGGTCATGGATCGTCCCCGCCACAAA 540 541 GAGCTAATCCAAGAGATCCGCCAAGCGGGTGCCCGCGTCCGTCTG 585 586 ATCAGCGATGGTGACGTTTCGGCCGCGATCTCCTGCGGTTTTGCT 630 631 GGCACCAACACCCACGCCCTGATGGGCATCGGTGCAGCTCCCGAG 675 676 GGTGTGATTTCGGCAGCAGCAATGCGTTGCCTCGGCGGGCACTTC 720 721 CAAGGCCAGCTGATCTACGACCCAGAAGTGGTCAAAACCGGCCTG 765 766 ATCGGTGAAAGCCGTGAGAGCAACATCGCTCGCCTGCAAGAAATG 810 811 GGCATCACCGATCCCGATCGTGTCTACGACGCGAACGAACTGGCT 855 856 TCGGGTCAAGAAGTGCTGTTTGCGGCTTGCGGTATCACCCCGGGC 900 901 TTGCTGATGGAAGGCGTGCGCTTCTTCAAAGGCGGCGCTCGCACC 945 946 CAGAGCTTGGTGATCTCCAGCCAGTCACGGACGGCTCGCTTCGTT 990 991 GACACCGTTCACATGTTCGACGATGTCAAAACGGTTAGCCTGCCG 1035 1036 TTAATTCCTGATCCCAAATGGCGGCCGGAGCGGTAGAACGGGTAT 1080 1081 AGCTCGATCGCTTCGGTCGTTGTTTTTCAGCGAATCCATTTGCGA 1125 1126 TCGCTTTTCAAACCCTTTTTTCGTCAACCTTCTTTAAACGGCCTC 1170
物は、野性株よりも光合成能が強化され、この結果、
糖、デンプンの合成能力が増大し、生育が促進され、か
つ最終的な物質生産能も増加していた。従って、高等植
物の葉緑体へのＦＢＰａｓｅ／ＳＢＰａｓｅの導入は、
早生、高収量作物を作出する上で非常に有効な手段であ
った。このように、組み換えＤＮＡ技術を利用して、高
等植物の一次代謝である光合成の機能を改善し、早生、
収穫量の増大を可能とした類例はなく、将来の食料危機
に対応する上で極めて重要な鍵となる技術である。 配列表 〈１１０〉 出願人名称：奈良先端科学技術大学院大学長 〈１２０〉 発明の名称： 〈１３０〉 整理番号 ：Ｆ１９９９−１０４ 〈１６０〉 配列の総数：２ 〈２１０〉 配列番号 ：１ 〈２１１〉 配列の長さ：３５６ 〈２１２〉 配列の型 ：ＰＲＴ 〈２１３〉 生物名 ：ラン藻 Ｓｙｎｅｃｈｏｃｏｃｃｕｓ 〈２２０〉 配列の特徴 トポロジー：直線状 起源 ：ラン藻 Ｓｙｎｅｃｈｏｃｏｃｃｕｓの遺伝子ＰＣＣ ７９４２由来のフルクトース−１，６−ビスホスファターゼ／セドヘプツロー ス−１，７−ビスホスファターゼ 〈４００〉 配列 ： 1 M E K T I G L E I I E V V E Q 15 16 A A I A S A R L M G K G E K N 30 31 E A D R V A V E A M R V R M N 45 46 Q V E M L G R I V I G E G E R 60 61 D E A P M L Y I G E E V G I Y 75 76 R D A D K R A G V P A G K L V 90 91 E I D I A V D P C E G T N L C 105 106 A Y G Q P G S M A V L A I S E 120 121 K G G L F A A P D F Y M K K L 135 136 A A P P A A K G K E T S I K S 150 151 A T E N L K I L S E C L D R A 165 166 I D E L V V V V M D R P R H K 180 181 E L I Q E I R Q A G A R V R L 195 196 I S D G D V S A A I S C G F A 210 211 G T N T H A L M G I G A A P E 225 226 G V I S A A A M R C L G G H F 240 241 Q G Q L I Y D P E V V K T G L 255 256 I G E S R E S N I A R L Q E M 270 271 G I T D P D R V Y D A N E L A 285 286 S G Q E V L F A A C G I T P G 300 301 L L M E G V R F F K G G A R T 315 316 Q S L V I S S Q S R T A R F V 330 331 D T V H M F D D V K T V S L P 345 346 L I P D P K W R P E R 356 〈１１０〉 出願人名称：奈良先端科学技術大学院大学長 〈１２０〉 発明の名称： 〈１３０〉 整理番号 ：Ｆ１９９９−１０４ 〈１６０〉 配列の総数：２ 〈２１０〉 配列番号 ：２ 〈２１１〉 配列の長さ：１３５０ 〈２１２〉 配列の型 ：ＤＮＡ 〈２１３〉 生物名 ：ラン藻 Ｓｙｎｅｃｈｏｃｏｃｃｕｓ 〈２２０〉 配列の特徴 トポロジー：直線状 起源 ：ラン藻 Ｓｙｎｅｃｈｏｃｏｃｃｕｓの遺伝子ＰＣＣ ７９４２由来のフルクトース−１，６−ビスホスファターゼ／セドヘプツロー ス−１，７−ビスホスファターゼ 〈４００〉 配列 ： -180 CGTCGCCCGCTCCATGCCCGCAGCTGCGCCTTTGATGCCGCGGAA -136 -135 GATATTGCCGCCAACTAACGATANNAGTCACTGCGATCGCAACTA -91 -90 AAGCCAGAGATGTGAGGAGGGGATCCGGCCTTTGGTAGACTCAAC -46 -45 TGTTGGAATCCCCAGAAGCAATCATCCGTAAGGAGTCAGGACGGC -1 1 GTGGAGAAGACGATCGGTCTCGAGATTATTGAAGTTGTCGAGCAG 45 46 GCAGCGATCGCCTCGGCCCGCCTGATGGGCAAAGGCGAAAAGAAT 90 91 GAAGCCGATCGCGTCGCAGTAGAAGCGATGCGGGTGCGGATGAAC 135 136 CAAGTGGAAATGCTGGGCCGCATCGTCATCGGTGAAGGCGAGCGC 180 181 GACGAAGCACCGATGCTCTATATCGGTGAAGAAGTGGGCATCTAC 225 226 CGCGATGCAGACAAGCGGGCTGGCGTACCGGCTGGCAAGCTGGTG 270 271 GAAATCGACATCGCCGTTGACCCCTGCGAAGGCACCAACCTCTGC 325 326 GCCTACGGTCAGCCCGGCTCGATGGCAGTTTTGGCCATCTCCGAG 360 361 AAAGGCGGCCTGTTTGCAGCTCCCGACTTCTACATGAAGAAACTG 405 406 GCTGCACCCCCAGCTGCCAAAGGCAAAGAGACATCAATAAAGTCC 450 451 GCGACCGAAAACCTGAAAATTCTCTCGGAATGTCTCGATCGCGCC 495 496 ATCGATGAATTGGTGGTCGTGGTCATGGATCGTCCCCGCCACAAA 540 541 GAGCTAATCCAAGAGATCCGCCAAGCGGGTGCCCGCGTCCGTCTG 585 586 ATCAGCGATGGTGACGTTTCGGCCGCGATCTCCTGCGGTTTTGCT 630 631 GGCACCAACACCCACGCCCTGATGGGCATCGGTGCAGCTCCCGAG 675 676 GGTGTGATTTCGGCAGCAGCAATGCGTTGCCTCGGCGGGCACTTC 720 721 CAAGGCCAGCTGATCTACGACCCAGAAGTGGTCAAAACCGGCCTG 765 766 ATCGGTGAAAGCCGTGAGAGCAACATCGCTCGCCTGCAAGAAATG 810 811 GGCATCACCGATCCCGATCGTGTCTACGACGCGAACGAACTGGCT 855 856 TCGGGTCAAGAAGTGCTGTTTGCGGCTTGCGGTATCACCCCGGGC 900 901 TTGCTGATGGAAGGCGTGCGCTTCTTCAAAGGCGGCGCTCGCACC 945 946 CAGAGCTTGGTGATCTCCAGCCAGTCACGGACGGCTCGCTTCGTT 990 991 GACACCGTTCACATGTTCGACGATGTCAAAACGGTTAGCCTGCCG 1035 1036 TTAATTCCTGATCCCAAATGGCGGCCGGAGCGGTAGAACGGGTAT 1080 1081 AGCTCGATCGCTTCGGTCGTTGTTTTTCAGCGAATCCATTTGCGA 1125 1126 TCGCTTTTCAAACCCTTTTTTCGTCAACCTTCTTTAAACGGCCTC 1170
【図１】 タバコ葉緑体への導入用のプラスミドを示す
模式図である。
模式図である。
【図２】 野生株と形質転換植物との水耕栽培時の背丈
を比較したグラフである。
を比較したグラフである。
【図３】 野生株と形質転換植物との光合成能を比較し
たグラフである。
たグラフである。
【図４】 水耕栽培１１２日目における、野生株と形質
転換植物との外観を比較した写真である。
転換植物との外観を比較した写真である。
【図５】 水耕栽培１１２日目における、野生株と形質
転換植物との葉および茎の外観を比較した写真である。
転換植物との葉および茎の外観を比較した写真である。
【図６】 水耕栽培１１２日目における、野生株と形質
転換植物との根の外観を比較した写真である。
転換植物との根の外観を比較した写真である。
【図７】 野生株と形質転換植物との代謝中間体の含量
を比較したグラフである。
を比較したグラフである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) A01H 1/00 ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ) ＢＩＯＳＩＳ（ＤＩＡＬＯＧ)
Claims (6)
- 【請求項１】 ラン藻由来のフルクトース−１，６−ビ
スホスファターゼ／セドヘプツロース−１，７−ビスホ
スファターゼを高等植物の葉緑体中で形質発現させるこ
とによって、前記高等植物の生産性を向上させることを
特徴とする方法。 - 【請求項２】 以下の（ａ）または（ｂ）に示すアミノ
酸配列を有するタンパク質を高等植物の葉緑体中で形質
発現させることによって、前記高等植物の生産性を向上
させることを特徴とする、請求項１記載の方法。 （ａ） 配列表の配列番号１に示すアミノ酸配列のう
ち、アミノ酸番号１−３５６で表されるアミノ酸配列 （ｂ） フルクトース−１，６−ビスホスファターゼ／
セドヘプツロース−１，７−ビスホスファターゼとして
の活性を示す、（ａ）のアミノ酸配列の一部が欠失、置
換若しくは付加されたアミノ酸配列 - 【請求項３】 ラン藻由来のフルクトース−１，６−ビ
スホスファターゼ／セドヘプツロース−１，７−ビスホ
スファターゼをコードする塩基配列を含むＤＮＡフラグ
メントを高等植物に導入することによって、前記高等植
物の生産性を向上させることを特徴とする、請求項１記
載の方法。 - 【請求項４】 以下のタンパク質をコードする塩基配列
を有するＤＮＡフラグメントを高等植物に導入すること
によって、前記高等植物の生産性を向上させることを特
徴とする、請求項１記載の方法。 （ａ） 配列表の配列番号１に示すアミノ酸配列のう
ち、アミノ酸番号１−３５６で表されるアミノ酸配列 （ｂ） フルクトース−１，６−ビスホスファターゼ／
セドヘプツロース−１，７−ビスホスファターゼとして
の活性を示す、（ａ）のアミノ酸配列の一部が欠失、置
換若しくは付加されたアミノ酸配列 - 【請求項５】 以下の（ｃ）または（ｄ）に示す塩基配
列を含むＤＮＡフラグメントを高等植物に導入すること
によって、前記高等植物の生産性を向上させることを特
徴とする、請求項１記載の方法。 （ｃ） 配列表の配列番号２に示す塩基配列のうち、塩
基番号１−１０６８で表される塩基配列 （ｄ） フルクトース−１，６−ビスホスファターゼ／
セドヘプツロース−１，７−ビスホスファターゼとして
の活性を示すタンパク質をコードする、（ｃ）の塩基配
列の一部が欠失、置換若しくは付加された塩基配列 - 【請求項６】 以下の（ｅ）または（ｆ）に示す塩基配
列を含むＤＮＡフラグメントを高等植物に導入すること
によって、前記高等植物の生産性を向上させることを特
徴とする、請求項１記載の方法。 （ｅ） 配列表の配列番号２に示す塩基配列のうち、塩
基番号−１８０−１１７０で表される塩基配列 （ｆ） フルクトース−１，６−ビスホスファターゼ／
セドヘプツロース−１，７−ビスホスファターゼとして
の活性を示すタンパク質をコードする、（ｅ）の塩基配
列の一部が欠失、置換若しくは付加された塩基配列
Priority Applications (4)
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|---|---|---|---|
| JP06289199A JP3357909B2 (ja) | 1999-03-10 | 1999-03-10 | 高等植物の生産性を向上させる方法 |
| DE69923761T DE69923761T2 (de) | 1999-03-10 | 1999-12-20 | Verwendung von Fructose-1,6-Bisphosphatase aus Cyanobakterien zur Verbesserung des Pflanzenwachstums |
| US09/468,407 US6528705B1 (en) | 1999-03-10 | 1999-12-20 | Method for improving productivity of higher plants |
| EP99125331A EP1036842B1 (en) | 1999-03-10 | 1999-12-20 | Use of cyanobacterial fructose-1,6-bisphosphatase to improve growth of plants |
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| JP06289199A JP3357909B2 (ja) | 1999-03-10 | 1999-03-10 | 高等植物の生産性を向上させる方法 |
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|---|---|---|---|
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|---|---|
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| JP3357909B2 true JP3357909B2 (ja) | 2002-12-16 |
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ID=13213338
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|---|---|---|---|
| JP06289199A Expired - Lifetime JP3357909B2 (ja) | 1999-03-10 | 1999-03-10 | 高等植物の生産性を向上させる方法 |
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| EP (1) | EP1036842B1 (ja) |
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| EP1720989B1 (en) * | 2004-03-03 | 2008-08-13 | National University Corporation Nara Institute of Science and Technology | Method for improving productivity of plant by chloroplast technology |
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| KR100895611B1 (ko) * | 2007-10-24 | 2009-05-06 | 한국생명공학연구원 | 남세균 유래 ＳｙＦＢＰ/ＳＢＰａｓｅ 유전자를과발현시킴으로써 식물체의 내염성을 증가시키는 방법 |
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Non-Patent Citations (1)
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