JP3519743B2 - オオムギプロトプラストからの植物体の再生方法 - Google Patents

オオムギプロトプラストからの植物体の再生方法

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Description

【発明の詳細な説明】 【0001】 【産業上の利用分野】本発明はオオムギのプロトプラス
トから健全な植物体を再生させる方法に関する。 【0002】 【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】近年、
細胞融合や遺伝子導入等の手法により、新形質を持った
植物の作出方法が検討されている。この技術を植物細胞
に応用する場合、細胞壁を除いたプロトプラストが用い
られ、新形質を導入したプロトプラストから完全な植物
体が得られることが要求される。 【0003】しかし、ムギ類のプロトプラストからの植
物体再生技術は、未だ十分に確立されておらず、特にオ
オムギに関しては、「Green plantregeneration from p
rotoplasts of barley (Hordeum vulgare L.),Yan.Q e
t al, Kexue Tongbao 35(1990) 」、「Genetic Enginee
ring of Crop Plants、231-238(1990)」の2例の報告が
あるだけであるが、これらにおいても、誘導したカルス
から懸濁細胞系を経てプロトプラスト培養に至るまで、
長期にわたる培養期間を必要とする。また、前者では、
液体培地で誘導したカルスを寒天培地上でさらに選抜す
るステップを必要とし、後者においては、アルビノの出
現も問題であった。 【0004】本発明者らは、前述のような状況に鑑みて
鋭意検討の結果、高い再分化能を保有する細胞を一定条
件で培養することにより、再分化能を低下させることな
く短期間にプロトプラスト培養が可能な細胞系を作出
し、また得られたプロトプラストから、効率よく健全な
植物体のみを再生する方法を見出し本発明を完成した。 【0005】 【課題を解決するための手段】本発明は、受粉後10〜
20日目のオオムギ未熟胚から誘導したカルスを培養し
て得た懸濁細胞のうち直径2 mm 以下の小細胞塊のみを継
代培養し、これを培地1に対して0.1の容量の2年間
以上継代培養を継続中の増殖の活発な細胞系の培養濾過
液を含有する培地で培養した培養液からプロトプラスト
を単離し、当該プロトプラストより得たカルスの胚発生
的に増殖している部分を切り出し、当該部分を再分化培
地で培養してオオムギ植物体を得ることを特徴とするオ
オムギ植物体の再生方法を提供するものである。 【0006】本発明のオオムギ植物体の再生方法につい
て、以下に詳しく述べる。まず、第1段階として、オオ
ムギ未熟胚から再分化能の高いカルスをカルス誘導培地
にて誘導し、液体振盪培養細胞系を作出する。用いる材
料はオオムギ未熟胚であるが、好ましくは受粉後10〜20
日目のオオムギ未熟胚を用いる。また、カルス誘導培地
としては、糖源としてマルトースまたはショ糖を3.0〜
5.0%、カゼイン加水分解物を0.1〜0.25%、植物ホ
ルモンである2,4-D を2〜20mg/lの範囲で含有するKM
{Kao & Mychailyk(1975) Planta126: 105-110}または
R2{Ohira et al.(1973) Plant Cell Physiol.14: 1113
-1121 }を含有するものを使用し、23〜26℃、好ま
しくは25℃、暗黒下で培養してカルスを誘導し、次い
で、誘導と同一条件の培地で1ヵ月に1度継代培養を行
う。 【0007】次に、第2段階として、カルスを液体培地
に移して継代培養を行い、プロトプラストを単離し易い
細胞を選抜し、作出する。この段階で留意すべき点は、
高い再分化能と増殖能を併せ持つ細胞塊を選抜すること
にある。本発明では、この課題を解決するために、篩を
用いた選抜と増殖の活発な細胞系の培養濾液によるコン
デイショニングを行う。増殖の活発な細胞系の培養濾液
とは、2年間以上継代培養を継続中の増殖の活発な細
胞、例えば1週間に3〜7倍増殖するもので、本発明の
細胞系と同じ培地で継代している未熟胚由来の細胞系が
望ましい。 【0008】カルスを液体培地に移して継代培養を行う
場合は、糖源としてマルトースまたはショ糖を3.0〜5.
0%、カゼイン加水分解物を0.1〜0.25%、植物ホル
モン2,4-D を2〜4mg/l含有するKM,R2,LM{Lazzeri et
al.(1990) Genetic Engineering of Crop Plants 231-
238 }の各液体培地で当該液体培地1に対し0.03〜0.
3の重量の細胞を添加し、1週間おきに継代培養を行
う。この場合の培養は23〜26℃、好ましくは25℃
で0〜200lux 照明下で90〜120rpm の旋回培養
を行うのが適当である。また、継代培養の際には、ステ
ンレス製の篩を用いて直径2mm以下の小細胞塊のみを分
別して継代し、大きな細胞塊は除くことが望ましい。 【0009】さらに、液体培地1に対し0.1の容量の増
殖の活発な細胞系の培養濾液を添加すると、短期間でプ
ロトプラスト培養を行うことができる。このようにし
て、3〜4ヵ月培養された細胞系からプロトプラストを
適当な酵素液で遊離させる。 【0010】プロトプラストを遊離させるために使用す
る酵素液は、例えばセルラーゼオノズカRS2%、ペクト
リアーゼY −23 0.1%、カゼイン加水分解物 0. 2
%、塩化カルシウム10mM、MES 5mM、浸透圧調整剤と
してマンニトール0.6M を含むものを用い、pHは5.6〜
5.8に調整する。 【0011】細胞をこの酵素液中で3時間程振盪培養す
ると、多数のプロトプラストが分離される。この酵素液
を63um,26umのステンレス篩で濾過し、未消化の細
胞を除いた後、800rpm で5分間遠心してプロトプラ
ストを沈澱させ、回収する。 【0012】このようにして得られたプロトプラスト
は、塩化カルシウム10mMを含む0.6M マンニトール液
で3回洗浄し、培養に供する。 【0013】次に、第3段階としてプロトプラストの培
養を行い、コロニーを形成させる。この段階でプロトプ
ラストの安定した分裂によって、多数のコロニーを得る
ために、本発明では浸透圧調整剤として従来使用されて
いるマンニトールやグルコースの代わりにマルトースを
用いる。また、オオムギ懸濁培養細胞を共存させる以下
の手段を用いる。すなわち、0.4M マルトース、2.0〜
4.0mg/l、 2,4-D、1.0〜1.5%のSea Plaque Agarose
を含有するKM,LM 等の培地に、密度0.5〜1.0×106
個/ml になるようにプロトプラストを懸濁して、速やか
にシャーレ上に広げ、薄く固める。このとき、アガロー
スゲルの厚さは0.7mm程度になるのが望ましい。 【0014】固化したアガロースゲルのまわりに液体の
上記培地を加え、さらに増殖の盛んなオオムギ懸濁培養
細胞を300mg(fresh weight)/6cm dish 程度共存させ
て、23〜26℃、好ましくは25℃で暗黒下でゆっく
り振盪培養を行う。培養開始後2週間目に共存培養細胞
を取り除き、浸透圧調整剤を含まないKM,LM 培地を添加
して、上記と同じ条件下でさらに培養を続けると、1〜
2週間で直径1.0〜2.0mm程度のコロニーが形成され
る。 【0015】第4段階として、前述のようにして形成さ
れたコロニーからカルスを形成し、器官分化を経て植物
体へ再分化させる。この段階においてコロニーから健全
な植物体のみを簡便に再分化させるために、本発明では
以下の方法を用いる。まず、1.0〜2.0mm程度に成長し
たコロニーを含むアガロースブロックを2.0〜3.0%マ
ルトースおよび植物ホルモンIAA 0.5〜5.0mg/lとZeat
in 0. 05〜0.5mg/lを含有するR2培地上にのせて、2
3〜26℃、好ましくは25℃で100〜500lux 、
好ましくは200lux 照明下で培養する。 【0016】この場合、最も好ましいホルモンの組み合
わせは、IAA 1.0mg/lとZeatin 0.5mg/lである。培養細
胞の様子を見ながら、ほぼ2週間に1回の割合でクリー
ンベンチ内でシャーレの蓋を開けて30分から2時間程
度乾燥させ、内部の水滴を除く。 【0017】培養1ヵ月後にコロニーは増殖してカルス
を形成する。このカルスを実体顕微鏡下で観察すると、
黄緑色を呈し、胚発生的に増殖している部分が観察され
る。この部分のみを直径2〜5mm程度で切り出して新鮮
な再分化培地上に移し、照明を2000〜6000lux
に上げて培養を続けると、3〜4週間で緑色の幼植物体
が観察され、さらに2〜3週間後に移植可能な植物体が
得られる。しかし、胚発生的に増殖している部分を切り
出さない場合には、植物体の再分化は見られない。 【0018】 【実施例】以下に実施例を示して本発明を詳細に説明す
るが、本発明はこれらに限定されるものではない。 実施例1 植物体再生能を持ったカルスの誘導およびその継代培養 オオムギ(品種:DISSA )の受粉後15日目の穂を70
%アルコールに1分間、次亜塩素酸ナトリウム溶液(塩
素濃度5%)に20分間浸した後、滅菌蒸留水で3回洗
浄し、未熟胚を取り出した。次いで、KMの基本培地に3
%マルトース、4mg/l 2,4-D 、0.1%カゼイン加水分
解物を含む寒天培地に、胚盤を上側にして置床した。2
5℃暗黒下で1ヵ月培養すると、カルスが得られた。こ
のカルスはを同一条件下で4週間おきに継代培養した。 【0019】実施例2 誘導されたカルスの液体培養 実施例1で誘導された直径1cm程度のカルスを、50ml
三角フラスコに入れ、5mlの液体培地を加えて25℃で
振盪培養を行った。振盪速度は1分間に110回転と
し、液体培地として3%ショ糖、0.1%カゼイン加水分
解物、2mg/l 2,4-Dを含むKM培地を用いた。週に1度培
地を交換し、カルスがフラスコの底面一杯に増殖したと
ころで100ml三角フラスコに移し、10mlの培地中で
同様の振盪培養を行った。植え継ぎは週に1度行い、こ
の時クリーム色、コンパクトで直径2mm以下の細胞塊を
篩を用いて選抜した。また、増殖のよい細胞系の培養濾
液を1ml添加した。 【0020】実施例3 プロトプラストの単離 実施例2のように液体培地中で培養された、継代培養後
3日目の細胞を材料とし、細胞1g につき10mlの酵素
液を添加して、25℃、20rpm の条件で3時間処理し
た。なお、このとき用いた酵素液は、セルラーゼオノズ
カRS 2%、ペクトリアーゼY-23 0.1%、カゼイン加
水分解物 0. 2%、塩化カルシウム10mM、MES 5mM、
浸透圧調整剤としてマンニトール0.6M を含むものを用
い、pHは5.6〜5.8に調整した。 【0021】また、プロトプラストを含む酵素液は63
um, 26umのステンレス篩で濾過することによって未消
化の細胞を除いた後、800rpm で5分間遠心してプロ
トプラストを沈澱、回収した。得られたプロトプラスト
は、塩化カルシウム10mMを含む0.6M マンニトール液で
3回洗浄し、培養に供試した。 【0022】実施例4 プロトプラストの培養 実施例3で得られたプロトプラスト1.0×106 個を0.
4M マルトース、2mg/l 2,4-D、1.5%のSea Plaque A
garoseを含有するLM培地1ml に懸濁して、直径6cmのシ
ャーレ上に速やかに広げ、薄く固めた。固化したアガロ
ースゲルのまわりに液体の上記培地を4ml加え、さらに
増殖の盛んなオオムギ懸濁培養細胞を300mg(fresh w
eight)/6cm dish 程度共存させて、暗黒下で振盪培養
を行った。培養開始後2週間目に共存培養細胞を取り除
き、マルトースを5%含むLM培地を添加して、さらに培
養を続けると、1〜2週間で直径1.0〜2.0mm程度のコ
ロニーが形成された。 【0023】実施例5 植物体の再分化 実施例4で得た直径1.0〜2.0mm程度に成長したコロニ
ーを含むアガロースブロックを2%マルトース、1.0mg
/l IAA、0.5mg/l Zeatine、0.1%カゼイン加水分解物
を含み、0.8% Sea Plaque Agarose で固化したR2培地
上にのせて、25℃,200lux 照明下で培養した。培
養1ヵ月後に実体顕微鏡下で、黄緑色を呈し、胚発生的
に増殖している部分を直径2〜5mm程度で切り出して新
鮮な再分化培地上に移し、照明を2000lux に上げて
培養を続けた。その結果、3〜4週間で緑色の幼植物体
が観察され、さらに2〜3週間で移植可能な完全な植物
体へと成長した。 【0024】 【発明の効果】本発明のオオムギプロトプラストからの
植物体の再生方法によれば、短期間にかつ効率良く健全
な植物体のみを再生することができる。よって、遺伝子
組換え、細胞融合などのバイオテクノロジーを利用した
新品種の育成に利用されることが期待される。
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭61−74519(JP,A) 特開 昭61−265022(JP,A) BIO/TECHNOLOGY Vo l.7(1989.7)P.581−587 Plant Cell Repor t. Vol.7(1988)P.414−417 (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) A01H 4/00 BIOSIS

Claims (1)

  1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項1】 受粉後10〜20日目のオオムギ未熟胚
    から誘導したカルスを培養して得た懸濁細胞のうち直径
    2mm以下の小細胞塊のみを継代培養し、これを培地1に
    対して0.1の容量の2年間以上継代培養を継続中の
    殖の活発な細胞系の培養濾過液を含有する培地で培養し
    た培養液からプロトプラストを単離し、当該プロトプラ
    ストより得たカルスの胚発生的に増殖している部分を切
    り出し、当該部分を再分化培地で培養してオオムギ植物
    体を得ることを特徴とするオオムギ植物体の再生方法。
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CN109349107B (zh) * 2018-11-02 2021-05-28 西藏自治区农牧科学院农业研究所 一种青稞试管苗快繁方法
CN113717924A (zh) * 2021-10-18 2021-11-30 河北农业大学 一种枣树原生质体的高效分离方法及其应用

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