JP3922869B2 - Human interferon transgenic plant - Google Patents

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  • Preparation Of Compounds By Using Micro-Organisms (AREA)
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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、インターフェロンタンパク質を組込んだ植物に関し、取り分け、インターフェロンα又はωタンパク質をコードする塩基配列をゲノムDNAに組込んだイネ科植物、及びチャに関する。
【0002】
【従来の技術】
植物細胞への外来遺伝子の導入法の確立は、従来の交雑法では不可能であった、進化的に離れた他の植物や、更には微生物や動物の有用な形質も植物に付与できる可能性を生み出し、植物育種の革新的な技術として期待されている。実際にある単離遺伝子を植物細胞に導入する方法には、物理的手法によるものと生物を利用するものとがある。
【0003】
物理的手法には、ポリエチレングリコール法(PEG法)、電子穿孔(エレクトロポレーション)法、マイクロインジェクション法、パーティクルガン法がある。これらの方法は、単子葉、双子葉の両植物体に適用できる点で有用性が高い。しかし、ポリエチレングリコール法とエレクトロポレーション法では、細胞壁が障害となるため、プロトプラストを用いなければならない上、導入された遺伝子の植物細胞の染色体DNAへの組込み頻度が低いことが問題である。また、プロトプラストを用いずに、カルスや組織を用いたマイクロインジェクション法では、針の太さや組織の固定等に関して困難が多い。組織を用いたパーティクルガン法でも、変異がキメラの形で出現してくる等の問題がある。また、これら物理的手法では、一般に、導入された外来遺伝子が核ゲノムに不完全な状態で多コピーの遺伝子として組込まれやすい。外来遺伝子が多コピー導入されると、その遺伝子が不活化されやすいことが知られている。
【0004】
他方、生物を利用して単離遺伝子を導入する方法には、アグロバクテリウム法、ウイルスベクター法、及び近年開発されている、花粉をベクターとして用いる方法がある。これらの方法は、プロトプラストを用いず植物のカルス、組織又は植物体を用いて遺伝子導入を行うため、培養が長期間に及ぶことがなく、またソマクローナル変異等の障害を受けにくいという長所を有している。これらのうち花粉をベクターとして用いる方法は、まだ実験例も少なく、植物の形質転換法としては未知数の部分が多い。ウイルスベクター法は、ウイルスに感染した植物体全体に導入すべき遺伝子が広がるという利点はあるものの、各細胞内で増幅されて発現されるだけで、次世代に伝えられるという保証がないという点、及び長いDNA断片を導入できないという点に問題がある。アグロバクテリウム法は、20 kbp以上のDNAを大きな再編成なしに染色体に導入できること、導入される遺伝子のコピー数が、数コピーと少ないこと、及び再現性が高いこと等、多くの利点がある反面、これまで単子葉植物には適用しにくいとされてきた。
【0005】
イネ科植物等の単子葉植物にとってアグロバクテリウムは宿主範囲外であるため、イネ科植物への外来遺伝子導入は、従来は、先に述べたような物理的手法により行われてきた。しかしながら、近年、単子葉植物でもイネ等、培養系が確立されている植物においては、アグロバクテリウム法が適用されるようになっている。
【0006】
アグロバクテリウム法による外来遺伝子の導入では、TiプラスミドVir領域に植物が合成するアセトシリンゴン等の低分子フェノール化合物が作用すると、TiプラスミドからT-DNA領域が切り出され、幾つかの過程を経て植物細胞の核染色体DNAに組み込まれる。双子葉植物では、植物自身がそのようなフェノール化合物の合成機構を備えているため、リーフディスク法等により容易に外来遺伝子を導入することができ、再現性も高い。これに対し、単子葉植物では、そのようなフェノール化合物を植物自身が合成しないため、アグロバクテリウムによる形質転換植物の作出は困難であった。しかし、アグロバクテリウムの感染時にアセトシリンゴンを添加することで、単子葉植物への外来遺伝子導入も現在では可能となっている。
【0007】
有用植物の作出に関しては、除草剤耐性植物や、ウイルス抵抗性植物、昆虫抵抗性植物等の病虫害抵抗性植物及び環境ストレス(公害、冷害、乾燥、強光)抵抗性植物が、これまで報告されている。他方、医薬品の製造という面での植物の利用の可能性についても、研究が始められている。
【0008】
現在注目されていることの一つとして、種子のタンパク質貯蔵システムを利用した、生理活性ペプチドの生産がある。種子に貯蔵されたタンパク質は、その分離が比較的容易である。また、貯蔵タンパク質の本来の役割は窒素源として利用されることにあるため、その生理的役割を損なうことなくそのアミノ酸配列を変化させることが可能である。
【0009】
例えば、イネの種子胚乳細胞内の貯蔵タンパク質であるプロラミンとグルテリンは、登熟期のほぼ同時期に胚乳細胞で合成され、それぞれ異なったタイプの、プロテインボディ(PB)と呼ばれる細胞内顆粒に集積される。胚乳細胞に最も多く含まれているグルテリンは、プロテインボディタイプII(PB-II)に集積され、もう一方の主要貯蔵タンパク質であるプロラミンは、プロテインボディタイプI(PB-I)に集積される。この選別は、それぞれのタンパク質に存在する特徴的なシグナル配列が、異なった小胞体領域で識別されることに基づくと考えられている。
【0010】
外来遺伝子をイネに導入するのに、これらのシグナル配列を適切に利用できれば、発現された外来タンパク質をプロテインボディに集積させることができることとなり、外来タンパク質の安定な集積及び容易な単離、回収が容易となる可能性がある。コムギ、オオムギ、ライムギ、トウモロコシ等、イネ以外のイネ科植物種子の胚乳にも同様な貯蔵タンパク質が含まれており、それらのシグナル配列も同様に有用である。
【0011】
これらイネ、コムギ、トウモロコシ等のように、もともと食用に供される植物を用いてヒトのタンパク質を発現させる場合は、組換え植物から単離精製されたヒトタンパク質にヒトにとって有害な成分が混入する可能性が低いという利点がある上、植物体又はカルス等をそのまま経口的に摂取するという方法でのそのタンパク質の利用も可能となる。ヒトが摂取するという点では、飲料となるチャも同様であり、チャに外来の有用遺伝子を導入できれば、新たな用途が開ける。
【0012】
一方、肝炎等の治療に用いられているヒトインターフェロン(INF)は、患者へ長期間にわたって投与される必要があるが、その供給量は限定されており、患者に投与される期間は、通常、比較的短期間に限られている。このため、インターフェロンの生産をより効率的にでき、肝炎等の治療におけるその利用を促進できる可能性のある植物の作出に対する需要がある。
【0013】
【発明が解決しようとする課題】
上記の背景において、本発明は、ヒトインターフェロンタンパク質を産生することのできるイネ及びチャを作出することを目的とする。
【0014】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、ヒトインターフェロン遺伝子(INF)上流に、イネ科植物であるイネのプロラミンのシグナル配列をコードする塩基配列を融合した人工遺伝子を構築し、この人工遺伝子をアグロバクテリウム法を用いて矮生イネに導入した。その結果、カルスを含む種々の組織においてヒトインターフェロンタンパク質の発現が確認され、またそのタンパク質がヒトインターフェロンの生理活性を維持していることが確認された。更に、免疫電子顕微鏡観察の結果、シグナル配列の機能によりヒトインターフェロンタンパク質がPB-Iに集積していることが示唆された。一方、Camellia sinensisについても、カルスを用いて形質転換を行い、外来遺伝子であるGUSの導入及び発現が確認された。ヒトインターフェロンタンパク質をコードする塩基配列は、矮性イネについての実施例に示したのと同様、レポーター遺伝子であるGUSの塩基配列の一部に置き換えた形で挿入することができ、それによりCamellia sinensis組織においてもヒトインターフェロン遺伝子を導入して発現させることが可能である。Camellia(ツバキ)は、分類学上Thea(チャ)と隣接していることから、チャについても、Camellia sinensisと同様の操作で、ヒトインターフェロン遺伝子を導入して発現させることが可能である。
【0015】
すなわち本発明は、胚乳の貯蔵タンパク質のプロテインボディーへの集積をもたらすシグナルアミノ酸配列をコードする塩基配列を上流に連結させた、ヒトインターフェロンタンパク質をコードする塩基配列を、ゲノムDNAに発現可能に組み込んでなることを特徴とするイネ科植物を提供する。該イネ科植物の好ましい例としては、イネ、コムギ、オオムギ及びカラスムギ又はトウモロコシが挙げられる。該イネ科植物は、個々の体細胞、カルス、植物体の何れの形でも提供できる。
【0016】
更に本発明は、ヒトインターフェロンタンパク質をコードする塩基配列を、ゲノムDNAに発現可能に組み込んでなることを特徴とするチャをも提供する。該チャとしては、個々の体細胞、カルス、植物体の何れの形でも提供できる。
【0017】
更に本発明は、胚乳の貯蔵タンパク質のプロテインボディーへの集積をもたらすシグナルアミノ酸配列をコードする塩基配列を上流に連結させた、ヒトインターフェロンタンパク質をコードする塩基配列を有する組換えプラスミドDNAを構築し、該プラスミドDNAでアグロバクテリウムを形質転換し、該形質転換されたアグロバクテリウムをイネ科植物のカルスに加えて感染させ、ヒトインターフェロンタンパク質を発現しているカルスを選択することを特徴とする、ヒトインターフェロンタンパク質をコードする塩基配列をゲノムDNAに発現可能に組み込んでなるイネ科植物の製造方法をも提供する。該イネ科植物の好ましい例としては、イネ、コムギ、オオムギ及びカラスムギ又はトウモロコシが挙げられる。
【0018】
更に本発明は、ヒトインターフェロンタンパク質をコードする塩基配列を有する組換えプラスミドDNAを構築し、該プラスミドDNAでアグロバクテリウムを形質転換し、該形質転換されたアグロバクテリウムをチャのカルスに加えて感染させ、ヒトインターフェロンタンパク質を発現しているカルスを選択することを特徴とする、ヒトインターフェロンタンパク質をコードする塩基配列をゲノムDNAに発現可能に組み込んでなるチャの製造方法をも提供する。
【0019】
【発明の実施の形態】
本発明により製造されるヒトインターフェロンタンパク質を発現するイネ科植物又はチャは、例えばカルスよりヒトインターフェロンタンパク質を抽出して回収するのに用いることができるほか、カルス自体をそのまま又は乾燥等の処理を加えた形で、ヒトインターフェロンの経口的補給のために供することができる。
【0020】
【実施例】
以下、代表的な実施例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明がこの具体例に限定されることは意図しない。
【0021】
1.ヒトインターフェロン遺伝子を含んだプラスミドベクターの構築
ヒトインターフェロン遺伝子を含んだプラスミドベクターを、以下のA〜Cの手順で構築した(図1〜5を参照)。インターフェロンとしては、インターフェロンα及びωを、例として用いた。
【0022】
A.pINT-RP10sGUSの調製
1) イネスーパーオキシドジスムターゼ(イネSOD)を含むゲノムDNAクローンを、BamHI(宝酒造)で消化し、DNA断片をアガロースゲル電気泳動で分離後、GENE CLEANキット(フナコシ)を用いて精製した。BamHIで消化したpBSK(+)(東洋紡績)にライゲーションキットver2(宝酒造)を用いてサブクローニングした。
【0023】
2) イネゲノムDNAを鋳型としてフォーワード・プライマー(5-aatcagcaatggcagcatac-3)(配列表において配列番号5で示す)とリバース・プライマー(5-catggctaatgttggtgggaa-3)(配列表において配列番号6で示す)を用いてPCRにより増幅し、イネ 10kDaプロラミンシグナルを含むDNA断片を得た。更に、ブランティングキット(宝酒造)とポリヌクレオチドキナーゼで処理した後、SmaIで消化したpBI221(Clontech)に挿入した。
【0024】
3) 上記1)のプラスミドをBamHIとNheI(宝酒造)で消化し、SOD第1イントロンを含むDNA断片をアガロースゲル電気泳動で分離後、GENE CLEANキットを用いて精製し、BamHIとXbaI(宝酒造)で消化した上記2)のプラスミドにライゲーションキットver2(宝酒造)を用いてサブクローニングして、pINT-RP10sGUSを得た。
【0025】
B.pIG121Hmの調製
1) イネゲノムDNAを鋳型として、フォーワード・プライマーINT-f(5-ggatccactagttctagagtcatcttc-3)(配列表において配列番号7で示す)とリバース・プライマーINF-r(5-cgtcctaggaagtgataacagata-3)(配列表において配列番号8で示す)を用いてPCRによりイネSOD第1イントロンを含むDNAを増幅し、XbaIとBamHIで消化した。XbaI、BamHI断片をアガロースゲル電気泳動で分離後、GENE CLEANキットを用いて精製し、XbaIとBamHIで消化したpBI121(Clontech)にライゲーションキットver2を用いてサブクローニングした。
【0026】
2) 上記1)で得られたプラスミドをHindIII(宝酒造)とEcoRI(宝酒造)で消化し、HindIII、EcoRI断片をアガロースゲル電気泳動で分離後、GENE CLEANキットを用いて精製した。次いでこれを、HindIII、EcoRIで消化したpUC19(宝酒造)にライゲーションキットver2を用いてサブクローニングした。
【0027】
3) pGPTV-HPT(ATCC)をXbaIとSstI(Gibco)で消化し、XbaI、SstI断片をアガロースゲル電気泳動で分離後、GENE CLEANキットを用いて精製した。
【0028】
4) 上記2)で得られたプラスミドを、XbaIとSstIで消化し、アガロースゲル電気泳動でプラスミドを精製し、GUS遺伝子を除去し、上記3)のHPT遺伝子(ハイグロマイシン耐性)を持つXbaI、SstI断片をライゲーションキットver2を用いて挿入した。
【0029】
5) 上記4)で得られたプラスミドを、HindIIIとEcoRIで消化し、HindIII、EcoRI DNA断片をアガロースゲル電気泳動で分離後、GENE CLEANキットを用いて精製した。次いでこれを、ブランティングキットを用いて平滑末端にした。
【0030】
6) 上記1)で得られたプラスミドをEcoRIで消化し、ブランティングキットを用いて平滑末端にした。このプラスミドに上記5)のHindIII、EcoRI DNA断片をライゲーションキットver2を用いて挿入し、pIG121Hmを得た。
【0031】
C.pIG-A11、pIG-O89の調製
1) ヒトゲノムを鋳型としてフォーワード・プライマー A-GUS-SF(5-ctcctggtgctcatacgtaagtcacgcggctctgtgggctg-3)(配列表において配列番号9で示す)とリバース・プライマー A-SacR(5-catttccatgttggagctcttttcattccttacttc-3)(配列表において配列番号10で示す)を用いてヒトインターフェロンα2A(INF-α2A)を含むDNAをPCRにより増幅した。また、フォーワード・プライマー O-Gus-SF(5-ccctagtgatgatacgtaatagccctcgtggatctctgggc-3)(配列表において配列番号11で示す)とリバース・プライマー O-SacR(5-gcaaattaatcaatgagctccgtatcaagatgag-3)(配列表において配列番号12で示す)を用いてヒトインターフェロンω(INF-ω)を含むDNAをPCRにより増幅した。
【0032】
2) pINT-RP10sGUSと、上記1)のPCR産物をそれぞれ、SnaBI(宝酒造)とSacI(宝酒造)で消化し、アガロースゲル電気泳動で分離後、GENE CLEANキットを用いて精製し、ライゲーションキットver2を用いてライゲーションし、INF-α2Aと、INF-ωの遺伝子をクローニングした。
【0033】
3) 上記2)で得られたプラスミドを、XbaIとSacIで消化し、アガロースゲル電気泳動で分離後、GENE CLEANキットを用いて精製した。
【0034】
4) pIG121HmをXbaIとSacIで消化し、アガロースゲル電気泳動で分離後、GENE CLEANキットを用いて精製し、SODイントロンとGUS遺伝子を除去した。
【0035】
5) 上記4)のプラスミドに上記3)のXbaI、SacI断片をライゲーションキットver2を用いて挿入し、INF-α2A遺伝子の入ったpIG-A11と、INF-ω遺伝子の入ったpIG-O89を得た。
【0036】
配列表の配列番号1に、本発明において使用した、インターフェロンαタンパク質をコードする塩基配列を含んだプラスミドDNAの特徴部分を構成する塩基配列を示す。該配列において、塩基1〜6はXbaI部位であり、塩基10〜894はイネSODイントロンの塩基配列であり、塩基916〜987は24個のアミノ酸よりなるプロラミン10kシグナルをコードする塩基配列、塩基988〜1044は19個のアミノ酸よりなるプロラミンN末端領域をコードする塩基配列、塩基1045〜1437は126個のアミノ酸よりなるGUSのN末端領域とこれに続く5個のアミノ酸よりなる連結部をコードする塩基配列、塩基1438〜1446は3個のアミノ酸よりなるトロンビン認識部位をコードする塩基配列、塩基1447〜1947は167個のアミノ酸よりなるインターフェロンαタンパク質(全長)をコードする塩基配列、塩基1948〜1950は終止コドン、塩基1954〜1959はSacI部位である。
【0037】
配列番号2には、配列番号1のDNAによってコードされてイネ中で発現されるタンパク質のアミノ酸配列を示す。該アミノ酸配列において、アミノ酸1〜24はプロラミンシグナルであり、膜通過に際して切断されて除去される部分である。アミノ酸25〜43はプロラミンN末端領域の19個のアミノ酸に対応する。アミノ酸44〜169はGUSのN末端領域の126個のアミノ酸に対応し、アミノ酸170〜174は連結部を構成するアミノ酸である。アミノ酸175〜177はトロンビン認識部位を構成するアミノ酸(Arg-Gly-Ser)であり、トロンビンによってアルギニンとグリシンとの間で切断される。アミノ酸178〜344は、167個のアミノ酸よりなるインターフェロンαタンパク質の全長アミノ酸配列を構成する。トロンビンによってインターフェロンαタンパク質が切り出されるとき、トロンビン認識配列の一部(Gly-Ser)が、アミノ酸178〜344よりなるインターフェロンαタンパク質のN末端側に残存することになるが、20種以上見出されている天然のインターフェロンαタンパク質のうちには、この配列Gly-Serを含んでいるものが存在するため、この配列Gly-Serを含めた169個のアミノ酸よりなる配列もまたインターフェロンαタンパク質のものである。
【0038】
配列表の配列番号3に、本発明において使用した、インターフェロンωタンパク質をコードする塩基配列を含んだプラスミドDNAの特徴部分を構成する塩基配列を示す。該配列において、塩基1〜6はXbaI部位であり、塩基10〜894はイネSODイントロンの塩基配列であり、塩基916〜987は24個のアミノ酸よりなるプロラミン10kシグナルをコードする塩基配列、塩基988〜1044は19個のアミノ酸よりなるプロラミンN末端領域をコードする塩基配列、塩基1045〜1440は126個のアミノ酸よりなるGUSのN末端領域とこれに続く6個のアミノ酸よりなる連結部をコードする塩基配列、塩基1441〜1449は3個のアミノ酸よりなるトロンビン認識部位をコードする塩基配列、塩基1450〜1971は174個のアミノ酸よりなるインターフェロンωタンパク質(全長)をコードする塩基配列、塩基1972〜1974は終止コドン、塩基1975〜1980はSacI部位である。
【0039】
配列番号4には、配列番号3のDNAによってコードされてイネ中で発現されるタンパク質のアミノ酸配列を示す。該アミノ酸配列において、アミノ酸1〜24はプロラミンシグナルであり、膜通過に際して切断されて除去される部分である。アミノ酸25〜43はプロラミンN末端領域の19個のアミノ酸に対応する。アミノ酸44〜169はGUSのN末端領域の126個のアミノ酸に対応し、アミノ酸170〜175は連結部を構成するアミノ酸である。アミノ酸176〜178はトロンビン認識部位を構成するアミノ酸(Arg-Gly-Ser)であり、トロンビンによってアルギニンとグリシンとの間で切断される。アミノ酸179〜352は、174個のアミノ酸よりなるインターフェロンωタンパク質の全長アミノ酸配列を構成する。
【0040】
以下、実験操作を、インターフェロンα遺伝子を用いた例に基づいて記述する。上記インターフェロンωその他のインターフェロン遺伝子を用いた操作も、インターフェロンαを用いた場合と同様にして行われる。
【0041】
2. アグロバクテリウムの形質転換
2.1 大腸菌へのプラスミドの導入
宿主細胞としてE. coliを用いた。室温で融解した宿主細胞に、上記で構築した組換えプラスミドベクターpIG-A11を1〜2μl加え、氷上で1分間静置した。次いで細胞をキュベット(0.2CM、Bio Rad Inc.)に移し、電気パルス(25μFD、200Ω、2.5 kV)を加えた(GENE PULSER, Bio Rad Inc.)。
。予め37℃に加温しておいたSOC培地(トリプトファン10g/l、酵母エキス5.0g/l、塩化ナトリウム10mM、塩化マグネシウム2.5mM、硫酸マグネシウム10mM、グルコース20mM)1.0mlをキュベットに加えてヒートショックを与え、滅菌済み試験管に移して37℃にて1時間、180〜220rpmでロータリーシェーカーを用いてインキュベートした。LBプレート(LB培地1L中、塩化ナトリウム5.0g、トリプトファン5.0g、酵母エキス10g、1.5%アガー、アミピシリン又はカナマイシン50μg/ml)にプレーティングし、37℃にて一晩静置培養した。
【0042】
2.2 プラスミドの大量調製
組換えプラスミドDNApIG-A11を持ったE. coliを、抗生物質を含有するLB培地(LB培地50ml+アンピシリン50μg/ml)中で一晩振盪培養した。培養液を遠心チューブに移し、7,000rmp(卓上微量遠心機 BECKMAN MicrofugeTM R)で5分間、4℃にて遠心し、沈殿にアルカリ溶解液I(25mMトリス塩酸、50mMグルコース、10mM EDTA)1mlを加え、よく懸濁し、室温で5分間放置した。次いでアルカリ溶解液II(0.2N水酸化ナトリウム、1%SDS)2mlを加えて軽く混合し、氷上に5分間放置した。3M酢酸カリウム溶液(pH5.7)1.5mlを加えて混合し、氷上に10分間放置した。12,000rpm(高速冷却遠心機:BECKMAN AvantiTM HP-25I、ローター:JA-12)にて10分間遠心し、上清を新しい遠心チューブに移し、イソプロパノール3.5mlを加えて(最終濃度60%)、混合し、氷上に10分〜1時間放置した。12,000rpmにて10分間遠心し、沈殿を採取し、乾燥させた後、蒸留水1mlを加えて溶解させた。蒸留水に溶かしたDNAをスピッツ管に移し、1.6mlにフィルアップした後、CsClを1.75gとエチジウムブロマイド100μlを加え混合した。これを超遠心用クイックシールチューブに入れてシールし、80,000rpm(超遠心機:BECKMAN OptimaTM TLX, ローター:TLA 120.2)にて16〜20時間、20℃にて超遠心した。1ml用滅菌シリンジ(ツベルクリン用)で回収し、エッペンドルフ型チューブに移した。0.5mlまで蒸留水でフィルアップし、n−ブタノール0.5mlを加えて、3〜4回振り混ぜ、エタノール(室温)1mlを加えた。析出したCsClが消えるまで蒸留水を1滴ずつ加えた。-80℃にて30分間静置してエタノール沈殿後、室温に戻して振り混ぜた。15,000rpm(BECKMAN MicrofugeTM R)にて5分間、4℃にて遠心して上清を捨て、沈殿に蒸留水200μl、3M酢酸ナトリウム20μl及び100%エタノール550μlを加た後、-80℃にて20分間放置した。15,000rpmで4℃にて5分間遠心し、上清を捨て、沈殿に80%エタノール200μlを加えた。-80にて20分間放置し、15,000rpmにて3分間4℃にて遠心し、上清を捨て、沈殿を乾燥させた後、蒸留水50μlに溶解させた。吸光度法によりDNA濃度の測定を行った(5μlを1mlにフィルアップしたものを測定し、OD260×10μg/mlとして算出)。
【0043】
2.3 アグロバクテリウムへのプラスミドの導入
2.3.1 コンピテントな細胞の調製
Agrobacterium tumefaciens野生株(EHA101株及びEHA105株)を、それぞれ抗生物質含有のLBプレート(LB培地+カナマイシン50μg/ml)にシングルコロニーが出るように画線して、28℃にて2〜3日培養した。コロニーを、抗生物質含有のLB培地(塩化ナトリウム5.0g/l、トリプトン5.0g/l、酵母エキス10g/l)3mlに植菌し、28℃にて一晩培養した。0.1〜0.5mlの培養液を抗生物質含有のLB培地50mlに植菌し28℃にてOD600=0.4程度まで培養した。Agrobacterium tumefaciens培養液の入ったフラスコを、氷水中で15分間冷却した後、50mlコーニングチューブに移し、3,500rpmにて15分間4℃にて遠心し、培地を除去した。4℃の10%グリセロールを約10ml加えた後、菌体を懸濁させ、更に冷10%グリセロールを加えて合計40mlとし、4,000rpmにて15分間遠心した。グリセロールを除去し、再び冷10%グリセロールを約10ml加えた後、菌体を懸濁させ、更に冷10%グリセロールを加えて合計40mlとし、4,000 rpm にて15分間遠心した。グリセロールを十分に除去した後、400μlの10%グリセロールを加えてAgrobacterium tumefaciens菌体を懸濁させた。40μlずつ1.5mlエッペンドルフチューブに分注し、液体窒素で急冷し、-80にて保存した。
【0044】
2.3.2 Agrobacterium tumefaciensの形質転換
室温融解した宿主細胞に、組換えプラスミドDNApIG-A11 DNAを1〜2μl加え、氷上に1分間静置した。予め冷やしておいたキュベットに宿主細胞を移し、電気パルスを与えた(25μFD、200Ω、2.5kV)。予め28℃に暖めておいたSOC培地1.0mlをキュベットに加えてヒートショックを与え、滅菌済み試験管に移して、28℃にて3時間、ロータリーシェーカーを用いて180〜220rpmでインキュベートした。細胞をLBプレート(LB培地、カナマイシン50μg/ml、ハイグロマイシン50μg/ml、1.5%アガー)にプレーティングし、28℃にて2〜3日培養した。シングルコロニーを抗生物質含有のLB培地に植菌し、その後Flex prep(Pharmacia)でプラスミドを回収し、PCRで常法により目的遺伝子の導入を確認した。
【0045】
3. 矮生イネの形質転換
3.1 アグロバクテリウムの調製
安全キャビネット内で、-80℃グリセロールストックしたAgrobacterium tumefaciens(EHA101/pIG-A11及びEHA105/pIG-A11)のバイアルに白金耳を差込み、AB培地(培地リスト参照)に塗布した。ビニールテープでシールし、28℃にて暗所で3日間培養した。
【0046】
3.2 カルスの誘導
矮生イネ種子の籾を取り除いた後、スリ付き瓶に入れ、70%エタノールを加えて約1分間スターラーで攪拌した。エタノールを捨てた後、50%に希釈した次亜塩素酸ナトリウムを加えて約1時間スターラーで攪拌した。クリーンベンチ内で茶こしを用いて次亜塩素酸ナトリウムを完全に切り、種子をシャーレに移し、蒸留水で5〜6回洗浄した。種子をピンセットでN6CP培地(培地リスト参照)に移し、28℃にて明所で2週間培養した。生じたカルスをピンセットで取り分けて、新しいN6CP培地に移し、1〜2週間以内に使用した。
【0047】
3.3 アグロバクテリウムの感染による遺伝子の導入
超音波処理の有無による2通りの方法で試みた。
【0048】
3.3.1 超音波処理を行わない方法
AA懸濁培地(培地リスト参照)を50mlコーニングチューブに約25ml分注した。アセトシリンゴン(DMSOに50mg/mlの濃度で溶解させ、遮光して4℃にて保存)を10mg/mlの濃度になるように加えたAA懸濁培地に、AB培地(培地リスト参照)上のアグロバクテリウム(EHA101株)の菌体をスパチュラで数センチ掻き取り懸濁させた。誘導開始から31日目のカルスを、アグロバクテリウムの菌体を懸濁させたAA懸濁培地に移し、振り混ぜ、その後、時々振り混ぜつつ5分間感染させた。菌体懸濁液を少し捨て、懸濁液とカルスを一緒にシャーレに移した。N6共培養培地(培地リスト参照)にカルスを置床し、サージカルテープでシールし、28℃にて暗所で3日間共培養した。
【0049】
3.3.2 超音波処理を行う方法
AA懸濁培地(培地リスト参照)を50mlコーニングチューブに約25ml分注した。誘導17日目のカルスをコーニングチューブに入れ、超音波処理を30秒間行った。AA懸濁培地(培地リスト参照)に、AB培地上のアグロバクテリウムの菌体をスパチュラで数センチ掻き取り懸濁させた。振り混ぜてアグロバクテリウム(EHA105株)の菌体を懸濁させた後、時々振り混ぜつつ5分間感染させた。菌体懸濁液を少し捨て、懸濁液とカルスを一緒にシャーレに移した。N6共培養培地(培地リスト参照)にカルスを置床し、サージカルテープでシールし、28℃にて暗所で2日間共培養した。
【0050】
3.4 アグロバクテリウムの除去と回復
50mlコーニングチューブに蒸留水約25ml入れ、更に共培養後のカルス加えた。振り混ぜた後、静止させ、カルスが沈降したことを確認し、洗浄水を捨てた。蒸留水約25mlの添加、混合、静置及び洗浄水の廃棄の操作を、蒸留水が濁らなくなるまで(2〜3回)繰り返した。蒸留水25mlを加えた後、カルベニシリン(250mg/mlになるように滅菌水に溶解しクリーンベンチ内で濾過滅菌した後4℃にて保存)50μlを加え(最終濃度500mg/ml)、混合後静置し、カルスが沈降したことを確認し、洗浄水を捨てた。カルベニシリン含有蒸留水の添加混合、静置、洗浄水の廃棄の操作を、洗浄水が濁らなくなるまで(3〜4回)繰り返し、最後の洗浄後、洗浄水を少量捨てた後、洗浄水ごとカルスをシャーレに移した。カルスをピンセットでN6C+カルベニシリン培地(培地リスト参照)に置床し、サージカルテープでシールし、28℃にて明所で、EHA101株に感染カルスついては10日間、EJHA105株感染カルスについては9日間、それぞれ培養した。
【0051】
この回復操作は、アグロバクテリウムの感染により植物が受けるダメージからの回復を目的としており、この操作の省略は、形質転換体が得られる可能性を低下させるため、好ましくない。N6C+カルベニシリン培地での培養期間は、1週間程度が最適であると。
【0052】
3.5 選択
N6C+カルベニシリン培地で1週間培養した全てのカルスを、N6選択培地(培地リスト参照)に置床した。これに際し、大きくなっているカルスは、過剰な力がかかるのを避けつつ、小さく分けて置床した。サージカルテープでシールした後、置床したカルスを28℃にて、明所で培養した。培地は約2週間毎に交換した。用いたN6C+カルベニシリン培地のハイグロマイシン濃度は、EHA101株感染カルスについては、最初の15日間は25mg/l、残りの期間(17日間)は40mg/lとし、EHA105株感染カルスについては、全期間(27日間)30mg/lとした。
【0053】
3.6 再分化
N6選択培地で培養して増殖してきたカルスのみを、ハイグロマイシン濃度25mg/lのMS再分化培地(培地リスト参照)に置床した。1〜2週間でカルスはグリーニングした。再分化個体をMSホルモンフリー培地(培地リスト参照)に移した。ハイグロマイシン耐性の有無を確認し、植物体を成長させた。
【0054】
3.7 順化
根が十分伸びかつシュートが成長してきたら、3日間かけて蓋を徐々に開放した。この際、カビの発生を防ぐため、培地の上に水を張り、水を1日1回交換した。順化させた植物体から培地を十分に除去した後、土に植え替え、ハイポネックスを与えて成長させた。
【0055】
4. 培地リスト
上記の操作において用いた各培地の組成は次の通りである。
【0056】
AA培地: リン酸二水素ナトリウム150mg/l、塩化カルシウム2水塩150mg/l、硫酸マグネシウム7水塩250mg/l、ヨウ化カリウム0.75mg/l、塩化コバルト6水塩0.025mg/l、ホウ酸3.0mg/l、モリブデン酸ナトリウム2水塩0.25mg/l、硫酸マンガン4水塩10.0mg/l、硫酸銅5水塩0.025mg/l、硫酸亜鉛7水塩2.0mg/l、エデト酸第一鉄40.0mg/l、イノシトール100mg/l、塩酸チアミン10.0mg/l、ニコチン酸1.0mg/l、塩酸ピリドキシン1.0mg/l、グリシン7.5mg/l、アルギニン177mg/l、塩化カリウム3g/l、グルタミン900mg/l、アスパラギン酸300mg/l、ショ糖2g/l
【0057】
AA懸濁培地:AA塩類及びアミノ酸類、B5ビタミン類、ショ糖20g/l、キネチン0.2mg/l、2,4-D 2mg/l、アセトシリンゴン10mg/l、pH5.8
【0058】
AB培地: リン酸水素カリウム3g/l、リン酸二水素カリウム1g/l、塩化アンモニウム1g/l、硫酸マグネシウム7水塩0.3g/l、塩化カリウム0.15g/l、塩化カルシウム0.01g/l、硫酸第一鉄7水塩2.5mg/l、グルコース5g/l、アガー15g/l、pH7.2
【0059】
N6培地: 硫酸アンモニウム463mg/l、硝酸カリウム2830mg/l、リン酸二水素カリウム400mg/l、塩化カルシウム2水塩166mg/l、硫酸マグネシウム7水塩185mg/l、ヨウ化カリウム0.8mg/l、塩化コバルト6水塩0.025mg/l、ホウ酸1.6mg/l、モリブデン酸ナトリウム2水塩0.25mg/l、硫酸マンガン4水塩4.4mg/l、硫酸銅5水塩0.025mg/l、硫酸亜鉛7水塩1.5mg/l、硫酸第一鉄7水塩27.85mg/l、エデト酸二ナトリウム37.25mg/l、イノシトール100mg/l、塩酸チアミン1.0mg/l、ニコチン酸0.5mg/l、塩酸ピリドキシン0.5mg/l、グリシン2.0mg/l、ショ糖30g/l
【0060】
N6共培養培地(N6co): N6塩類及びビタミン、ショ糖30g/l、グルコース10g/l、2,4-D 2mg/l、アセトシリンゴン10mg/l、アガー8g/l、pH5.2
【0061】
N6カルス誘導培地(N6C): N6塩類及びビタミン類、ショ糖30g/l、2,4-D 2mg/l、アガー8g/l、pH5.8
【0062】
N6カルス誘導+プロリン培地: N6カルス誘導培地、プロリン2.8g/l
【0063】
N6C+カルベニシリン培地: NC6カルス誘導培地、カルベニシリン500mg/l、pH5.8
【0064】
N6選択培地: N6塩類及びビタミン類、ショ糖30g/l、2,4-D 2mg/l、ゲルライト(gelrite)2g/l、カルベニシリン500mg/l、ハイグロマイシン30〜50mg/l、pH5.8
【0065】
MS培地: 塩化カルシウム2水塩440mg/l、硝酸アンモニウム1650mg/l、硝酸カリウム1900mg/l、リン酸二水素カリウム170mg/l、硫酸マグネシウム7水塩370mg/l、ヨウ化カリウム0.83mg/l、塩化コバルト6水塩0.025mg/l、ホウ酸6.2mg/l、モリブデン酸ナトリウム4水塩0.25mg/l、硫酸マンガン4水塩22.3mg/l、硫酸銅5水塩0.025mg/l、硫酸亜鉛7水塩8.6mg/l、硫酸第一鉄7水塩27.85mg/l、エデト酸二ナトリウム37.25mg/l、イノシトール100mg/l、塩酸チアミン1.0mg/l、ニコチン酸0.5mg/l、塩酸ピリドキシン0.5mg/l、グリシン2.0mg/l、ショ糖30g/l
【0066】
MS再分化培地(MSre): MS塩類及びビタミン類、ショ糖30g/l、ソルビトール30g/l、NAA1mg/l、BAP2mg/l、カルベニシリン 250mg/l、ハイグロマイシン25mg/l、ゲルライト(gelrite)2g/l、pH5.8
【0067】
MSホルモンフリー培地(MSh): MS塩類及びビタミン類、ショ糖30g/l、カルベニシリン250mg/l、ハイグロマイシン25mg/l、ゲルライト(gelrite)2g/l、pH5.8
【0068】
5. 得られた形質転換矮性イネについての検討
5.1 矮性イネにおけるヒトインターフェロンαの導入効率
上記の方法により、ヒトインターフェロンα遺伝子の導入によって形質転換された矮性イネが得られた。用いた種子数、カルス数、得られた形質転換固体数、種子ベースの形質転換効率を示す。
【0069】
【表1】

Figure 0003922869
【0070】
5.2 形質転換矮性イネにおける目的遺伝子の確認
5.2.1 PCRによる確認
(1)PCR
得られた形質転換個体の各々(α−1,α−2、α−3、α−4及びα−5系統)につき確認を行った。ゲノムDNAを4ng/2μlに調製し、鋳型DNAとしてPCRに用いた。次の組成に従い、鋳型DNA以外の混合物を0.5mlエッペンチューブに分注し、これに鋳型DNAを加えた。陰性対照としては、野生型矮性イネのゲノムDNAと蒸留水とを用いた。
鋳型DNA・・・・・・・・2μl
10×緩衝液・・・・・・・・2μl
25mM MgCl2・・・・・2μl
10×dNTP・・・・・・・2μl
前方プライマー*1・・・・・1μl
後方プライマー*2・・・・・1μl
Taqポリメラーゼ・・・ 0.1μl
蒸留水 全量 20 μl
*1 GUS snaFを使用
*2 GUS sacRを使用
【0071】
GeneAmp PCR system 2400に0.5mlエッペンチューブをセットし、下記のプログラムを実行した。
〔標準プログラム〕
(a) 94℃ 1分
(b) 94℃ 0.5分
(c) 60℃ 1分
(d) 上記(a)〜(c)を35サイクル反復する
(e) 72℃ 1.5分
(f) 72℃ 5分
(g) 4℃ 保存
【0072】
(2) アガロースゲル電気泳動
上記の反応操作の後、反応液20μlを次の手順でアガロースゲル電気泳動し、バンドの確認を行った。すなわち、アガロース0.4gを三角フラスコに入れ、TAE緩衝液(0.4Mトリス酢酸、0.62M EDTA)を40ml加えた。電子レンジで溶解後、蒸留水で補正し、型に流して固化させた(ゲル濃度0.8%)。固化後、TAE緩衝液を満たした泳動装置にゲルを入れ、PCR産物にPBPを少量加えて、ウェルに適用した。両端には、λHind IIIマーカーを適用した。約30分間泳動させた後、エチジウムブロマイド染色液に10分間浸して染色した。染色後、ゲルをImageMaster(Pharmacia Biotech)にかけてバンドの位置を確認し、併せて写真撮影した。
【0073】
(3) 結果
PCRの結果を図4に示す。全ての形質転換系統において、目的の位置(500bp付近)にDNA断片を確認することができた。また陰性対照においてはDNAの増幅は見られなかった。この結果、形質転換体において目的遺伝子が導入されていることが確認された。
【0074】
5.2.2 ゲノミックサザンブロットによる確認
(1) イネゲノムの単離
得られた形質転換個体のうち、α−2、α−3及びα−4系統について確認を行った。約10gのイネ緑葉を鋏でできるだけ小さく切ってから乳鉢に入れ、これに液体窒素を加えて乳棒でパウダー状になるまですりつぶした。細かくなった組織をスパチュラで50mlコーニングチューブに入れ、予め沸騰寸前まで加熱しておいた2%CTAB溶液〔100mMトリス塩酸、20mM EDTA、1.4M NaCl、2%CTAB(セチルトリメチルアンモニウムブロマイド)、pH8.0〕20mlを加えた。56℃にて20分間震盪した後、等量のクロロホルム:イソアミルアルコール(24:1)を加え、室温にて20分間転倒混和した。遠心して上層を分離しこれに、再び等量のクロロホルム:イソアミルアルコール(24:1)を加え、室温にて20分間転倒混和した。遠心して上層を分離し、これに1〜1.5倍量の1%CTAB溶液(50mMトリス塩酸、10mM EDTA、1.4M NaCl、1%CTAB、pH8.0)を加えて、ゲノムDNAを析出させた。3,000rmpにて20分間遠心し、沈殿を回収した。沈殿に1M NaClを5ml加え、更に10mg/ml RNase Aを5μl加えて、56℃にて沈殿が溶けるまで震盪した。クリーンベンチ内で、冷却した100%エタノール10mlを静かに重層し、先を熱で融かしたパスツールピペットに巻き付けるようにしてゲノムDNAを回収した。このとき、目視し得る程のゲノムDNAが得られた。80%エタノールに2回、100%エタノールに1回、この順にそれぞれ約5分浸漬した後、巻き付けたDNAが透明になるまで風乾した。TE2mlの入った15mlのコーニングチューブにゲノムDNAを入れ、必要な場合は56℃に加熱して、完全に溶解させた。吸光度(OD260)を測定してDNA濃度を求めた。
【0075】
(2)DNAトランスファーメンブランの調製
ゲノムDNA10μgを、Hind III、Xba I、Sac I及びEco RI〔導入遺伝子(T−DNA)中に1ヶ所しかない制限酵素部位に対する制限酵素である〕の各制限酵素で37℃にて一晩消化した。
ゲノムDNA・・・・・・・10μg
10×緩衝液・・・・・・・・10μl
制限酵素・・・・・・・・・ 8μl
蒸留水・・・・・・・全量 100 μl
【0076】
反応後、エタノール沈殿を行い、全体量の1/10量の3M酢酸ナトリウムと2〜2.5倍量の100%エタノールを加え、混合した後、-80℃にて15分以上放置した。
その後卓上遠心機で15,000rpm、室温にて20分間遠心し、上清を捨て、80%エタノール200μlを加え、15,000rpmで室温にて10分間遠心し、上清を捨て、沈殿を減圧乾燥させた。回収されたDNAを蒸留水20μlに溶解させ、0.8%濃度のゲル、50mAの条件で電気泳動を行った。泳動後のゲルをエチジウムブロマイド染色液に10分間以上浸漬した。ゲルをBPBが黄変するまで0.25N塩酸中で震盪した後、0.4N水酸化ナトリウム中で20分間処理して、DNAを一本差に変性した。ゲルと同じ大きさのHybond-N+(Amersham)1枚と3MM濾紙2枚を切り、ブロット台を組み立て8時間〜一晩、DNAをHybond-N+(Amersham)にブロットした。Hybond-N+(Amersham)のゲルのコームに位置するところに印をつけてから、2×SSC〔塩化ナトリウム17.53g/l、クエン酸ナトリウム8.82g/l〕で5分間洗浄した。Hybond-N+(Amersham)をペーパタオルに挟んで80℃にて2時間ベーキングした後、デシケーターに保存した。
【0077】
(3) プローブDNAの調製
下記の系で制限酵素処理を2時間行った。
pIG-A11 ・・・・・・・・・8μg
10×緩衝液・・・・・・・・4μl
SnaB I ・・・・・・・・・2μl
Sac I ・・・・・・・・・・2μl
10×BSA ・・・・・・・・・4μl
蒸留水 全量 40 μl
【0078】
制限酵素で消化したDNAを100mAで電気泳動した(手順は上記参照)。泳動後、ゲルの写真を撮り、UV照射下に必要なバンドをかみそりでカットした。溶出装置を水平に合わせ、1×電気溶出緩衝液(20mMトリス塩酸、0.2mM EDTA、5mM NaCl、pH8.0)を注いだ。1mlピペットマンで緩衝液を出し入れすることにより各チャンネルから空気を抜いた。3M 酢酸ナトリウム125μlを、溢れないよう注意しつつ全てのチャンネルに加えた。切り出したゲルを台に載せ、100V・400Aで1時間溶出させた後、ゲルをUV照射してDNAが全て回収されたことを確認した。緩衝液を抜き、キャピラリーチップをつけた1mlピペットマンでチャンネル内の液を回収した。100%エタノール1mlを加えて振り混ぜた後、-80℃に15分以上おいた。卓上遠心機で15,000rpmで20分間遠心した後、上清を捨てた。濯ぎのため、80%エタノール200μlを加えて15,000rpmにて10分間遠心し、ピペットマンを用いて上清を注意深く捨てた。減圧乾燥機で沈殿を乾燥させ、蒸留水12μlに溶解させた。
【0079】
(4) DNAの標識化
上記プローブを25〜100ng/3μlの濃度に調整し、3μlのDNA溶液とBcaBESTTMキット(宝酒造)〔ランダムプライマー(9マー)、10×緩衝液、dNTP混液(0.2mM dATP、dTTP、dGTP)、BcaBESTTM DNAポリメラーゼ〕付属のランダムプライマー2μlを混ぜて、95℃にて3分間、水浴中で熱変性させた。次いで、これを氷上で5分間冷却することによりアニーリングさせた。これに10×緩衝液2.5μl、dNTP混液2.5μl、蒸留水9.0μlを加えた。混合し、遠心した後、[α−32P(3,000Ci/mmol)]dCTPを5μl加え、更にBcaBESTTM DNAポリメラーゼを1μl加えた。55℃にて10分間反応させた。スピンカラムで3,400rpmで2分間遠心し、未反応のdNTPを除去し、[α−32P]dCTPの取り込み効率をチェックした後、エッペンチューブのまま4℃にて保存した。
【0080】
(5) プレハイブリダイゼーション
サケ精子DNAを、95℃にて3分間熱変性させた後、氷上に5分間置いた。シャーレにハイブリダイゼーション緩衝液〔6×SSPE、5×Denharts 試薬、0.5%SDS、〕〔20×SSPE:3.6M NaCl、200mM リン酸二水素カリウム、20mM EDTA(pH7.4); 50×Denharts 試薬:1.0%フィコール、1.0%ポリビニルピロリドン、1.0%BSA〕を10ml入れ、1/100量の熱変性サケ精子DNAを加えた。気泡が入らないようにメンブランをシャーレに入れ、ビニールテープでシールした後、65℃にて3時間以上インキュベートした。
【0081】
(6) ハイブリダイゼーション
32P標識プローブDNAを95℃にて3分間熱変性させた後、氷上に5分間放置して冷却させた。プレハイブリダイゼーションを終えたメンブランに32P標識プローブDNAを加え、55℃にて6時間以上インキュベートした。
【0082】
(7) 洗浄
ハイブリダイゼーション緩衝液を捨て、洗浄緩衝液〔6×SSC、0.1%SDS〕30mlで、42℃、20分間の洗浄を2回行った。サーベイメーターでメンブラン上の数カ所をカウントし、目的のバンドがある位置以外でカウントされないことを確認した。メンブランが乾燥しないうちにHybribagに入れて周囲をシールし、Molecular imager(BioRAD)スクリーンに露光させた。露光後、Molecular imager(BioRAD)で目的のバンドにハイブリダイゼーションが起こっていることを確認し、X線フィルム(Fujifilm: XR-1)に露光させ、フィルムを現像した。
【0083】
(8) 結果
結果を図5に示す。形質転換系統であるα−2、α−3及びα−4系統のみで目的遺伝子のバンドが検出され、陰性対照である野生型のゲノムDNAではバンドは検出されなかった。形質転換系統につき、4種の制限酵素で消化したゲノムDNAについて、1〜3個のバンドが検出され、全ての制限酵素で単一バンドしか与えないような形質転換系統はなかった。このことは、これらの形質転換系統において、目的遺伝子が複数コピー導入されていることを示唆している。
【0084】
5.3 形質転換イネにおける組換えタンパク質の発現解析
5.3.1 ELISA法による解析
(1) タンパク質の抽出
カルス、根、葉については、組織300mgに対して細胞溶解緩衝液1.0mlを加えてホモジナイズした後、遠心分離し、上清をサンプルとして用いた。また種子(登熟期種子及び完熟種子)については、組織50mgに対して細胞溶解緩衝液500μlを加えて上記と同様に処理し、上清をサンプルとして用いた。また、上記で得られたカルスについても、液体倍法を行った後ヒトインターフェロンαタンパク質の発現につき更に調べた。
【0085】
(2) ELIZA
ELIZA用96ウェルプレートに、1μl/mlの濃度の非標識抗体を100μl/ウェルづつ入れ、37℃にて1時間インキュベートした。抗体を除いた後、水分を拭い、1%牛血清アルブミンを含むPBSを350μl/ウェル加え、37℃にて1時間インキュベートした。ブロック液を捨てた後、水分を拭い、TTBSで1回洗浄した。ウェルにインターフェロンの標準品と1%牛血清アルブミン含有BPSで希釈したサンプルを100μl/ウェル添加し、37℃にて1時間インキュベートした。サンプルを捨て、TTBSで3回洗浄した。1μg/mlのHRP標識抗インターフェロンα抗体を100μl/ウェル添加し、37℃にて1時間インキュベートした。二次抗体を捨てた後、TTBSで3回洗浄した。HRPの基質(TMブルー)を50μl/ウェル加え、約5分間室温で発色させる。その後、0.1N硫酸を50μl/ウェル加えて反応を停止させた。450nmにおける吸光度をプレートリーダーにより測定し、標準品について予め作成しておいた検量線からサンプル中の濃度を算出した。
【0086】
(2) 結果
各組織についての結果を図6及び表2にまとめる。
【0087】
形質転換個体におけるヒトインターフェロンαタンパク質量(ELIZA)
【表2】
Figure 0003922869
【0088】
結果は、イネ組織50mg中におけるヒトインターフェロンαタンパク質量として示されている。図及び表が示すように、カルス及び登熟期の種子おいて高い発現量が得られた。完熟種子においては僅かな発現しか認められなかったが、操作に用いた細胞溶解緩衝液がプロテインボディを溶解させる物質を含有していないことから、ヒトインターフェロンαが完熟種子のプロテインボディ中に集積されている可能性がある。免疫電子顕微鏡観察の所見は、種子中において、ヒトインターフェロンαタンパク質がPB-Iに集積していることを示唆している(データは示さず)。
【0089】
液体培養したカルスについての結果を次の表3に示す。上記表との対より、液体培養によっても個体培地で培養したカルスとほぼ同定のヒトインターフェロンαタンパク質が産生されていることが分かる。
【0090】
【表3】
Figure 0003922869
【0091】
5.3.2 抗ウイルス活性分析
発現されたヒトインターフェロンαタンパク質の抗ウイルス活性を評価した。
(1) 方法
用いたタンパク質サンプルは、上記ELIZAと同様の手順で作成した。但しカルスは使用しなかった。水疱性口内炎ウイルス(VSV)、ヒト白血球インターフェロンα標準品、及びFL5−1細胞(ヒト羊膜由来細胞)を用い、50%CPE減少法(色素取り込み法)により、通常の手順に従って操作を行った。
【0092】
(2) 結果
結果を図4及び表4にまとめる。
【0093】
【表4】
Figure 0003922869
【0094】
図及び表は、形質転換イネより抽出されたタンパク質が抗ウイルス活性を有していることを明らかにしている。また、抗ウイルス活性が、ELIZAにおいて確認されたヒトインターフェロンαタンパク質の発現量と相関していることは、この抗ウイルス活性が形質転換イネ中に発現されたヒトインターフェロンαによるものであることを示している。
【0095】
6.Camellia sinensisへのヒトインターフェロンα遺伝子の導入
6.1 Camellia sinensisのカルス培養及び不定胚形成
Camellia sinensisの未熟種子を次亜塩素酸ナトリウム(有効塩素濃度1%)溶液で10分間滅菌した後、滅菌水で3回洗浄した。滅菌した未熟種子から子葉を切除し2分割して1.0mg/lのBAを添加した1/2MS培地に置床し、4,000luxの蛍光灯下で16時間日長、25℃の条件で培養した。培養6週間後からカルス形成が認められた。得られたカルスは、同組成の培地に継代培養することにより維持できた。ホルモンフリーの1/2MS培地に移植することにより、カルスから不定胚を経由して幼植物体が得られた。
【0096】
6.2 形質転換カルスの作出
大腸菌へのpNPI132の導入を、前記「2.1 大腸菌へのプラスミドの導入」と同様にして行い、前記「2.2 プラスミドの大量調製」と同様の手順によりプラスミドの大量調製を行った。プラスミドを前記「2.3 アグロバクテリウムへのプラスミドの導入」と同様にしてアグロバクテリウム(Agrobacterium tumefaciens LBA4404)へ導入した。次いで、上記で作成したCamellia sinensisの子葉由来カルスを超音波処理(38kHz、5秒間)した後、pNPI132(日本製紙株式会社)を有するAgrobacterium tumefaciensと、前記「3.3 アグロバクテリウムの感染による遺伝子の導入」に準じて3日間共存培養を行った。共存培養終了の1ヶ月後にGUS活性について検討した。その結果、約30%のカルスにおいてGUS活性が認められた。pNPI132の構造については図10を参照のこと。図において、Rsは、組換え酵素が認識し作用するDNA配列、Rは、組換え酵素をコードする遺伝子、iptは、サイトカイニンの合成に関与するイソペンテニルトランスフェラーゼをコードする遺伝子、Tはターミネーターを表す。
【0097】
イネの場合の実験手順において行ったのと同様にして、Sna BIとSac IとでpNPI132を消化し、pNPI132中のGUS遺伝子の一部を残して除去し、代わりにインターフェロンをコードするDNAをライゲートすることにより、インターフェロン遺伝子を組み込んだプラスミドDNAが得られる。これをイネの場合に行ったのと同様にして、大腸菌中で増幅し、これを用いてアグロバクテリウムを形質転換し、形質転換されたアグロバクテリウムをCamellia sinensisのカルスに感染させることにより、インターフェロン遺伝子を導入したCamellia sinensisを得ることができる。
【0098】
7.チャへのヒトインターフェロンα遺伝子の導入
チャ(Thea)は、Camelliaと分類学上隣接した位置にあるため、チャについても上記Camellia sinensisについて行ったのと同様の手順により、GUS遺伝子又はヒトインターフェロンα遺伝子を導入することが可能となる。例えば、チャの未熟種子を次亜塩素酸ナトリウム(有効塩素濃度1%)溶液滅菌し、滅菌水で洗浄し、子葉を切除し2分割して1.0mg/lのBAを添加した1/2MS培地に置床し、4,000luxの蛍光灯下で16時間日長、25℃の条件で培養する。得られるカルスを上記と同様に超音波処理し、pNPI132(日本製紙株式会社)を有するAgrobacterium tumefaciensと共存培養を行うことにより、GUS遺伝子を組み込んだチャを得ることが可能であろう。従ってまた、pNPI132中のGUS遺伝子の一部を残して除去し、代わりにインターフェロンをコードするDNAをライゲートすれば、インターフェロン遺伝子を組み込んだプラスミドDNAが得られる。これをイネの場合に行ったのと同様にして、大腸菌中で増幅し、これを用いてアグロバクテリウムを形質転換し、形質転換されたアグロバクテリウムをチャのカルスに感染させればインターフェロン遺伝子を導入したチャが得られることが、合理的に推定される。
【0099】
【配列表】
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【図面の簡単な説明】
【図1】 pINT-RP10sGUSの調製プロセスを示す図。
【図2】 pIG121Hmの調製プロセスを示す図。
【図3】 pUC19へのヒトインターフェロンα遺伝子配列の組み込みを表す図。
【図4】 ヒトインターフェロンα遺伝子配列を組み込んだpUC19断片のpIG121Hmへの組み込みを表す図。
【図5】 構築されたpIG-A11の、ヒトインターフェロンα遺伝子配列を含んだ領域を表す図。
【図6】 形質転換植物における目的遺伝子の導入を示すPCRによる増幅像。
【図7】 形質転換植物における目的遺伝子の導入を示すゲノミックサザン分析。
【図8】 形質転換植物組織中のヒトインターフェロンαタンパク質量を示すグラフ。
【図9】 形質転換植物組織中のタンパク質の抗ウイルス活性を示すグラフ。
【図10】 pNPI132の構造を示す図。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a plant in which an interferon protein is incorporated, and particularly relates to a gramineous plant and a tea in which a base sequence encoding an interferon α or ω protein is incorporated into genomic DNA.
[0002]
[Prior art]
Establishing a method for introducing foreign genes into plant cells is possible with other evolutionary distant plants that were impossible with conventional hybridization methods, as well as the potential for useful characteristics of microorganisms and animals. And is expected as an innovative technology for plant breeding. There are two methods of actually introducing an isolated gene into a plant cell, one using a physical method and the other using a living organism.
[0003]
Physical methods include a polyethylene glycol method (PEG method), an electroporation method, a microinjection method, and a particle gun method. These methods are highly useful in that they can be applied to both monocotyledonous and dicotyledonous plants. However, in the polyethylene glycol method and the electroporation method, since the cell wall becomes an obstacle, protoplasts must be used, and the frequency of integration of the introduced gene into the chromosomal DNA of plant cells is a problem. In addition, in the microinjection method using callus or tissue without using protoplasts, there are many difficulties in terms of needle thickness, tissue fixation, and the like. Even in the particle gun method using tissue, there are problems such as the appearance of mutations in the form of chimeras. Moreover, in these physical methods, the introduced foreign gene is generally easily incorporated into the nuclear genome as a multi-copy gene in an incomplete state. It is known that when multiple copies of a foreign gene are introduced, the gene is easily inactivated.
[0004]
On the other hand, methods for introducing an isolated gene using a living organism include an Agrobacterium method, a virus vector method, and a method using pollen as a vector, which has been developed recently. These methods have the advantage that the culture does not last for a long time and is not susceptible to damage such as somaclonal mutation because gene transfer is performed using plant callus, tissue or plant body without using protoplasts. ing. Among them, the method using pollen as a vector has few experimental examples yet, and there are many unknown parts as plant transformation methods. Although the viral vector method has the advantage that the gene to be introduced to the entire plant infected with the virus spreads, it is only amplified and expressed in each cell, and there is no guarantee that it will be transmitted to the next generation, In addition, there is a problem in that long DNA fragments cannot be introduced. The Agrobacterium method has many advantages such as the ability to introduce DNA of 20 kbp or more into chromosomes without major rearrangement, the small number of copies of the introduced gene, and the high reproducibility. On the other hand, it has been difficult to apply to monocotyledonous plants.
[0005]
Since Agrobacterium is outside the host range for monocotyledonous plants such as gramineous plants, introduction of foreign genes into gramineous plants has been conventionally performed by the physical methods described above. However, in recent years, the Agrobacterium method has been applied to monocotyledonous plants such as rice and other plants with established culture systems.
[0006]
In the introduction of foreign genes by the Agrobacterium method, when a low molecular weight phenolic compound such as acetosyringone synthesized by plants acts on the Ti plasmid Vir region, the T-DNA region is excised from the Ti plasmid and undergoes several processes. It is integrated into the nuclear chromosomal DNA of plant cells. In the dicotyledonous plant, since the plant itself has such a phenol compound synthesis mechanism, a foreign gene can be easily introduced by the leaf disk method or the like, and reproducibility is also high. On the other hand, in monocotyledonous plants, since such plants do not synthesize such phenolic compounds, it was difficult to produce transformed plants with Agrobacterium. However, it is now possible to introduce foreign genes into monocotyledons by adding acetosyringone during Agrobacterium infection.
[0007]
Regarding the production of useful plants, herbicide-tolerant plants, virus-resistant plants, insect-resistant plants such as insect-resistant plants, and environmental stress (pollution, cold damage, drought, strong light) resistant plants have been reported so far. ing. On the other hand, research has also begun on the possibility of using plants in terms of pharmaceutical production.
[0008]
One of the current attentions is the production of bioactive peptides using a seed protein storage system. Proteins stored in seeds are relatively easy to separate. Moreover, since the original role of the storage protein is to be used as a nitrogen source, it is possible to change its amino acid sequence without impairing its physiological role.
[0009]
For example, prolamin and glutelin, storage proteins in rice seed endosperm cells, are synthesized in endosperm cells almost simultaneously with the ripening period, and accumulate in different types of intracellular granules called protein bodies (PB). Is done. Glutelin, which is most abundant in endosperm cells, is accumulated in protein body type II (PB-II), and the other major storage protein, prolamin, is accumulated in protein body type I (PB-I). This selection is thought to be based on the distinctive signal sequences present in each protein being distinguished by different endoplasmic reticulum regions.
[0010]
If these signal sequences can be used appropriately to introduce foreign genes into rice, the expressed foreign proteins can be accumulated in the protein body, and stable accumulation and easy isolation and recovery of foreign proteins can be achieved. May be easier. Similar storage proteins are also contained in the endosperm of seeds of gramineous plants other than rice, such as wheat, barley, rye, and corn, and their signal sequences are also useful.
[0011]
When human proteins are expressed using plants originally edible, such as rice, wheat, corn, etc., components harmful to humans are mixed in human proteins isolated and purified from recombinant plants. In addition to the advantage that the possibility is low, it is possible to use the protein in a method in which a plant or a callus is taken orally as it is. The same applies to the tea used as a drink in terms of ingestion by humans. If foreign useful genes can be introduced into the tea, a new application can be opened.
[0012]
On the other hand, human interferon (INF) used for the treatment of hepatitis and the like needs to be administered to a patient over a long period of time, but the supply amount is limited, and the period of administration to a patient is usually Limited to a relatively short time. For this reason, there is a need for the production of plants that can make interferon production more efficient and can promote its use in the treatment of hepatitis and the like.
[0013]
[Problems to be solved by the invention]
In the above background, the present invention aims to produce rice and tea capable of producing human interferon protein.
[0014]
[Means for Solving the Problems]
The present inventor constructed an artificial gene in which a base sequence encoding a signal sequence of a prolamin of rice, which is a grass family plant, is fused upstream of the human interferon gene (INF), and this artificial gene is ablated using the Agrobacterium method. Introduced to Ginger Rice. As a result, the expression of human interferon protein was confirmed in various tissues including callus, and it was confirmed that the protein maintained the physiological activity of human interferon. Furthermore, as a result of observation with an immunoelectron microscope, it was suggested that human interferon protein was accumulated in PB-I due to the function of the signal sequence. On the other hand, Camellia sinensis was also transformed with callus, and the introduction and expression of the foreign gene GUS was confirmed. The base sequence encoding the human interferon protein can be inserted in the form replaced with a part of the base sequence of the reporter gene GUS, as shown in the examples for fertile rice, and thereby the Camellia sinensis tissue Can also be expressed by introducing a human interferon gene. Since Camellia is adjacent to Thea in taxonomics, human interferon gene can be introduced and expressed in tea in the same manner as Camellia sinensis.
[0015]
That is, the present invention incorporates a base sequence encoding a human interferon protein, in which a base sequence encoding a signal amino acid sequence that causes accumulation of endosperm storage protein into a protein body is linked upstream, so that it can be expressed in genomic DNA. A grass plant is provided. Preferable examples of the grass family include rice, wheat, barley and oats or corn. The gramineous plant can be provided in any form of individual somatic cells, calli and plants.
[0016]
Furthermore, the present invention also provides a tea characterized in that a base sequence encoding human interferon protein is incorporated into genomic DNA so that it can be expressed. The tea can be provided in any form of individual somatic cells, calli and plants.
[0017]
Furthermore, the present invention constructs a recombinant plasmid DNA having a base sequence encoding a human interferon protein, wherein a base sequence encoding a signal amino acid sequence that causes accumulation of the endosperm storage protein into the protein body is linked upstream. Agrobacterium is transformed with the plasmid DNA, the transformed Agrobacterium is added to the callus of the Gramineae plant, and the callus expressing the human interferon protein is selected. The present invention also provides a method for producing a grass family, wherein a nucleotide sequence encoding a human interferon protein is incorporated into a genomic DNA such that it can be expressed. Preferable examples of the grass family include rice, wheat, barley and oats or corn.
[0018]
Furthermore, the present invention constructs a recombinant plasmid DNA having a base sequence encoding human interferon protein, transforms Agrobacterium with the plasmid DNA, and adds the transformed Agrobacterium to tea callus. The present invention also provides a method for producing a tea comprising a base sequence encoding a human interferon protein, which can be expressed in a genomic DNA, wherein the callus expressing the human interferon protein is selected by infection.
[0019]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The Gramineae plant or tea expressing human interferon protein produced according to the present invention can be used for extracting and recovering human interferon protein from callus, for example, and the callus itself can be used as it is or after being subjected to a treatment such as drying. Can be used for oral supplementation of human interferon.
[0020]
【Example】
Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to representative examples. However, the present invention is not intended to be limited to these specific examples.
[0021]
1. Construction of plasmid vector containing human interferon gene
A plasmid vector containing the human interferon gene was constructed by the following procedures A to C (see FIGS. 1 to 5). As the interferons, interferons α and ω were used as examples.
[0022]
A. Preparation of pINT-RP10sGUS
1) A genomic DNA clone containing rice superoxide dismutase (rice SOD) was digested with BamHI (Takara Shuzo), and the DNA fragments were separated by agarose gel electrophoresis and purified using the GENE CLEAN kit (Funakoshi). Subcloning was performed on pBSK (+) (Toyobo) digested with BamHI using ligation kit ver2 (Takara Shuzo).
[0023]
2) Forward primer (5-aatcagcaatggcagcatac-3) (shown in SEQ ID NO: 5) and reverse primer (5-catggctaatgttggtgggaa-3) (shown in SEQ ID NO: 6) using rice genomic DNA as a template And amplified by PCR to obtain a DNA fragment containing a rice 10 kDa prolamin signal. Further, after treatment with a blunting kit (Takara Shuzo) and polynucleotide kinase, it was inserted into pBI221 (Clontech) digested with SmaI.
[0024]
3) The plasmid of 1) above is digested with BamHI and NheI (Takara Shuzo), the DNA fragment containing the SOD first intron is separated by agarose gel electrophoresis, and then purified using the GENE CLEAN kit. BamHI and XbaI (Takara Shuzo) PINT-RP10sGUS was obtained by subcloning using the ligation kit ver2 (Takara Shuzo).
[0025]
B. Preparation of pIG121Hm
1) Forward primer INT-f (5-ggatccactagttctagagtcatcttc-3) (shown as SEQ ID NO: 7 in the sequence listing) and reverse primer INF-r (5-cgtcctaggaagtgataacagata-3) (in the sequence listing) using rice genomic DNA as a template The DNA containing the rice SOD first intron was amplified by PCR using SEQ ID NO: 8) and digested with XbaI and BamHI. The XbaI and BamHI fragments were separated by agarose gel electrophoresis, purified using the GENE CLEAN kit, and subcloned into pBI121 (Clontech) digested with XbaI and BamHI using the ligation kit ver2.
[0026]
2) The plasmid obtained in 1) above was digested with HindIII (Takara Shuzo) and EcoRI (Takara Shuzo), and the HindIII and EcoRI fragments were separated by agarose gel electrophoresis and purified using the GENE CLEAN kit. This was then subcloned into pUC19 (Takara Shuzo) digested with HindIII and EcoRI using the ligation kit ver2.
[0027]
3) pGPTV-HPT (ATCC) was digested with XbaI and SstI (Gibco), and XbaI and SstI fragments were separated by agarose gel electrophoresis and purified using the GENE CLEAN kit.
[0028]
4) The plasmid obtained in 2) above is digested with XbaI and SstI, the plasmid is purified by agarose gel electrophoresis, the GUS gene is removed, and XbaI having the HPT gene (hygromycin resistance) of 3) above. The SstI fragment was inserted using ligation kit ver2.
[0029]
5) The plasmid obtained in 4) above was digested with HindIII and EcoRI, and HindIII and EcoRI DNA fragments were separated by agarose gel electrophoresis and then purified using the GENE CLEAN kit. This was then made blunt using a blunting kit.
[0030]
6) The plasmid obtained in 1) above was digested with EcoRI and made blunt using a blunting kit. The HindIII and EcoRI DNA fragments of 5) above were inserted into this plasmid using ligation kit ver2 to obtain pIG121Hm.
[0031]
C. Preparation of pIG-A11 and pIG-O89
1) Forward primer A-GUS-SF (5-ctcctggtgctcatacgtaagtcacgcggctctgtgggctg-3) (shown as SEQ ID NO: 9 in the sequence listing) and reverse primer A-SacR (5-catttccatgttggagctcttttcattccttacttc-3) (sequence listing) DNA containing human interferon α2A (INF-α2A) was amplified by PCR using SEQ ID NO: 10). In addition, the forward primer O-Gus-SF (5-ccctagtgatgatacgtaatagccctcgtggatctctgggc-3) (shown by SEQ ID NO: 11 in the sequence table) and the reverse primer O-SacR (5-gcaaattaatcaatgagctccgtatcaagatgag-3) (SEQ ID NO: 12 in the sequence table) DNA containing human interferon ω (INF-ω) was amplified by PCR.
[0032]
2) The pINT-RP10sGUS and the PCR product from 1) above were digested with SnaBI (Takara Shuzo) and SacI (Takara Shuzo), separated by agarose gel electrophoresis, purified using the GENE CLEAN kit, and the ligation kit ver2 was obtained. And INF-α2A and INF-ω genes were cloned.
[0033]
3) The plasmid obtained in 2) above was digested with XbaI and SacI, separated by agarose gel electrophoresis, and then purified using the GENE CLEAN kit.
[0034]
4) pIG121Hm was digested with XbaI and SacI, separated by agarose gel electrophoresis, and then purified using the GENE CLEAN kit to remove the SOD intron and GUS gene.
[0035]
5) Insert the XbaI and SacI fragments of 3) above into the plasmid of 4) above using ligation kit ver2 to obtain pIG-A11 containing the INF-α2A gene and pIG-O89 containing the INF-ω gene. It was.
[0036]
SEQ ID NO: 1 in the Sequence Listing shows the base sequence constituting the characteristic part of plasmid DNA containing the base sequence encoding interferon α protein used in the present invention. In the sequence, bases 1 to 6 are XbaI sites, bases 10 to 894 are rice SOD intron base sequences, bases 916 to 987 are base sequences encoding a prolamin 10k signal consisting of 24 amino acids, base 988 ~ 1044 encodes a 19-amino acid prolamin N-terminal sequence, bases 1045 to 1437 encode a 126-amino acid GUS N-terminal region followed by a 5-amino acid junction Base sequence, bases 1438 to 1446 are base sequences encoding thrombin recognition site consisting of 3 amino acids, bases 1447 to 1947 are base sequences encoding interferon alpha protein (full length) consisting of 167 amino acids, bases 1948 to 1950 Is a stop codon and bases 1954 to 1959 are SacI sites.
[0037]
SEQ ID NO: 2 shows the amino acid sequence of the protein encoded by the DNA of SEQ ID NO: 1 and expressed in rice. In the amino acid sequence, amino acids 1 to 24 are prolamin signals, which are cleaved and removed upon passage through the membrane. Amino acids 25-43 correspond to 19 amino acids in the prolamin N-terminal region. Amino acids 44 to 169 correspond to 126 amino acids in the N-terminal region of GUS, and amino acids 170 to 174 are amino acids constituting the linking part. Amino acids 175 to 177 are amino acids (Arg-Gly-Ser) constituting the thrombin recognition site, and are cleaved between arginine and glycine by thrombin. Amino acids 178 to 344 constitute the full-length amino acid sequence of interferon α protein consisting of 167 amino acids. When the interferon α protein is cut out by thrombin, a part of the thrombin recognition sequence (Gly-Ser) remains on the N-terminal side of the interferon α protein consisting of amino acids 178 to 344, but more than 20 types are found. Since some of the natural interferon α proteins that contain this sequence Gly-Ser exist, the sequence of 169 amino acids including this sequence Gly-Ser is also that of the interferon α protein. is there.
[0038]
SEQ ID NO: 3 in the sequence listing shows the base sequence constituting the characteristic portion of the plasmid DNA containing the base sequence encoding the interferon ω protein used in the present invention. In the sequence, bases 1 to 6 are XbaI sites, bases 10 to 894 are rice SOD intron base sequences, bases 916 to 987 are base sequences encoding a prolamin 10k signal consisting of 24 amino acids, base 988 ~ 1044 encodes a 19-amino acid prolamin N-terminal sequence, bases 1045 to 1440 encode a 126-amino acid GUS N-terminal region followed by a 6-amino acid junction Base sequence, bases 1441-1449 are base sequences encoding thrombin recognition site consisting of 3 amino acids, bases 1450-1971 are base sequences encoding interferon ω protein (full length) consisting of 174 amino acids, bases 1972-1974 Is a stop codon and bases 1975 to 1980 are SacI sites.
[0039]
SEQ ID NO: 4 shows the amino acid sequence of the protein encoded by the DNA of SEQ ID NO: 3 and expressed in rice. In the amino acid sequence, amino acids 1 to 24 are prolamin signals, which are cleaved and removed upon passage through the membrane. Amino acids 25-43 correspond to 19 amino acids in the prolamin N-terminal region. Amino acids 44 to 169 correspond to 126 amino acids in the N-terminal region of GUS, and amino acids 170 to 175 are amino acids constituting the linking part. Amino acids 176 to 178 are amino acids (Arg-Gly-Ser) constituting the thrombin recognition site, and are cleaved between arginine and glycine by thrombin. Amino acids 179 to 352 constitute the full-length amino acid sequence of interferon ω protein consisting of 174 amino acids.
[0040]
Hereinafter, the experimental operation will be described based on an example using the interferon α gene. The operations using the interferon ω and other interferon genes are performed in the same manner as when interferon α is used.
[0041]
2. Agrobacterium transformation
2.1 Introduction of plasmid into E. coli
E. coli was used as the host cell. To the host cells thawed at room temperature, 1-2 μl of the recombinant plasmid vector pIG-A11 constructed above was added and allowed to stand on ice for 1 minute. The cells were then transferred to a cuvette (0.2 CM, Bio Rad Inc.) and an electrical pulse (25 μFD, 200Ω, 2.5 kV) was applied (GENE PULSER, Bio Rad Inc.).
. Heat shock by adding 1.0 ml of SOC medium (tryptophan 10 g / l, yeast extract 5.0 g / l, sodium chloride 10 mM, magnesium chloride 2.5 mM, magnesium sulfate 10 mM, glucose 20 mM) preheated to 37 ° C. to the cuvette Was transferred to a sterilized tube and incubated at 37 ° C. for 1 hour at 180-220 rpm using a rotary shaker. It was plated on LB plate (5.0 g of sodium chloride, 5.0 g of tryptophan, 10 g of yeast extract, 1.5% agar, amypicillin or kanamycin 50 μg / ml in 1 L of LB medium), and incubated at 37 ° C. overnight.
[0042]
2.2 Large-scale preparation of plasmids
E. coli carrying the recombinant plasmid DNApIG-A11 was cultured overnight in LB medium containing antibiotics (LB medium 50 ml + ampicillin 50 μg / ml) by shaking. Transfer the culture to a centrifuge tube and add 7,000 rpm (desktop microcentrifuge BECKMAN MicrofugeTM R) was centrifuged at 4 ° C. for 5 minutes, and 1 ml of alkaline lysis solution I (25 mM Tris-HCl, 50 mM glucose, 10 mM EDTA) was added to the precipitate, suspended well, and left at room temperature for 5 minutes. Next, 2 ml of alkaline solution II (0.2N sodium hydroxide, 1% SDS) was added, mixed gently, and left on ice for 5 minutes. 1.5 ml of 3M potassium acetate solution (pH 5.7) was added and mixed, and left on ice for 10 minutes. 12,000 rpm (High-speed cooling centrifuge: BECKMAN AvantiTM Centrifuge for 10 minutes with HP-25I, rotor: JA-12), transfer the supernatant to a new centrifuge tube, add 3.5 ml of isopropanol (final concentration 60%), mix and leave on ice for 10 minutes to 1 hour did. After centrifuging at 12,000 rpm for 10 minutes, the precipitate was collected and dried, and then 1 ml of distilled water was added and dissolved. After the DNA dissolved in distilled water was transferred to a Spitz tube and filled up to 1.6 ml, 1.75 g of CsCl and 100 μl of ethidium bromide were added and mixed. This is put in a quick seal tube for ultracentrifugation and sealed, 80,000 rpm (supercentrifuge: BECKMAN OptimaTM TLX, rotor: TLA 120.2) was ultracentrifuged at 20 ° C. for 16-20 hours. It collect | recovered with the 1 ml sterilization syringe (for tuberculin), and moved to the Eppendorf type | mold tube. Filled up with distilled water to 0.5 ml, added 0.5 ml of n-butanol, shaken 3-4 times, and added 1 ml of ethanol (room temperature). Distilled water was added dropwise until the precipitated CsCl disappeared. The mixture was allowed to stand at −80 ° C. for 30 minutes, precipitated with ethanol, then returned to room temperature and shaken. 15,000 rpm (BECKMAN MicrofugeTM R) was centrifuged at 4 ° C. for 5 minutes, the supernatant was discarded, 200 μl of distilled water, 20 μl of 3M sodium acetate, and 550 μl of 100% ethanol were added to the precipitate, and then left at −80 ° C. for 20 minutes. The mixture was centrifuged at 15,000 rpm for 5 minutes at 4 ° C., the supernatant was discarded, and 200 μl of 80% ethanol was added to the precipitate. The mixture was allowed to stand at −80 for 20 minutes, centrifuged at 15,000 rpm for 3 minutes at 4 ° C., the supernatant was discarded, the precipitate was dried, and then dissolved in 50 μl of distilled water. The DNA concentration was measured by the absorbance method (measured by filling up 5 μl to 1 ml, OD260Calculated as x10 μg / ml).
[0043]
2.3 Introduction of plasmid into Agrobacterium
2.3.1 Preparation of competent cells
Agrobacterium tumefaciens wild strains (EHA101 strain and EHA105 strain) were streaked so that single colonies appeared on LB plates containing antibiotics (LB medium + kanamycin 50 μg / ml) and cultured at 28 ° C. for 2 to 3 days did. The colonies were inoculated into 3 ml of antibiotic-containing LB medium (sodium chloride 5.0 g / l, tryptone 5.0 g / l, yeast extract 10 g / l) and cultured at 28 ° C. overnight. Inoculate 0.1-0.5ml of culture solution into 50ml of LB medium containing antibiotics and OD at 28 ° C600= Cultured to about 0.4. The flask containing the Agrobacterium tumefaciens culture solution was cooled in ice water for 15 minutes, then transferred to a 50 ml Corning tube and centrifuged at 3,500 rpm for 15 minutes at 4 ° C. to remove the medium. After adding about 10 ml of 10% glycerol at 4 ° C., the cells were suspended, and further cold 10% glycerol was added to make a total of 40 ml, followed by centrifugation at 4,000 rpm for 15 minutes. Glycerol was removed and about 10 ml of cold 10% glycerol was added again, and then the cells were suspended. Further, cold 10% glycerol was added to make a total of 40 ml and centrifuged at 4,000 rpm for 15 minutes. After sufficiently removing glycerol, 400 μl of 10% glycerol was added to suspend the Agrobacterium tumefaciens cells. 40 μl each was dispensed into 1.5 ml Eppendorf tubes, quenched with liquid nitrogen, and stored at -80.
[0044]
2.3.2 Transformation of Agrobacterium tumefaciens
To the host cells thawed at room temperature, 1-2 μl of recombinant plasmid DNApIG-A11 DNA was added and allowed to stand on ice for 1 minute. Host cells were transferred to a pre-cooled cuvette and given an electrical pulse (25 μFD, 200Ω, 2.5 kV). Add 1.0 ml of SOC medium preheated to 28 ° C. to the cuvette, apply heat shock, transfer to a sterilized test tube, and incubate at 180 ° C. to 220 rpm using a rotary shaker at 28 ° C. for 3 hours. Cells were plated on LB plates (LB medium, kanamycin 50 μg / ml, hygromycin 50 μg / ml, 1.5% agar) and cultured at 28 ° C. for 2-3 days. A single colony was inoculated into an antibiotic-containing LB medium, and then the plasmid was recovered with Flex prep (Pharmacia), and introduction of the target gene was confirmed by PCR in a conventional manner.
[0045]
3. Transformation of ripening rice
3.1 Preparation of Agrobacterium
Inside the safety cabinet, platinum ears were inserted into vials of Agrobacterium tumefaciens (EHA101 / pIG-A11 and EHA105 / pIG-A11) stocked with glycerol at -80 ° C. and applied to AB medium (see medium list). Sealed with vinyl tape and cultured in the dark at 28 ° C for 3 days.
[0046]
3.2 Induction of callus
After removing the cocoons of the raw rice seeds, they were put in a bottle with a picket, 70% ethanol was added and the mixture was stirred with a stirrer for about 1 minute. After discarding ethanol, sodium hypochlorite diluted to 50% was added and stirred with a stirrer for about 1 hour. Sodium hypochlorite was completely cut using a tea strainer in a clean bench, the seeds were transferred to a petri dish, and washed 5-6 times with distilled water. The seeds were transferred to N6CP medium (see medium list) with tweezers and cultured at 28 ° C. in the light for 2 weeks. The resulting callus was removed with tweezers and transferred to fresh N6CP medium and used within 1-2 weeks.
[0047]
3.3 Gene transfer by Agrobacterium infection
Attempts were made in two ways with and without sonication.
[0048]
3.3.1 Method without sonication
About 25 ml of AA suspension medium (see medium list) was dispensed into a 50 ml Corning tube. On the AB medium (see medium list), acetosyringone (dissolved in DMSO at a concentration of 50 mg / ml and stored at 4 ° C. protected from light) was added to the AA suspension medium to a concentration of 10 mg / ml. Agrobacterium (EHA101 strain) was scraped and suspended with a spatula several centimeters. The callus on the 31st day from the start of induction was transferred to an AA suspension medium in which Agrobacterium cells were suspended, shaken, and then infected for 5 minutes with occasional shaking. The cell suspension was discarded a little, and the suspension and callus were transferred to a petri dish together. Callus was placed on N6 co-culture medium (see medium list), sealed with surgical tape, and co-cultured at 28 ° C. in the dark for 3 days.
[0049]
3.3.2 Method of performing ultrasonic treatment
About 25 ml of AA suspension medium (see medium list) was dispensed into a 50 ml Corning tube. Callus on the 17th day of induction was placed in a Corning tube and sonicated for 30 seconds. Agrobacterium cells on the AB medium were scraped and suspended in an AA suspension medium (see medium list) with a spatula. The cells of Agrobacterium (EHA105 strain) were suspended by shaking and then infected for 5 minutes with occasional shaking. The cell suspension was discarded a little, and the suspension and callus were transferred to a petri dish together. Callus was placed on N6 co-culture medium (see medium list), sealed with surgical tape, and co-cultured in the dark at 28 ° C. for 2 days.
[0050]
3.4 Agrobacterium removal and recovery
About 25 ml of distilled water was placed in a 50 ml Corning tube, and callus after co-culture was added. After shaking, it was allowed to stand still, and it was confirmed that the callus had settled, and the washing water was discarded. The operations of adding about 25 ml of distilled water, mixing, standing, and discarding the washing water were repeated until the distilled water did not become cloudy (2 to 3 times). Add 25 ml of distilled water, add 50 μl of carbenicillin (dissolved in sterilized water to 250 mg / ml, filter sterilize in a clean bench and store at 4 ° C.) (final concentration 500 mg / ml) It was confirmed that the callus had settled, and the washing water was discarded. Repeat the operation of adding and mixing carbenicillin-containing distilled water, allowing to stand, and discarding the wash water until the wash water does not become cloudy (3-4 times). Moved to a petri dish. Callus was placed in N6C + carbenicillin medium (see medium list) with tweezers, sealed with surgical tape, cultured at 28 ° C for 10 days for callus infected with EHA101 strain, and for 9 days for callus infected with EJHA105 strain for 9 days. .
[0051]
This recovery operation is aimed at recovery from the damage to the plant caused by Agrobacterium infection, and omission of this operation is not preferable because it reduces the possibility of obtaining a transformant. The optimal culture period in N6C + carbenicillin medium is about one week.
[0052]
3.5 Selection
All calli cultured for 1 week in N6C + carbenicillin medium were placed on N6 selective medium (see medium list). At this time, the callus that was growing was placed in small portions while avoiding excessive force. After sealing with surgical tape, the placed callus was cultured at 28 ° C. in the light. The medium was changed about every 2 weeks. The hygromycin concentration of the N6C + carbenicillin medium used was 25 mg / l for the first 15 days for the EHA101 strain-infected callus, 40 mg / l for the remaining period (17 days), and the entire period ( 27 days) 30 mg / l.
[0053]
3.6 Redifferentiation
Only calli that had been grown in N6 selective medium and grown were placed on MS regeneration medium (see medium list) with a hygromycin concentration of 25 mg / l. Callus greened in 1-2 weeks. Redifferentiated individuals were transferred to MS hormone-free medium (see medium list). The presence or absence of hygromycin resistance was confirmed, and the plant body was grown.
[0054]
3.7 Acclimatization
When the roots grew sufficiently and the shoots grew, the lid was gradually opened over 3 days. At this time, in order to prevent the generation of mold, the medium was filled with water and the water was changed once a day. After sufficiently removing the medium from the acclimatized plant body, it was replanted in soil and allowed to grow with hypox.
[0055]
4). Medium list
The composition of each medium used in the above operation is as follows.
[0056]
AA medium: sodium dihydrogen phosphate 150 mg / l, calcium chloride dihydrate 150 mg / l, magnesium sulfate heptahydrate 250 mg / l, potassium iodide 0.75 mg / l, cobalt chloride hexahydrate 0.025 mg / l, boric acid 3.0 mg / l, sodium molybdate dihydrate 0.25 mg / l, manganese sulfate tetrahydrate 10.0 mg / l, copper sulfate pentahydrate 0.025 mg / l, zinc sulfate heptahydrate 2.0 mg / l, edetic acid first Iron 40.0 mg / l, Inositol 100 mg / l, Thiamine hydrochloride 10.0 mg / l, Nicotinic acid 1.0 mg / l, Pyridoxine hydrochloride 1.0 mg / l, Glycine 7.5 mg / l, Arginine 177 mg / l, Potassium chloride 3 g / l, Glutamine 900 mg / l, aspartic acid 300 mg / l, sucrose 2 g / l
[0057]
AA suspension medium: AA salts and amino acids, B5 vitamins, sucrose 20 g / l, kinetin 0.2 mg / l, 2,4-D 2 mg / l, acetosyringone 10 mg / l, pH 5.8
[0058]
AB medium: potassium hydrogen phosphate 3 g / l, potassium dihydrogen phosphate 1 g / l, ammonium chloride 1 g / l, magnesium sulfate heptahydrate 0.3 g / l, potassium chloride 0.15 g / l, calcium chloride 0.01 g / l, Ferrous sulfate heptahydrate 2.5 mg / l, glucose 5 g / l, agar 15 g / l, pH 7.2
[0059]
N6 medium: ammonium sulfate 463 mg / l, potassium nitrate 2830 mg / l, potassium dihydrogen phosphate 400 mg / l, calcium chloride dihydrate 166 mg / l, magnesium sulfate heptahydrate 185 mg / l, potassium iodide 0.8 mg / l, cobalt chloride Hexahydrate 0.025 mg / l, boric acid 1.6 mg / l, sodium molybdate dihydrate 0.25 mg / l, manganese sulfate tetrahydrate 4.4 mg / l, copper sulfate pentahydrate 0.025 mg / l, zinc sulfate 7 water 1.5 mg / l salt, ferrous sulfate heptahydrate 27.85 mg / l, disodium edetate 37.25 mg / l, inositol 100 mg / l, thiamine hydrochloride 1.0 mg / l, nicotinic acid 0.5 mg / l, pyridoxine hydrochloride 0.5 mg / L, glycine 2.0 mg / l, sucrose 30 g / l
[0060]
N6 co-culture medium (N6co): N6 salts and vitamins, sucrose 30 g / l, glucose 10 g / l, 2,4-D 2 mg / l, acetosyringone 10 mg / l, agar 8 g / l, pH 5.2
[0061]
N6 callus induction medium (N6C): N6 salts and vitamins, sucrose 30 g / l, 2,4-D 2 mg / l, agar 8 g / l, pH 5.8
[0062]
N6 callus induction + proline medium: N6 callus induction medium, proline 2.8 g / l
[0063]
N6C + Carbenicillin medium: NC6 callus induction medium, Carbenicillin 500 mg / l, pH 5.8
[0064]
N6 selective medium: N6 salts and vitamins, sucrose 30 g / l, 2,4-D 2 mg / l, gelrite 2 g / l, carbenicillin 500 mg / l, hygromycin 30-50 mg / l, pH 5.8
[0065]
MS medium: 440 mg / l calcium chloride dihydrate, 1650 mg / l ammonium nitrate, 1900 mg / l potassium nitrate, 170 mg / l potassium dihydrogen phosphate, 370 mg / l magnesium sulfate heptahydrate, 0.83 mg / l potassium iodide, cobalt chloride Hexahydrate 0.025 mg / l, boric acid 6.2 mg / l, sodium molybdate tetrahydrate 0.25 mg / l, manganese sulfate tetrahydrate 22.3 mg / l, copper sulfate pentahydrate 0.025 mg / l, zinc sulfate 7 water Salt 8.6 mg / l, Ferrous sulfate heptahydrate 27.85 mg / l, Disodium edetate 37.25 mg / l, Inositol 100 mg / l, Thiamine hydrochloride 1.0 mg / l, Nicotinic acid 0.5 mg / l, Pyridoxine hydrochloride 0.5 mg / L, glycine 2.0 mg / l, sucrose 30 g / l
[0066]
MS regeneration medium (MSre): MS salts and vitamins, sucrose 30 g / l, sorbitol 30 g / l, NAA 1 mg / l, BAP 2 mg / l, carbenicillin 250 mg / l, hygromycin 25 mg / l, gelrite 2 g / l, pH 5.8
[0067]
MS hormone-free medium (MSh): MS salts and vitamins, sucrose 30 g / l, carbenicillin 250 mg / l, hygromycin 25 mg / l, gelrite 2 g / l, pH 5.8
[0068]
5. Examination of the transformed fertile rice obtained
5.1 Introduction efficiency of human interferon α in fertile rice
By the above method, fertile rice transformed by introduction of human interferon α gene was obtained. The number of seeds used, the number of callus, the number of transformed solids obtained, and the seed-based transformation efficiency are shown.
[0069]
[Table 1]
Figure 0003922869
[0070]
5.2 Confirmation of target genes in transformed fertile rice
5.2.1 Confirmation by PCR
(1) PCR
Each of the obtained transformed individuals (α-1, α-2, α-3, α-4 and α-5 lines) was confirmed. Genomic DNA was prepared to 4 ng / 2 μl and used as PCR as template DNA. According to the following composition, a mixture other than the template DNA was dispensed into a 0.5 ml Eppendorf tube, and the template DNA was added thereto. As negative controls, genomic DNA of wild-type dwarf rice and distilled water were used.
Template DNA: 2 μl
10 x buffer solution 2 μl
25 mM MgCl2... 2 μl
10 x dNTP ··· 2 μl
Forward primer* 1... 1 μl
Back primer* 2... 1 μl
Taq polymerase ... 0.1μl
All distilled water 20 μl
* 1  Use GUS snaF
* 2  Use GUS sacR
[0071]
A 0.5 ml Eppendorf tube was set in the GeneAmp PCR system 2400, and the following program was executed.
[Standard program]
(A) 94 ° C for 1 minute
(B) 94 ° C 0.5 minutes
(C) 1 minute at 60 ° C
(D) Repeat (a) to (c) above for 35 cycles
(E) 72 ° C 1.5 minutes
(F) 72 ° C 5 minutes
(G) Storage at 4 ° C
[0072]
(2) Agarose gel electrophoresis
After the above reaction operation, 20 μl of the reaction solution was subjected to agarose gel electrophoresis according to the following procedure to confirm the band. That is, 0.4 g of agarose was placed in an Erlenmeyer flask, and 40 ml of TAE buffer (0.4 M Tris acetate, 0.62 M EDTA) was added. After dissolution in a microwave oven, the solution was corrected with distilled water and poured into a mold to be solidified (gel concentration 0.8%). After solidification, the gel was placed in an electrophoresis apparatus filled with TAE buffer, and a small amount of PBP was added to the PCR product and applied to the well. A λ Hind III marker was applied to both ends. After electrophoresis for about 30 minutes, the cells were immersed in ethidium bromide staining solution for 10 minutes for staining. After staining, the gel was subjected to ImageMaster (Pharmacia Biotech) to confirm the position of the band, and photographed together.
[0073]
(3) Results
The results of PCR are shown in FIG. In all transformed lines, a DNA fragment could be confirmed at the target position (around 500 bp). In the negative control, no DNA amplification was observed. As a result, it was confirmed that the target gene was introduced into the transformant.
[0074]
5.2.2 Confirmation by genomic Southern blot
(1) Isolation of rice genome
Among the obtained transformed individuals, the α-2, α-3, and α-4 strains were confirmed. About 10 g of green rice leaves were cut as small as possible with a boil and placed in a mortar. Liquid nitrogen was added to this and crushed until powdered with a pestle. 2% CTAB solution (100 mM Tris-HCl, 20 mM EDTA, 1.4 M NaCl, 2% CTAB (cetyltrimethylammonium bromide), pH 8. 0] 20 ml was added. After shaking at 56 ° C. for 20 minutes, an equal volume of chloroform: isoamyl alcohol (24: 1) was added and mixed by inverting at room temperature for 20 minutes. Centrifugation was performed to separate the upper layer, and an equal amount of chloroform: isoamyl alcohol (24: 1) was again added thereto, followed by inverting at room temperature for 20 minutes. The upper layer was separated by centrifugation, and 1 to 1.5 volume of 1% CTAB solution (50 mM Tris-HCl, 10 mM EDTA, 1.4 M NaCl, 1% CTAB, pH 8.0) was added thereto to precipitate genomic DNA. The precipitate was recovered by centrifugation at 3,000 rpm for 20 minutes. To the precipitate was added 5 ml of 1M NaCl, and 5 μl of 10 mg / ml RNase A was further added, followed by shaking at 56 ° C. until the precipitate was dissolved. In a clean bench, 10 ml of cooled 100% ethanol was gently layered, and genomic DNA was collected by wrapping around a Pasteur pipette melted with heat. At this time, genomic DNA was obtained to such an extent that it could be visually observed. After dipping in 80% ethanol twice and 100% ethanol once in this order for about 5 minutes, each was air-dried until the wrapped DNA became transparent. Genomic DNA was placed in a 15 ml Corning tube containing 2 ml of TE and heated to 56 ° C if necessary to completely dissolve. Absorbance (OD260) Was measured to determine the DNA concentration.
[0075]
(2) Preparation of DNA transfer membrane
Digest 10 μg of genomic DNA overnight at 37 ° C. with each restriction enzyme of Hind III, Xba I, Sac I and Eco RI (which is a restriction enzyme for a restriction enzyme site in the transgene (T-DNA)). did.
Genomic DNA ... 10μg
10 x buffer ... 10 μl
Restriction enzyme ... 8μl
Distilled water 100 μl
[0076]
After the reaction, ethanol precipitation was performed, 1/10 of the total amount of 3M sodium acetate and 2-2.5 times the amount of 100% ethanol were added and mixed, and then left at -80 ° C for 15 minutes or longer.
Then centrifuge at 15,000 rpm and room temperature for 20 minutes in a tabletop centrifuge, discard the supernatant, add 200 μl of 80% ethanol, centrifuge at 15,000 rpm for 10 minutes at room temperature, discard the supernatant, and dry the precipitate under reduced pressure . The recovered DNA was dissolved in 20 μl of distilled water, and electrophoresed under the conditions of 0.8% gel and 50 mA. The gel after electrophoresis was immersed in ethidium bromide staining solution for 10 minutes or more. The gel was shaken in 0.25N hydrochloric acid until BPB turned yellow and then treated in 0.4N sodium hydroxide for 20 minutes to denature the DNA by one difference. Hybond-N the same size as the gel+(Amersham) Cut one sheet and two 3MM filter papers, assemble the blot table, and place DNA into Hybond-N for 8 hours to overnight.+(Amersham). Hybond-N+(Amersham) was marked on the gel comb and washed with 2 × SSC [sodium chloride 17.53 g / l, sodium citrate 8.82 g / l] for 5 minutes. Hybond-N+(Amersham) was sandwiched between paper towels, baked at 80 ° C. for 2 hours, and stored in a desiccator.
[0077]
(3) Preparation of probe DNA
Restriction enzyme treatment was performed for 2 hours in the following system.
pIG-A11 ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ 8μg
10 x buffer ... 4 μl
SnaB I ... 2 μl
Sac I ... 2 μl
10 × BSA ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ 4μl
All distilled water 40 μl
[0078]
DNA digested with restriction enzymes was electrophoresed at 100 mA (see above for procedure). After electrophoresis, the gel was photographed and the necessary bands were cut with a razor under UV irradiation. The elution apparatus was horizontally aligned, and 1 × electroelution buffer (20 mM Tris-HCl, 0.2 mM EDTA, 5 mM NaCl, pH 8.0) was poured. Air was evacuated from each channel by adding and removing buffer with a 1 ml pipetman. 125 μl of 3M sodium acetate was added to all channels, taking care not to overflow. The excised gel was placed on a table and eluted at 100 V / 400 A for 1 hour, and then the gel was irradiated with UV to confirm that all DNA was recovered. The buffer solution was removed, and the liquid in the channel was collected with a 1 ml pipetman fitted with a capillary tip. After adding 1 ml of 100% ethanol and shaking, it was placed at −80 ° C. for 15 minutes or more. After centrifugation at 15,000 rpm for 20 minutes with a tabletop centrifuge, the supernatant was discarded. For rinsing, 200 μl of 80% ethanol was added and centrifuged at 15,000 rpm for 10 minutes, and the supernatant was carefully discarded using a pipetman. The precipitate was dried with a vacuum drier and dissolved in 12 μl of distilled water.
[0079]
(4) DNA labeling
Adjust the probe to a concentration of 25-100 ng / 3 μl, 3 μl of DNA solution and BcaBESTTMKit (Takara Shuzo) [Random primer (9mer), 10x buffer, dNTP mixed solution (0.2 mM dATP, dTTP, dGTP), BcaBESTTM DNA polymerase] 2 μl of the attached random primer was mixed and heat denatured in a water bath at 95 ° C. for 3 minutes. This was then annealed by cooling on ice for 5 minutes. To this was added 2.5 μl of 10 × buffer, 2.5 μl of dNTP mixture, and 9.0 μl of distilled water. After mixing and centrifugation, [α-325 μl of P (3,000 Ci / mmol)] dCTP and BcaBESTTM 1 μl of DNA polymerase was added. The reaction was carried out at 55 ° C for 10 minutes. Centrifuge at 3,400 rpm for 2 minutes in a spin column to remove unreacted dNTPs, [α-32After checking the efficiency of P] dCTP uptake, it was stored in an Eppendorf tube at 4 ° C.
[0080]
(5) Prehybridization
Salmon sperm DNA was heat denatured at 95 ° C. for 3 minutes and then placed on ice for 5 minutes. Petri dish with hybridization buffer [6 × SSPE, 5 × Denharts reagent, 0.5% SDS] [20 × SSPE: 3.6 M NaCl, 200 mM potassium dihydrogen phosphate, 20 mM EDTA (pH 7.4); 50 × Denharts reagent: 10 ml of 1.0% Ficoll, 1.0% polyvinylpyrrolidone, 1.0% BSA] was added, and 1/100 amount of heat-denatured salmon sperm DNA was added. The membrane was placed in a petri dish so that air bubbles would not enter, sealed with vinyl tape, and then incubated at 65 ° C. for 3 hours or more.
[0081]
(6) Hybridization
32The P-labeled probe DNA was heat denatured at 95 ° C. for 3 minutes and then allowed to cool on ice for 5 minutes. For membranes after prehybridization32P-labeled probe DNA was added and incubated at 55 ° C. for 6 hours or longer.
[0082]
(7) Cleaning
The hybridization buffer was discarded, and washing was performed twice at 42 ° C. for 20 minutes with 30 ml of washing buffer [6 × SSC, 0.1% SDS]. A survey meter was used to count several locations on the membrane, and it was confirmed that the target band was not counted except at a certain position. Before the membrane dried, it was placed in a Hybribag to seal the periphery and exposed to a Molecular imager (BioRAD) screen. After the exposure, it was confirmed that hybridization had occurred in the target band with a Molecular imager (BioRAD), and the film was developed by exposing to an X-ray film (Fujifilm: XR-1).
[0083]
(8) Results
The results are shown in FIG. A band of the target gene was detected only in the transformed lines α-2, α-3, and α-4, and no band was detected in the wild-type genomic DNA as the negative control. For the transformed lines, 1 to 3 bands were detected for genomic DNA digested with 4 types of restriction enzymes, and none of the transformed lines gave only a single band with all restriction enzymes. This suggests that multiple copies of the target gene have been introduced into these transformed lines.
[0084]
5.3 Expression analysis of recombinant protein in transformed rice
5.3.1 Analysis by ELISA
(1) Protein extraction
For callus, roots and leaves, 1.0 ml of cell lysis buffer was added to 300 mg of tissue and homogenized, and then centrifuged, and the supernatant was used as a sample. For seeds (ripening seeds and mature seeds), 500 μl of cell lysis buffer was added to 50 mg of tissue and treated in the same manner as above, and the supernatant was used as a sample. Further, the callus obtained above was further examined for the expression of human interferon α protein after liquid doubling.
[0085]
(2) ELIZA
100 μl / well of unlabeled antibody at a concentration of 1 μl / ml was placed in a 96-well plate for ELIZA and incubated at 37 ° C. for 1 hour. After removing the antibody, water was wiped off and PBS containing 1% bovine serum albumin was added at 350 μl / well and incubated at 37 ° C. for 1 hour. After discarding the block solution, the moisture was wiped off and washed once with TTBS. Samples diluted with interferon standard and BPS containing 1% bovine serum albumin were added to wells at 100 μl / well, and incubated at 37 ° C. for 1 hour. The sample was discarded and washed 3 times with TTBS. 1 μg / ml HRP-labeled anti-interferon α antibody was added at 100 μl / well and incubated at 37 ° C. for 1 hour. After discarding the secondary antibody, it was washed 3 times with TTBS. Add 50 μl / well of HRP substrate (TM blue) and allow to develop for about 5 minutes at room temperature. Thereafter, the reaction was stopped by adding 50 μl / well of 0.1 N sulfuric acid. Absorbance at 450 nm was measured with a plate reader, and the concentration in the sample was calculated from a calibration curve prepared in advance for a standard product.
[0086]
(2) Results
The results for each organization are summarized in FIG.
[0087]
Human interferon alpha protein level in transformed individuals (ELIZA)
[Table 2]
Figure 0003922869
[0088]
The results are shown as the amount of human interferon α protein in 50 mg of rice tissue. As shown in the figure and table, high expression levels were obtained in callus and seeds at the ripening stage. Although only a small amount of expression was observed in the ripe seed, human interferon α was accumulated in the protein body of the ripe seed because the cell lysis buffer used for the operation did not contain a substance that dissolves the protein body. There is a possibility. Immunoelectron microscopic observations suggest that human interferon alpha protein is accumulated in PB-I in the seed (data not shown).
[0089]
The results for the liquid cultured callus are shown in Table 3 below. From the pair with the above table, it can be seen that callus cultured in an individual medium and almost identified human interferon α protein are also produced by liquid culture.
[0090]
[Table 3]
Figure 0003922869
[0091]
5.3.2 Antiviral activity analysis
The antiviral activity of the expressed human interferon alpha protein was evaluated.
(1) Method
The protein sample used was prepared in the same procedure as ELIZA. However, callus was not used. Using vesicular stomatitis virus (VSV), human leukocyte interferon α standard, and FL5-1 cells (human amnion-derived cells), the procedure was performed according to a normal procedure by a 50% CPE reduction method (dye uptake method).
[0092]
(2) Results
The results are summarized in FIG.
[0093]
[Table 4]
Figure 0003922869
[0094]
The figure and table reveal that the protein extracted from transformed rice has antiviral activity. In addition, the fact that the antiviral activity is correlated with the expression level of human interferon α protein confirmed in ELIZA indicates that this antiviral activity is due to human interferon α expressed in transformed rice. ing.
[0095]
6). Introduction of human interferon alpha gene into Camellia sinensis
6.1 Callus culture and somatic embryogenesis of Camellia sinensis
Immature seeds of Camellia sinensis were sterilized with a sodium hypochlorite (effective chlorine concentration 1%) solution for 10 minutes and then washed three times with sterilized water. Cotyledons were excised from sterilized immature seeds, divided into two, placed on 1/2 MS medium supplemented with 1.0 mg / l BA, and cultured under a 4,000 lux fluorescent light for 16 hours at 25 ° C. for 16 hours. Callus formation was observed after 6 weeks of culture. The obtained callus could be maintained by subculturing in a medium having the same composition. By transplanting to a hormone-free 1 / 2MS medium, seedlings were obtained from callus via somatic embryos.
[0096]
6.2 Production of transformed callus
PNPI132 was introduced into E. coli in the same manner as in “2.1 Introduction of plasmid into E. coli”, and a large amount of plasmid was prepared in the same manner as in “2.2 Large-scale preparation of plasmid”. The plasmid was introduced into Agrobacterium (Agrobacterium tumefaciens LBA4404) in the same manner as in “2.3 Introduction of Plasmid into Agrobacterium”. Next, the callus derived from the cotyledon of Camellia sinensis prepared above was sonicated (38 kHz, 5 seconds), then Agrobacterium tumefaciens having pNPI132 (Nippon Paper Industries Co., Ltd.) and the above-mentioned “3.3 Agrobacterium-infected gene The co-culture was carried out for 3 days according to “Introduction”. GUS activity was examined one month after the end of co-culture. As a result, GUS activity was observed in about 30% of callus. See FIG. 10 for the structure of pNPI132. In the figure, Rs is a DNA sequence recognized and acted on by a recombinant enzyme, R is a gene encoding the recombinant enzyme, ipt is a gene encoding isopentenyl transferase involved in cytokinin synthesis, and T is a terminator. .
[0097]
In the same way as in the experimental procedure for rice, pNPI132 is digested with Sna BI and Sac I, and a part of the GUS gene in pNPI132 is removed, and DNA encoding interferon is ligated instead. As a result, plasmid DNA incorporating the interferon gene is obtained. As in the case of rice, this was amplified in E. coli, transformed into Agrobacterium, and the transformed Agrobacterium was infected with Camellia sinensis callus, Camellia sinensis with interferon gene introduced can be obtained.
[0098]
7). Introduction of human interferon alpha gene into tea
Since Cha (Thea) is taxonically adjacent to Camellia, the GUS gene or human interferon α gene can be introduced for Cha by the same procedure as for Camellia sinensis. For example, an immature seed of tea is sterilized with a sodium hypochlorite (effective chlorine concentration 1%) solution, washed with sterilized water, a cotyledon is excised, divided into two, and a 1/2 MS medium supplemented with 1.0 mg / l BA And cultured under conditions of 25 ° C. for 16 hours under a 4,000 lux fluorescent lamp. The obtained callus is sonicated in the same manner as described above, and co-culturing with Agrobacterium tumefaciens having pNPI132 (Nippon Paper Industries Co., Ltd.) will be possible to obtain a tea incorporating the GUS gene. Therefore, if part of the GUS gene in pNPI132 is removed and removed, and the DNA encoding interferon is ligated instead, plasmid DNA incorporating the interferon gene can be obtained. In the same way as in the case of rice, the gene is amplified in E. coli, transformed into Agrobacterium, and the transformed Agrobacterium is infected with tea callus to interferon gene. It is reasonably presumed that a cha with the introduction of can be obtained.
[0099]
[Sequence Listing]
Figure 0003922869
Figure 0003922869
Figure 0003922869
Figure 0003922869
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[Brief description of the drawings]
FIG. 1 shows a process for preparing pINT-RP10sGUS.
FIG. 2 shows a process for preparing pIG121Hm.
FIG. 3 is a diagram showing incorporation of human interferon α gene sequence into pUC19.
FIG. 4 is a diagram showing the integration of pUC19 fragment incorporating human interferon α gene sequence into pIG121Hm.
FIG. 5 is a view showing a region containing human interferon α gene sequence in the constructed pIG-A11.
FIG. 6 is an amplification image by PCR showing introduction of a target gene in a transformed plant.
FIG. 7 shows a genomic Southern analysis showing introduction of a target gene in a transformed plant.
FIG. 8 is a graph showing the amount of human interferon α protein in transformed plant tissue.
FIG. 9 is a graph showing the antiviral activity of proteins in transformed plant tissues.
FIG. 10 shows the structure of pNPI132.

Claims (10)

プロラミンのプロテインボディーへの集積をもたらすシグナルアミノ酸配列をコードする塩基配列を上流に連結させ更にその上流に CaMV35S プロモーターの塩基配列を連結させた、ヒトインターフェロンタンパク質をコードする塩基配列を、ゲノムDNAに発現可能に組み込んでなることを特徴とするイネ科植物。Expressed in genomic DNA a base sequence encoding human interferon protein, in which the base sequence encoding the signal amino acid sequence that causes accumulation of prolamin in the protein body is linked upstream and the base sequence of the CaMV35S promoter is further upstream. A gramineous plant characterized by being incorporated. イネ、コムギ、オオムギ、カラスムギ又はトウモロコシである、請求項1の植物。  The plant of claim 1 which is rice, wheat, barley, oats or corn. イネである、請求項1の植物。The plant of claim 1 which is rice. 該ヒトインターフェロンがヒトインターフェロンα又はωである、請求項1ないし3の何れかの植物。  The plant according to claim 1, wherein the human interferon is human interferon α or ω. 請求項1ないし4の何れかの植物のカルス。  Callus of the plant according to any one of claims 1 to 4. 請求項1ないし4の何れかの植物の体細胞。  A plant somatic cell according to any one of claims 1 to 4. プロラミンのプロテインボディーへの集積をもたらすシグナルアミノ酸配列をコードする塩基配列を上流に連結させ更にその上流に CaMV35S プロモーターの塩基配列を連結させた、ヒトインターフェロンタンパク質をコードする塩基配列を有する組換えプラスミドDNAを構築し、該プラスミドDNAでアグロバクテリウムを形質転換し、該形質転換されたアグロバクテリウムをイネ科植物のカルスに加えて感染させ、ヒトインターフェロンタンパク質を発現しているカルスを選択することを特徴とする、ヒトインターフェロンタンパク質をコードする塩基配列をゲノムDNAに発現可能に組み込んでなるイネ科植物の製造方法。Recombinant plasmid DNA having a base sequence encoding human interferon protein, in which a base sequence encoding a signal amino acid sequence that causes accumulation of prolamin in a protein body is linked upstream and a base sequence of CaMV35S promoter is further linked upstream. And transforming Agrobacterium with the plasmid DNA, infecting the transformed Agrobacterium with a callus of the Gramineae plant, and selecting a callus expressing human interferon protein. A method for producing a Gramineae plant, characterized in that a nucleotide sequence encoding a human interferon protein is incorporated into a genomic DNA such that it can be expressed. 該イネ科植物が、イネ、コムギ、オオムギ、カラスムギ又はトウモロコシである、請求項の製造方法。The production method according to claim 7 , wherein the gramineous plant is rice, wheat, barley, oats or corn. 該イネ科植物がイネである、請求項の製造方法。The production method according to claim 7 , wherein the gramineous plant is rice . 該ヒトインターフェロンがヒトインターフェロンα又はωである、請求項ないしの何れかの製造方法。The production method according to any one of claims 7 to 9 , wherein the human interferon is human interferon α or ω.
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