JP4615018B2 - Rtbv植物プロモーター及びそのプロセス - Google Patents

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Description

本発明は、遺伝子導入植物中でプロモーター活性を示すイネツングロ杆菌状ウイルス(RTBV)由来の新規なヌクレオチド配列の単離に関する。これはさらに、構成的又は組織特異的状態で機能して単子葉植物と双子葉植物の両方、細胞並びに組織中で非相同核酸配列の発現を動かすRTBVプロモーターの機能ドメインの特徴付けに関する。
米は、大多数の人間にとって食事カロリーの主要な供給源であるので、世界中で最も重要な食用作物と考えられている。今後増加しつつある米食人口に十分なカロリーを提供し続けるために、且つ米中心の料理の質を向上させるために、稲を改良して、雑種強勢を利用することによって収率を上げ、害虫、病気、干ばつ、洪水、塩度及び異常温度などの好ましくない条件に耐性をつけ、且つ追加栄養素を取り込ませる必要がある。これらの改良の大部分では、導入遺伝子として一般に知られている他の生物由来の遺伝子をイネに導入し、且つ発現させなければならない。
農学的観点から、優れたイネ品種を生成するために、望ましい遺伝形質を与える複数の遺伝子を同じ遺伝子組換えバックグラウンドに導入する必要がある。しかし、遺伝子ピラミィディングを達成するのは容易なことではない。
導入遺伝子の安定な発現を確実にするために、それらは、遺伝子発現の最も重要な段階である遺伝子からのmRNAの生成のための制御ユニットとして機能するプロモーターとして知られている特異的なDNAエレメントと融合させなければならない。これらの配列は、転写のプロセスを開始し、転写の速度を調節し得るという意味では本質的に調節性である。植物中で導入遺伝子を発現させるのに、比較的少数のプロモーターが一般に使用されている。さらに、双子葉植物と単子葉植物の両方で高レベルの構成的発現を動かすことができるプロモーターの数はさらに少ない。また、組織又は器官特異的発現を動かしているプロモーターは、ほんの一握りしかない。したがって、現在の科学的挑戦は、所望の空間時間的mRNA発現パターンを達成する点に関してより多くの多用性を導入するための新規な調節エレメントの同定にある。
研究は、同じプロモーターを用いて同じ植物中で2つの異なる非相同遺伝子の発現を動かすことにより、遺伝子サイレンシングが生じ得ることを示した。しかし、この問題は、それぞれの非相同遺伝子に対して異なるプロモーターを用いることによって回避することができる。したがって、組織及び/又は発生特異的発現を示すことができ、様々な植物中で導入遺伝子発現に使用できる新しいプロモーターの同定が必要とされている。この文書は、インドの西ベンガルの田畑で育ったウイルスに感染した稲から単離及び改変したイネツングロ杆菌状ウイルス(RTBV)から同定及び特徴付けした新しいプロモーターに関するかかる情報を提供する。
カリフラワーモザイクウイルス35Sプロモーター(CaMV 35S)及びその誘導体は、この目的で最も一般に使用されるプロモーターの中の1つである。CaMV 35Sは、双子葉植物中では活性だが、その相対強度は、双子葉植物中よりも単子葉植物中で実質的に低い。他の双子葉植物プロモーターも単子葉植物形質転換に使用されてきたが、活性は単子葉植物プロモーターに関してより低い傾向がある(Wilminkら、1995)。いくつかのプロモーター、例えばイネAct1プロモーター(McElroyら、1991)、イネrbcSプロモーター(Kyozukaら、1993)、トウモロコシUbi1プロモーター(Tokiら、1992;Cornejoら、1993)及びイネシトクロムC遺伝子プロモーターOsCc1(Jangら、2002)は、単子葉植物中で高レベルの導入遺伝子発現を動かすことが確認されている。これらのうち、CaMV 35S(Terada及びShimamoto、1990)、イネAct1、トウモロコシUbi1及びイネOsCc1だけが本質的に構成的である。ほんの僅かな組織特異的プロモーターしかイネでは同定されていない。例えば、イネ種子貯蔵タンパク質グルテリン(Gt1)プロモーターは、イネ種子中で導入遺伝子を発現するために使用されており(Yeら、2000)、イネGlu−B1プロモーターは、ダイズフェリチン遺伝子の内乳特異的発現に使用されている(Gotoら、1999)。イネで特徴付けられている他のプロモーターのいくつかには、傷害誘導性であることが示されているジャガイモpin2プロモーター(Xuら、1993)、嫌気条件下に根で強く誘導されるトウモロコシAdh1プロモーター(Kyozukaら、1991)並びに葉肉特異的なトウモロコシpep及びrbcSプロモーター(Matsuokaら、1994)がある。
Beachy,Roger N.及びBhattacharyya,Maitrayeeは、フィリピンで単離されたRTBVからプロモーターを同定及び特徴付けした(米国特許:5,824,857)。このプロモーターの有用性は、遺伝子導入植物中で導管特異的発現を動かすことに関与していることであった。しかし、本研究は、これまでに特徴付けられたRTBVプロモーターと重要な相同性がない、インドの西ベンガルで単離されたRTBV由来のプロモーター断片の同定及び特徴付けを扱っている。この完全長クローンのDNA配列は、EMBL配列データベースに寄託しており、以下のアクセッション番号:AJ314596が指定されているが、これまでにこのDNA配列に対する機能は指定されていなかった。本発明は、RTBV(西ベンガル分離株)由来の新しいプロモーターの同定及び植物中での導入遺伝子発現のためのそれらの使用を扱っている。
本発明の主な目的は、配列表中の配列番号1に示したように、ヌクレオチド配列を有する、イネツングロ杆菌状ウイルス(RTBV)から単離したプロモーターを提供することである。
本発明の別の目的は、配列表中に示した配列番号2、配列番号3、配列番号4、配列番号5、配列番号6、配列番号7、配列番号8、配列番号9、配列番号10、配列番号11、配列番号12、配列番号13、配列番号14及び配列番号15を有する欠損型のRTBVプロモーターを提供することである。
本発明の別の目的は、対象の非相同核酸配列に動作可能に結合したRTBVプロモーター(完全長、FL)又はその欠損型UD1、UD2、UD3、UD4、UD5及びUD6(上流欠損、UD)並びにDD1、DD2、DD3、DD4、DD5、DD6、DD7及びDD8(下流欠損、DD)を含むキメラ植物形質転換ベクターを提供することである。
本発明のさらに別の目的は、上記のRTBVプロモーター及びその誘導体に動作可能に結合している非相同核酸配列が改良された農業形質又は病気若しくは昆虫への耐性を植物に付与することが可能なポリペプチドをコードする、キメラ植物形質転換ベクターを提供することである。
本発明のさらに別の目的は、非相同核酸配列と融合した様々なRTBVプロモーター配列(配列番号1、配列番号2、配列番号3、配列番号4、配列番号5、配列番号6、配列番号7、配列番号8、配列番号9、配列番号10、配列番号11、配列番号12、配列番号13、配列番号14及び配列番号15)で形質転換させた植物細胞、組織、器官及び植物(単子葉植物又は双子葉植物)を提供することである。
本発明のさらに別の目的は、RTBV(FL)又は上流欠損(UD1、UD2、UD3、UD4、UD5、UD6)又は下流欠損(DD1、DD2、DD3、DD4、DD5、DD6、DD7及びDD8)プロモーター配列の調節制御下での対象の1種又は複数の非相同核酸配列の発現の方法を提供することである。
本発明のさらに別の目的は、RTBV(FL)又は上流欠損(UD1、UD2、UD3、UD4、UD5、UD6)又は下流欠損(DD1、DD2、DD3、DD4、DD5、DD6、DD7及びDD8)プロモーター配列の制御下で非相同核酸配列を発現している遺伝子組換え単子葉植物又は双子葉植物を生成するための方法を提供することである。
本発明は、植物中でプロモーター活性を示しているイネツングロ杆菌状ウイルス(RTBV)からの新規なヌクレオチド配列の単離に関する。本明細書において提供している核酸配列(RTBVから単離)は、単子葉植物と双子葉植物の両方の細胞、組織及び器官中で動作可能に結合したヌクレオチド配列の発現を導く。
本発明は、配列番号1(配列表)に示したヌクレオチド配列を有するRTBVプロモーター(FL、876bp)を提供する。また、本発明は、UD1(818bp、配列番号2);UD2(789bp、配列番号3);UD3(754bp、配列番号4);UD4(718bp、配列番号5);UD5(681bp、配列番号6);UD6(671bp、配列番号7);DD1(862bp、配列番号8);DD2(793bp、配列番号9);DD3(691bp、配列番号10);DD4(581bp、配列番号11);DD5(426bp、配列番号12);DD6(325bp、配列番号13);DD7(289bp、配列番号14)及びDD8(254bp、配列番号15)である欠損型のRTBVプロモーターを提供する。
本発明はさらに、完全長及び欠損型のRTBV配列を細菌のレポーター遺伝子GUSと融合させることによる配列番号1に示したRTBVプロモーターの機能ドメインの分析並びに異なる発生段階中の遺伝子組換えイネ及びタバコの様々な組織中でのレポーター遺伝子の発現を研究することに関する。
好ましい実施形態では、配列番号1に示した、長さが876bpのFLと指定したRTBV由来のプロモーター配列、それぞれ配列番号2、配列番号3、配列番号4、配列番号5、配列番号6及び配列番号7に示したUD1、UD2、UD3、UD4、UD5及びUD6などのFLの上流欠損を同定した。さらに、それぞれ配列番号8、配列番号9、配列番号10、配列番号11、配列番号12、配列番号13、配列番号14及び配列番号15に示したDD1、DD2、DD3、DD4、DD5、DD6、DD7及びDD8などのFL配列の下流欠損を同定した。これらの配列を利用してイネ及びタバコ、細胞、組織及び器官中での細菌のレポーターGUS遺伝子の発現を導いた。
本発明はまた、構成的又は組織特異的状態で機能して単子葉植物及び双子葉植物、細胞、器官並びに組織中で非相同核酸配列の発現を動かすRTBVプロモーター及びその欠損に関する。
本発明の別の態様は、イネの中で、組織特異的状態で予想通りに(FL、UD1、UD2、UD3、UD4、UD5、DD3及びDD4)又は構成的に(DD7及びDD8)発現するRTBV完全長プロモーター(FL)並びにその上流及び下流欠損を提供することである。
本発明の別の態様は、対象の非相同核酸配列と融合したFL、上流及び下流欠損プロモーター配列を含むキメラ植物形質転換ベクターを構築することを含む。本発明はさらに、非相同構造遺伝子と融合したRTBVプロモーター配列(FL又は上流若しくは下流欠損のいずれか)を含むキメラ植物形質転換ベクターを植物細胞中に導入することによって遺伝子導入植物(単子葉植物又は双子葉植物)を生成するための方法を提供する。
本発明はまた、前記RTBVプロモーター配列(FL又は上流若しくは下流欠損のいずれか)の調節制御下において遺伝子導入植物中で、改良された農業形質又は病気若しくは昆虫への耐性を植物に付与することが可能な機能を達成する非相同核酸配列を発現させるための方法を提供する。
本発明はまた、前記RTBVプロモーター配列(FL又は上流若しくは下流欠損プロモーター変異体のいずれか)の調節制御下において、単子葉植物、例えばイネ、コムギ又はトウモロコシである遺伝子導入植物中で非相同遺伝子を発現させるための方法を提供する。
本発明はまた、前記RTBVプロモーター配列(FL又は上流若しくは下流欠損変異体のいずれか)の調節制御下において、双子葉植物、例えばタバコ、綿又はトマトである遺伝子導入植物中で非相同遺伝子を発現させるための方法を提供する。
本発明はまた、RTBVプロモーター並びにRTBV(FL)又は上流欠損(UD1、UD2、UD3、UD4、UD5及びUD6)又は下流欠損(DD1、DD2、DD3、DD4、DD5、DD6、DD7及びDD8)プロモーター配列の制御下の非相同核酸配列を含む植物、細胞又は組織を提供する。
本発明の好ましい実施形態は、配列番号1に示したヌクレオチド配列を有する、単子葉植物及び双子葉植物細胞、組織並びに器官中で動作可能に結合した核酸配列の発現を導くことが可能なイネツングロ杆菌状ウイルス(RTBV)由来のプロモーターの単離及び特徴付けに関する。
本発明の別の実施形態は、配列番号2に示した配列番号1の少なくとも59〜876bp(UD1)を含む欠損型(UD1、UD2、UD3、UD4、UD4、UD5、UD6、DD1、DD2、DD3、DD4、DD5、DD6、DD7及びDD8)のRTBVプロモーターを提供することに関する。様々な欠損型のRBTVプロモーターの命名法及び配列番号は、以下のように付けている:配列番号3に示したUD2(配列番号1の88〜876bp)。配列番号4に示したUD3(配列番号1の123〜876bp)。配列番号5に示したUD4(配列番号1の159〜876bp)。配列番号6に示したUD5(配列番号1の196〜876bp)。配列番号7に示したUD6(配列番号1の206〜876bp)。配列番号8に示したDD1(配列番号1の1〜862bp)。配列番号9に示したDD2(配列番号1の1〜793bp。配列番号10に示したDD3(配列番号1の1〜691bp)。配列番号11に示したDD4(配列番号1の1〜581bp)。配列番号12に示したDD5(配列番号1の1〜426bp)、配列番号13に示したDD6(配列番号1の1〜325bp)。配列番号14に示した配列番号1のDD7(1〜289bp)。配列番号15に示した配列番号1のDD8(1〜254bp)。
本発明の別の実施形態は、イネの中で、組織特異的状態で予想通りに(UD1、UD2、UD3、UD4、UD5、DD3及びDD4)又は構成的に(DD7及びDD8)発現するFL並びにその上流及び下流欠損を提供することに関する。
本発明の別の実施形態は、対象の非相同核酸配列に動作可能に結合したRTBVプロモーター(FL、UD1、UD2、UD3、UD4、UD5、UD6、DD1、DD2、DD3、DD4、DD5、DD6、DD7及びDD8)を含むキメラ植物形質転換ベクターを提供することに関する。
本発明のさらに別の好ましい実施形態は、改良された農業形質又は病気若しくは昆虫への耐性を植物に付与することが可能なポリペプチドをコードしている非相同遺伝子に結合した前記RTBVプロモーター(FL、UD1、UD2、UD3、UD4、UD5、UD6、DD1、DD2、DD3、DD4、DD5、DD6、DD7及びDD8)を含むキメラ植物形質転換ベクターの生成に関する。
本発明のさらに別の実施形態は、単子葉植物及び双子葉植物中の形質転換させた植物細胞、組織及び器官を提供することに関する。
本発明のさらに別の実施形態は、イネ、コムギ及びトウモロコシなどのイネ科由来である遺伝子導入植物を提供することに関する。
本発明のさらに別の実施形態は、タバコ、綿及びトマトなどの双子葉植物である遺伝子導入植物を提供することに関する。
本発明のさらに別の実施形態は、
(a)対象の非相同核酸配列に動作可能に結合した、配列番号1、配列番号2、配列番号3、配列番号4、配列番号5、配列番号6、配列番号7、配列番号8、配列番号9、配列番号10、配列番号11、配列番号12、配列番号13、配列番号14又は配列番号15のいずれかに示したプロモーター配列を含むキメラプラスミドDNA構築体(植物形質転換ベクター)を生成するステップ
(b)ステップ(a)からのプラスミドを適当な宿主細胞に導入するステップ
(c)ステップ(b)の細胞を用いて植物細胞又は組織を形質転換させて、前記非相同核酸配列を発現している遺伝子導入植物を生成するステップ
を含む、RTBV(FL、UD1、UD2、UD3、UD4、UD5、UD6、DD1、DD2、DD3、DD4、DD5、DD6、DD7及びDD8)プロモーターを含む1種又は複数の対象の非相同核酸配列の発現の方法を提供することに関する。
本発明のさらに別の実施形態は、前記非相同核酸配列が、改良された農業形質を植物に付与することが可能なポリペプチドをコードする、発現の方法に関する。
本発明のさらに別の実施形態は、前記非相同核酸配列が、改良された農業形質又は病気若しくは昆虫への耐性を植物に付与することが可能なポリペプチドをコードし、前記遺伝子導入植物が単子葉植物である、発現の方法を提供することに関する。
本発明のさらに別の実施形態は、前記非相同核酸配列が、改良された農業形質又は病気若しくは昆虫への耐性を植物に付与することが可能なポリペプチドをコードし、前記遺伝子導入植物がイネ科、例えば、イネ由来である、発現の方法に関する。
本発明のさらに別の実施形態は、前記非相同核酸配列が、改良された農業形質又は病気若しくは昆虫への耐性を植物に付与することが可能なポリペプチドをコードし、前記遺伝子導入植物がタバコなどの双子葉植物である、発現の方法に関する。
RTBV(西ベンガル分離株)のDNAを、実施例1に示したように精製した。上記DNAの断片をプロモーター活性について特徴付けた。プロモーター活性の分析のために上記プロモーター断片に対して様々な上流及び下流欠損を実施し、その詳細を実施例2に示した。
RTBVプロモーターの完全な配列を図1に示す。プライマーは、フォワードプライマーの場合には5’塩基、或いはリバースプライマーの場合には3’塩基の上に示している。RTBV FLプロモーターについて得た様々な欠損は、図2に概略的に表している。フォワードプライマーはFP1からFP7、またリバースプライマーはRP1からRP9と表している。長方形ボックスは、RTBVゲノムの〜900bp部分を示す。矢印はおおよそのプライマー位置を、それらにつながっている横線は予想されたPCR断片を示す(図2を参照のこと)。
FL RTBVプロモーター配列(876bp、配列番号1)は、オリゴヌクレオチドプライマーFP1(配列番号16)及びRP1(配列番号23)を使用することによって増幅した。FL断片は、その5’と3’両方のプロモーター欠損断片を生成するのに使用した。5’欠損断片は、UD1、UD2、UD3、UD4、UD5及びUD6である。3’欠損断片は、DD1、DD2、DD3、DD4、DD5、DD6、DD7及びDD8である。UD1断片(818bp、配列番号2)は、プライマーFP2(配列番号17)及びRP1(配列番号23)を用いて増幅した。UD2断片(789bp、配列番号3)は、プライマーFP3(配列番号18)及びRP1を用いて増幅した。UD3断片(754bp、配列番号4)は、プライマーFP4(配列番号19)及びRP1を用いて増幅した。UD4断片(718bp、配列番号5)は、プライマーFP5(配列番号20)及びRP1を用いて増幅した。UD5断片(681bp、配列番号6)は、プライマーFP6(配列番号21)及びRP1を用いて増幅した。UD6断片(671bp、配列番号7)は、プライマーFP7(配列番号22)及びRP1を用いて増幅した。
DD1欠損断片(862bp、配列番号8)は、プライマーFP1(配列番号16)及びRP2(配列番号24)を使用することによって増幅した。DD2欠損断片(793bp、配列番号9)は、プライマーFP1及びRP3(配列番号25)を用いて増幅した。DD3欠損断片(691bp、配列番号10)は、プライマーFP1及びRP4(配列番号26)を用いて増幅した。欠損断片DD4(581bp、配列番号11)は、プライマーFP1及びRP5(配列番号27)を用いて増幅した。欠損断片DD5(426bp、配列番号12)は、プライマーFP1及びRP6(配列番号28)を用いて増幅した。欠損断片DD6(325bp、配列番号13)は、プライマーFP1及びRP7(配列番号29)を用いて増幅した。欠損断片DD7(289bp、配列番号14)は、プライマーFP1及びRP8(配列番号30)を用いて増幅した。欠損断片DD8(254bp、配列番号15)は、プライマーFP1及びRP9(配列番号31)を用いて増幅した。様々な欠損断片の詳細、それらのサイズ、これらの断片を生成するために使用したプライマー及びそれらの配列番号は、表1に示している。
様々なDNA断片を、pCAMBIA1381zなどのプロモーターを持たない植物形質転換ベクターバックボーン中にクローン化して、イントロンを持ったGUS遺伝子の発現を動かした。植物形質転換ベクターpCAMBIA1381zの左右の境界の間のT−DNA領域の概略図を図3に示す。プロモーターを持たないベクター、pCAMBIA1381zは、イネ中でクローニングするためにハイグロマイシン耐性マーカー遺伝子と一緒に、或いはタバコ中でクローニングするためにカナマイシン耐性マーカー遺伝子と一緒に使用した。それぞれが異なるDNA断片、すなわちFL、UD1、UD2、UD3、UD4、UD5、UD6、DD1、DD2、DD3、DD4、DD5、DD6、DD7及びDD8をGUS(イントロン)遺伝子の上流に含んだ、pCAMBIA1381zバックボーンを有する様々なキメラ植物形質転換ベクターを得た。これらのベクター構築体は、実施例3に示したようにアグロバクテリウム(Agrobacterium)株EHA105中に動員した。アグロバクテリウム株は、タバコ及びイネなどの植物を形質転換するために使用した。イネの形質転換は、実施例4に示したように実施した。タバコの形質転換は、実施例5に示したように実施した。形質転換植物は、続いて実施例6に示した標準的な手順を用いてGUS活性について分析した。
配列番号1に示した876塩基対完全長(FL)プロモーター、並びにそれぞれ配列番号2、配列番号3、配列番号4、配列番号5及び配列番号6に示した上流欠損プロモーター変異体UD1、UD2、UD3、UD4及びUD5について、イネ中のプロモーター活性の発現パターンを研究した。配列番号10、配列番号11、配列番号12、配列番号13、配列番号14及び配列番号15に示した下流欠損変異体DD3、DD4、DD5、DD6、DD7及びDD8を同定し、イネ中の細菌のレポーターGUS遺伝子の発現を分析するのに使用した。手で切った形質転換イネ組織GUS活性を図4に示し、青色がプロモーター活性を一般に示している。
配列番号1に示したFLプロモーター、それぞれ配列番号2、配列番号3、配列番号4、配列番号5及び配列番号6に示した上流欠損プロモーター断片UD1、UD2、UD3、UD4及びUD5、並びに配列番号12、配列番号13、配列番号14及び配列番号15に示した下流欠損変異体DD5、DD6、DD7及びDD8を使用してタバコを形質転換し、組織を使用して細菌のレポーターGUS遺伝子の発現を動かした。形質転換タバコ組織のGUS活性を分析して様々な組織中での発現を研究した。
イネの場合、FL(配列番号1)プロモーター断片は、発芽後7日目(dpg)に表皮及び根端を除いて苗条及び根の全ての細胞中でレポーター遺伝子活性の強い構成的発現を示した。発現は、組織の老化と共に次第に低減し、30dpgで篩部及び維管束鞘のような導管組織で強く持続した。発現は、100dpgまでに弱から無視できるほどになった。同様の発現パターンが構築体UD1、UD2、UD3、UD4、UD5、DD3及びDD4で見られた。しかし、その下流欠損型のうちの2つ、DD7及びDD8では、第2のパターンの発現が観察された。これら2つの構築体では、プロモーター活性は、発現がなかった表皮及び根端を除いて植物の一生を通して構成的であった。別のセットの下流欠損構築体DD5及びDD6は、第3のパターンの発現を示し、この場合植物のどの発生段階においても視覚的に検出可能なGUS活性がなかった。イネの若い苗条及び成熟した葉の外植片中のRTBVプロモーターのFL及びその様々な欠損断片の発現パターンを図4に示す。
イネの場合、花序において、内花穎及び外花穎は、FL、UD1、UD2、UD3、UD4、UD5、DD3及びDD4に関してGUS活性を通導組織でしか示さなかったが、DD7及びDD8では、葉脈間組織でも検出可能であった。これら全ての構築体において、雄しべの花糸及び結合組織は、プロモーター活性を示したが、葯葉及び花粉は示さなかった。雌ずい群では、プロモーター活性が羽毛状の柱頭及び2分の花柱に限られていたが、子房ではなかった。
イネ中の遺伝子組換え体(T1)の二代目の若葉組織のGUS活性評価は、RTBVプロモーターが、CaMV 35Sプロモーターと同様に発現の程度においてうまく樹立されたトウモロコシUbi1に匹敵することを示唆しており、値は1時間当りタンパク質1mg当り4−MU(4−メチルウンベリフェロン)〜25,000nmolで比較可能であった。
RTBVプロモーターもタバコのような非相同系で活性であることが判明したが、RTBVプロモーター遺伝子組換えイネとは異なり、FL、UD1、UD2、UD3、UD4、DD5、DD6、DD7及びDD8からの発現は、若い組織においても茎、葉及び根中の脈管構造に限られており、成熟FLイネ遺伝子組換え体について正しいパターンであった。ところが、DD7及びDD8では、子葉だけが構成的にGUS活性を発現し、この発現はその後植物が成熟するにつれて導管組織に限られた。イネとは異なり、発現は、UD5ではどの組織にも見られなかった。FL、UD又はDDでは花の発現特徴に異なる差は観察されず、この発現は、がく片及び花弁中の導管組織に限られていた。構築体のいずれかの雄ずい群又は雌ずい群においてもプロモーター活性は観察されなかった。
遺伝子組換え稲では、フィリピン由来の完全長RTBVプロモーターの篩部特異的活性が以前に報告されているが(Bhattacharyya−Pakrasiら、1993;Yin及びBeachy、1995;Yinら、1997)、同定されたプロモーター配列は、本研究(インド、西ベンガル)とは異なる分離株(フィリピン)由来であった。後に、278ヌクレオチドの下流プロモーター配列(dps)の封入後、同じRTBVプロモーターが、dpsの不在下でこれまでに観察されたものより広い範囲の細胞中で活性を示すことが報告された(Klotiら、1999)。プロモーター活性は、主に若い組織で検出され、植物が老化するにつれて次第になくなった。
本研究では、3’欠損(DD7及びDD8)は、稲の一生を通して全ての組織で非相同遺伝子を構成的に発現するプロモーター配列を表している。こうした活性は、RTBVプロモーターイネ遺伝子組換え体において以前に報告されていない。これまでに報告された全てのRTBVプロモーターでは、完全長プロモーターの活性は、植物の老化と共に低減し、より老化が進むと極めて低くなり、導管組織に限られる。それとは対照的に、ここで報告したプロモーター構築体のいくつか(DD7及びDD8)は、成熟植物でも活性なままであった。FL、UD1、UD2、UD3、UD4、UD5、DD3及びDD4では、発現パターンがKlotiら(1999)によって記載されたものと類似していた。さらに、本発明のプロモーターの組織特異性は、別の形でこれまでに報告されたRTBVプロモーターとも異なっていた;DD5及びDD6に相当する2つの構築体は、植物の一生を通して発現を示さなかった。これらの結果は、細胞のトランス作用性因子と併せてプロモーターの強度及び組織特異性を決定するいくつかのポジティブ及びネガティブなエレメントの存在を表す。したがって、ここで説明したプロモーターの活性は、イネの中で、予想可能な組織特異的状態で(FL、UD1、UD2、UD3、UD4、UD5、DD3及びDD4)又は構成的に(DD7及びDD8)導入遺伝子を発現するのに極めて有用であろうことが感じられる。しかし、タバコ中での発現は、組織限定的であり、活性は導管組織に限られていた。これらの、特異な発現パターンは、異なるタンパク質が異なる植物系の同じキメラDNA配列(RTBVプロモーター)と相互作用していることを示唆する。発現パターンを表2にまとめて示す。
示した実施例は、本発明中で特許請求している使用、プロセス及び生成物の例示に過ぎず、本発明自体の実施は、記載した実施例に限定しない、又はそれによって限定されない。
(実施例1)
DNA抽出及びプロモーターの同定
ウイルス感染物質をBidhan Chandra Krishi Viswavidyalaya、Kalyani、西ベンガル、インドの試験農場から捕集した。Jonesら(1991)の方法に基づいて粗製ウイルス製剤を用いてRTBV DNAを単離した。
次いでウイルスDNAをいくつかの制限酵素で消化して完成させ、標準的な手順を用いてpUC19中にクローン化した。入れ子状の欠損とプライマーウォーキングの組合せを利用して、BamHIクローン(Nathら、2002)である完全長RTBVクローンの完全配列を導出した。完全長クローンのDNA配列をEMBL配列データベースに寄託し、次のアクセッション番号:AJ314596を割り当てられた。
(実施例2)
プロモーター分析
RTBV完全長プロモーターの完全配列(配列番号1)を図1に示し、PCRによって様々なプロモーター変異体を生成するのに使用したプライマー番号を5’末端(フォワードプライマー)又は3’末端(リバースプライマー)の上に示す。
全てのプライマーの全配列、RTBV(FL)及びRTBV欠損(UD及びDD)配列もPatent−Inソフトウェアによって配列表として示している。
完全長(876bp)構築体のために合成したプライマーのセットの配列は以下の通りである:
FP1(配列番号16)5’−CGGAATTCTGTCCTGCACCACCTCAATG−3’
RPI(配列番号23)5’−AACTGCAGTCAATATTTGAGAAAGTAAGATCCCTC−3’。
3’欠損DD1(862bp)構築体の場合、フォワードプライマー、FP1は同じだが、リバースプライマー配列は以下の通りである:
RP2(配列番号24)5’−AACTGCAGTAAGATCCCTCTTCAGAACATATGT−3’。
3’欠損DD2(793bp)構築体の場合、フォワードプライマー、FP1は同じだが、リバースプライマー配列は以下の通りである:
RP3(配列番号25)5’−AACTGCAGAACATCGCTCTGATACCAGATG−3’
3’欠損DD3(691bp)構築体の場合、フォワードプライマー、FP1は同じだが、リバースプライマー配列は以下の通りである:
RP4(配列番号26)5’−AACTGCAGCGTGATGAGGAAGAGCTACTTG−3’
3’欠損DD4(581bp)構築体の場合、フォワードプライマー、FP1は同じだが、リバースプライマー配列は以下の通りである:
RP5(配列番号27)5’−AACTGCAGCTTGTTCCCTTGGCATCAC−3’
3’欠損DD5(426bp)構築体の場合、フォワードプライマー、FP1は同じだが、リバースプライマー配列は以下の通りである:
RP6(配列番号28)5’−AACTGCAGCAGCGGATAAGTTCTTGATG−3’
3’欠損DD6(325bp)構築体の場合、フォワードプライマー、FP1は同じだが、リバースプライマー配列は以下の通りである:
RP7(配列番号29)5’−AACTGCAGCAGCTAATCCTTCTTTGAAGAGG−3’
3’欠損DD7(289bp)構築体の場合、フォワードプライマー、FP1は同じだが、リバースプライマー配列は以下の通りである:
RP8(配列番号30)5’−AACTGCAGCTCTTCTCTTGCTCTTGTGGAAG−3’
3’欠損DD8(254bp)構築体の場合、フォワードプライマー、FP1は同じだが、リバースプライマー配列は以下の通りである:
RP9(配列番号31)5’−AACTGCAGCTCTGGGTGTGTGGATTTCG−3’
5’欠損UD1(818bp)構築体の場合、リバースプライマー、RP1は同じだが、フォワードプライマー配列は以下の通りである:
FP2(配列番号17)5’−CGGAATTCTGATCCAAAGATAAAGGAACAAAG−3’
5’欠損UD2(789bp)構築体の場合、リバースプライマー、RP1は同じだが、フォワードプライマー配列は以下の通りである:
FP3(配列番号18)5’−CGGAATTCAAGCATCAATAAAAGAAGACTGAAG−3’
5’欠損UD3(754bp)構築体の場合、リバースプライマー、RP1は同じだが、フォワードプライマー配列は以下の通りである:
FP4(配列番号19)5’−CGGAATTCGGAATCCACTTTAAATTATTGTACCTC−3’
5’欠損UD4(718bp)構築体の場合、リバースプライマー、RP1は同じだが、フォワードプライマー配列は以下の通りである:
FP5(配列番号20)
5’−CGGAATTCTGTAAGAGTGTGTAAAATCTAGCCTACC−3’
5’欠損UD5(681bp)構築体の場合、リバースプライマー、RP1は同じだが、フォワードプライマー配列は以下の通りである:
FP6(配列番号21)5’−CGGAATTCCTATATAAGGAGAAGTAGTCTGCATG−3’
5’欠損UD6(671bp)構築体の場合、リバースプライマー、RP1は同じだが、フォワードプライマー配列は以下の通りである:
FP7(配列番号22)5’−CGGAATTCGGAGAAGTAGTCTGCATGTAATAGGC−3’
全てのプライマー配列において、EcoRI及びPstI酵素部位に下線を引いた。
RTBV完全長プロモーターの完全配列を図1に示す。異なるプロモーター変異体を生成するのに使用したプライマー番号を5’末端(フォワードプライマー)又は3’末端(リバースプライマー)の上に示す。クローン化RTBV DNA由来のDNAをテンプレートとして使用して、以下の条件下でHi−Fidelity Taq DNA Polymerase(Roche Applied Science、ドイツ)を用いてプロモーター断片を増幅した:94℃で5分間の初期変性、続いて30秒間の94℃熱変性、30秒間の58℃アニーリング及び1分間の72℃の伸長を10サイクル、続いて30秒間の94℃熱変性、30秒間の58℃アニーリング及び1分間の72℃の伸長及び1サイクル当りの伸長毎に5秒ずつの増加を25サイクル、最後に7分間の伸長を行った。PCR断片をPCR精製キット(Qiagen、ドイツ)によって精製し、制限酵素EcoRI及びPstIを用いて終夜消化し、続いて選択マーカーとしてGUSレポーター遺伝子(カタラーゼイントロンを含む)及びハイグロマイシン耐性を有する、EcoRI及びPstIで消化したプロモーターを持たない植物形質転換ベクター、pCAMBIA1381z中にクローン化した。ハイグロマイシン耐性はタバコ中の形質変換体を選択するのに有効に使用できないので、プロモーターを持たないベクター、pCAMBIA1381z由来のハイグロマイシン耐性遺伝子を制限酵素XhoIで切り出し、pCAMBIA2300由来のカナマイシン耐性遺伝子を特定しているXhoI断片をベクター中に導入した。プロモーターを持たないベクターのT−DNA領域を図3に示す。
異なる欠損プロモーター断片を溶出し、新しく構築したベクターバックボーンと連結して、選択マーカーとしてカナマイシンを用いてタバコ形質転換用の一連のRTBVプロモーター欠損構築体を生成した。PCR生成RTBVプロモーター欠損断片の概略図を図2に示す。
(実施例3)
アグロバクテリウム中へのバイナリーベクター/構築体の形質転換
凍結融解法(Anら1988)によってこれらのキメラ植物形質転換ベクターをアグロバクテリウム株EHA105中に動員した。約1μgプラスミドDNAをコンピテントアグロバクテリウム細胞と混合し、次いで液体窒素中で凍結し、これに続いて37℃で5分間のインキュベーションを行った。これらの形質転換細胞にルリアベルターニ(LB)ブロス1mlを加え、内容物を28℃で4〜5時間インキュベートした。続いて細菌懸濁液をペレットにし、適切な抗生物質を含むLB寒天プレート上に伸ばした。プレートを28℃で2日間保持し、標準的なプロトコルによって正しい構築体が存在するかどうか単一コロニーを分析した。
(実施例4)
イネ中での形質転換
28℃の暗所で1カ月半、カルス誘導培地、CIM[2mg/l 2,4−D(2,4−ジクロロフェノキシ酢酸)を含み、0.8%寒天によって固めたN培地(Chu、1978;Gamborgら、1968)]上で二次培養したイネ品種PB1からの胚盤由来カルスを、Wangら(1997)のプロトコルに基づいてアグロバクテリウム媒介形質転換にかけた。イネカルスを、最終細胞密度2×10細胞/mlの、100μMアセトシリンゴン及び2mg/l 2,4−Dを含む液体N培地のアグロバクテリウム細胞懸濁液に20分間感染させた。次いでカルスを、28℃の暗所で2日半、共培養培地(100μMアセトシリンゴンを含むCIM)に置いた。静菌薬、オーグメンチンを150mg/lで用いて洗浄し、カルスを暗所で1〜1カ月半、選択培地(30mg/lハイグロマイシン及び150mg/lオーグメンチンを含むCIM)上に置いた。クリーム色の推定上形質転換したカルスをさらに5〜6日間選択プレート上に置いたままにしてから、再生前培地(0.5mg/lベンジルアミノプリン[BAP]、10μMアブシジン酸、30mg/lハイグロマイシン及び150mg/lオーグメンチンを含むN培地)に1週間移し、インキュベーションは暗所で3日間及び明所で4日間であった。次いで小植物が現れ始めるまでカルスを再生培地(1mg/l BAP、30mg/lハイグロマイシン及び150mg/lオーグメンチンを含むN培地)に移した。続いてこれらを、再生培地を含む培養試験管に移した。よく発達した根系(硬化)を確実にするために、推定上の遺伝子組換え体を液体MS(Murashige及びScoog、1962)培地に移し、soilriteと土を1:1の割合で含む鉢に最終的に植え、成熟するまで温室に移動した。
(実施例5)
タバコ中での形質転換
リーフディスク法をタバコ形質転換用に使用した(Savda及びBinns、2000)。大きさ約1cmのリーフディスクを、無菌条件下でジャム瓶中のMS培地上で育てた3〜4週齢のタバコの上部2〜3葉から切り取り、アグロバクテリウム媒介形質転換用の外植片として使用した。これらのリーフディスクを、液体MS培地中のOD600約0.6でプロモーター構築体を含むアグロバクテリウム細菌懸濁液中で20分間共培養した。続いてリーフディスクを無菌の3MM Whatmanシートピース上にブロットし、散光中28℃で2日半、0.1mg/lナフタレン酢酸(NAA)及び1mg/l BAPを含む0.8%寒天上に固めたMS培地上に置いた。500mg/lの静菌薬、セフォタキシム(cephotaxime)でリーフディスクを徹底的に洗浄し、ディスクを明所で1カ月半、選択培地(0.1mg/l NAA及び1mg/l BAP、500mg/l セフォタキシム及び50mg/lカナマイシンを含む0.8%寒天で固めたMS培地)上に置いた。推定上の遺伝子組換え苗条芽を切除し、発根のために50mg/lカナマイシンを含む0.8%寒天で固めたMS培地上に置いた。発根した植物を切除し、少なくとも1節を有する茎の切片をさらに発根培地上で2回目の選択にかけた。次いで再度発根した植物を、成熟するまで温室中の鉢に移した。
(実施例6)
形質転換体の分析
遺伝子又はプロモーター特異的プライマーを用いてPCRを行うことにより、T−DNA領域が存在するかどうか推定上の遺伝子導入植物をチェックした。次いでDellaportaら(1983)のプロトコルを用いてゲノムDNAを単離した。異なる組織中のレポーター遺伝子の活性を検出するために、手で切った葉身/根の切片をX−Gluc(5−ブロモ−4−クロロ−3−インドリルβ−D−グルクロニド)溶液中37℃で終夜染色し、続いてクロロフィルが完全に除去されるまで1:3のアセトン:エタノール中で脱染し、複式顕微鏡下で撮影した(図4)。GUS蛍光光度分析には、Jefferson(1987)によって記載されているように葉組織約100mgを使用した。
本発明の利点
1.単子葉植物と双子葉植物の両方で活性なプロモーターの同定
2.イネ中での構成的発現に関して強いプロモーターの同定
3.組織特異的発現を示しているプロモーターの同定
4.同じプロモーターが2つの異なる遺伝子を動かしている場合に遺伝子サイレンシングを妨げるために遺伝子ピラミィディングを達成すべき場合の遺伝子の発現を動かすためのプロモーターの同定
引用文献
出典
米国特許文献
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表1

表2
イネ及びタバコ遺伝子組換え体中のRTBVプロモーター構築体について栄養組織中で観察された発現パターンである。
イネにおけるFLタイプ:若齢期には構成的発現を示し、成熟期では導管特異的である。
タバコにおけるFLタイプ:導管特異的発現だけを示す。
タバコにおけるFLタイプ+:子葉だけが構成的発現を示すが、栄養組織の残りは導管特異的発現を示す。
「−」:特異的構築体によって形質転換しなかった植物を示す。
PCR増幅のために使用したフォワードプライマー(FP)又はリバースプライマー(RP)の位置を示した配列番号1の完全長RTBVプロモーター配列を示す図である。 PCR生成RTBVプロモーター欠損断片の概略図である。 プロモーターを持たないベクター、pCAMBIA1381zのT−DNA領域の概略図である。 様々な構築体によるGUS活性を示した遺伝子組換えイネ組織の切片を示す図である。

Claims (21)

  1. 少なくとも配列番号1の塩基1〜254を含む、イネツングロ杆菌状ウイルス由来の単離したプロモーター(RTBVプロモーター)
  2. 配列番号1、配列番号2、配列番号3、配列番号4、配列番号5、配列番号6、配列番号7、配列番号8、配列番号9、配列番号10、配列番号11、配列番号12、配列番号13、配列番号14及び配列番号15からなる群から選択される、イネツングロ杆菌状ウイルス由来の単離したプロモーター(RTBVプロモーター)に基づく単離したプロモーター。
  3. 請求項1又は2に記載のプロモーターが、対象の非相同核酸配列に動作可能に結合した、キメラプラスミドDNA構築体。
  4. 請求項に記載のプロモーターが、対象の非相同核酸配列に動作可能に結合した、キメラプラスミドDNA構築体。
  5. 前記非相同核酸配列が、改良された農業形質を植物に付与することが可能なポリペプチドをコードする、請求項に記載のキメラプラスミドDNA構築体。
  6. 前記非相同核酸配列が、改良された農業形質を植物に付与することが可能なポリペプチドをコードする、請求項に記載のキメラプラスミドDNA構築体。
  7. 前記プラスミドが植物形質転換ベクターである、請求項に記載のキメラプラスミドDNA構築体。
  8. 前記プラスミドが植物形質転換ベクターである、請求項に記載のキメラプラスミドDNA構築体。
  9. 請求項に記載のキメラプラスミドDNA構築体を含む組換え細胞。
  10. 請求項に記載のキメラプラスミドDNA構築体を含む組換え細胞。
  11. 大腸菌(E.coli)又はアグロバクテリウム(Agrobacterium)から選択される、請求項に記載の組換え細胞。
  12. 大腸菌(E.coli)又はアグロバクテリウム(Agrobacterium)から選択される、請求項10に記載の組換え細胞。
  13. 請求項1又は2に記載のプロモーターに動作可能に結合した非相同核酸配列を含む形質転換植物又は細胞。
  14. 請求項に記載のプロモーターに動作可能に結合した非相同核酸配列を含む形質転換植物又は細胞。
  15. 請求項13又は14に記載の遺伝子導入植物由来の子孫。
  16. 請求項13又は14に記載の遺伝子導入植物由来の種。
  17. 単子葉植物又は双子葉植物である、請求項13又は14に記載の遺伝子導入植物。
  18. 前記単子葉植物種が、イネ、トウモロコシ、コムギ、オオムギ及びモロコシからなる群から選択される、請求項13又は14に記載の遺伝子導入植物。
  19. 前記双子葉植物種が、タバコ、トマト、エンドウマメ、ダイズ、アブラナ類、ヒヨコマメ、綿及びキマメからなる群から選択される、請求項13又は14に記載の遺伝子導入植物。
  20. a)請求項に記載のキメラプラスミドDNA構築体を構築するステップ、
    b)ステップ(a)の構築体をアグロバクテリウム(Agrobacterium)株に動員して、組換えアグロバクテリウム株を生成するステップ、
    c)植物形質転換用の植物から適当な外植片を得るステップ、
    d)ステップ(c)の外植片とステップ(b)の組換えアグロバクテリウム株を共培養して、形質転換植物細胞を生成するステップ、
    e)ステップ(d)の形質転換植物細胞を選択するステップ、
    f)ステップ(e)の形質転換植物細胞から苗条を得るステップ、
    g)ステップ(f)の苗条から発根した小植物を得るステップ、
    h)ステップ(g)の発根した小植物を育てて、形質転換植物を生成するステップ
    を含む、植物中のRTBVプロモーターに動作可能に結合した非相同核酸を発現させるための方法。
  21. 前記RTBVプロモーターが、配列番号1、配列番号2、配列番号3、配列番号4、配列番号5、配列番号6、配列番号7、配列番号8、配列番号9、配列番号10、配列番号11、配列番号12、配列番号13、配列番号14及び配列番号15からなる群から選択される、請求項20に記載の発現の方法。
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