JP4606140B2 - Seed coat-specific inducible promoter - Google Patents

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Description

本発明は、種皮特異的誘導性プロモーターに関する。   The present invention relates to a seed coat-specific inducible promoter.

液胞タンパク質の多くは小胞体(ER)で不活性な前駆体として合成され、液胞に輸送された後にプロセシングを受けて活性のある成熟型へ転換されるという厳密な制御を受けている。かかる成熟化機構には液胞プロセシング酵素(VPE)が関与することが知られている。   Many of the vacuolar proteins are synthesized as inactive precursors in the endoplasmic reticulum (ER) and are subject to strict control that they are processed into the active mature form after being transported to the vacuole. It is known that the maturation mechanism involves vacuolar processing enzyme (VPE).

シロイヌナズナ(Arabidopsis thaliana)では3種類のVPE(αVPE、βVPE、γVPE)が存在することが知られている(非特許文献1及び2)。また、それらの遺伝子の解析から、βVPEは種子特異的に、αVPEとγVPEは栄養器官特異的に発現することが明らかにされている(非特許文献3)。   In Arabidopsis thaliana, three types of VPE (αVPE, βVPE, γVPE) are known to exist (Non-patent Documents 1 and 2). From the analysis of these genes, it has been clarified that βVPE is expressed in a seed-specific manner, and αVPE and γVPE are expressed in a nutritional organ-specific manner (Non-patent Document 3).

さらに、最近、シロイヌナズナの遺伝子データベースから新たに4つ目のVPEが発見され、δVPEと名付けられた(非特許文献4)。非特許文献4は、δVPEがこれまでに知られているVPEのいずれとも異なる新規のVPEであり、珠皮から種皮が発生する過程で発現してくることを明らかにしている。しかしながら、その具体的性状等については未だ不明である。
Kinoshita, T. et al., Plant Cell Physiol., 36, 1555-1562 (1995) Kinoshita, T. et al., Plant Mol. Biol., 29, 81-89 (1995) Kinoshita, T. et al., Plant J., 19, 43-53 (1999) Gruis, D. F. et al., Plant Cell, 14, 2863-2882
Recently, a fourth VPE was newly discovered from the Arabidopsis gene database and named δVPE (Non-patent Document 4). Non-Patent Document 4 clarifies that δVPE is a new VPE that is different from any of the VPEs known so far, and is expressed in the process of generating seed coats from nacre. However, its specific properties are still unclear.
Kinoshita, T. et al., Plant Cell Physiol., 36, 1555-1562 (1995) Kinoshita, T. et al., Plant Mol. Biol., 29, 81-89 (1995) Kinoshita, T. et al., Plant J., 19, 43-53 (1999) Gruis, DF et al., Plant Cell, 14, 2863-2882

本発明は、種皮特異的誘導性プロモーターを提供することを目的とする。   An object of the present invention is to provide a seed coat-specific inducible promoter.

本発明者らは、前記δVPEの生理学的な機能を解明するため、最初のステップとしてδVPEが機能する場所を詳細に調べる必要があると考え、δVPEに対する特異的抗体を作製し、イムノブロット及び蛍光抗体染色によってその局在を調べた。その結果、δVPEは種子の発生段階の初期に内珠皮の特定の細胞層(ii2・ii3層)に局在化することが分かった。そこで、δVPEの内珠皮での局在化メカニズムについてさらに検討を行ったところ、内珠皮以外の組織でδVPE遺伝子の転写産物であるmRNA、あるいはmRNAの翻訳産物であるδVPEタンパク質が分解による制御を受けていることから、δVPEの内珠皮での局在化は意外にもδVPEのプロモーターが種皮特異的誘導性を有することによるものであることが明らかとなった。本発明者らは、以上の経緯の下、種皮特異的誘導性プロモーターの存在を発見するに至り、本発明を完成した。   In order to elucidate the physiological function of the δVPE, the present inventors consider that it is necessary to examine in detail the place where the δVPE functions as a first step. Therefore, a specific antibody against the δVPE is generated, and immunoblotting and fluorescence are performed. Its localization was examined by antibody staining. As a result, it was found that δVPE was localized in specific cell layers (ii2 and ii3 layers) of the inner nacre at the early stage of seed development. Therefore, when the localization mechanism of δVPE in the inner nacre was further examined, mRNA that is a transcription product of δVPE gene or δVPE protein that is the translation product of mRNA is controlled by degradation in tissues other than inner nacre. As a result, it was revealed that the localization of δVPE in the inner nacre is unexpectedly due to the seed coat-specific inducibility of the δVPE promoter. Under the circumstances described above, the present inventors have discovered the presence of a seed coat-specific inducible promoter and completed the present invention.

すなわち、本発明は、
〔1〕 (a)配列番号:1の塩基配列からなるDNA、(b)配列番号:1の塩基配列において1若しくは数個の塩基が欠失、置換若しくは付加された塩基配列からなり、かつ種皮特異的誘導性プロモーターとして機能するDNA、又は(c)配列番号:1の塩基配列からなるDNAとストリンジェントな条件下でハイブリダイズし、かつ種皮特異的誘導性プロモーターとして機能するDNAを含んでなる種皮特異的誘導性プロモーター、
〔2〕 前記〔1〕記載のプロモーターを含んでなる発現ベクター、
〔3〕 前記〔2〕記載の発現ベクターを含んでなる形質転換体、
〔4〕 前記〔1〕記載のプロモーターを含んでなる形質転換体、並びに
〔5〕 前記〔1〕記載のプロモーターを含んでなるトランスジェニック植物、
に関する。
That is, the present invention
[1] (a) DNA consisting of the base sequence of SEQ ID NO: 1, (b) consisting of a base sequence in which one or several bases are deleted, substituted or added in the base sequence of SEQ ID NO: 1, and seed coat DNA that functions as a specific inducible promoter, or (c) DNA that hybridizes with a DNA comprising the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1 under stringent conditions and functions as a seed coat-specific inducible promoter Seed coat-specific inducible promoter,
[2] An expression vector comprising the promoter according to [1],
[3] A transformant comprising the expression vector according to [2],
[4] A transformant comprising the promoter according to [1], and [5] a transgenic plant comprising the promoter according to [1],
About.

本発明によれば、種皮特異的誘導性プロモーターを提供することができる。かかるプロモーターを用いて、例えば、病原菌や害虫に対する抵抗性等の植物種子の性質の改良に有効なタンパク質をコードする遺伝子を種皮特異的に発現させること、食料となる種子の種皮の消化性を改善する酵素等を種皮特異的に発現させること、重金属等の捕捉に有効な金属結合タンパク質を種皮特異的に発現させること、栄養学的に有効なタンパク質成分を種皮特異的に発現させ蓄積させることなどが可能となり、従って、植物種子の性質向上に有用である。   According to the present invention, a seed coat-specific inducible promoter can be provided. By using such a promoter, for example, a seed coat-specific expression of a gene encoding a protein effective in improving the properties of plant seeds such as resistance to pathogenic bacteria and pests is improved, and the digestibility of seed coat of food seeds is improved. To express seedling-specific enzymes, seed-specific expression of metal binding proteins effective for capturing heavy metals, etc., seed-specific expression and accumulation of nutritionally effective protein components, etc. Therefore, it is useful for improving the properties of plant seeds.

本発明の種皮特異的誘導性プロモーターは、種皮、好ましくは種子の発生段階の初期に内珠皮に特異的に下流の遺伝子を発現誘導することができる。当該プロモーターは、具体的には(a)δVPE遺伝子の上流1〜1294位の塩基配列からなるDNAを主たる構成要素として含んでなるものである。当該塩基配列を配列番号:1に示す。   The seed coat-specific inducible promoter of the present invention is capable of specifically inducing expression of a downstream gene in the seed coat, preferably the inner nacre at the early stage of seed development. Specifically, the promoter comprises (a) DNA comprising a base sequence at positions 1 to 1294 upstream of the δVPE gene as a main component. The base sequence is shown in SEQ ID NO: 1.

また、本発明のプロモーターとしては、種皮特異的誘導性プロモーターとして機能し得る限り、(b)配列番号:1の塩基配列において1若しくは数個の塩基が欠失、置換若しくは付加された塩基配列からなるDNA、又は(c)配列番号:1の塩基配列からなるDNAとストリンジェントな条件下でハイブリダイズするDNAを含んでなるものも包含される。   As long as the promoter of the present invention can function as a seed coat-specific inducible promoter, (b) from a base sequence in which one or several bases are deleted, substituted or added in the base sequence of SEQ ID NO: 1. Or (c) DNA that hybridizes under stringent conditions with DNA consisting of the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1.

前記(b)のDNAにおける「1若しくは数個」とは、該プロモーターの下流に位置した任意の遺伝子の発現を種皮特異的に誘導させる機能が失われない範囲であれば、配列番号:1の塩基配列において塩基がその数に限定なく欠失、置換若しくは付加されていてもよいことを意味する。   In the DNA of (b), “one or several” means that the function of inducing the expression of an arbitrary gene located downstream of the promoter is not lost so long as the function of losing the seed coat is not lost. It means that bases may be deleted, substituted or added without limitation to the number of base sequences.

前記(c)のDNAにおける「ストリンジェントな条件」は、配列番号:1の塩基配列からなるDNAにハイブリダイズさせるDNAに応じて、ハイブリダイゼーション時の、好ましくはさらに洗浄時の温度及び塩濃度を適宜決定することにより設定し得るが、ストリンジェントな条件としては、例えば、ザンブルーク(Sambrook)ら編「モレキュラー・クローニング:ア・ラボラトリーマニュアル第2版(Molecular Cloning: A Laboratory Manual 2nd Ed.)」〔(Cold Spring Harbor Laboratory Press (1989)〕等に記載の条件が挙げられる。具体的には、例えば、
(i) 6×SSC(1×SSCの組成:0.15M NaCl、0.015M クエン酸ナトリウム、pH7.0)と0.5% SDSと5×デンハルトと100μg/mL 変性断片化サケ精子DNAと50% ホルムアミドを含む溶液中、プローブと共に42℃で一晩保温し、
(ii) 非特異的にハイブリダイズしたプローブを洗浄により除去するステップ、ここで、より精度を高める観点から、より低イオン強度、例えば、2×SSC、よりストリンジェントには、0.1×SSC等の条件及び/又はより高温、例えば、用いられる核酸のTm値の40℃下、よりストリンジェントには、30℃下、さらにストリンジェントには、25℃下、よりさらにストリンジェントには、10℃下、具体的には、用いられる核酸のTm値により異なるが、25℃以上、よりストリンジェントには、37℃以上、さらにストリンジェントには、42℃以上、よりさらにストリンジェントには、50℃以上、より一層ストリンジェントには、60℃以上等の条件下で洗浄を行う、
という条件が挙げられる。
The “stringent conditions” in the DNA of (c) are the temperature and salt concentration at the time of hybridization, preferably at the time of washing, depending on the DNA hybridized to the DNA consisting of the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1. Although it is set by appropriately determining, stringent conditions, e.g., Zanburuku (Sambrook) et al., eds., "Molecular cloning: A Laboratory manual 2nd Edition (Molecular cloning: A Laboratory manual 2 nd Ed.) " [(Cold Spring Harbor Laboratory Press (1989)] and the like. Specifically, for example,
(i) 6 × SSC (composition of 1 × SSC: 0.15 M NaCl, 0.015 M sodium citrate, pH 7.0), 0.5% SDS, 5 × Denhardt, 100 μg / mL denatured fragmented salmon sperm DNA Incubate at 42 ° C. overnight with the probe in a solution containing 50% formamide,
(ii) a step of removing the non-specifically hybridized probe by washing, from the standpoint of further improving the accuracy, where a lower ionic strength, for example, 2 × SSC, or more stringent, 0.1 × SSC And / or higher temperature, for example, at 40 ° C. of the Tm value of the nucleic acid used, more stringent at 30 ° C., more stringent at 25 ° C., more stringent at 10 ° C. At 25 ° C., specifically depending on the Tm value of the nucleic acid used, it is 25 ° C. or higher, more stringent 37 ° C. or higher, more stringent 42 ° C. or higher, and even more stringent 50 More than stringent, more stringent, wash under conditions such as 60 ° C or more,
The condition is mentioned.

なお、Tmは、例えば、下記式:
Tm=81.5+16.6(log[Na+])+0.41(%G+C)-(600/N)
(式中、Nはオリゴヌクレオチドの鎖長であり、%G+Cはオリゴヌクレオチド中のグアニン及びシトシン残基の含有量である)
により求められる。
Tm is, for example, the following formula:
Tm = 81.5 + 16.6 (log [Na + ]) + 0.41 (% G + C)-(600 / N)
(Where N is the length of the oligonucleotide and% G + C is the content of guanine and cytosine residues in the oligonucleotide)
It is calculated by.

ハイブリダイゼーションの操作は、例えば、前記成書を参照して行えばよい。なお、本明細書において記載する操作は、当該成書を参照することにより適宜実施することができる。   The hybridization operation may be performed with reference to the above-mentioned book, for example. Note that the operations described in this specification can be performed as appropriate by referring to the book.

本発明のプロモーターは、例えば、シロイヌナズナのδVPE遺伝子の上流1〜1294位の塩基配列を有するDNA部分を単離することにより得られる。該DNA部分の単離は、公知の方法に従って行うことができる。なお、シロイヌナズナのδVPE遺伝子の塩基配列の情報は、例えば、ジーンバンク アクセッション番号AV555212で入手可能である。   The promoter of the present invention can be obtained, for example, by isolating a DNA portion having a base sequence at positions 1 to 1294 upstream of the δVPE gene of Arabidopsis thaliana. Isolation of the DNA portion can be performed according to a known method. Information on the base sequence of the δVPE gene of Arabidopsis thaliana is available, for example, as Genebank Accession No. AV555212.

例えば、シロイヌナズナのゲノムDNAを抽出し、それを鋳型として所定の塩基配列を有する一対のプライマーを用いたPCRにより前記所望の塩基配列を特異的に増幅し、精製することによって前記DNA部分を得ることができる。PCRの際に用いる一対のプライマーは、シロイヌナズナのゲノム塩基配列情報から適宜設計することができ、公知の方法に従って作製することができる。   For example, the genomic DNA of Arabidopsis thaliana is extracted, and the DNA portion is obtained by specifically amplifying and purifying the desired base sequence by PCR using a pair of primers having a predetermined base sequence as a template. Can do. A pair of primers used for PCR can be appropriately designed from information on the genome base sequence of Arabidopsis thaliana, and can be prepared according to a known method.

また、単離されたDNA部分の塩基配列に公知の方法に従って適宜変異を導入して本発明のプロモーターを得てもよい。変異導入法としては、例えば、Kunkel法等の公知の手法又はこれに準ずる方法が挙げられる。さらに、単離されたDNA部分をプローブとして用い、例えば、任意のゲノムDNAライブラリーのスクリーニングを行うことにより、本発明のプロモーターを得ることもできる。   Further, the promoter of the present invention may be obtained by appropriately introducing mutations into the base sequence of the isolated DNA portion according to a known method. Examples of the mutagenesis method include a known method such as the Kunkel method or a method equivalent thereto. Furthermore, the promoter of the present invention can be obtained by using an isolated DNA portion as a probe and screening an arbitrary genomic DNA library, for example.

本発明のプロモーターが所望の機能を有するか否かは、例えば、後述する本発明の発現ベクターを用いて検討することができる。すなわち、本発明のプロモーターの下流にマーカーとなる遺伝子を組み込んだ発現ベクターをシロイヌナズナの細胞に導入し、得られた形質転換植物を育成する。そして、形質転換植物の種皮でのマーカー遺伝子の発現レベルを観察する。マーカー遺伝子の発現が確認されれば、使用したプロモーターが所望の機能を有すると判定することができる。   Whether or not the promoter of the present invention has a desired function can be examined using, for example, the expression vector of the present invention described later. That is, an expression vector incorporating a gene serving as a marker downstream of the promoter of the present invention is introduced into Arabidopsis cells, and the resulting transformed plant is grown. Then, the expression level of the marker gene in the seed coat of the transformed plant is observed. If the expression of the marker gene is confirmed, it can be determined that the used promoter has a desired function.

本発明の発現ベクターは、本発明のプロモーターを適当なベクターに連結(挿入)することにより得ることができる。プロモーターを挿入するためのベクターは、宿主中で複製可能なものであれば特に限定されるものではないが、例えば、以下のようなベクターが用いられる。   The expression vector of the present invention can be obtained by linking (inserting) the promoter of the present invention to an appropriate vector. The vector for inserting the promoter is not particularly limited as long as it can replicate in the host. For example, the following vectors are used.

プラスミドベクターとしては、大腸菌由来のプラスミド(例えば、pBR322、pUC118、pUC18、pBluescript等)、枯草菌由来のプラスミド(例えば、pUB110、pTP5等)、酵母由来のプラスミド(例えば、YEp13、YCp50等)等が挙げられる。ファージベクターとしては、λファージ(例えば、Charon4A、EMBL3、λgt10、λZAP等)が挙げられる。レトロウイルス又はワクシニアウイルスなどの動物ウイルスベクター、バキュロウイルスなどの昆虫ウイルスベクターを用いることもできる。また、ベクターとしては、pBI101、pBI121等のバイナリーベクターを用いてもよい。   Examples of plasmid vectors include plasmids derived from E. coli (eg, pBR322, pUC118, pUC18, pBluescript, etc.), plasmids derived from Bacillus subtilis (eg, pUB110, pTP5, etc.), yeast-derived plasmids (eg, YEp13, YCp50, etc.), and the like. Can be mentioned. Examples of the phage vector include λ phage (for example, Charon4A, EMBL3, λgt10, λZAP, etc.). Animal virus vectors such as retrovirus or vaccinia virus and insect virus vectors such as baculovirus can also be used. As the vector, binary vectors such as pBI101 and pBI121 may be used.

ベクターにプロモーターを挿入する方法としては、例えば、該プロモーターを構成する精製されたDNAを適当な制限酵素で切断し、所望のベクターDNAの制限酵素部位又はマルチクローニングサイトに挿入してベクターに連結する方法等が挙げられる。また、その際、同様にして、宿主内での発現を所望する任意の遺伝子を挿入することができる。発現を所望する遺伝子としては、特に限定されるものではない。かかる遺伝子は、所望により、センス方向及びアンチセンス方向のいずれの方向で挿入してもよい。また、発現ベクターを導入しようとする宿主に応じて、適宜、複製開始点、リボソーム結合配列、転写終結配列、プロモーター制御配列等を選択し、それらの任意の構成要素(塩基配列)をさらに挿入してもよい。   As a method for inserting a promoter into a vector, for example, purified DNA constituting the promoter is cleaved with an appropriate restriction enzyme, inserted into a restriction enzyme site or a multicloning site of a desired vector DNA, and ligated to the vector. Methods and the like. In this case, any gene that is desired to be expressed in the host can be inserted in the same manner. The gene for which expression is desired is not particularly limited. Such a gene may be inserted in either the sense direction or the antisense direction as desired. Also, depending on the host to which the expression vector is to be introduced, a replication origin, a ribosome binding sequence, a transcription termination sequence, a promoter control sequence, etc. are selected as appropriate, and any of these components (base sequences) are further inserted. May be.

本発明の発現ベクターにおいて、本発明のプロモーターの下流に、例えば、前記任意の遺伝子としてレポーター遺伝子、例えば、植物で広く用いられているGUS遺伝子を連結しておけば、宿主植物でのGUS活性を調べることでプロモーターの機能や、その強度を容易に評価することができる。   In the expression vector of the present invention, if a reporter gene, for example, a GUS gene widely used in plants, is linked as an arbitrary gene downstream of the promoter of the present invention, for example, GUS activity in the host plant can be increased. By examining it, it is possible to easily evaluate the function and strength of the promoter.

本発明の形質転換体は、本発明のプロモーターと共に、通常、宿主内での発現を所望する任意の遺伝子を宿主中に導入することにより得ることができる。ここで、宿主としては、本発明のプロモーターが作動可能であって、所望の遺伝子の発現が生じ得るものであれば特に限定されるものではない。   The transformant of the present invention can be obtained by introducing an arbitrary gene desired to be expressed in the host into the host together with the promoter of the present invention. Here, the host is not particularly limited as long as the promoter of the present invention can be operated and expression of a desired gene can occur.

宿主としては、例えば、植物の他、大腸菌(Escherichia coli)、細菌、酵母、動物細胞、昆虫細胞等が挙げられるが、中でも、植物が好ましい。   Examples of the host include Escherichia coli, bacteria, yeast, animal cells, insect cells, and the like in addition to plants, among which plants are preferred.

宿主が植物である場合、その形質転換は、例えば、以下のようにして行うことができる。なお、植物の形質転換操作等については、例えば、S.J.Clough and A.F.Bent, Plant Journal, 16, 735-743 (1998)を参照すればよい。   When the host is a plant, the transformation can be performed, for example, as follows. For example, S.J.Clough and A.F.Bent, Plant Journal, 16, 735-743 (1998) may be referred to for plant transformation operations.

形質転換の対象となる植物は、植物体全体、植物器官(例えば、葉、花弁、茎、根、種子等)、植物組織(例えば、表皮、師部、柔組織、木部、維管束等)、植物培養細胞等のいずれをも包含する。形質転換に用いられる植物種としては、アブラナ科、イネ科、ナス科、マメ科等に属する植物が挙げられるが、これらの植物に限定されるものではない。   Plants to be transformed include whole plants, plant organs (eg leaves, petals, stems, roots, seeds, etc.), plant tissues (eg epidermis, phloem, soft tissue, xylem, vascular bundles, etc.) And plant cultured cells. Examples of plant species used for transformation include plants belonging to the Brassicaceae, Gramineae, Solanum, Legumes, etc., but are not limited to these plants.

アブラナ科植物としては、例えば、シロイヌナズナが、イネ科植物としては、例えば、トウモロコシ(Zea mays)、イネ(Oryza sativa)が、ナス科植物としては、例えば、タバコ(Nicotiana tabacum)が、マメ科植物としては、例えば、ダイズ(Glycine max)が挙げられる。   Examples of cruciferous plants include, for example, Arabidopsis thaliana, grasses such as corn (Zea mays) and rice (Oryza sativa), and solanaceous plants, for example, tobacco (Nicotiana tabacum), legumes. Examples thereof include soybean (Glycine max).

本発明の形質転換体の作製には本発明の発現ベクターを好適に用いることができる。宿主への本発明の発現ベクターの導入方法としては、特に限定されるものではないが、例えば、パーティクルガン法、電気穿孔法(エレクトロポレーション法)、PEG法等の直接導入法が挙げられる。   The expression vector of the present invention can be suitably used for producing the transformant of the present invention. The method for introducing the expression vector of the present invention into the host is not particularly limited, and examples thereof include direct introduction methods such as a particle gun method, an electroporation method (electroporation method), and a PEG method.

一方、本発明の形質転換体は、宿主が植物の場合、アグロバクテリウムに含まれるTiプラスミドの他にRiプラスミド、カリフラワーモザイクウイルス等を用いる方法等の生物的導入法によっても作製することができる。これらの方法により作出された形質転換植物では、そのゲノム中に本発明のプロモーター、及び宿主内での発現を所望する任意の遺伝子が組み込まれることになる。   On the other hand, when the host is a plant, the transformant of the present invention can also be produced by a biological introduction method such as a method using Ri plasmid, cauliflower mosaic virus or the like in addition to Ti plasmid contained in Agrobacterium. . In the transformed plant produced by these methods, the promoter of the present invention and any gene desired to be expressed in the host are incorporated into the genome.

よって、本発明により、本発明の発現ベクターを含んでなる形質転換体や、本発明のプロモーターをそのゲノムDNA中に含んでなる形質転換体が得られる。   Therefore, according to the present invention, a transformant comprising the expression vector of the present invention and a transformant comprising the promoter of the present invention in its genomic DNA can be obtained.

本発明の形質転換植物は、宿主として用いた植物に応じ、植物体組織、細胞、不定胚、胚、胚盤組織及びそれらからの再分化植物、発芽個体として得られる。次いで、それらは、適宜、細胞培養、組織培養、器官培養に用いることができる。   The transformed plant of the present invention is obtained as a plant tissue, cell, somatic embryo, embryo, scutellum tissue, and a redifferentiated plant or germinated individual depending on the plant used as a host. Then, they can be used for cell culture, tissue culture, and organ culture as appropriate.

なお、所望の遺伝子が宿主に導入されたか否かの確認は、公知の方法、例えば、PCR法、サザンハイブリダイゼーション法、ノーザンハイブリダイゼーション法等により行うことができる。   Whether or not a desired gene has been introduced into the host can be confirmed by a known method such as PCR, Southern hybridization, Northern hybridization and the like.

本発明のトランスジェニック植物は、本発明の形質転換植物の細胞等から植物体に再生することで作製することができる。再生は公知の方法に従って行えばよく、通常、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好適である。   The transgenic plant of the present invention can be produced by regenerating a plant body from the cells of the transformed plant of the present invention. Regeneration may be carried out in accordance with a known method. Usually, a method in which callus-like transformed cells are transferred to a medium with different hormone types and concentrations and cultured to form somatic embryos to obtain a complete plant is preferable. is there.

得られたトランスジェニック植物は、種皮特異的に、本発明のプロモーターの下流に位置する所望の遺伝子を発現させることができる。これにより、その種子に所望の形質を付与することができる。例えば、害虫や病原菌に対して抵抗性を持つ種子や、細胞壁成分の分解酵素を種皮だけに発現させることで種皮を柔らかくし、消化しやすい性質を持つ食料種子を得ることができる。また、重金属等の捕捉に有効な金属結合タンパク質であるメタロチオネインを種皮特異的に発現させることができる。例えば、米ではカドミウムの蓄積が問題視されているが、米の種皮にカドミウムチオネインを特異的に発現させて種皮でカドミウムを捕捉させることにより、米におけるカドミウム蓄積の問題を解決可能であろう。さらに、栄養学的に有効なタンパク質成分、その他所望の物質を種皮特異的に蓄積した種子等を得ることができる。なお、本発明のトランスジェニック植物としては、そのようにして得られた種子、さらに該植物の子孫をも包含する。   The resulting transgenic plant can express a desired gene located downstream of the promoter of the present invention in a seed coat-specific manner. Thereby, a desired character can be imparted to the seed. For example, seeds that are resistant to pests and pathogens, and food seeds that are easy to digest can be obtained by softening the seed coat by expressing the cell wall component degrading enzyme only in the seed coat. Moreover, metallothionein, which is a metal binding protein effective for capturing heavy metals and the like, can be expressed specifically in the seed coat. For example, the accumulation of cadmium in rice is regarded as a problem, but the problem of cadmium accumulation in rice could be solved by specifically expressing cadmiumthionein in the rice seed coat and capturing cadmium in the seed coat. . Furthermore, seeds and the like that accumulate nutritionally effective protein components and other desired substances in a seed coat-specific manner can be obtained. In addition, as a transgenic plant of this invention, the seed obtained by doing in that way and also the progeny of this plant are included.

以下、実施例により本発明をさらに具体的に説明する。但し、本発明はこれらの実施例にのみ限定されるものではない。   Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples. However, the present invention is not limited to these examples.

実施例1 シロイヌナズナからのプロモーターの単離
10日間寒天培地で育てたseedlingから本葉を一枚サンプリングし、500μLのextraction buffer(0.2M Tris-HCl、0.4M LiCl、25mM EDTA、1%(w/v)SDS)中ですり潰し、粗抽出液を得た。粗抽出液に、フェノール・クロロホルムを容量比1:1で混合した液500μLを加え、タンパク質を除去し、水層から350μLのゲノムDNAの溶解した液を得た。これに350μLのイソプロパノールを加えてゲノムDNAを沈殿させ、70% EtOHで洗浄し、100μLのTEに溶かすことで濃縮した。このうち20μLをPCR用のテンプレートとして使用した。PCRは、配列番号:2に示すプライマー、その5'端に制限酵素サイトSmaIを付加した配列番号:3に示すプライマー、及びEx-Taq DNA polymeraseを用いて行った。PCRによって増幅したDNA断片をpT7 blue T-vector(Novagen社)(以下、T-vectorという)にligationした。配列にPCRによるミスが入っていないことをシークエンスを行うことで確認し、δVPEプロモーター(配列番号:1)を得た。
Example 1 Isolation of a promoter from Arabidopsis thaliana
One leaf is sampled from seedling grown on agar for 10 days, ground in 500μL extraction buffer (0.2M Tris-HCl, 0.4M LiCl, 25mM EDTA, 1% (w / v) SDS), crude extraction A liquid was obtained. To the crude extract, 500 μL of a mixture of phenol and chloroform at a volume ratio of 1: 1 was added to remove proteins, and 350 μL of genomic DNA dissolved from the aqueous layer was obtained. 350 μL of isopropanol was added thereto to precipitate genomic DNA, washed with 70% EtOH, and concentrated by dissolving in 100 μL of TE. Of this, 20 μL was used as a template for PCR. PCR was performed using the primer shown in SEQ ID NO: 2, the primer shown in SEQ ID NO: 3 with the restriction enzyme site SmaI added to its 5 ′ end, and Ex-Taq DNA polymerase. The DNA fragment amplified by PCR was ligated to pT7 blue T-vector (Novagen) (hereinafter referred to as T-vector). It was confirmed by sequencing that the sequence was free from PCR errors, and a δVPE promoter (SEQ ID NO: 1) was obtained.

実施例2 Tiベクターの構築
上記のδVPEプロモーターをクローニングしたT-vectorを制限酵素HindIIIとSmaIによって切断した後、アガロース電気泳動を行って、該プラスミド中のδVPEプロモーター配列を取り出した。このδVPEプロモーター配列をTi-vector pBI121(Clontech社)上の制限酵素HindIII-SmaIサイトに導入した。pBI121はGUS遺伝子を持つバイナリーベクターである。
Example 2 Construction of Ti Vector The T-vector obtained by cloning the δVPE promoter was cleaved with restriction enzymes HindIII and SmaI, and then subjected to agarose electrophoresis to extract the δVPE promoter sequence in the plasmid. This δVPE promoter sequence was introduced into the restriction enzyme HindIII-SmaI site on Ti-vector pBI121 (Clontech). pBI121 is a binary vector having a GUS gene.

融合遺伝子(δVPEプロモーターの下流に連結してなるGUS遺伝子)を組み込んだTi-vectorはエレクトロポレーション法(植物細胞工学 Vol.14 No.3 1992, p48〜58)によって直接アグロバクテリウム(Agrobacterium tumefaciens, EHA105)に導入した。水に懸濁したアグロバクテリウム80μLにvectorを1ng加え、CELJECT BACIC electroporation system(EquiBio社製)、電極幅2nmのキュベットを使用して最大電圧2400Vでパルスした(電場12KV/cm、パルス時間5.28msec)。1mLのLB培地(10g/L NaCl、10g/L bactotryptone、5g/L yeast-extract)にて28℃で1時間保温した後、50mg/Lのカナマイシンを含むLB寒天培地に塗布し、28℃で2日間培養し形質転換アグロバクテリウムを選抜した。   Ti-vectors incorporating a fusion gene (GUS gene linked downstream of the δVPE promoter) can be directly transformed into Agrobacterium tumefaciens by electroporation (Plant Cell Engineering Vol.14 No.3 1992, p48-58). , EHA105). 1 ng of vector was added to 80 μL of Agrobacterium suspended in water, and pulsed at a maximum voltage of 2400 V using a CELJECT BACIC electroporation system (EquiBio) and a cuvette with an electrode width of 2 nm (electric field 12 KV / cm, pulse time 5.28 msec) ). Incubate in 1mL LB medium (10g / L NaCl, 10g / L bactotryptone, 5g / L yeast-extract) at 28 ° C for 1 hour, and then apply to LB agar medium containing 50mg / L kanamycin at 28 ° C. Cultured for 2 days, transformed Agrobacterium was selected.

実施例3 形質転換植物体の作製とGUS活性の測定
形質転換法はCloughらの方法(Plant Journal, 16, 735-743 (1998))に従った。花芽を用いてシロイヌナズナの形質転換植物体を得た。
Example 3 Preparation of transformed plant body and measurement of GUS activity The transformation method was according to the method of Clough et al. (Plant Journal, 16, 735-743 (1998)). Arabidopsis transgenic plants were obtained using the flower buds.

すなわち、実施例2で得た形質転換アグロバクテリウムを10 mL LB培地で1日間前培養し、その全てを200 mL LB培地に移して1日間本培養した。培養したアグロバクテリウムを5 kG、20℃、15分で遠心して回収し、infiltration medium [ムラシゲ・スク-グ培地用混合塩類1袋(日本製薬株式会社)、100 g Sucrose、200 mL 0.05% MES・KOH pH5.7 / 2L]で600 nmの吸光度が0.8になるようにアグロバクテリウムを希釈・縣濁した。このmedium中に植物体の花芽を10分間ほど浸け、アグロバクテリウムを感染させた。その後3週間ほど生育し、T1世代の種子を回収した。T1世代の種子は、50 mg/L kanamycin, 200 mg/L Cefotaxime Sodium Salt (WAKO社)を含むMS固形培地[Murashige & skoog salt base、1 mL/L B5 Vitamin stock (100 mg/mL myo-inositol、10 mg/L thiamin-HCl、1 mg/L nicotinic acid、1 mg/mL pyridoxin-HCl)、30 g/L sucrose、0.08 % agar]で形質転換体を選抜しT2世代の種子を得、これを解析に使用した。なお、得られた形質転換植物体から実施例1と同様にしてゲノムDNAを抽出し、シークエンスを行うことにより目的のDNA断片が含まれることを確認した。 That is, the transformed Agrobacterium obtained in Example 2 was pre-cultured in 10 mL LB medium for 1 day, all of which was transferred to 200 mL LB medium and main-cultured for 1 day. The cultured Agrobacterium was recovered by centrifugation at 5 kG, 20 ° C. for 15 minutes, infiltration medium [1 bag of mixed salt for Murashige-Skoog medium (Nippon Pharmaceutical Co., Ltd.), 100 g Sucrose, 200 mL 0.05% MES・ Agrobacterium was diluted and suspended so that the absorbance at 600 nm was 0.8 with KOH pH5.7 / 2L]. The flower buds were immersed in this medium for about 10 minutes to infect Agrobacterium. Grown about the next three weeks, to recover the T 1 generation of seeds. T 1st generation seed is MS solid medium (Murashige & skoog salt base, 1 mL / L B5 Vitamin stock (100 mg / mL myo-) containing 50 mg / L kanamycin, 200 mg / L Cefotaxime Sodium Salt (WAKO). inositol, 10 mg / L thiamin- HCl, 1 mg / L nicotinic acid, 1 mg / mL pyridoxin-HCl), to obtain a 30 g / L sucrose, 0.08% agar] selected transformants were T 2 generation seeds This was used for analysis. Genomic DNA was extracted from the resulting transformed plant body in the same manner as in Example 1, and it was confirmed that the target DNA fragment was contained by sequencing.

形質転換植物体から種子(globular〜heart型胚期)、種子(torpedo型胚期)、花粉、花茎、茎頂、根、葉茎、および葉をそれぞれ採取し、GUS活性を測定した。形質転換植物の組織は以下の方法で採取した。T2世代の種子をバーミキュライト/パーライト(1:1)に播種し、連続光の下25℃で6〜7週間生育させ、植物体から種子(globular〜heart型胚期)、種子(torpedo型胚期)、花粉を採取した。また、花粉、花茎、茎頂、根、葉茎、および葉などの組織は、T2世代の種子をMS固形培地に播種し、暗所4℃に4日間置き、春化処理した後、連続光の下25℃で1週間飼育した植物体より採取した。なお、対照として形質転換を行っていない野生型のシロイヌナズナ由来のものについても同様にしてGUS活性を測定した。 From the transformed plant body, seeds (globular to heart type embryonic stage), seeds (torpedo type embryonic stage), pollen, flower stem, shoot apex, root, leaf stem, and leaf were collected, respectively, and GUS activity was measured. The tissue of the transformed plant was collected by the following method. T 2 generation seeds are sown in vermiculite / perlite (1: 1), grown under continuous light at 25 ° C for 6-7 weeks, seeds (globular to heart type embryo stage), seeds (torpedo type embryo) Period), pollen was collected. Further, pollen, flower stem, shoot, root, leaf and stem, and tissues, such as leaves, a T 2 generation seeds were sown in MS solid medium, placed dark 4 ° C. for 4 days, after vernalization treatment, continuous It was collected from plants that had been cultivated at 25 ° C for 1 week under light. As a control, GUS activity was also measured in the same manner for a wild-type Arabidopsis derived from untransformed.

GUS活性の測定は、形質転換植物体の各部位のGUS染色を観察することにより行った。GUS染色は、染色対象の試料をGUS染色液〔50 nM X-Gluc(5-bromo-4-chloro-3-indlyl-β-D-glucuronide-cyclohexylammonium salt)、500μM K3[CN]6/K4[Fe(CN)6]、0.3% Triton-X、50 μM NaH2PO4〕に浸漬し、37℃でインキュベートすることによって行った。インキュベート開始から12時間後、植物体を100% EtOHに浸すことで酵素反応を停止させた。何度か100% EtOHを交換してクロロフィル色素を十分に除去した後、青色の染色を微分干渉顕微鏡で観察し、その状態を写真撮影した。 Measurement of GUS activity was performed by observing GUS staining of each part of the transformed plant body. In GUS staining, a sample to be stained is prepared by using a GUS staining solution [50 nM X-Gluc (5-bromo-4-chloro-3-indlyl-β-D-glucuronide-cyclohexylammonium salt), 500 μM K 3 [CN] 6 / K 4 [Fe (CN) 6 ], 0.3% Triton-X, 50 μM NaH 2 PO 4 ] was immersed in the solution and incubated at 37 ° C. After 12 hours from the start of incubation, the enzymatic reaction was stopped by immersing the plant in 100% EtOH. After 100% EtOH was changed several times to sufficiently remove the chlorophyll dye, the blue staining was observed with a differential interference microscope, and the state was photographed.

結果を図1に示す。(a)は種子(globular〜heart型胚期)、(b)と(b)’は種子(torpedo型胚期)、(c)は花粉、(d)は花茎、(e)は茎頂、(f)は根、(g)は葉茎、(h)は葉でのGUS染色の状態である。当該図からわかるように、GUS染色は(a)、(b)及び(b)’のみにおいて種皮で観察された。なお、野生型のシロイヌナズナ由来のものではGUS染色は観察されなかった。以上の結果より、実施例1で得られたδVPEプロモーターによりGUSが種皮特異的に発現誘導されたことが分かる。このことは、該プロモーターによれば、その下流に連結した遺伝子を種皮内において特異的に発現誘導できることを示す。   The results are shown in FIG. (A) is seed (globular to heart type embryonic stage), (b) and (b) ′ are seeds (torpedo type embryonic stage), (c) is pollen, (d) is flower stem, (e) is shoot tip, (F) is a root, (g) is a leaf stem, and (h) is a state of GUS staining in a leaf. As can be seen from the figure, GUS staining was observed in the seed coat only in (a), (b) and (b) '. In addition, GUS staining was not observed in wild-type Arabidopsis derived. From the above results, it can be seen that the expression of GUS was induced in a seed coat-specific manner by the δVPE promoter obtained in Example 1. This indicates that according to the promoter, expression of the gene linked downstream thereof can be specifically induced in the seed coat.

本発明は、種皮特異的誘導性プロモーターを提供する。   The present invention provides a seed coat-specific inducible promoter.

δVPEプロモーターの下流に連結してなるGUS遺伝子を導入したシロイヌナズナの形質転換植物体の各部位におけるGUS染色の状態を示す。The state of GUS staining at each site of an Arabidopsis transformed plant introduced with a GUS gene linked downstream of the δVPE promoter is shown.

Claims (5)

(a)配列番号:1の塩基配列からなるDNA、(b)配列番号:1の塩基配列において1若しくは数個の塩基が欠失、置換若しくは付加された塩基配列からなり、かつ種皮特異的誘導性プロモーターとして機能するDNA、又は(c)配列番号:1の塩基配列からなるDNAとストリンジェントな条件下でハイブリダイズし、かつ種皮特異的誘導性プロモーターとして機能するDNAを含んでなる種皮特異的誘導性プロモーター。   (A) DNA consisting of the base sequence of SEQ ID NO: 1, (b) consisting of a base sequence in which one or several bases are deleted, substituted or added in the base sequence of SEQ ID NO: 1, and seed coat-specific induction Seed coat-specific, comprising DNA that functions as a sex promoter, or (c) DNA that hybridizes with a DNA comprising the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1 under stringent conditions and functions as a seed coat-specific inducible promoter Inducible promoter. 請求項1記載のプロモーターを含んでなる発現ベクター。   An expression vector comprising the promoter according to claim 1. 請求項2記載の発現ベクターを含んでなる形質転換体。   A transformant comprising the expression vector according to claim 2. 請求項1記載のプロモーターを含んでなる形質転換体。   A transformant comprising the promoter according to claim 1. 請求項1記載のプロモーターを含んでなるトランスジェニック植物。   A transgenic plant comprising the promoter according to claim 1.
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