JP3882952B2 - Plant promoter - Google Patents

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【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、植物においてプロモーター機能を有する植物プロモーターに関するものである。さらに、詳しくはワタ繊維などの発現の調節を行う植物プロモーターに関する。該植物プロモーター機能を有する塩基配列は、真核生物または原核生物においても外来遺伝子の発現を調節することが可能である。
【0002】
【従来の技術】
プロモーターとは、DNAを鋳型にmRNA合成を開始するDNA上のシグナルであり、特徴的な塩基の共通配列を有する。特に、真核生物においては転写開始点の20塩基前後上流に、TATAボックスと呼ばれる共通配列があり、この部位が転写開始に必要な部位であると考えられている。目的の蛋白質を大量に産生させるためには、より強力なプロモーターを用いることが有利であると考えられている。一般に、植物ではその活性が強いということから、カリフラワーモザイクウイルス、CaMVの35Sプロモーターがよく利用されている。実際に、除草剤耐性植物の作出やウイルス抵抗性植物の作出に用いられている。しかし、35Sプロモーターには組織特異性がなく、目的によっては組織特異性が要求されることがある。植物組織特異性をもつプロモーターとしては、シス因子、トランス因子の研究が行われている。植物組織特異性をもつプロモーターを用いると、所望の器官において、導入した遺伝子の発現を調節できる形質転換植物体を作出することができる。
【0003】
現在、ワタ繊維はゴシピウム(Gossypium) 属に属するワタ植物を栽培し、得られたさく果(コットンボール)から採取することにより生産されている。ワタ繊維において、繊維特性を示す特性値は種々あるが、特に重要なものとして、繊維長、繊度、強度などがあげられる。従来から、ワタ繊維の特性を改善するために多大な努力がなされてきた。今日、遺伝子工学の発展により、ワタ植物を形質転換して、その繊維特性を変えることが可能となってきている。その際に、目的遺伝子を所望の時期および組織において発現させることは非常に重要なことである。しかし、ワタ繊維の形成および伸長機構については十分に解明されておらず、関与する遺伝子やプロモーターも十分に分かっていないのが現状である。目的の遺伝子を目的の組織または時期に発現させるには、CaMV35Sプロモーターのように常に発現しているものではなく、より特異的なプロモーターを用いる必要がある。特にワタ繊維の改良にはこうしたプロモーターが欠かせない。
【0004】
ワタ繊維は胚珠の表皮細胞の1つ1つが伸長したものであり、1本の繊維は1つの細胞よりできている。繊維はイニシエーション、エロンゲーション、二次壁沈着、マチュレーションの段階を経て形成される。これまでにいくつかのワタ由来のプロモーターが発見され、繊維特異性を改善するのに有用であると報告されており(WO 94/12014)、E6またはB8プロモーターが開示されている。特に、E6について詳しく研究されており、E6mRNAは開花後、15日以降で繊維に強く発現していることが示されている。また、ノザンブロティングをロングエクスポーズすると花や胚珠、葉に弱いシグナルが得られている(Proc. Natl. Acad. Sci. USA 89, 5769-5773, 1992)。さらにFbL2Aプロモーターは綿繊維で開花後、25日から30日に強く発現することが示されている(Plant Physiol.(1996)112:1331-1341) 。
また、プロモーターの強さ、働く時期などはそれぞれのプロモーターによって、様々に異なっていることが知られている。しかし、開花15日以降はワタの繊維形成において、エロンゲーションの後半以降にあたり、繊維特性の改善には、これらのプロモーターだけでは十分ではなく、開花直後から繊維の伸長が終了する迄に発現するプロモーターも必要である。しかしながら、このようなプロモーターは未だ発見されていない。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的の1つは、ワタ繊維の繊維特性を改善するために有用なプロモーターを提供することにある。さらには、他の植物においても、目的の遺伝子を所望の組織または器官で発現させる新規な形質転換植物体を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、すでに、ワタ繊維の繊維特性を改善あるいは生産性を向上させるために鋭意研究して、ワタ繊維よりいくつかのcDNAを単離した(特願平8-31987 号) 。これらの単離したcDNAの時期および組織特異的な発現を調べ、さらに、これらの遺伝子の1つ、pKC18の上流配列をクローニングし、解析した結果、ワタ繊維の繊維特性を改善あるいは生産性を向上させる植物プロモーターを見出し、本発明に到達した。
【0007】
すなわち、本発明は以下の(a)又は(b)のDNAを含む植物プロモーターである。
(a)配列番号1記載の塩基配列からなるDNA
(b)(a)の塩基配列からなるDNAにおいて、1もしくは複数の塩基が欠失、置換もしくは付加された塩基配列からなり、かつ、植物プロモーターとして作用する能力を有するDNA
【0008】
また、本発明は上記植物プロモーターをベクターに導入した植物発現ベクターである。
【0009】
さらに、本発明は上記植物発現ベクターを宿主植物細胞に導入した形質転換植物細胞である。
【0010】
また、本発明は上記形質転換植物細胞から再生された形質転換植物体である。
【0011】
本発明は上記形質転換植物体より得られた植物種子である。
【0012】
本発明は上記植物プロモーターを挿入した植物発現ベクターを宿主植物細胞に導入して形質転換植物細胞を得、該形質転換植物細胞から形質転換植物体を再生し、得られた形質転換植物体より植物種子を得、該種子から植物体を生産することを特徴とする植物体の製造法である。
【0013】
【発明の実施態様】
本発明の「植物プロモーター」とは、植物において、プロモーターとして作用する能力(プロモーター機能)を有するDNAである。「プロモーター」とは、DNAを鋳型にmRNA合成(転写)を開始するDNA上の特定塩基配列を意味し、塩基の共通配列を持ち、これを認識してmRNAを合成する酵素(RNAポリメラーゼ)がmRNAを合成する。本発明において、「プロモーター機能」とは、DNAポリメラーゼがDNA上の特異的な領域に結合し、転写開始する作用をいう。本発明の植物プロモーターは、具体的には、以下の(a)又は(b)のDNAを含む。
(a)配列番号1記載の塩基配列からなるDNA。
(b)(a)の塩基配列からなるDNAにおいて、1もしくは複数の塩基が欠失、置換もしくは付加された塩基配列からなり、かつ、植物プロモーターとして作用する能力を有するDNA。
【0014】
本発明の植物プロモーターを得るために、本発明者らはノザンブロッティングで胚珠及び伸長中の繊維で強いシグナルが得られた遺伝子、pKC18(特願平 8-31987号) の上流領域をクローニングした。これまでにノザンブロッティングにより、pKC18は開花10日目の胚珠に強いシグナルが表れ、開花後14日目の繊維で最もシグナルが強く、完熟種子、幼植物体、葉でシグナルが見られないことより、pKC22の上流領域には繊維伸長時に働く非常に特異的なプロモーターが存在すると予測できる。したがって、本発明の植物プロモーターは、その塩基配列(配列番号1)が、ワタ(Gossypium属)由来のヌクレオチド配列である。さらに、配列番号1記載の塩基配列は、ワタ繊維伸長前期に、ワタ繊維組織において発現するpKC18の上流に位置する塩基配列である。
【0015】
本発明の植物プロモーターは、配列番号1記載の塩基配列からなるDNAにおいて、1もしくは複数の塩基が欠失、置換もしくは付加された塩基配列からなり、かつ、植物プロモーターとして作用する能力を有するDNAである。本発明の植物プロモーターには、配列番号1記載の塩基配列の5’末端をプロモーター活性が有るかぎり、欠失したものが含まれる。
【0017】
本発明の「植物発現ベクター」とは、上記植物プロモーターをベクターに導入したものであり、ベクターとしては、大腸菌由来のベクター、例えば、pT7Blueベクター、β−グルクロニダーゼ遺伝子(GUS)を含むプラスミド、pBI101−Hm2、シャトルベクター、ヘルパープラスミド、pRK2013などが挙げられる。また、植物ウイルス、例えばカルフラワーモザイクウイルスを利用することもできる。ベクターはそれぞれの宿主細胞に応じて選択する。
植物プロモーターをベクターに導入する方法は、通常の遺伝子をベクターに導入する方法に従う。
【0018】
本発明の「形質転換植物細胞」とは、上記植物発現ベクターを宿主植物細胞に導入した形質転換植物細胞である。宿主植物細胞としては、シロイヌナズナWassilewskija 株、トマト、タバコ、ペチュニア、コムギ、イネ、トウモロコシ、カボチャ、キュウリ、ワタなどが挙げられる。
植物発現ベクターを宿主植物細胞に導入する形質転換法としては、エレクトロポレーション法、プロトプラスト融合法、マイクロインジェクション法 、ポリエチレングリコール法あるいはパーティクルガン法などを挙げることができる。
【0019】
本発明の「形質転換植物体」とは、上記形質転換植物細胞から再生された形質転換植物体である。再生方法としては、カルス状の形質転換細胞をホルモンの種類、濃度を変えた培地へ移して培養し、不定胚を形成させ、完全な植物体を得る方法がある。使用する培地としては、ワタではMSIC培地(MS塩、0.75% MgCl2, 1.9g/l KNO3, 30g/l グルコース、2.0g/l ジェランガム、 pH5.8) 、ニンジンでは Kamada & Harada培地などが例示される。
【0020】
本発明の「植物体を製造する方法」は、上記植物プロモーターを挿入した植物発現ベクターを宿主細胞に導入して植物細胞を得、該植物細胞から形質転換植物体を再生し、得られた形質転換植物体より植物種子を創成し、該種子から植物体を生産する工程を含む。
形質転換植物体から植物種子を創成する工程とは、形質転換植物体を発根培地より取り出し、水を含んだ土を入れたポットに植え、一定温度下で生育させる。生育が続き、花を形成し、最終的に種子が形成される工程という。また、種子から植物体を生産する工程とは、形質転換植物体上で形成された種子が成熟したところで、単離して、水を含んだ土に播種し、一定温度、照度下で生育させることにより、植物体を生産する工程をいう。
【0021】
本発明の具体的な工程例としては、下記工程が例示される。
(1) ワタ繊維組織特異的遺伝子、pKC18の上流領域のクローニング
(2) β−グルクロニダーゼ遺伝子(GUS遺伝子)との融合
(3) プラスミドのアグロバクテリウムへの導入
(4) 無菌シロイヌナズナの栽培
(5) アグロバクテリウムの感染
(6) 除菌
(7) 形質転換植物の選択
(8) 形質転換植物の再生
(9) 抗生物質耐性株の取得
(10) GUS活性の測定
【0022】
〈1〉ワタ繊維形成および伸長に関与する遺伝子のプロモーター領域の単離
ワタ繊維から得られた組織特異的遺伝子、pKC18(特願平8-31987 号) の塩基配列より、合成オリゴヌクレオチドを作製し、インバースPCR法を行う。ワタ繊維よりゲノムDNAを抽出した後、制限酵素、EcoRI で切断し、セルフライゲーションさせた後、PCRの鋳型として使用する。第1プライマー群を用いて、PCRを行った後、反応産物をさらに第2プライマー群を用いてPCRを行い、上流領域をクローニングする。
アガロースゲル電気泳動で目的の長さのクローンを得た後、TAクローニングベクターにサブクローニングして、オートシークエンサーを用いて配列決定を行う。得られたPCR断片の配列の一部がpKC18の配列と完全に一致したことから、pKC18の上流(植物プロモーター)と判断する。
【0023】
〈2〉ワタ繊維形成および伸長に関する遺伝子のプロモーター領域の利用
上記方法により得た植物プロモーターを、ワタ植物またはワタ以外の植物において、キメラ遺伝子コントラクトをつくり、繊維形成および伸長に関与するタンパクの発現制御に利用することができる。さらに、シグナルペプチドをコードするDNA配列とも組み合わせると、細胞壁での各種タンパクの発現による細胞壁成分の改変が可能となり、耐病性等を付与した新規植物の育種にも応用できる。
【0024】
例えば、繊維形成および伸長に関与する遺伝子を本発明の植物プロモーターに接続して、ワタ植物または他の植物に導入すると、目的タンパクの含量を増大させることができる。これに対し、マイナス鎖(コード配列に相補的な配列)の少なくとも一部を逆向きにプロモーターに接続したものを植物に導入し、いわゆるアンチセンスRNAを発現させると、目的タンパク含量を低下させることができる。
【0025】
〈3〉植物プロモーターのベクターへの導入と宿主植物細胞の形質転換
植物細胞の形質転換方法としては、プロトプラストに電気パルス処理してプラスミドを植物細胞へ導入するエレクトロポレーション法や、小細胞、細胞、リソソーム等とプロトプラストとの融合法、マイクロインジェクション法、ポリエチレングリコール法、あるいは、パーティクルガン法等の方法を挙げることができる。
また、植物ウイルスをベクターとして利用することによって、該目的遺伝子を植物体に導入することができる。利用する植物ウイルスとしては、例えばカリフラワーモザイクウイルス(CaMV)を用いることができる。すなわち、まず、ウイルスゲノムを一旦、大腸菌由来のベクターなどに挿入して組換え体を調製した後、ウイルスのゲノム中にこれらの目的遺伝子を挿入する。このようにして修飾されたウイルスゲノムを制限酵素により該組換え体から切り出し、植物体に接種することによって、これらの目的遺伝子を植物体に挿入することができる〔ホーン(Hohn)ら、モレキュラー・バイオロジー・オブ・プラント・チューモアーズ(Molecular Biology of Plant Tumors)、アカデミック・プレス、ニューヨーク(Academic Press、New York)、第 549〜560 頁(1982)、米国特許第 4,407,956号〕。
【0026】
さらに、アグロバクテリウムのTiプラスミドを利用する方法がある、アグロバクテリウム属に属する細菌が植物に感染すると、それが持っているプラスミドDNAの一部を植物ゲノム中に移行させるという性質を利用して、これらの目的遺伝子を植物体に導入することもできる。アグロバクテリウム属に属する細菌のうち、アグロバクテリウム・ツメファシエンス(Agrobacterium tumefaciens) は植物に感染してクラウンゴールと呼ばれる腫瘍を、アグロバクテリウム・リゾゲネス(Agrobacteriumu rhizogenes) は植物に感染して毛状根を引き起こすが、これらは感染の際にTiプラスミドまたはRiプラスミドと呼ばれる、それぞれの細菌中に存在するプラスミド上のT−DNA領域(Transferred DNA)と呼ばれる領域が植物中に移行し、植物のゲノム中に組み込まれることに起因する。さらに、TiまたはRiプラスミド上にはT−DNA領域が植物中に移行し、植物のゲノム中に組み込まれるために必須であるvir領域と言われる領域がある。vir領域自身は、植物中に移行されることはなく、またこのvir領域はT−DNA領域が存在するのと異なったプラスミド上にあっても機能しうる〔Nature, 303, 179, (1983)〕。
【0027】
TiまたはRiプラスミド上のT−DNA領域中に、植物ゲノム中に組込みたいDNAを挿入しておけば、アグロバクテリウム属の細菌が植物体に感染する際に目的とするDNAを植物ゲノム中に組込むことができる。ここで、TiまたはRiプラスミドのT−DNA中のクラウンゴール、又は毛状根を引き起こす部分を、目的とする移行機能を損なうことなく取り除き、得られたものをベクターとして使用することもできる。本発明においてはこのような種々のベクターを用いることができる。
例えば、バイナリーベクターと呼ばれるpBI101(クロンテック社)等のベクターに、本発明のプロモーターに繊維形成および伸長に関与する遺伝子をセンスまたはアンチセンス方向で接続したものを挿入して、これらを植物細胞に導入することができる。なお、これらのベクターは前出のvir領域を有しておらず、該ベクターを導入して用いるアグロバクテリウム属の細菌は、vir領域を有している他のプラスミドを含有している必要がある。
【0028】
また、これらのベクターはアグロバクテリウム属の細菌だけではなく、大腸菌中でも増幅することができるシャトルベクターであり、したがって、Tiプラスミドの組換え操作は、大腸菌を用いて行うことができる。更に、これらのベクターは、抗生物質耐性遺伝子を含んでおり、大腸菌、アグロバクテリウム属の細菌または植物細胞等を形質転換する際に、形質転換体を容易に選別することができる。また、これらのベクターにはカリフラワーモザイクウイルス、CaMVの35Sプロモーターが存在しており、これらのベクターに挿入された遺伝子を植物ゲノム中に組み込んだ後、非調節的に発現させることが可能となる。
【0029】
〈4〉形質転換植物細胞から植物体の再生
以下に、シロイヌナズナにおける、アグロバクテリウムによる目的遺伝子の導入および形質転換細胞の植物体への再生法を詳述する。
シロイヌナズナの種子を常法に従って、GMプレートに播種し、無菌的に栽培する。発根した胚軸の切片を用いてCIMプレート上でカルス培養を行う。本発明の植物プロモーターに目的遺伝子を接続し、カナマイシン及びハイグロマイシン耐性遺伝子を有するプラスミドにより形質転換したアグロバクテリウムを培養し、希釈したものをチューブに分注し、カルス化した胚軸の切片を浸し、数日間、CIMプレート上で共存培養する。アグロバクテリウムが肉眼で観察できるまで十分に増殖したら、除菌操作を行ない、SIMプレート上で数日間、培養を行う。これらの切片を最終的にSIMプレート上で培養し、1週間ごとに新しいプレートに移植を繰り返す。形質転換した切片は増殖を続け、カルスが現れてくる。抗生物質で選択しているため、非形質転換切片は褐変する。形質転換体が5mm程度の大きさになり、シュートを形成するまで培養する。完全なシュートの形状を示すようになったら、シュートの根元をカルス部分を含まないようにメスで切り取り、RIMプレートに移植する。大きなカルスが付いていると、発根してもカルスを介して根が出ていて、ロゼットとは維管束がつながっていないことが多い。発根後、無機塩類培地〔5mM KNO3, 2.5mM K- リン酸緩衝液(pH5.5), 2mM MgSO4, 2mM Ca(NO3)2, 50μM Fe-EDTA, 1000 ×微量要素(70mM H3BO3, 14mM MnCl2, 0.5mM CuSO4, 1mM ZnSO4, 0.2mM NaMoO4, 10mM NaCl, 0.01mM CoCl2) 1ml/リットル〕に浸したロックウール上に定植する。
【0030】
発根した植物体は無機塩類培地に浸した土に移植し、種子を得ることができる。この種子を滅菌処理し、GM培地に播種して発芽させることにより形質転換体を得ることができる。この形質転換体より、常法に従ってDNAを抽出し、このDNAを適当な制限酵素で切断し、繊維形成および伸長に関与する遺伝子をプローブに用いてサザンハイブリダイゼーションを行ない、形質転換の有無を確認することができる。
【0031】
また、形質転換体や非形質転換体より、常法に従ってRNAを抽出し、繊維形成および伸長に関与する遺伝子のセンスまたはアンチセンス配列を有するプローブを作成し、これらのプローブを用いてノザンハイブリザイゼーションを行ない、目的遺伝子の発現の状態を調べることができる。
【0032】
【発明の効果】
本発明では、レポーター遺伝子として広く植物で使われているGUS遺伝子を本発明のプロモーターの3’末端に連結して使用すると、GUS活性を調べることで簡単にプロモーターの強さを評価できる。レポーター遺伝子としては、GUS遺伝子に限らず、ルシフェラーゼ、グリーンフルオレセイントプロテインも使用することができる。
繊維形成および伸長に関与する遺伝子は、ワタ繊維細胞において、ワタ繊維形成過程で発現し繊維伸長に関与するため、この塩基配列の上流領域などを用いることで、ワタ繊維の伸長に関与する転写因子などが同定される可能性がある。従って、本発明の植物プロモーターは、ワタ繊維形成および伸長に関与するプロモーターであり、繊維形成および伸長を誘導する技術の確立、繊維伸長に関与するシス因子やトランス因子の単離、繊維形成および伸長のメカニズムの解明またはそれを調節する遺伝子の単離に利用することができ、細胞形成及び伸長の技術分野においてもきわめて有用である。
【0033】
さらに、繊維形成および伸長に関与するタンパクをコードしている塩基配列と、本発明の植物プロモーターを結合したキメラ遺伝子を作製して、特定の組織の植物細胞壁の構造を変化させることができ、工業分野で用いられる植物原料の加工に有用である。また、一般にカリフラワーモザイクウイルスの35Sプロモーターを用いることによって、植物の器官全体に生活環の全過程を通して形態変化をもたらすことができる。光、熱、傷害などの調節性のプロモーターを用いれば、生育環境に応じて、その形態が変化しうる植物体を作製することができる。また、器官または組織に特異的なプロモーターを用いれば、特定の器官または組織だけに形態変化を生じさせることができる。つまり、本発明のプロモーターは器官特異的なものであるから、本発明のプロモーターを用いることによって、例えば繊維の形成を制御し、繊維特性の変化をもたらすことができる。
【0034】
本発明の植物プロモーターを用いることにより、特定の植物組織に特異的に目的遺伝子を発現させることができる。特にシロイヌナズナの維管束系やワタ繊維の伸長時に目的遺伝子を発現させることができる。さらに、本発明の植物プロモーターを用い、特定の遺伝子をワタ繊維に発現させることにより、ワタ繊維の特性(繊維長、繊度、強度等)の改善および収量の向上を行うことが可能となる。さらに、本発明の植物プロモーターを利用することにより、より優れた繊維特性を有し、かつ、生産性の高い新規なワタ品種を作出することができる。
【0035】
【実施例】
以下に、本発明を実施例により具体的に説明する。
実施例1
(1) ワタ繊維組織由来の遺伝子、pKC18の上流領域 (GKC18)のクローニングワタ植物(Gossypium属)の播種後、18日の幼植物体を用いて、Murray and Thompson の改良法でゲノムDNAを抽出し、インバース(inverse) PCR法でゲノムDNAのクローニングを行った。
すなわち、制限酵素HindIII で1μgのゲノムDNAを切断した後、T4ライゲースでセルフライゲーションさせた。ライゲーションしたDNA 500μgを鋳型にしてPCR試薬キット(LA-PCR キット、宝酒造)を用いて、pKC18の上流域(以下、GKC18と略す)を増幅させた。該反応は、配列番号2および3に示した核酸配列を有する第1プライマー群を用い、94℃、15秒間および65℃、12分間を28サイクル実施した。次に、このPCR産物を用いて、配列番号4および5に示した塩基配列を有する第2プライマー群を用いて、同様の条件でPCRを行った。このPCR産物を電気泳動で量および長さを確認し、得られたDN断片をベクター、pT7BlueTに導入し、大腸菌JM109を形質転換して、クローニングした。その後、シーケネースシークエンスキット(アマシャム社)を用いて、GKC18の塩基配列を決定した。該塩基配列はプライマーの配列よりcDNAと全て一致し、cDNAに対応するゲノム領域であることが確認できた。この塩基配列を配列番号1に示す。
【0036】
(2) β−グルクロニダーゼ遺伝子(GUS遺伝子)との融合
β−グルクロニダーゼ遺伝子(GUS)を含むプラスミド、pBI101−Hm2(奈良先端大学、新名淳彦教授から入手)を制限酵素、HindIII およびSacIで切断した後、アガロースゲル電気泳動を行って、該プラスミド中のGUS遺伝子を取り出した。このGUS遺伝子をプラスミド、pUC19の制限酵素、HindIII およびSacIサイトに挿入して、プラスミド、pGUSを得た。
次にプラスミド、pGKC18を制限酵素、NcoIで切断し、平滑末端化してから、HindIII で切断後、上記プラスミド、pGUSの制限酵素、HindIII/SmaIサイトに挿入した。挿入されたEcoRI-SacI断片の塩基配列から正しく挿入されたか否かを確認して、正しく挿入されたプラスミドをpGKC18:GUSと命名した。さらに、このプラスミド、pGKC18:GUSを制限酵素、HindIII およびSacIで切断し、電気泳動後、HindIII-SacI断片を上記プラスミド、pBI101−Hm2の制限酵素、HindIII およびSacIサイトに挿入して、新規なプラスミド、pBI18:GUSを得た。次いで、該プラスミド、pBI18:GUSで大腸菌JM109を形質転換して、Escherichia coli JM109/pBI18:GUSを得た。この工程を図1に示す。
【0037】
(3) プラスミドのアグロバクテリウムへの導入
(2)で得られた大腸菌、Escherichia coli JM109/pBI101-18:GUSおよびヘルパープラスミド、pRK2013をもつ大腸菌を、それぞれ59mg/lのカナマイシンを含むLB培地で、37℃で一晩、培養した。別途、アグロバクテリウムEHA101株(奈良先端大学、新名教授から入手)を50mg/lのカナマイシンを含むLB培地で37℃で2晩培養した。
各培養液を1.5mlをエッペンドルフチューブに取り、集菌した後にLB培地で洗浄した。これらの菌体を1mlのLB培地に懸濁後、3種の菌を100μlずつ混合し、LB寒天培地にまき、28℃で培養してプラスミドをアグロバクテリウムに接合伝達させた。1〜2日後に一部を白金耳でかきとり、50mg/lカナマイシン、20mg/lハイグロマイシンおよび25mg/lクロラムフェニコールを含むLB寒天培地上に塗布した。28℃で2日間培養した後、単一コロニーを選択した。得られた形質転換体を EHA101/pBI18:GUS と命名した。
【0038】
(4) 無菌シロイヌナズナ(Arabidopsis thaliana)の栽培
シロイヌナズナWassilewskija 株(以下、WS株と称す)の種子(奈良先端大学、新名惇彦教授から入手)数10粒を1.5mlチューブに入れ、70%エタノール1mlを加え、3分間放置した。続いて、滅菌液(5%次亜塩素酸ナトリウム、0.02%TritonX-100)に3分間浸し、滅菌水で5回洗浄した後に、GMプレート(1リットルあたりでムラシゲ−スクーグ無機塩類4.3g、ショ糖10g 、ミオイノシトール0.1g、ジェランガム5g、pH5.7)に置床した。このプレートを4℃に2日間放置して、低温処理を行い、続いて植物インキュベーター(サンヨー製、MLR-350HT)中に22℃、弱光下にて、7日間培養した。
【0039】
(5) アグロバクテリウムの感染
前記(4) で7日間培養したWS株の胚軸を数株ずつそろえて、メスで約1.0cm程度に切りそろえ、CIMプレート(1リットルあたりガンボーグB5ソルト3.9g、グルコース20g 、ミオイノシトール0.1g、ジェランガム5g、2,4 −ジクロロフェノキシ酢酸を0.5 μg 、カイネチンを0.05μg となるように加えたもので、pH5.7)に置き並べた。光強度3000ルクス、24時間明期で2日間培養し、上記(3) にて得た形質転換体、EHA101/pBI18:GUS を1日間、28℃で培養した菌液をMS希釈液 (ムラシゲ−スクーグ無機塩類6.4g/l、pH6.3)で3倍に希釈したものをそれぞれ1mlずつチューブに分注し、この中にカルス化した胚軸(CIM培地で2日間培養したもの)を10分間浸した。2枚重ねた滅菌ろ紙上に並べ、余分な水分を除き、新しいCIMプレートに各々20本ほどを置き並べた。同条件にて2日間共存培養した。
【0040】
(6) 除菌
各々の菌株が肉眼で観察できるまで十分に増殖した切片を除菌液(MS希釈液にクラフォランを終濃度200μg/mlになるように加えたもの) に移し、ゆっくり振蘯させて60分間洗浄した。この操作を5回繰り返した後、滅菌ろ紙上で水分を取り除き、SIMプレート(1リットルあたりガンボーグB5ソルト3.9g、グルコース20g 、ミオイノシトール0.1g、ジェランガム5g、カナマイシン50mg、ハイグロマイシンB20mg、クラフォラン0.2g、ヴァンコマイシン0.5g、2iP5mg、IAA を終濃度0.15mg、となるように加えたもので、pH5.7)に置き並べ、光強度4000ルクスで2日間培養した。
【0041】
(7) 形質転換植物の選択
前記で2日間培養した切片をSIMプレートに移植し、光強度4000ルクスで培養した。以後、1週間毎に新しいSIMプレートに移植した。形質転換した切片は増殖を続け、ドーム状に盛り上がったカルスとなるが、非形質転換体は褐変した。形質転換体は約2週間後、カルスが緑色を呈し、約1カ月後、シュートが形成された。
【0042】
(8) 形質転換植物の再生
シュートとなった植物体の根元を、カルス部分を含まないように剃刃もしくはメスで切り取り、RIMプレート(1リットルあたりMSソルト4.3g、シュクロース10g 、ミオイノシトール0.1g、ジェランガム3.5g、インドールブチリックアシッド0.02mg、pH5.7)に軽く乗せるように挿した。約1カ月後、1〜2cm程度の根が数本形成したものをピンセットでとりだし、パーライトとバーミキュライト(TES社製)を1:1に混合し、無機塩類混合培地に浸した土に植え換えた。約1カ月後、1株につき数百粒の種子が得られた。これを以後、T1種子と称す。
【0043】
(9) 抗生物質耐性株の取得
T1種子約100粒を前記(4) と同様の方法で滅菌し、GMプレート (カナマイシン50mg、ハイグロマイシンB20mg入り)に播種した。ほぼ3:1の割合でカナマイシンおよびハイグロマイシンB耐性株が発芽した。
【0044】
(10) GUS活性の測定
得られたホモ接合体である形質転換シロイヌナズナを栽培し、組織をメスで切り取り、切片を数mlの固定液(0.03 %ホルマリン、10mM MES (pH5.6)、0.3M マンニトール) に室温で45分間浸す。つぎに50mMリン酸バッファー(pH7.0) で数回洗った。切片をGUS染色液(50mM リン酸バッファー、0.5Mフェリシアン化カリウム、0.5Mフェロシアン化カリウム、1mM X-Gluc)に浸し、真空装置で吸引して溶液を試料内部までよく染み込ませ、37℃で一晩インキュベートした。クロロフィルを除くため、5%ホルマリンに10分間浸した後、5%酢酸に10分間、50%エタノールに10分間、100%エタノールに10時間浸した。青く染まった組織を顕微鏡で観察したところ、シロイヌナズナでもプロモーター活性は認められた。特に幼植物体発現が見られた (図2)。また花茎の葉に発現が認められた(図3)。さらに9週間目のさやの基部にも発現が認められた(図4)。これらの結果より、本発明のDNAはワタ以外の植物であるシロイヌナズナでも組織特異性をもったプロモーターとして働くことがわかった。
【0045】

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【0046】
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【0047】
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【0048】
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【0049】
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【図面の簡単な説明】
【図1】形質転換体、Escherichia coli JM109/pBI18:GUSの構築を示す図である。
【図2】形質転換シロイヌナズナ(暗所生育、1週間目のシロイヌナズナ)のGUS染色を示す図に代わる写真である。
【図3】形質転換シロイヌナズナ(7週間目のシロイヌナズナ)のGUS染色を示す図に代わる写真である。
【図4】形質転換シロイヌナズナ(9週間目のシロイヌナズナ)のGUS染色を示す図に代わる写真である。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a plant promoter having a promoter function in a plant. More specifically, the present invention relates to a plant promoter that regulates the expression of cotton fiber and the like. The base sequence having the plant promoter function can regulate the expression of foreign genes in eukaryotes or prokaryotes.
[0002]
[Prior art]
A promoter is a signal on DNA that initiates mRNA synthesis using DNA as a template, and has a common sequence of characteristic bases. In particular, in eukaryotes, there is a common sequence called a TATA box upstream of about 20 bases upstream of the transcription start point, and this site is considered to be a site necessary for transcription initiation. In order to produce a large amount of the target protein, it is considered advantageous to use a stronger promoter. Generally, since the activity is strong in plants, the cauliflower mosaic virus, CaMV 35S promoter is often used. In fact, it is used to produce herbicide-tolerant plants and virus-resistant plants. However, the 35S promoter does not have tissue specificity, and tissue specificity may be required depending on the purpose. Research has been conducted on cis and trans factors as promoters having plant tissue specificity. When a promoter having plant tissue specificity is used, a transformed plant body that can regulate the expression of the introduced gene in a desired organ can be produced.
[0003]
Currently, cotton fiber is produced by cultivating a cotton plant belonging to the genus Gossypium and collecting it from the obtained fruit (cotton ball). In cotton fibers, there are various characteristic values indicating fiber characteristics, and particularly important ones include fiber length, fineness, and strength. Conventionally, great efforts have been made to improve the properties of cotton fibers. Today, with the development of genetic engineering, it is possible to transform cotton plants and change their fiber properties. In that case, it is very important to express the target gene in a desired time and tissue. However, the formation and elongation mechanism of cotton fibers has not been fully elucidated, and the genes and promoters involved are not well understood. In order to express a target gene in a target tissue or time, it is necessary to use a more specific promoter instead of a constant expression like the CaMV35S promoter. Such promoters are indispensable for improving cotton fibers.
[0004]
Cotton fiber is an extension of each epidermal cell of the ovule, and one fiber is made of one cell. The fiber is formed through the stages of initiation, elongation, secondary wall deposition, and maturation. To date, several cotton-derived promoters have been discovered and reported to be useful in improving fiber specificity (WO 94/12014), and E6 or B8 promoters are disclosed. In particular, E6 has been studied in detail, and it has been shown that E6 mRNA is strongly expressed in the fiber after 15 days after flowering. In addition, long exposures of northern blotting give weak signals to flowers, ovules, and leaves (Proc. Natl. Acad. Sci. USA 89, 5769-5773, 1992). Furthermore, it has been shown that the FbL2A promoter is strongly expressed on the 25th to 30th days after flowering on cotton fibers (Plant Physiol. (1996) 112: 1331-1341).
In addition, it is known that promoter strength, working time, and the like vary depending on each promoter. However, after the 15th day of flowering, in the fiber formation of cotton, after the latter half of the elongation, these promoters are not sufficient for improving the fiber characteristics, but the promoters are expressed immediately after flowering until the end of fiber elongation. Is also necessary. However, such a promoter has not yet been discovered.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
One of the objects of the present invention is to provide a promoter useful for improving the fiber properties of cotton fibers. Furthermore, another object of the present invention is to provide a novel transformed plant that expresses a target gene in a desired tissue or organ in other plants.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
The present inventors have already intensively studied to improve the fiber characteristics of cotton fibers or improve productivity, and isolated several cDNAs from cotton fibers (Japanese Patent Application No. 8-31987). The timing and tissue-specific expression of these isolated cDNAs were examined, and the upstream sequence of one of these genes, pKC18, was cloned and analyzed. As a result, the fiber properties of cotton fiber were improved or the productivity was improved. The present inventors have found a plant promoter to be achieved and have reached the present invention.
[0007]
That is, the present invention provides the following (a): Or It is a plant promoter containing the DNA of (b).
(A) DNA comprising the base sequence described in SEQ ID NO: 1
(B) In DNA comprising the base sequence of (a), one or more base DNA comprising a nucleotide sequence deleted, substituted or added, and having the ability to act as a plant promoter
[0008]
The present invention also relates to a plant expression vector in which the above plant promoter is introduced into a vector.
[0009]
Furthermore, the present invention is a transformed plant cell obtained by introducing the above plant expression vector into a host plant cell.
[0010]
The present invention also provides a transformed plant regenerated from the transformed plant cell.
[0011]
The present invention is a plant seed obtained from the transformed plant body.
[0012]
The present invention introduces a plant expression vector into which a plant promoter is inserted into a host plant cell to obtain a transformed plant cell, regenerates the transformed plant from the transformed plant cell, and a plant is obtained from the obtained transformed plant. A method for producing a plant body comprising obtaining seeds and producing a plant body from the seeds.
[0013]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The “plant promoter” of the present invention is DNA having the ability to act as a promoter (promoter function) in plants. “Promoter” means a specific base sequence on DNA that initiates mRNA synthesis (transcription) using DNA as a template. It has a common base sequence and recognizes this to synthesize mRNA (RNA polymerase). Synthesize mRNA. In the present invention, “promoter function” refers to the action of DNA polymerase binding to a specific region on DNA and initiating transcription. The plant promoter of the present invention specifically includes the following (a): Or (B) DNA.
(A) DNA consisting of the base sequence described in SEQ ID NO: 1.
(B) In DNA comprising the base sequence of (a), one or more base DNA comprising a nucleotide sequence deleted, substituted or added and having the ability to act as a plant promoter.
[0014]
In order to obtain the plant promoter of the present invention, the present inventors cloned the upstream region of pKC18 (Japanese Patent Application No. 8-31987), a gene that gave a strong signal in the ovule and the growing fiber by Northern blotting. As a result of Northern blotting, pKC18 showed a strong signal in the ovule on the 10th day of flowering, the strongest signal in the fibers on the 14th day after flowering, and no signal in the mature seeds, seedlings, and leaves. Thus, it can be predicted that a very specific promoter acting during fiber elongation exists in the upstream region of pKC22. Therefore, the plant promoter of the present invention has a nucleotide sequence (SEQ ID NO: 1) derived from cotton (Gossypium genus). Furthermore, the base sequence described in SEQ ID NO: 1 is a base sequence located upstream of pKC18 that is expressed in cotton fiber tissue in the early stage of cotton fiber elongation.
[0015]
The plant promoter of the present invention is a DNA comprising the base sequence set forth in SEQ ID NO: 1, wherein base Is a DNA consisting of a base sequence deleted, substituted or added and having the ability to act as a plant promoter. The plant promoter of the present invention includes those obtained by deleting the 5 ′ end of the base sequence described in SEQ ID NO: 1 as long as the promoter activity exists.
[0017]
The “plant expression vector” of the present invention is obtained by introducing the above plant promoter into a vector. Examples of the vector include a vector derived from E. coli, such as a pT7Blue vector, a plasmid containing a β-glucuronidase gene (GUS), pBI101- Hm2, shuttle vector, helper plasmid, pRK2013 and the like. Also, plant viruses such as calflower mosaic virus can be used. The vector is selected according to each host cell.
The method for introducing a plant promoter into a vector follows the method for introducing a normal gene into a vector.
[0018]
The “transformed plant cell” of the present invention is a transformed plant cell obtained by introducing the plant expression vector into a host plant cell. Examples of host plant cells include Arabidopsis thaliana Wassilewskija strain, tomato, tobacco, petunia, wheat, rice, corn, pumpkin, cucumber, cotton and the like.
Examples of transformation methods for introducing plant expression vectors into host plant cells include electroporation method, protoplast fusion method, microinjection method, polyethylene glycol method and particle gun method.
[0019]
The “transformed plant body” of the present invention is a transformed plant body regenerated from the transformed plant cell. As a regeneration method, there is a method in which callus-like transformed cells are transferred to a medium with different types and concentrations of hormones and cultured to form somatic embryos to obtain complete plants. As a medium to be used, cotton uses MSIC medium (MS salt, 0.75% MgCl 2 , 1.9g / l KNO Three , 30 g / l glucose, 2.0 g / l gellan gum, pH 5.8), and carrots include Kamada & Harada medium.
[0020]
In the “method for producing a plant” of the present invention, a plant expression vector having the plant promoter inserted therein is introduced into a host cell to obtain a plant cell, and a transformed plant body is regenerated from the plant cell. A step of creating a plant seed from the converted plant and producing the plant from the seed is included.
The step of creating plant seeds from the transformed plant is to take the transformed plant from the rooting medium, plant it in a pot containing water-containing soil, and grow it at a constant temperature. The process of growing, forming flowers, and finally forming seeds. In addition, the process of producing a plant from seeds is to isolate the seed formed on the transformed plant when it has matured, sow it in soil containing water, and grow it under a constant temperature and illuminance. The process of producing a plant body.
[0021]
The following processes are illustrated as a specific process example of the present invention.
(1) Cloning of upstream region of cotton fiber tissue specific gene, pKC18
(2) Fusion with β-glucuronidase gene (GUS gene)
(3) Introduction of plasmid into Agrobacterium
(4) Cultivation of sterile Arabidopsis
(5) Agrobacterium infection
(6) Disinfection
(7) Selection of transformed plants
(8) Regeneration of transformed plants
(9) Acquisition of antibiotic-resistant strains
(10) Measurement of GUS activity
[0022]
<1> Isolation of promoter region of genes involved in cotton fiber formation and elongation
A synthetic oligonucleotide is prepared from the base sequence of the tissue-specific gene pKC18 (Japanese Patent Application No. 8-31987) obtained from cotton fiber, and subjected to inverse PCR. Genomic DNA is extracted from cotton fiber, cut with restriction enzyme EcoRI, self-ligated, and used as a PCR template. After performing PCR using the first primer group, the reaction product is further subjected to PCR using the second primer group, and the upstream region is cloned.
After obtaining a clone of the desired length by agarose gel electrophoresis, it is subcloned into a TA cloning vector and sequenced using an autosequencer. Since a part of the sequence of the obtained PCR fragment completely coincided with the sequence of pKC18, it was determined to be upstream of pKC18 (plant promoter).
[0023]
<2> Utilization of promoter region of gene for cotton fiber formation and elongation
The plant promoter obtained by the above method can be used to control the expression of proteins involved in fiber formation and elongation by creating a chimeric gene contract in cotton plants or plants other than cotton. Furthermore, when combined with a DNA sequence encoding a signal peptide, cell wall components can be modified by the expression of various proteins on the cell wall, and can be applied to breeding new plants with added disease resistance.
[0024]
For example, when a gene involved in fiber formation and elongation is connected to the plant promoter of the present invention and introduced into cotton plants or other plants, the content of the target protein can be increased. On the other hand, when a negative strand (sequence complementary to the coding sequence) at least partly connected to the promoter in the reverse direction is introduced into a plant and so-called antisense RNA is expressed, the content of the target protein is reduced. Can do.
[0025]
<3> Introduction of plant promoter into vector and transformation of host plant cell
Plant cell transformation methods include electroporation, in which plasmids are introduced into plant cells by electropulsing protoplasts, fusion of protoplasts with small cells, cells, lysosomes, microinjection method, polyethylene glycol method, etc. Alternatively, a method such as a particle gun method can be used.
Moreover, the target gene can be introduced into a plant by using a plant virus as a vector. As a plant virus to be used, for example, cauliflower mosaic virus (CaMV) can be used. That is, first, a viral genome is once inserted into a vector derived from E. coli to prepare a recombinant, and then these target genes are inserted into the viral genome. These target genes can be inserted into the plant body by excising the viral genome thus modified from the recombinant with a restriction enzyme and inoculating the plant body [Hohn et al., Molecular Biology of Plant Tumors, Academic Press, New York, 549-560 (1982), US Pat. No. 4,407,956].
[0026]
Furthermore, there is a method using the Agrobacterium Ti plasmid, which utilizes the property that when a bacterium belonging to the genus Agrobacterium infects a plant, a part of the plasmid DNA possessed by the bacterium is transferred into the plant genome. These target genes can also be introduced into plants. Among the bacteria belonging to the genus Agrobacterium, Agrobacterium tumefaciens infects plants and develops a tumor called crown gall. However, during infection, a region called a T-DNA region (Transferred DNA) on a plasmid present in each bacterium called a Ti plasmid or Ri plasmid is transferred into the plant during infection, and is transferred into the plant genome. Due to being incorporated into Furthermore, on the Ti or Ri plasmid, there is a region called a vir region that is essential for the T-DNA region to be transferred into the plant and integrated into the plant genome. The vir region itself is not transferred into the plant, and this vir region can function even on a different plasmid from that in which the T-DNA region exists [Nature, 303, 179, (1983). ].
[0027]
If the DNA to be integrated into the plant genome is inserted into the T-DNA region on the Ti or Ri plasmid, the target DNA is transferred into the plant genome when a bacterium belonging to the genus Agrobacterium infects the plant body. Can be incorporated. Here, the crown gall in the T-DNA of the Ti or Ri plasmid or the part causing the hairy root can be removed without impairing the intended migration function, and the resulting product can be used as a vector. In the present invention, such various vectors can be used.
For example, a vector such as pBI101 (Clontech) called a binary vector, in which a gene involved in fiber formation and elongation is connected in the sense or antisense direction to the promoter of the present invention, is inserted into plant cells. can do. Note that these vectors do not have the vir region described above, and the Agrobacterium bacterium used by introducing the vector needs to contain another plasmid having the vir region. is there.
[0028]
In addition, these vectors are shuttle vectors that can be amplified not only in bacteria belonging to the genus Agrobacterium but also in E. coli. Therefore, the recombination operation of the Ti plasmid can be performed using E. coli. Furthermore, these vectors contain an antibiotic resistance gene, so that transformants can be easily selected when transforming E. coli, Agrobacterium bacteria, plant cells, or the like. In addition, these vectors contain the cauliflower mosaic virus, CaMV 35S promoter, and the genes inserted into these vectors can be expressed in a non-regulatory manner after being integrated into the plant genome.
[0029]
<4> Regeneration of plant bodies from transformed plant cells
Below, the introduction of the gene of interest by Agrobacterium in Arabidopsis thaliana and the method of regenerating transformed cells into plants will be described in detail.
Arabidopsis seeds are sown on a GM plate according to a conventional method and cultivated aseptically. Callus culture is performed on CIM plates using rooted hypocotyl sections. The target gene is connected to the plant promoter of the present invention, Agrobacterium transformed with a plasmid having a kanamycin and hygromycin resistance gene is cultured, and the diluted one is dispensed into a tube, and a callus-shaped hypocotyl section is obtained. Soak and co-cultivate on CIM plate for several days. When Agrobacterium is sufficiently grown until it can be observed with the naked eye, sterilization is performed and culture is performed on a SIM plate for several days. These sections are finally cultured on SIM plates and transplanted to new plates every week. Transformed sections continue to grow and callus appears. Non-transformed sections turn brown because of selection with antibiotics. Incubate until the transformants are about 5 mm in size and form shoots. When the complete shoot shape is exhibited, the root of the shoot is cut with a scalpel so as not to include the callus portion and transplanted to the RIM plate. When a large callus is attached, the roots come out through the callus even after rooting, and the vascular bundle is often not connected to the rosette. After rooting, inorganic salt medium [5 mM KNO Three , 2.5 mM K-phosphate buffer (pH 5.5), 2 mM MgSO Four , 2mM Ca (NO Three ) 2 , 50μM Fe-EDTA, 1000 × Trace element (70mM H Three BO Three , 14mM MnCl 2 , 0.5mM CuSO Four , 1mM ZnSO Four , 0.2mM NaMoO Four , 10mM NaCl, 0.01mM CoCl 2 ) Planted on rock wool soaked in 1 ml / liter].
[0030]
The rooted plant can be transplanted to soil soaked in an inorganic salt medium to obtain seeds. The seed can be sterilized, seeded in a GM medium and germinated to obtain a transformant. From this transformant, DNA is extracted according to a conventional method, this DNA is cleaved with an appropriate restriction enzyme, and Southern hybridization is performed using a gene involved in fiber formation and elongation as a probe to confirm the presence or absence of transformation. can do.
[0031]
In addition, RNA is extracted from transformants and non-transformants according to a conventional method, and probes having sense or antisense sequences of genes involved in fiber formation and elongation are prepared. It is possible to examine the state of expression of the target gene by performing the initialization.
[0032]
【The invention's effect】
In the present invention, when a GUS gene widely used as a reporter gene in plants is connected to the 3 ′ end of the promoter of the present invention and used, the strength of the promoter can be easily evaluated by examining the GUS activity. The reporter gene is not limited to the GUS gene, and luciferase and green fluorescein protein can also be used.
Genes involved in fiber formation and elongation are expressed in cotton fiber cells in the process of cotton fiber formation and are involved in fiber elongation. By using the upstream region of this base sequence, etc., transcription factors involved in cotton fiber elongation May be identified. Therefore, the plant promoter of the present invention is a promoter involved in cotton fiber formation and elongation, establishment of technology for inducing fiber formation and elongation, isolation of cis and trans factors involved in fiber elongation, fiber formation and elongation. It can be used for elucidation of the mechanism of or the isolation of genes that regulate it, and is extremely useful in the technical fields of cell formation and elongation.
[0033]
Furthermore, the structure of the plant cell wall of a specific tissue can be changed by producing a chimeric gene in which a base sequence encoding a protein involved in fiber formation and elongation and the plant promoter of the present invention is combined. Useful for processing plant materials used in the field. In general, by using the 35S promoter of cauliflower mosaic virus, it is possible to cause morphological changes throughout the life cycle of the whole plant organ. If a regulatory promoter such as light, heat, or injury is used, a plant body whose form can be changed according to the growth environment can be produced. In addition, if a promoter specific to an organ or tissue is used, a morphological change can be caused only in a specific organ or tissue. That is, since the promoter of the present invention is organ-specific, by using the promoter of the present invention, for example, fiber formation can be controlled, and changes in fiber characteristics can be brought about.
[0034]
By using the plant promoter of the present invention, a target gene can be expressed specifically in a specific plant tissue. In particular, the target gene can be expressed during the Arabidopsis vascular system and cotton fiber elongation. Furthermore, by using the plant promoter of the present invention and expressing a specific gene in cotton fiber, it becomes possible to improve the properties (fiber length, fineness, strength, etc.) of cotton fiber and increase the yield. Furthermore, by using the plant promoter of the present invention, a new cotton variety having superior fiber characteristics and high productivity can be produced.
[0035]
【Example】
Hereinafter, the present invention will be specifically described by way of examples.
Example 1
(1) Cloning of cotton fiber tissue gene, upstream region of pKC18 (GKC18) After seeding cotton plant (genus Gossypium), genomic DNA was extracted by using Murray and Thompson's improved method using seedlings on the 18th Then, genomic DNA was cloned by the inverse PCR method.
Specifically, 1 μg of genomic DNA was cleaved with the restriction enzyme HindIII and then self-ligated with T4 ligase. The upstream region of pKC18 (hereinafter abbreviated as GKC18) was amplified using a PCR reagent kit (LA-PCR kit, Takara Shuzo) using 500 μg of the ligated DNA as a template. The reaction was carried out for 28 cycles at 94 ° C. for 15 seconds and 65 ° C. for 12 minutes using the first primer group having the nucleic acid sequences shown in SEQ ID NOs: 2 and 3. Next, using this PCR product, PCR was performed under the same conditions using a second primer group having the base sequences shown in SEQ ID NOs: 4 and 5. The amount and length of this PCR product were confirmed by electrophoresis, the obtained DN fragment was introduced into a vector, pT7BlueT, and Escherichia coli JM109 was transformed and cloned. Thereafter, the base sequence of GKC18 was determined using a Sequenase sequence kit (Amersham). The nucleotide sequence was completely consistent with the cDNA from the primer sequence, confirming that it was a genomic region corresponding to the cDNA. This base sequence is shown in SEQ ID NO: 1.
[0036]
(2) Fusion with β-glucuronidase gene (GUS gene)
A plasmid containing the β-glucuronidase gene (GUS), pBI101-Hm2 (obtained from Nara Institute of Science, Prof. Yasuhiko Shinna) was cleaved with restriction enzymes, HindIII and SacI, and subjected to agarose gel electrophoresis. The GUS gene was removed. This GUS gene was inserted into a plasmid, restriction enzyme of pUC19, HindIII and SacI sites to obtain a plasmid, pGUS.
Next, the plasmid, pGKC18, was cleaved with a restriction enzyme, NcoI, blunt-ended, cleaved with HindIII, and inserted into the plasmid, pGUS restriction enzyme, HindIII / SmaI site. It was confirmed whether or not it was correctly inserted from the base sequence of the inserted EcoRI-SacI fragment, and the correctly inserted plasmid was named pGKC18: GUS. Furthermore, this plasmid, pGKC18: GUS was cleaved with restriction enzymes, HindIII and SacI, and after electrophoresis, the HindIII-SacI fragment was inserted into the above plasmid, pBI101-Hm2 restriction enzyme, HindIII and SacI sites, and a novel plasmid PBI18: GUS was obtained. Subsequently, Escherichia coli JM109 / pBI18: GUS was obtained by transforming E. coli JM109 with the plasmid, pBI18: GUS. This process is shown in FIG.
[0037]
(3) Introduction of plasmid into Agrobacterium
The Escherichia coli obtained in (2), Escherichia coli JM109 / pBI101-18: GUS and a helper plasmid, pRK2013, were cultured overnight in an LB medium containing 59 mg / l kanamycin at 37 ° C. overnight. Separately, Agrobacterium EHA101 strain (obtained from Prof. Shinna, Nara Institute of Science) was cultured overnight at 37 ° C. in LB medium containing 50 mg / l kanamycin.
1.5 ml of each culture solution was taken in an Eppendorf tube, collected, and washed with LB medium. These cells were suspended in 1 ml of LB medium, 100 μl of 3 kinds of bacteria were mixed, spread on LB agar medium, and cultured at 28 ° C. to transfer the plasmid to Agrobacterium. One or two days later, a portion was scraped with a platinum loop and spread on an LB agar medium containing 50 mg / l kanamycin, 20 mg / l hygromycin and 25 mg / l chloramphenicol. After culturing at 28 ° C. for 2 days, a single colony was selected. The resulting transformant was named EHA101 / pBI18: GUS.
[0038]
(4) Cultivation of sterile Arabidopsis thaliana
Ten seeds of Arabidopsis Wassilewskija strain (hereinafter referred to as WS strain) (obtained from Nara Institute of Science, Professor Shinhiko Shinna) were placed in a 1.5 ml tube, 1 ml of 70% ethanol was added and left for 3 minutes. Subsequently, after immersing in a sterilizing solution (5% sodium hypochlorite, 0.02% TritonX-100) for 3 minutes and washing 5 times with sterilized water, GM plates (4.3 g Murashige-Skoog inorganic salt per liter, 10 g of sugar, 0.1 g of myo-inositol, 5 g of gellan gum, pH 5.7). This plate was allowed to stand at 4 ° C. for 2 days, followed by low-temperature treatment, and then cultured in a plant incubator (manufactured by Sanyo, MLR-350HT) at 22 ° C. under low light for 7 days.
[0039]
(5) Agrobacterium infection
Prepare several WS hypocotyls cultured for 7 days in (4) above, cut them to about 1.0 cm with a scalpel, CIM plate (3.9 g of Gambog B5 salt per liter, 20 g of glucose, 0.1 g of myo-inositol). Gellan gum 5 g, 2,4-dichlorophenoxyacetic acid 0.5 μg, and kinetin 0.05 μg were added and arranged at pH 5.7). Cultured for 2 days in light intensity 3000 lux, 24 hours light period, and the transformant obtained in (3) above, EHA101 / pBI18: GUS cultured for 1 day at 28 ° C, MS dilution (Murashige Dissolve 3 times diluted with sukuog inorganic salts 6.4g / l, pH6.3) into each tube 1ml and callus hypocotyl (cultured in CIM medium for 2 days) for 10 minutes. Soaked. They were arranged on two sterilized filter papers to remove excess water, and about 20 each were placed on a new CIM plate. Co-cultured for 2 days under the same conditions.
[0040]
(6) Disinfection
Sections that had grown sufficiently until each strain was observable with the naked eye were transferred to a sterilization solution (MS dilution solution added with kraforan to a final concentration of 200 μg / ml), and gently shaken and washed for 60 minutes. . After repeating this operation 5 times, water was removed on a sterile filter paper, and SIM plate (3.9 g of Gambog B5 salt per liter, glucose 20 g, myo-inositol 0.1 g, gellan gum 5 g, kanamycin 50 mg, hygromycin B 20 mg, claforan 0.2 g , Vancomycin 0.5 g, 2 iP 5 mg, IAA was added to a final concentration of 0.15 mg, placed at pH 5.7), and cultured at a light intensity of 4000 lux for 2 days.
[0041]
(7) Selection of transformed plants
The sections cultured for 2 days as described above were transplanted to a SIM plate and cultured at a light intensity of 4000 lux. Thereafter, it was transplanted to a new SIM plate every week. Transformed sections continued to grow and became dome-shaped calli, while non-transformants browned. The transformant had a green callus after about 2 weeks, and a shoot was formed after about 1 month.
[0042]
(8) Regeneration of transformed plants
Cut the root of the plant that became the shoot with a razor blade or scalpel so as not to include the callus part, and RIM plate (MS salt 4.3 g per liter, sucrose 10 g, myo-inositol 0.1 g, gellan gum 3.5 g, indole buty Rick Acid 0.02 mg, pH 5.7) was inserted lightly. About 1 month later, a few roots of about 1 to 2 cm were taken out with tweezers, pearlite and vermiculite (manufactured by TES) were mixed 1: 1 and replanted in soil soaked in an inorganic salt mixed medium. . After about one month, several hundred seeds were obtained per strain. This is hereinafter referred to as T1 seed.
[0043]
(9) Acquisition of antibiotic-resistant strains
About 100 T1 seeds were sterilized by the same method as in (4) above and sown on a GM plate (with kanamycin 50 mg and hygromycin B 20 mg). Kanamycin and hygromycin B resistant strains germinated at a ratio of approximately 3: 1.
[0044]
(10) Measurement of GUS activity
The resulting homozygous transformed Arabidopsis thaliana is cultivated, the tissue is cut with a scalpel, and the section is placed in a few ml of fixative (0.03% formalin, 10 mM MES (pH 5.6), 0.3 M mannitol) for 45 minutes at room temperature. Immerse. Next, it was washed several times with 50 mM phosphate buffer (pH 7.0). Immerse the sections in GUS staining solution (50 mM phosphate buffer, 0.5 M potassium ferricyanide, 0.5 M potassium ferrocyanide, 1 mM X-Gluc) and suck the solution well into the sample by vacuuming, and incubate at 37 ° C overnight. did. To remove chlorophyll, the sample was immersed in 5% formalin for 10 minutes, then immersed in 5% acetic acid for 10 minutes, 50% ethanol for 10 minutes, and 100% ethanol for 10 hours. When the blue-stained tissue was observed under a microscope, promoter activity was also observed in Arabidopsis thaliana. In particular, seedling expression was observed (FIG. 2). In addition, expression was observed in the leaves of flower stems (FIG. 3). Furthermore, expression was also observed at the base of the pod at 9 weeks (FIG. 4). From these results, it was found that the DNA of the present invention functions as a tissue-specific promoter even in Arabidopsis thaliana plants other than cotton.
[0045]
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[0046]
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[0047]
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[0048]
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[0049]
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[Brief description of the drawings]
FIG. 1 shows the construction of a transformant, Escherichia coli JM109 / pBI18: GUS.
FIG. 2 is a photograph replacing a figure showing GUS staining of transformed Arabidopsis thaliana (growth in the dark, Arabidopsis thaliana at 1 week).
FIG. 3 is a photograph replacing a graph showing GUS staining of transformed Arabidopsis thaliana (Arabidopsis thaliana at 7 weeks).
FIG. 4 is a photograph replacing a figure showing GUS staining of transformed Arabidopsis thaliana (Arabidopsis thaliana at 9 weeks).

Claims (7)

以下の(a)又は(b)のDNAを含む植物プロモーター。
(a)配列番号1記載の塩基配列からなるDNA
(b)(a)の塩基配列からなるDNAにおいて、1もしくは複数の塩基が欠失、置換もしくは付加された塩基配列からなり、かつ、植物プロモーターとして作用する能力を有するDNA
The plant promoter containing DNA of the following (a) or (b).
(A) DNA comprising the base sequence described in SEQ ID NO: 1
(B) a DNA comprising the base sequence of (a), comprising a base sequence in which one or more bases have been deleted, substituted or added, and having the ability to act as a plant promoter
請求項1記載の植物プロモーターをベクターに導入した植物発現ベクター。A plant expression vector in which the plant promoter according to claim 1 is introduced into a vector. 請求項2記載の植物発現ベクターを宿主植物細胞に導入した形質転換植物細胞。A transformed plant cell obtained by introducing the plant expression vector according to claim 2 into a host plant cell. 請求項3の形質転換植物細胞から再生された形質転換植物体。A transformed plant body regenerated from the transformed plant cell of claim 3. 請求項4の形質転換植物体より得られた植物種子。Plant seeds obtained from the transformed plant body of claim 4. 請求項1記載の植物プロモーターを挿入した植物発現ベクターを宿主細胞に導入して形質転換植物細胞を得、該形質転換植物細胞から形質転換植物体を再生し、得られた形質転換植物体より植物種子を得、該種子から植物体を生産することを特徴とする植物体の製造法。A plant expression vector into which a plant promoter according to claim 1 is inserted is introduced into a host cell to obtain a transformed plant cell, a transformed plant is regenerated from the transformed plant cell, and a plant is obtained from the obtained transformed plant. A method for producing a plant comprising obtaining seeds and producing a plant from the seeds. 配列番号1記載の塩基配列からなるDNAを含む植物プロモーターを挿入した発現ベクターを宿主細胞に導入して形質転換細胞を得、該形質転換細胞から形質転換ワタ植物体を再生し、得られた形質転換ワタ植物体よりワタ植物種子を創成し、該ワタ植物種子からワタ植物体を生産することを特徴とするワタ植物体の製造法。An expression vector into which a plant promoter containing DNA comprising the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1 is inserted is introduced into a host cell to obtain a transformed cell, and a transformed cotton plant is regenerated from the transformed cell. A method for producing a cotton plant comprising producing a cotton plant seed from the converted cotton plant and producing a cotton plant from the cotton plant seed.
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