JP5019505B2 - Transgenic plants with tolerance to low temperature stress - Google Patents

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植物にとって、低温、乾燥・塩などの環境ストレスは生育を大きく左右する。このことは農業においては作物生産量と直結しており、作物への環境ストレス耐性付与を目指した研究開発が進められている。従来から、育種交雑法によるストレス耐性強化がすすめられているが、交雑で導入できる遺伝資源は限られており、大幅な耐性向上は困難である。従って、遺伝子組換え等の手法により、内在性又は他種由来遺伝子の過剰発現を行う等の新しいアプローチが必要である。   For plants, environmental stress such as low temperature, drying, and salt greatly affects growth. This is directly related to crop production in agriculture, and research and development aimed at imparting environmental stress tolerance to crops is underway. Conventionally, stress tolerance enhancement by breeding hybridization methods has been promoted, but genetic resources that can be introduced by hybridization are limited, and it is difficult to significantly improve tolerance. Therefore, new approaches such as overexpression of endogenous or other species-derived genes are required by techniques such as gene recombination.

近年、遺伝子組換え等の新しい手法が開発され、植物に多様な遺伝子を導入することが可能となった。実際に、アミノ酸の一種であるプロリンを合成する酵素遺伝子を導入した植物では、プロリンによる浸透圧調節機能が付与されるため、乾燥や塩ストレスに対し耐性を示すことが報告されている(非特許文献1)。また、ストレス応答を制御する転写因子遺伝子を導入することにより、ストレス応答を活性化し、乾燥、塩、低温ストレスに対して耐性を付与できることが報告されている(非特許文献2)。   In recent years, new methods such as gene recombination have been developed, and it has become possible to introduce various genes into plants. In fact, plants introduced with an enzyme gene that synthesizes proline, an amino acid, have been reported to be resistant to drought and salt stress because of the ability to regulate osmotic pressure by proline. Reference 1). In addition, it has been reported that by introducing a transcription factor gene that controls the stress response, the stress response can be activated and resistance can be imparted to drought, salt, and low-temperature stress (Non-patent Document 2).

しかしながら、例えば、転写因子を過剰発現した場合においては、結果的にその転写因子により誘導されるすべての遺伝子が過剰発現することになるため、ストレス耐性獲得に加えて、植物体が矮性化する等、生育への悪影響が顕在化する例も報告されている(非特許文献3)。過剰発現による悪影響のない新たな耐性付与遺伝子の探索や導入遺伝子の発現方法の改良などが求められている。   However, for example, when a transcription factor is overexpressed, all the genes induced by the transcription factor are overexpressed, resulting in dwarfing of the plant in addition to acquiring stress tolerance. In addition, an example in which an adverse effect on growth becomes apparent has been reported (Non-patent Document 3). Searches for new resistance-conferring genes that do not have an adverse effect due to overexpression, and improved transgene expression methods are required.

Kishor P, Hong Z, Miao GH, Hu C, Verma D. Plant Physiol. 1995 Aug;108(4):1387-1394.Kishor P, Hong Z, Miao GH, Hu C, Verma D. Plant Physiol. 1995 Aug; 108 (4): 1387-1394. Liu Q, Kasuga M, Sakuma Y, Abe H, Miura S, Yamaguchi-Shinozaki K, Shinozaki K. Plant Cell. 1998 Aug;10(8):1391-406.; Jaglo-Ottosen KR, Gilmour SJ, Zarka DG, Schabenberger O, Thomashow MF. Science. 1998 Apr 3;280(5360):104-6.Liu Q, Kasuga M, Sakuma Y, Abe H, Miura S, Yamaguchi-Shinozaki K, Shinozaki K. Plant Cell. 1998 Aug; 10 (8): 1391-406 .; Jaglo-Ottosen KR, Gilmour SJ, Zarka DG, Schabenberger O, Thomashow MF. Science. 1998 Apr 3; 280 (5360): 104-6. Liu Q, Kasuga M, Sakuma Y, Abe H, Miura S, Yamaguchi-Shinozaki K, Shinozaki K. Plant Cell. 1998 Aug;10(8):1391-406.Liu Q, Kasuga M, Sakuma Y, Abe H, Miura S, Yamaguchi-Shinozaki K, Shinozaki K. Plant Cell. 1998 Aug; 10 (8): 1391-406.

そこで、本発明は、植物体の生育に対する影響が少なく、かつ植物体に低温ストレス耐性を付与できる優れた遺伝子を見いだし、低温ストレス耐性を有する新規なトランスジェニック植物及び植物に低温ストレス耐性を付与する方法を提供することを目的としている。   Therefore, the present invention finds an excellent gene that has little influence on the growth of a plant and can impart low-temperature stress tolerance to the plant, and imparts low-temperature stress tolerance to a novel transgenic plant having low temperature stress tolerance and a plant. It aims to provide a method.

上述した目的を達成するため、本発明者らが鋭意検討した結果、シロイヌナズナにおいてAtCSP3遺伝子と称される遺伝子を過剰発現させることによって、植物に低温ストレス耐性を付与できるといった知見を見いだし、本発明を完成するに至った。なお、シロイヌナズナにおけるAtCSP3遺伝子については、低温応答性発現を示すことは知られているが(Karlson, D. and Imai, R. Plant Physiol.131, 12-15, 2003)、低温ショックドメインを有するRNA結合タンパク質をコードしており、過剰発現により植物体に低温ストレス耐性を付与できるといった知見は新規な発見である。   As a result of intensive studies by the present inventors in order to achieve the above-described object, the inventors have found that a gene called AtCSP3 gene can be overexpressed in Arabidopsis thaliana, thereby imparting low-temperature stress tolerance to plants. It came to be completed. In addition, the AtCSP3 gene in Arabidopsis thaliana is known to show low-temperature responsive expression (Karlson, D. and Imai, R. Plant Physiol. 131, 12-15, 2003), but RNA with a low-temperature shock domain The finding that it encodes a binding protein and can impart low temperature stress tolerance to a plant body by overexpression is a novel discovery.

本発明は以下を包含する。
(1)シロイヌナズナにおけるAtCSP3遺伝子に相当する遺伝子が過剰発現するように改変されたトランスジェニック植物。
(2)上記遺伝子は低温ショックドメインを有するRNA結合タンパク質をコードすることを特徴とする(1)記載のトランスジェニック植物。
(3)上記遺伝子は、以下の(a)〜(d)の少なくとも1つの遺伝子であることを特徴とする(1)記載のトランスジェニック植物。
(a)配列番号1に示す塩基配列からなるDNAからなる遺伝子
(b)配列番号1に示す塩基配列からなるDNAとストリンジェントな条件下でハイブリダイズし、かつ低温ショックドメインを有するRNA結合タンパク質をコードするDNAからなる遺伝子
(c)配列番号2に示されるアミノ酸配列からなるタンパク質をコードする遺伝子
(d)配列番号2に示されるアミノ酸配列において1若しくは数個のアミノ酸が欠失、置換若しくは付加されたアミノ酸配列からなり、かつ低温ショックドメインを有するRNA結合タンパク質をコードする遺伝子
(4)上記遺伝子は過剰発現プロモーターに連結されていることを特徴とする(1)記載のトランスジェニック植物。
(5)シロイヌナズナにおけるAtCSP3遺伝子に相当する遺伝子が過剰発現するように改変する、植物に低温ストレス耐性を付与する方法。
(6)上記遺伝子は低温ショックドメインを有するRNA結合タンパク質をコードすることを特徴とする(5)記載の方法。
(7)上記遺伝子は、以下の(a)〜(d)の少なくとも1つの遺伝子であることを特徴とする(5)記載の方法。
(a)配列番号1に示す塩基配列からなるDNAからなる遺伝子
(b)配列番号1に示す塩基配列からなるDNAとストリンジェントな条件下でハイブリダイズし、かつ低温ショックドメインを有するRNA結合タンパク質をコードするDNAからなる遺伝子
(c)配列番号2に示されるアミノ酸配列からなるタンパク質をコードする遺伝子
(d)配列番号2に示されるアミノ酸配列において1若しくは数個のアミノ酸が欠失、置換若しくは付加されたアミノ酸配列からなり、かつ低温ショックドメインを有するRNA結合タンパク質をコードする遺伝子
(8)上記遺伝子は過剰発現プロモーターに連結されていることを特徴とする(5)記載の方法。
The present invention includes the following.
(1) A transgenic plant modified so that a gene corresponding to the AtCSP3 gene in Arabidopsis thaliana is overexpressed.
(2) The transgenic plant according to (1), wherein the gene encodes an RNA-binding protein having a cold shock domain.
(3) The transgenic plant according to (1), wherein the gene is at least one of the following genes (a) to (d):
(a) a gene consisting of DNA consisting of the base sequence shown in SEQ ID NO: 1
(b) a gene comprising a DNA that hybridizes with a DNA comprising the nucleotide sequence shown in SEQ ID NO: 1 under a stringent condition and encodes an RNA-binding protein having a low-temperature shock domain
(c) a gene encoding a protein consisting of the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2
(d) a gene encoding an RNA-binding protein consisting of an amino acid sequence in which one or several amino acids are deleted, substituted or added in the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2 and having a cold shock domain (4) The transgenic plant according to (1), which is linked to an overexpression promoter.
(5) A method for imparting low-temperature stress tolerance to a plant, which is modified so that a gene corresponding to the AtCSP3 gene in Arabidopsis thaliana is overexpressed.
(6) The method according to (5), wherein the gene encodes an RNA-binding protein having a cold shock domain.
(7) The method according to (5), wherein the gene is at least one of the following genes (a) to (d):
(a) a gene consisting of DNA consisting of the base sequence shown in SEQ ID NO: 1
(b) a gene comprising a DNA that hybridizes with a DNA comprising the nucleotide sequence shown in SEQ ID NO: 1 under a stringent condition and encodes an RNA-binding protein having a low-temperature shock domain
(c) a gene encoding a protein consisting of the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2
(d) a gene encoding an RNA-binding protein comprising an amino acid sequence in which one or several amino acids are deleted, substituted or added in the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2 and having a cold shock domain (8) The method according to (5), wherein is linked to an overexpression promoter.

本発明にかかるトランスジェニック植物は、シロイヌナズナにおけるAtCSP3遺伝子に相当する遺伝子が過剰発現しているため、低温ストレスに対する耐性を有することとなる。また、本発明にかかる植物に低温ストレス耐性を付与する方法によれば、シロイヌナズナにおけるAtCSP3遺伝子に相当する遺伝子を過剰発現させることにより、植物が矮小化することなく、優れた低温ストレス耐性を付与することができる。   Since the transgenic plant according to the present invention overexpresses a gene corresponding to the AtCSP3 gene in Arabidopsis thaliana, it has resistance to low temperature stress. In addition, according to the method for imparting low temperature stress tolerance to plants according to the present invention, by overexpressing a gene corresponding to the AtCSP3 gene in Arabidopsis thaliana, excellent low temperature stress tolerance is imparted without the plant becoming dwarfed. be able to.

以下、本発明を図面を参照して詳細に説明する。
本発明にかかるトランスジェニック植物は、シロイヌナズナにおけるAtCSP3遺伝子に相当する遺伝子が過剰発現するように改変されたものである。本発明においてシロイヌナズナにおけるAtCSP3遺伝子は、配列番号2に示すアミノ酸配列からなるタンパク質(以下AtCSP3と称する)をコードしている。植物の低温耐性獲得における低温ショックドメインRNA結合タンパク質の機能解明を行う過程(後述の実施例参照)で、AtCSP3遺伝子を欠損したシロイヌナズナにおいては、耐凍性が著しく減少するといった表現型を示す。この知見より、AtCSP3遺伝子の産物がシロイヌナズナにおける耐凍性の獲得に必須であることが示されている。
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
The transgenic plant according to the present invention is modified so that a gene corresponding to the AtCSP3 gene in Arabidopsis thaliana is overexpressed. In the present invention, the AtCSP3 gene in Arabidopsis thaliana encodes a protein consisting of the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2 (hereinafter referred to as AtCSP3). In the process of elucidating the function of a cold shock domain RNA-binding protein in acquiring low-temperature tolerance of plants (see Examples below), Arabidopsis lacking the AtCSP3 gene shows a phenotype that significantly reduces freezing tolerance. This finding indicates that the product of AtCSP3 gene is essential for obtaining freezing tolerance in Arabidopsis thaliana.

よって、シロイヌナズナに限らず、各種の植物においてシロイヌナズナにおけるAtCSP3遺伝子に相当する遺伝子を過剰発現するように改変することによって、低温ストレス耐性を向上させることができる。   Therefore, not only in Arabidopsis but also in various plants, modification to overexpress the gene corresponding to the AtCSP3 gene in Arabidopsis can improve low temperature stress tolerance.

トランスジェニック植物において過剰発現させる遺伝子
本発明にかかるトランスジェニック植物において、過剰発現させる遺伝子とは、シロイヌナズナにおけるAtCSP3遺伝子、あるいはシロイヌナズナ以外の植物におけるAtCSP3遺伝子に相当する遺伝子である。
Gene to be overexpressed in transgenic plant In the transgenic plant according to the present invention, the gene to be overexpressed is a gene corresponding to the AtCSP3 gene in Arabidopsis thaliana or the AtCSP3 gene in plants other than Arabidopsis thaliana.

AtCSP3遺伝子は、配列番号2に示すアミノ酸配列からなるタンパク質をコードしている。AtCSP3遺伝子としては、例えば配列番号1に示す塩基配列からなるポリヌクレオチドを挙げることができる。   The AtCSP3 gene encodes a protein consisting of the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2. An example of the AtCSP3 gene is a polynucleotide having the base sequence shown in SEQ ID NO: 1.

AtCSP3遺伝子のクローニングは例えば以下のようにして行うことができる。
(1) シロイヌナズナのmRNA及びcDNAライブラリーの調製
mRNAの供給源としては、シロイヌナズナの葉、茎、根、花など植物体の一部又は植物 体全体が挙げられる。また、シロイヌナズナの種子をGM培地、MS培地、#3培地などの固体培地に播種し、無菌条件下で生育させた植物体も用いることができる。本発明に用いる遺伝子のシロイヌナズナ植物体中のmRNAレベルは、低温ストレス(例えば、-10〜10℃)に曝露することにより増大するため、これらのストレスに曝露させたシロイヌナズナ植物体を用いてもよい。
Cloning of the AtCSP3 gene can be performed, for example, as follows.
(1) Preparation of Arabidopsis mRNA and cDNA libraries
Examples of mRNA supply sources include parts of plants such as Arabidopsis leaves, stems, roots, and flowers, or whole plants. In addition, plants obtained by seeding Arabidopsis seeds on a solid medium such as GM medium, MS medium or # 3 medium and growing under aseptic conditions can also be used. Since the mRNA level of the gene used in the present invention increases in Arabidopsis plants by exposure to low-temperature stress (for example, -10 to 10 ° C), Arabidopsis plants exposed to these stresses may be used. .

mRNAの調製は、例えば、GM培地で生育させたシロイヌナズナの植物体を、低温ストレスに曝露後、液体窒素で凍結する。その後は、通常行われる手法により行うことができる。例えば、凍結した植物体を乳鉢などで摩砕後、得られた摩砕物から、グリオキザール法、グアニジンチオシナネート-塩化セシウム法、塩化リチウム-尿素法、プロテイナーゼK-デオキシリボヌクレアーゼ法などにより、粗RNA画分を抽出調製する。RNAの抽出は、市販のキット(Total RNA Extraction Kit;Amersham製)を用いてもよい。   For preparation of mRNA, for example, Arabidopsis plants grown in GM medium are exposed to low temperature stress and then frozen in liquid nitrogen. Thereafter, it can be performed by a commonly performed technique. For example, after the frozen plant body is ground in a mortar or the like, crude RNA is obtained from the obtained ground product by the glyoxal method, guanidine thiocinate-cesium chloride method, lithium chloride-urea method, proteinase K-deoxyribonuclease method, etc. Extract and prepare the fraction. For RNA extraction, a commercially available kit (Total RNA Extraction Kit; manufactured by Amersham) may be used.

このようにして得られた粗RNA画分を鋳型として、オリゴdTプライマー及び逆転写酵素を用いて、一本鎖cDNAを合成した後、該一本鎖cDNAを鋳型として、シロイヌナズナのゲノム情報を基に設計した一対のプライマーを用いたPCRによってAtCSP3遺伝子を増幅することができる。一対のプライマーは、例えば、AtCSP3遺伝子の塩基配列(Genebankアクセッション番号 AY035133)の5’UTRから終止コドンまでを増幅できるように設計することができる。   Using the crude RNA fraction thus obtained as a template, a single-stranded cDNA was synthesized using an oligo dT primer and reverse transcriptase, and then the genome information of Arabidopsis thaliana was used using the single-stranded cDNA as a template. The AtCSP3 gene can be amplified by PCR using a pair of primers designed in the above. The pair of primers can be designed, for example, so as to be able to amplify from the 5 'UTR to the stop codon of the nucleotide sequence of AtCSP3 gene (Genebank accession number AY035133).

但し、シロイヌナズナにおいても品種等によって多少のアミノ酸配列或いは塩基配列の相違はありえる。また、同一植物品種であっても突然変異等によってアミノ酸配列或いは塩基配列が変化する場合もある。よって、シロイヌナズナにおけるAtCSP3遺伝子には、配列番号2に示すアミノ酸配列において1若しくは数個のアミノ酸が欠失、置換若しくは付加されたアミノ酸配列からなり、かつ低温ショックドメインを有するRNA結合タンパク質をコードする遺伝子も含まれる。   However, even in Arabidopsis thaliana, there may be some differences in amino acid sequence or base sequence depending on the variety. Even in the same plant variety, the amino acid sequence or base sequence may change due to mutation or the like. Therefore, the AtCSP3 gene in Arabidopsis thaliana is a gene encoding an RNA binding protein consisting of an amino acid sequence in which one or several amino acids are deleted, substituted or added in the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2 and having a cold shock domain. Is also included.

ここで、欠失、置換若しくは付加されてもよいアミノ酸の数としては、好ましくは、1個から数個である。例えば、配列番号2に示すアミノ酸配列の1〜10個、好ましくは1〜5個のアミノ酸が欠失してもよく、配列番号2に示すアミノ酸配列に1〜10個、好ましくは1〜5個のアミノ酸が付加してもよく、あるいは、配列番号2に示すアミノ酸配列の1〜10個、好ましくは1〜5個のアミノ酸が他のアミノ酸に置換してもよい。   Here, the number of amino acids that may be deleted, substituted or added is preferably 1 to several. For example, 1 to 10, preferably 1 to 5 amino acids of the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2 may be deleted, and 1 to 10, preferably 1 to 5 amino acid sequences shown in SEQ ID NO: 2. May be added, or 1 to 10, preferably 1 to 5 amino acids in the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2 may be substituted with other amino acids.

なお、アミノ酸の欠失、付加、及び置換は、上記タンパク質をコードする遺伝子を、当該技術分野で公知の手法によって人為的に改変することによって行うこともできる。遺伝子に変異を導入するには、Kunkel法又はGapped duplex法等の公知手法又はこれに準ずる方法により行うことができ、例えば部位特異的突然変異誘発法を利用した変異導入用キット(例えばMutant-K(TAKARA社製)やMutant-G(TAKARA社製))などを用いて、あるいは、TAKARA社のLA PCR in vitro Mutagenesis シリーズキットを用いて変異を導入することができる。   In addition, amino acid deletion, addition, and substitution can also be performed by artificially modifying the gene encoding the protein by a technique known in the art. Mutation can be introduced into a gene by a known method such as Kunkel method or Gapped duplex method or a method equivalent thereto, for example, a mutation introduction kit (for example, Mutant-K using site-directed mutagenesis). (TAKARA) or Mutant-G (TAKARA)) or the like, or TAKARA's LA PCR in vitro Mutagenesis series kit can be used to introduce mutations.

また、AtCSP3遺伝子には、配列番号2に示すアミノ酸配列と70%以上の相同性を有する遺伝子であって、かつ低温ショックドメインを有するRNA結合タンパク質をコードする遺伝子も含まれる。上記70%以上の相同性は、好ましくは80%以上、より好ましくは90%以上、最も好ましくは95%以上の相同性をいう。ここで相同性は、一般的な相同性解析ソフトウェア(BLAST、FASTA及びCLUSTAL W等)をデフォルトの設定で解析した数値を意味する。   In addition, the AtCSP3 gene includes a gene that has a homology of 70% or more with the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2 and encodes an RNA-binding protein having a cold shock domain. The 70% or higher homology is preferably 80% or higher, more preferably 90% or higher, and most preferably 95% or higher. Here, the homology means a numerical value obtained by analyzing general homology analysis software (BLAST, FASTA, CLUSTAL W, etc.) with default settings.

さらにシロイヌナズナにおけるAtCSP3遺伝子には、配列番号1に示す塩基配列からなるDNAとストリンジェントな条件下でハイブリダイズし、かつ低温ショックドメインを有するRNA結合タンパク質をコードするDNAからなる遺伝子も含まれる。   Furthermore, the AtCSP3 gene in Arabidopsis thaliana includes a gene consisting of a DNA that hybridizes with a DNA consisting of the nucleotide sequence shown in SEQ ID NO: 1 under a stringent condition and encodes an RNA-binding protein having a low-temperature shock domain.

ここで、ストリンジェントな条件とは、いわゆる特異的なハイブリッドが形成され、非特異的なハイブリッドが形成されない条件をいう。例えば、相同性が高い核酸、すなわち配列番号1で表わされる塩基配列と70%以上、好ましくは80%以上、より好ましくは90%以上、最も好ましく95%以上の相同性を有する塩基配列からなるDNAの相補鎖がハイブリダイズし、それより相同性が低い核酸の相補鎖がハイブリダイズしない条件が挙げられる。より具体的には、ナトリウム濃度が150〜900mM、好ましくは600〜900mMであり、温度が60〜68℃、好ましくは65℃での条件をいう。   Here, stringent conditions refer to conditions under which so-called specific hybrids are formed and non-specific hybrids are not formed. For example, a nucleic acid having high homology, that is, a DNA comprising a nucleotide sequence having a homology of 70% or more, preferably 80% or more, more preferably 90% or more, and most preferably 95% or more with the nucleotide sequence represented by SEQ ID NO: 1. In which the complementary strands of the nucleic acids hybridize and the complementary strands of nucleic acids having lower homology do not hybridize. More specifically, the sodium concentration is 150 to 900 mM, preferably 600 to 900 mM, and the temperature is 60 to 68 ° C, preferably 65 ° C.

一方、シロイヌナズナ以外の植物において、AtCSP3遺伝子に相当する遺伝子を同定するには、当該植物のゲノム解析が進んでいる場合にはゲノム情報を格納したデータベースを用いて、AtCSP3遺伝子の塩基配列(配列番号1)やAtCSP3のアミノ酸配列(配列番号2)をキーとして相同性の高い遺伝子を検索することによって行うことができる。また、当該植物のゲノム情報が得られない場合には、当該植物のcDNAライブラリーを構築し、AtCSP3遺伝子の塩基配列(配列番号1)の一部又は全部からなるプローブを用いて、AtCSP3遺伝子に相当する遺伝子を同定することができる。AtCSP3遺伝子に相当する遺伝子を同定したならば、定法に従って当該遺伝子を単離することができる。   On the other hand, in plants other than Arabidopsis thaliana, in order to identify a gene corresponding to the AtCSP3 gene, if the genome analysis of the plant is progressing, the base sequence of the AtCSP3 gene (SEQ ID NO: 1) or by searching for a highly homologous gene using the AtCSP3 amino acid sequence (SEQ ID NO: 2) as a key. If genomic information of the plant cannot be obtained, a cDNA library of the plant is constructed, and the AtCSP3 gene is probed using a probe consisting of part or all of the base sequence of the AtCSP3 gene (SEQ ID NO: 1). The corresponding gene can be identified. Once a gene corresponding to the AtCSP3 gene is identified, the gene can be isolated according to a conventional method.

AtCSP3遺伝子に相当する遺伝子がAtCSP3遺伝子と同様にRNA結合タンパク質をコードするか否かは、当該遺伝子を組み込んだ発現ベクターを適当な宿主で発現させ、発現したタンパク質における同機能を検討すればよい。また、AtCSP3遺伝子に相当する遺伝子がAtCSP3遺伝子と同様に低温ショックドメインを有するタンパク質をコードしているか否かは、対象となる遺伝子の塩基配列から推定されるアミノ酸配列を決定し、アミノ酸配列から低温ショックドメインに特徴的なアミノ酸配列を有しているか否かを調べればよい。   Whether or not the gene corresponding to the AtCSP3 gene encodes an RNA-binding protein in the same manner as the AtCSP3 gene may be determined by expressing an expression vector incorporating the gene in an appropriate host and examining the same function in the expressed protein. In addition, whether the gene corresponding to the AtCSP3 gene encodes a protein having a low-temperature shock domain as in the AtCSP3 gene is determined by determining the amino acid sequence deduced from the base sequence of the gene of interest, What is necessary is just to investigate whether it has an amino acid sequence characteristic of a shock domain.

またRNA結合タンパク質として機能するか否かは、いわゆるゲルシフト解析を使用して検討することができる。具体的には、核酸を含む溶液に対象となるタンパク質を添加し、その後、適当な濃度のアガロースゲルを用いた電気泳動を行う。タンパク質が核酸分子と相互作用する場合には、核酸の泳動度が変化することとなる。一方タンパク質が核酸分子を相互作用しない場合には、タンパク質添加の有無に拘わらず一定の泳動度となる。この場合、タンパク質の濃度を適宜変化させた複数のサンプルを使用しても良いし、核酸と相互作用しないことが知られている既知のタンパク質をコントロールとして使用することもできる。ここで、核酸分子としては、一本鎖DNA、二本鎖DNA或いはmRNAを使用することによって、対象となるタンパク質が結合する核酸分子の種類を調べることができる。すなわち、核酸分子としてmRNAを使用してゲルシフト解析を行うことによって、対象となるタンパク質のRNA結合性を調べることができる。   Whether or not it functions as an RNA-binding protein can be examined using so-called gel shift analysis. Specifically, the target protein is added to a solution containing nucleic acid, and then electrophoresis is performed using an agarose gel with an appropriate concentration. When a protein interacts with a nucleic acid molecule, the migration degree of the nucleic acid changes. On the other hand, when the protein does not interact with the nucleic acid molecule, the mobility is constant regardless of whether or not the protein is added. In this case, a plurality of samples in which the protein concentration is appropriately changed may be used, or a known protein that is known not to interact with a nucleic acid can be used as a control. Here, by using single-stranded DNA, double-stranded DNA or mRNA as the nucleic acid molecule, the type of nucleic acid molecule to which the target protein binds can be examined. That is, by performing gel shift analysis using mRNA as a nucleic acid molecule, the RNA binding property of the target protein can be examined.

なお、図1には、シロイヌナズナAtCSP3遺伝子がコードするタンパク質を用いたゲルシフト解析の結果を示している。本例では、核酸分子としてM13ssDNA、M13dsDNA及びluciferase mRNAを使用している。本結果より、AtCSP3遺伝子がコードするタンパク質は、ssDNA、dsDNA及びmRNAに対して結合できることが実証された。   In addition, in FIG. 1, the result of the gel shift analysis using the protein which Arabidopsis thaliana AtCSP3 gene codes is shown. In this example, M13ssDNA, M13dsDNA, and luciferase mRNA are used as nucleic acid molecules. These results demonstrated that the protein encoded by the AtCSP3 gene can bind to ssDNA, dsDNA and mRNA.

また、低温ショックドメインとは、例えば、配列番号2に示すアミノ酸配列において10〜77番目に相当するアミノ酸配列を有するドメインとして定義することができる。配列番号2における10〜77番目のアミノ酸配列に対して、50%以上、好ましくは60%以上、より好ましくは70%以上の相同性を有するドメインを低温ショックドメインとして定義することができる。   Moreover, a cold shock domain can be defined as a domain having an amino acid sequence corresponding to positions 10 to 77 in the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2, for example. A domain having 50% or more, preferably 60% or more, more preferably 70% or more homology to the 10th to 77th amino acid sequence in SEQ ID NO: 2 can be defined as a cold shock domain.

組換えベクター及び形質転換植物の作製
(1) 組換えベクターの作製
組換えベクターは、上述したAtCSP3遺伝子或いはAtCSP3遺伝子に相当する遺伝子(以下、「目的遺伝子」ともいう)を適当なベクターに導入することにより構築することができる。ここで、ベクターとしては、アグロバクテリウムを介して植物に目的遺伝子を導入することができる、pBI系、pPZP系、pSMA系のベクターなどが好適に用いられる。特にpBI系のバイナリーベクター又は中間ベクター系が好適に用いられ、例えば、pBI121、pBI101、pBI101.2、pBI101.3等が挙げられる。バイナリーベクターとは大腸菌(Escherichia coli)及びアグロバクテリウムにおいて複製可能なシャトルベクターで、バイナリーベクターを保持するアグロバクテリムを植物に感染させると、ベクター上にあるLB配列とRB配列よりなるボーダー配列で囲まれた部分のDNAを植物核DNAに組み込むことが可能なベクターである(EMBO Journal, 10(3), 697-704 (1991))。一方、pUC系のベクターは、植物に目的遺伝子を直接導入することができ、例えば、pUC18、pUC19、pUC9等が挙げられる。また、カリフラワーモザイクウイルス(CaMV)、インゲンマメモザイクウイルス(BGMV)、タバコモザイクウイルス(TMV)等の植物ウイルスベクターも用いることができる。
Production of recombinant vectors and transformed plants
(1) Preparation of Recombinant Vector A recombinant vector can be constructed by introducing the above-described AtCSP3 gene or a gene corresponding to the AtCSP3 gene (hereinafter also referred to as “target gene”) into an appropriate vector. Here, as the vector, pBI, pPZP, and pSMA vectors that can introduce a target gene into a plant via Agrobacterium are preferably used. In particular, pBI binary vectors or intermediate vector systems are preferably used, and examples thereof include pBI121, pBI101, pBI101.2, pBI101.3 and the like. A binary vector is a shuttle vector that can replicate in Escherichia coli and Agrobacterium. When a plant is infected with Agrobacterium holding the binary vector, it is a border sequence consisting of LB and RB sequences on the vector. It is a vector that can incorporate the enclosed DNA into plant nuclear DNA (EMBO Journal, 10 (3), 697-704 (1991)). On the other hand, a pUC vector can directly introduce a target gene into a plant, and examples thereof include pUC18, pUC19, and pUC9. Plant virus vectors such as cauliflower mosaic virus (CaMV), kidney bean mosaic virus (BGMV), and tobacco mosaic virus (TMV) can also be used.

バイナリーベクター系プラスミドを用いる場合、上記のバイナリーベクターの境界配列(LB,RB)間に、目的遺伝子を挿入し、この組換えベクターを大腸菌中で増幅する。次いで、増幅した組換えベクターをアグロバクテリウム・ツメファシエンスC58、LBA4404、EHA101、EHA105等に、エレクトロポレーション法等により導入し、該アグロバクテリウムを植物の形質導入に用いる。   When a binary vector plasmid is used, the target gene is inserted between the boundary sequences (LB, RB) of the above binary vector, and this recombinant vector is amplified in E. coli. Next, the amplified recombinant vector is introduced into Agrobacterium tumefaciens C58, LBA4404, EHA101, EHA105, etc. by electroporation or the like, and the Agrobacterium is used for transduction of plants.

ベクターに目的遺伝子を挿入するには、まず、精製されたDNAを適当な制限酵素で切断し、適当なベクター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などが採用される。また、目的遺伝子は、導入対象の植物内において過剰発現されるようにベクターに組み込まれることが必要である。そこで、ベクターには、上記遺伝子の上流、内部、あるいは下流に、プロモーター、エンハンサー、ターミネーター、ポリA付加シグナル、5'-UTR配列、選抜マーカー遺伝子などを連結することができる。   In order to insert a target gene into a vector, first, a method in which purified DNA is cleaved with an appropriate restriction enzyme, inserted into a restriction enzyme site of a suitable vector DNA or a multicloning site, and ligated to the vector is employed. The In addition, the target gene needs to be incorporated into a vector so as to be overexpressed in the plant to be introduced. Therefore, a promoter, an enhancer, a terminator, a poly A addition signal, a 5′-UTR sequence, a selection marker gene, and the like can be linked to the vector upstream, inside, or downstream of the above gene.

「プロモーター」としては、植物細胞において下流の遺伝子の発現を制御する機能を有するものを使用する。例えば、プロモーターとしては、植物の特定の組織内あるいは特定の発育段階において発現を導くものであってもよいし、植物のすべての組織及びすべての発育段階において恒常的に発現を導くものであってもよい。プロモーターとしては、植物由来のものでもよいし、植物由来のものでなくてもよい。具体例としては、カリフラワーモザイクウイルス(CaMV)35Sプロモーター、ノパリン合成酵素遺伝子のプロモーター(Pnos)、トウモロコシ由来ユビキチンプロモーター、イネ由来のアクチンプロモーター、タバコ由来PRタンパク質プロモーター等が挙げられる。   As the “promoter”, a promoter having a function of controlling expression of a downstream gene in a plant cell is used. For example, the promoter may be one that induces expression in a specific plant tissue or in a particular developmental stage, or that constantly induces expression in all tissues of a plant and in all developmental stages. Also good. The promoter may be derived from a plant or may not be derived from a plant. Specific examples include a cauliflower mosaic virus (CaMV) 35S promoter, a nopaline synthase gene promoter (Pnos), a corn-derived ubiquitin promoter, a rice-derived actin promoter, a tobacco-derived PR protein promoter, and the like.

エンハンサーとしては、例えば、目的遺伝子の発現効率を高めるために用いられ、CaMV35Sプロモーター内の上流側の配列を含むエンハンサー領域などが挙げられる。ターミネーターとしては、プロモーターにより転写された遺伝子の転写を終結できる配列であればよく、例えば、ノパリン合成酵素(NOS)遺伝子のターミネーター、オクトピン合成酵素(OCS)遺伝子のターミネーター、CaMV 35S RNA遺伝子のターミネーター等が挙げられる。   Examples of the enhancer include an enhancer region that is used to increase the expression efficiency of the target gene and includes an upstream sequence in the CaMV35S promoter. The terminator may be any sequence that can terminate the transcription of a gene transcribed by a promoter. For example, a terminator for a nopaline synthase (NOS) gene, a terminator for an octopine synthase (OCS) gene, a terminator for a CaMV 35S RNA gene, etc. Is mentioned.

選抜マーカー遺伝子としては、例えば、アンピシリン耐性遺伝子、ネオマイシン耐性遺伝子、ハイグロマイシン耐性遺伝子、ビアラホス耐性遺伝子などが挙げられる。また、選抜マーカー遺伝子は、上記のように目的遺伝子とともに同一のプラスミドに連結させて組換えベクターを調製してもよいが、あるいは、選抜マーカー遺伝子をプラスミドに連結して得られる組換えベクターと、目的遺伝子をプラスミドに連結して得られる組換えベクターとを別々に調製してもよい。別々に調製した場合は、各ベクターを宿主にコトランスフェクト(共導入)する。   Examples of selection marker genes include ampicillin resistance gene, neomycin resistance gene, hygromycin resistance gene, bialaphos resistance gene, and the like. Alternatively, the selection marker gene may be prepared by ligating the same gene together with the target gene as described above to prepare a recombinant vector, or alternatively, a recombinant vector obtained by linking the selection marker gene to a plasmid, A recombinant vector obtained by ligating the target gene to a plasmid may be prepared separately. When prepared separately, each vector is co-transfected (co-introduced) into the host.

(2) 形質転換植物の作製
本発明の形質転換植物は、上記(1)の組換えベクターを用いて、対象植物を形質転換することで調製できる。形質転換植物体を調製する際には、既に報告され、確立されている種々の方法を適宜利用することができ、その好ましい例として、アグロバクテリウム法、PEG−リン酸カルシウム法、エレクトロポレーション法、リポソーム法、パーティクルガン法、マイクロインジェクション法等が挙げられる。アグロバクテリウム法を用いる場合は、プロトプラストを用いる場合、組織片を用いる場合、及び植物体そのものを用いる場合(in planta法)がある。プロトプラストを用いる場合は、Tiプラスミドをもつアグロバクテリウムと共存培養する方法、スフェロプラスト化したアグロバクテリウムと融合する方法(スフェロプラスト法)、組織片を用いる場合は、対象植物の無菌培養葉片(リーフディスク)に感染させる方法やカルスに感染させる等により行うことができる。また種子あるいは植物体を用いるin planta法を適用する場合、すなわち植物ホルモン添加の組織培養を介さない系では、吸水種子、幼植物(幼苗)、鉢植え植物などへのアグロバクテリウムの直接処理等にて実施可能である。
(2) Production of transformed plant The transformed plant of the present invention can be prepared by transforming a target plant using the recombinant vector of (1) above. In preparing a transformed plant body, various methods already reported and established can be used as appropriate. Preferred examples thereof include the Agrobacterium method, the PEG-calcium phosphate method, the electroporation method, Examples include the liposome method, particle gun method, and microinjection method. When the Agrobacterium method is used, there are a case where a protoplast is used, a case where a tissue piece is used, and a case where a plant body itself is used (in planta method). When using protoplasts, co-culture with Agrobacterium with Ti plasmid, fusing with spheroplasted Agrobacterium (spheroplast method), and when using tissue fragments, aseptic culture of the target plant It can be performed by infecting leaf pieces (leaf discs) or infecting callus. In addition, when the in planta method using seeds or plants is applied, that is, in systems that do not involve tissue culture with the addition of plant hormones, for direct treatment of Agrobacterium to water-absorbing seeds, seedlings (plant seedlings), potted plants, etc. Can be implemented.

アグロバクテリウム感染法により目的遺伝子を導入する場合、目的遺伝子を含むプラスミドを保有するアグロバクテリウムを植物に感染させる工程が必須であるが、これは、減圧浸潤法により行うことができる。すなわち、バーミキュライトとパーライトを等量ずつ合わせた土で生育させたシロイヌナズナを、目的遺伝子を含むプラスミドを含むアグロバクテリウムの培養液に直接浸し、これをデシケーターに入れバキュームポンプで65〜70mmHgになるまで吸引後、5〜10分間、室温に放置する。鉢をトレーに移しラップで覆い湿度を保つ。翌日ラップを取り、植物をそのまま生育させ種子を収穫する。次いで、目的遺伝子を保有する個体を選択するために、種子を適切な抗生物質を加えたMS寒天培地に播種する。この培地で生育したシロイヌナズナを鉢に移し、生育させることにより、目的遺伝子が導入された形質転換植物の種子を得ることができる。   When the target gene is introduced by the Agrobacterium infection method, a step of infecting the plant with Agrobacterium having a plasmid containing the target gene is essential, but this can be performed by the reduced pressure infiltration method. That is, Arabidopsis thaliana grown in soil containing equal amounts of vermiculite and perlite was directly immersed in the Agrobacterium culture medium containing the plasmid containing the target gene, and placed in a desiccator until the vacuum pump reached 65-70 mmHg. After aspiration, leave at room temperature for 5-10 minutes. Transfer the bowl to the tray and cover with wrap to keep the humidity. Take the wrap the next day, grow the plant as it is, and harvest the seeds. Subsequently, in order to select an individual carrying the target gene, the seed is sown on an MS agar medium supplemented with an appropriate antibiotic. By transferring Arabidopsis thaliana grown in this medium to a pot and growing it, seeds of a transformed plant introduced with the target gene can be obtained.

目的遺伝子が植物体に組み込まれたか否かの確認は、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、ウェスタンブロッティング法等により行うことができる。例えば、形質転換植物体からDNAを調製し、DNA特異的プライマーを設計してPCRを行う。PCRを行った後は、増幅産物についてアガロースゲル電気泳動、ポリアクリルアミドゲル電気泳動又はキャピラリー電気泳動等を行い、臭化エチジウム、SYBR Green液等により染色し、そして増幅産物を1本のバンドとして検出することにより、形質転換されたことを確認することができる。また、予め蛍光色素等により標識したプライマーを用いてPCRを行い、増幅産物を検出することもできる。さらに、マイクロプレート等の固相に増幅産物を結合させ、蛍光又は酵素反応等により増幅産物を確認する方法でもよい。   Whether or not the target gene has been incorporated into the plant can be confirmed by PCR, Southern hybridization, Northern hybridization, Western blotting, or the like. For example, DNA is prepared from a transformed plant, PCR is performed by designing a DNA-specific primer. After PCR, the amplified product is subjected to agarose gel electrophoresis, polyacrylamide gel electrophoresis, capillary electrophoresis, etc., stained with ethidium bromide, SYBR Green solution, etc., and the amplified product is detected as a single band. By doing so, it can confirm that it transformed. Moreover, PCR can be performed using a primer previously labeled with a fluorescent dye or the like to detect an amplification product. Furthermore, the amplification product may be bound to a solid phase such as a microplate, and the amplification product may be confirmed by fluorescence or enzymatic reaction.

あるいは、種々のレポーター遺伝子、例えばベータグルクロニダーゼ(GUS)、ルシフェラーゼ(LUC)、Green fluorescent protein(GFP)、クロラムフェニコールアセチルトランスフェラーゼ(CAT)、ベータガラクトシダーゼ(LacZ)等の遺伝子を目的遺伝子の下流域に連結したベクターを作製し、該ベクター導入したアグロバクテリムを用いて上記と同様にして植物を形質転換させ、該レポーター遺伝子の発現を測定することにより確認できる。   Alternatively, various reporter genes such as beta glucuronidase (GUS), luciferase (LUC), green fluorescent protein (GFP), chloramphenicol acetyltransferase (CAT), beta galactosidase (LacZ), etc. This can be confirmed by preparing a vector linked to, transforming a plant in the same manner as described above using the Agrobacterium introduced with the vector, and measuring the expression of the reporter gene.

本発明において形質転換に用いられる植物としては単子葉植物又は双子葉植物のいずれであってもよい。単子葉植物としては、例えばイネ科(イネ、オオムギ、コムギ、トウモロコシ、サトウキビ、シバ、ソルガム、アワ、ヒエ等)、ユリ科(アスパラガス、ユリ、タマネギ、ニラ、カタクリ等)、ショウガ科(ショウガ、ミョウガ、ウコン等)に属する植物が挙げられ、双子葉植物としては、例えばアブラナ科(シロイヌナズナ、キャベツ、ナタネ、カリフラワー、ブロッコリー、ダイコン等)、ナス科(トマト、ナス、ジャガイモ、タバコ等)、マメ科(ダイズ、エンドウ、インゲン、アルファルファ等)、ウリ科(キュウリ、メロン、カボチャ等)、セリ科(ニンジン、セロリ、ミツバ等)、キク科(レタス等)、アオイ科(ワタ、オクラ等)、アカザ科(シュガービート、ホウレンソウ等)、フトモモ科(ユーカリ、クローブ等)、ヤナギ科(ポプラ等)に属する植物が挙げられるが、これらに限定はされない。これらの中でも、アブラナ科に属する植物、タバコ、ダイズ、コムギ等が特に好ましく用いられる。   The plant used for transformation in the present invention may be either a monocotyledonous plant or a dicotyledonous plant. Monocotyledonous plants include, for example, Gramineae (rice, barley, wheat, corn, sugarcane, buckwheat, sorghum, millet, millet, etc.), liliaceae (asparagus, lily, onion, leek, Japanese chestnut, etc.), ginger (ginger) And dicotyledonous plants such as Brassicaceae (Arabidopsis, cabbage, rapeseed, cauliflower, broccoli, radish, etc.), solanaceae (tomato, eggplant, potato, tobacco, etc.), Legumes (soybeans, peas, green beans, alfalfa, etc.), Cucurbitaceae (cucumbers, melons, pumpkins, etc.), Seriraceae (carrots, celery, honeybees, etc.), Asteraceae (lettuce, etc.) , Red crustaceae (sugar beet, spinach, etc.), myrtaceae (eucalyptus, clove, etc.), willow Plants belonging to the family (Poplar, etc.) can be mentioned, but are not limited thereto. Among these, plants belonging to the Brassicaceae family, tobacco, soybean, wheat and the like are particularly preferably used.

本発明において、形質転換の対象とする植物材料としては、例えば、根、茎、葉、種子、胚、胚珠、子房、茎頂(植物の芽の先端の生長点)、葯、花粉等の植物 組織やその切片、未分化のカルス、それを酵素処置して細胞壁を除いたプロプラスト等の植物培養細胞が挙げられる。またin planta法適用の場合、吸水種子や植物体全体を利用し得る。   In the present invention, examples of plant materials to be transformed include roots, stems, leaves, seeds, embryos, ovules, ovaries, shoot tips (growth points at the tips of plant buds), buds, pollen and the like. Plant tissue and its slices, undifferentiated callus, and plant cultured cells such as proplasts from which cell walls have been removed by enzyme treatment. In the case of applying the in planta method, water-absorbing seeds or the entire plant body can be used.

また、本発明において形質転換植物体とは、植物体全体、植物器官(例えば根、茎、葉、花弁、種子、種子、実等)植物組織(例えば表皮、師部、柔組織、木部、維管束等)、植物培養細胞のいずれをも意味するものである。植物培養細胞を対象とする場合において、得られた形質転換細胞から形質転換体を再生させるためには既知の組織培養法により器官又は個体を再生させればよい。このような操作は、植物細胞から植物体への再生方法として一般的に知られている方法により、当業者であれば容易に行うことができる。植物細胞から植物体への再生については、例えば、以下のように行うことができる。   In the present invention, the transformed plant body means the whole plant body, plant organ (eg, root, stem, leaf, petal, seed, seed, fruit, etc.) plant tissue (eg, epidermis, phloem, soft tissue, xylem, Vascular bundles, etc.) and plant cultured cells. When plant cultured cells are targeted, in order to regenerate a transformant from the obtained transformed cells, an organ or an individual may be regenerated by a known tissue culture method. Such an operation can be easily performed by those skilled in the art by a method generally known as a method for regenerating plant cells from plant cells. Regeneration from plant cells to plants can be performed, for example, as follows.

まず、形質転換の対象とする植物材料して植物組織又はプロトプラストを用いた場合、これらを無機要素、ビタミン、炭素源、エネルギー源としての糖類、植物生長調節物質(オーキシン、サイトカイニン等の植物ホルモン)等を加えて滅菌したカルス形成用培地中で培養し、不定形に増殖する脱分化したカルスを形成させる(以下「カルス誘導」という)。このように形成されたカルスをオーキシン等の植物生長調節物質を含む新しい培地に移しかえて更に増殖(継代培養)させる。   First, when plant materials or protoplasts are used as plant materials to be transformed, these are inorganic elements, vitamins, carbon sources, sugars as energy sources, plant growth regulators (plant hormones such as auxin and cytokinin) And so on, and cultured in a sterilized callus formation medium to form dedifferentiated callus that grows irregularly (hereinafter referred to as “callus induction”). The callus thus formed is transferred to a new medium containing a plant growth regulator such as auxin, and further grown (subcultured).

カルス誘導は寒天等の固型培地で行い、継代培養は例えば液体培養で行うと、それぞれの培養を効率良くかつ大量に行うことができる。次に、上記の継代培養により増殖したカルスを適当な条件下で培養することにより器官の再分化を誘導し(以下、「再分化誘導」という)、最終的に完全な植物体を再生させる。再分化誘導は、培地におけるオーキシンやサイトカイニン等の植物生長調節物質、炭素源等の各種成分の種類や量、光、温度等を適切に設定することにより行うことができる。かかる再分化誘導により、不定胚、不定根、不定芽、不定茎葉等が形成され、更に完全な植物体へと育成させる。あるいは、完全な植物体になる前の状態(例えばカプセル化された人工種子、乾燥胚、凍結乾燥細胞及び組織等)で貯蔵等を行ってもよい。   When callus induction is performed in a solid medium such as agar and subculture is performed in, for example, liquid culture, each culture can be performed efficiently and in large quantities. Next, callus grown by the above subculture is cultured under appropriate conditions to induce organ redifferentiation (hereinafter referred to as “redifferentiation induction”), and finally regenerates a complete plant body. . Redifferentiation induction can be performed by appropriately setting the types and amounts of various components such as plant growth regulators such as auxin and cytokinin, carbon sources, and the like, light, temperature and the like in the medium. By such redifferentiation induction, somatic embryos, adventitious roots, adventitious shoots, adventitious foliage, etc. are formed and further grown into complete plants. Alternatively, storage or the like may be performed in a state before becoming a complete plant body (for example, encapsulated artificial seeds, dried embryos, freeze-dried cells and tissues).

本発明の形質転換植物体は、形質転換処理を施した再分化当代である「T1世代」のほか、その植物の種子から得られた後代である「T2世代」、薬剤選抜あるいはサザン法等による解析によりトランスジェニックであることが判明した「T2世代」植物の花を自家受粉して得られる次世代(T3世代)などの後代植物をも含む。   The transformed plant body of the present invention is not only the “T1 generation” which is the regenerated generation after the transformation treatment, but also the “T2 generation” which is a progeny obtained from the seed of the plant, the drug selection or the Southern method, etc. This includes progeny plants such as the next generation (T3 generation) obtained by self-pollination of "T2 generation" plants that have been found to be transgenic by analysis.

上記のようにして得られる形質転換植物は、低温ストレスに対して耐性を獲得する。従って、当該形質転換植物は、低温ストレス耐性植物として使用することができる。ここで、「低温ストレス」とは、それぞれの生物種の生活至適温度よりも低い温度が持続的に負荷(例えばシロイヌナズナの場合、-10〜5℃の温度を継続的に1時間〜数週間負荷)されたときに起こるストレスをいう。   The transformed plant obtained as described above acquires resistance to low-temperature stress. Therefore, the transformed plant can be used as a low temperature stress resistant plant. Here, “low temperature stress” means that a temperature lower than the optimum temperature of each species is continuously loaded (for example, in the case of Arabidopsis thaliana, a temperature of −10 to 5 ° C. is continuously applied for 1 hour to several weeks. This is the stress that occurs when the load is applied.

形質転換植物の低温ストレスに対する耐性の評価
本発明の形質転換植物の低温ストレスに対する耐性は、バーミキュライト、パーライトなどを含む土を入れた植木鉢に形質転換植物を植え、低温ストレスを負荷した場合の植物体の状態(例えば、生育速度、生存率、草丈、重量、収量、あるいはこれらの組合せ)を調べることによって評価することができる。ここで、低温ストレスの負荷条件は前項の通り行うことができる。
Evaluation of the tolerance of the transformed plant to low temperature stress The tolerance of the transformed plant of the present invention to low temperature stress is the plant body when the transformed plant is planted in a flower pot containing soil containing vermiculite, perlite, etc., and the low temperature stress is loaded. Can be evaluated by examining the state (eg, growth rate, survival rate, plant height, weight, yield, or a combination thereof). Here, the load condition of the low temperature stress can be performed as described in the previous section.

植物の環境ストレス耐性調節物質のスクリーニング方法
上述したAtCSP3遺伝子及びAtCSP3遺伝子に相当する遺伝子は、植物の低温ストレス耐性を調節する物質のスクリーニングに用いることができる。植物体または植物細胞における上記遺伝子の発現量が増加すれば、その植物の低温ストレス耐性は上昇し、該遺伝子の発現量が減少すれば、低温ストレス耐性は低下する。従って、上述した遺伝子の植物体または植物細胞における発現量の増減を指標とすることにより、低温ストレス耐性の調節物質をスクリーニングすることができる。具体的には、環境ストレス耐性調節物質の候補物質を、上述した遺伝子を発現可能な植物、例えばシロイヌナズナに添加し、該植物細胞内における上述した遺伝子の発現レベルの変化を、定量的PCR法、ノーザン法等で測定する。候補物質を添加することにより上述した遺伝子の発現量が増加した場合には、当該候補物質は植物の低温ストレス耐性を強化させる物質の候補物質とすることができ、当該候補物質を添加することにより本発明の遺伝子の発現量が減少した場合には、当該候補物質は植物の低温ストレス耐性を弱化させる物質の候補物質とすることができる。
Screening Method for Plant Environmental Stress Tolerance Regulatory Substance The above-described AtCSP3 gene and the gene corresponding to the AtCSP3 gene can be used for screening a substance that regulates low temperature stress tolerance of a plant. If the expression level of the gene in a plant body or plant cell increases, the low temperature stress tolerance of the plant increases, and if the gene expression level decreases, the low temperature stress resistance decreases. Therefore, a regulator of low-temperature stress tolerance can be screened by using as an index the increase or decrease in the expression level of the above gene in the plant body or plant cell. Specifically, a candidate substance for an environmental stress tolerance regulator is added to a plant capable of expressing the above-described gene, for example, Arabidopsis thaliana, and the change in the expression level of the above-described gene in the plant cell is determined by quantitative PCR Measure by Northern method. When the expression level of the gene described above is increased by adding a candidate substance, the candidate substance can be a candidate substance for a substance that enhances tolerance to low-temperature stress in plants, and by adding the candidate substance, When the expression level of the gene of the present invention decreases, the candidate substance can be a candidate substance for a substance that weakens the tolerance to low temperature stress of plants.

スクリーニングの対象となる候補物質の種類は特に限定されない。例えば、天然に生じる分子(例えば、アミノ酸、ペプチド、オリゴペプチド、ポリペプチド、タンパク質、核酸など);脂質、ステロイド、グリコペプチド、糖タンパク質、プロテオグリカンなど;あるいは天然に生じる分子の合成アナログ又は誘導体(例えば、ペプチド擬態物など);及び天然に生じない分子(例えば、コンビナトリアルケミストリー技術等を用いて作成した低分子有機化合物);ならびにそれらの混合物などを挙げることができる。   The type of candidate substance to be screened is not particularly limited. For example, naturally occurring molecules (eg, amino acids, peptides, oligopeptides, polypeptides, proteins, nucleic acids, etc.); lipids, steroids, glycopeptides, glycoproteins, proteoglycans, etc .; or synthetic analogs or derivatives of naturally occurring molecules (eg, , Peptidomimetics, etc.); and non-naturally occurring molecules (eg, low molecular weight organic compounds made using combinatorial chemistry techniques, etc.); and mixtures thereof.

以下、実施例を用いて本発明をより詳細に説明するが、本発明の技術的範囲は以下の実施例に限定されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, although this invention is demonstrated in detail using an Example, the technical scope of this invention is not limited to a following example.

1.cDNAの合成
アラビドプシス(Columbia-0)のロゼット葉よりRNeasy Mini Kit (Qiagen社製)を用いてTotal RNAを抽出した。得られたRNAを用いてPCR Core Kit (Applied Biosystem社製)を利用してcDNAを合成した。
1. Synthesis of cDNA Total RNA was extracted from rosette leaves of Arabidopsis (Columbia-0) using RNeasy Mini Kit (Qiagen). Using the obtained RNA, cDNA was synthesized using PCR Core Kit (manufactured by Applied Biosystem).

2.cDNAからのAtCSP3遺伝子部分の単離
上記の通り合成されたcDNAを鋳型として、以下のフォワードプライマー及びリバースプライマーを用いてPCRを行った。
フォワードプライマー:
5’-tctagacgaacaaagtgcttcg-3’(下線部はXhoI部位:配列番号3)
リバースプライマー:
5’-gagctcttaagcaaccgaagta-3’(下線部はSacI部位:配列番号4)
これらのフォワードプライマー及びリバースプライマーは、既知のAtCSP3遺伝子の塩基配列(Genebankアクセッション番号At2g18780)の5’UTRから終止コドンまでを増幅できるように設計したものである。PCRは50μlの反応系で行った。
2. Isolation of AtCSP3 Gene Part from cDNA PCR was performed using the cDNA synthesized as described above as a template and the following forward primer and reverse primer.
Forward primer:
5'- tctaga cgaacaaagtgcttcg-3 '(underlined portion is XhoI site: SEQ ID NO: 3)
Reverse primer:
5'- gagctc ttaagcaaccgaagta-3 '(underlined part is SacI site: SEQ ID NO: 4)
These forward primer and reverse primer are designed to amplify from the 5 ′ UTR to the stop codon of the known AtCSP3 gene base sequence (Genebank accession number At2g18780). PCR was performed in a 50 μl reaction system.

Ex Taq DNA ポリメラーゼ(TAKARA BIO INC.;5 units/μl)を0.2μl、10×ポリメラーゼバッファー(MgCl2を含む)を5μl、2.5mM dNTP液(2.5mM)を2.5μl、上記の各プライマー(10pmol/μl)を0.1μl及び上記で合成したcDNA(約1μg /μl)を2μl混合し、さらに反応全量をミリQ水で50μlとした。用いたPCRの反応条件及び反応回数は、以下の表1に示す。 Ex Taq DNA polymerase (TAKARA BIO INC .; 5 units / μl) 0.2 μl, 10 × polymerase buffer (including MgCl 2 ) 5 μl, 2.5 mM dNTP solution (2.5 mM) 2.5 μl, each primer (10 pmol) 0.1 μl) and 2 μl of the cDNA synthesized above (about 1 μg / μl) were mixed, and the total reaction volume was adjusted to 50 μl with milliQ water. The PCR reaction conditions and the number of reactions used are shown in Table 1 below.

Figure 0005019505
Figure 0005019505

PCR反応後、電気泳動によりPCR産物の確認を行ったところ、予測された長さの核酸断片が(900塩基前後)が増幅されていた。得られた断片をpGEM-Teasy vector system(Promega社製)を利用してクローニングし、複数の陽性クローンを得た。それらの陽性クローンに含まれるDNA挿入断片について、BigDye Terminator v1.1 cycle Sequencing kit(Amersham Bioscience社製)を用いて、ABI社製DNAシーケンサー(373 DNA sequencer)により塩基配列を決定し、さらに上述した既知のAtCSP3遺伝子との比較解析を行い、クローニングしたDNA挿入断片がAtCSP3遺伝子であることを確認した。   When the PCR product was confirmed by electrophoresis after the PCR reaction, a nucleic acid fragment of the expected length (about 900 bases) was amplified. The obtained fragment was cloned using pGEM-Teasy vector system (Promega) to obtain a plurality of positive clones. For the DNA inserts contained in these positive clones, the base sequence was determined using the BigDye Terminator v1.1 cycle Sequencing kit (Amersham Bioscience) using an ABI DNA sequencer (373 DNA sequencer), and further described above. A comparative analysis with a known AtCSP3 gene was performed, and it was confirmed that the cloned DNA insert was the AtCSP3 gene.

3.アグロバクテリウムを用いたAtCSP3遺伝子のアラビドプシスへの形質転換
以上のようにして、単離されたAtCSP3遺伝子をTi系ベクターであるpBI 121ベクター (Clonetech社製)中のCaMV35Sプロモーターの下流に、センス鎖方向で導入した。
3. Transformation of AtCSP3 gene into Arabidopsis using Agrobacterium As described above, the isolated AtCSP3 gene is placed downstream of the CaMV35S promoter in the pBI 121 vector (Clonetech), which is a Ti-based vector, in the sense strand. Introduced in the direction.

まず、上記で得られたpGEM-Teasy vectorにAtCSP3遺伝子が挿入されたプラスミドをXhoI及びSacIで処理しXhoI-SacI断片を調製した。調製したAtCSP3遺伝子含有XhoI-SacI断片を、XhoI及びSacIを用いて切断したpBI 121ベクターに、センス方向でライゲーションした。得られた核酸構築物をアグロバクテリウム(GV3101/Pmp-90)に凍結融解法(Hofgen et al.、(1998) Storage of competent cells for Agrobacterium transformation. Nucleic Acids Res. Oct 25;16(20):9877)を利用して形質転換した。形質転換アグロバクテリウムを選抜するため、遺伝子導入したアグロバクテリウムをカナマイシン(50mg/L)、ゲンタマイシン(100mg/L)を含むYEP培地上でカナマイシン耐性、ゲンタマイシン耐性について選抜した。選抜したコロニーをカナマイシン、ゲンタマイシンを含む5 mlのYEP培地で20〜24時間培養後、カナマイシン、ゲンタマイシンを含む100mlのYEP培地に植菌し、O.D.600=0.80になるまで培養した。培養した菌液は5000×gで10分間室温で遠心した。沈澱した菌体は50mlのfloral dropping mediumに溶解した。溶解した菌液をアラビドプシスの蕾に3〜5回注入した。アグロバクテリウムを注入した植物はビニール袋に入れ、22℃の暗所で一晩生育させた。翌日、植物を22℃、長日条件下に移動させた。植物に菌を感染させてから3日後に水を与え始めた。以上の実験に使用した培地の組成は表2及び表3の通りである。 First, a plasmid in which the AtCSP3 gene was inserted into the pGEM-Teasy vector obtained above was treated with XhoI and SacI to prepare an XhoI-SacI fragment. The prepared AtCSP3 gene-containing XhoI-SacI fragment was ligated in the sense direction to the pBI121 vector cleaved with XhoI and SacI. The resulting nucleic acid construct was transformed into Agrobacterium (GV3101 / Pmp-90) by freeze-thawing (Hofgen et al., (1998) Storage of competent cells for Agrobacterium transformation. Nucleic Acids Res. Oct 25; 16 (20): 9877 ) Was used for transformation. In order to select transformed Agrobacterium, the Agrobacterium into which the gene was introduced was selected for kanamycin resistance and gentamicin resistance on a YEP medium containing kanamycin (50 mg / L) and gentamicin (100 mg / L). The selected colonies were cultured in 5 ml of YEP medium containing kanamycin and gentamicin for 20-24 hours, then inoculated into 100 ml of YEP medium containing kanamycin and gentamicin, and cultured until OD 600 = 0.80. The cultured bacterial solution was centrifuged at 5000 × g for 10 minutes at room temperature. The precipitated cells were dissolved in 50 ml of floral dropping medium. The dissolved bacterial solution was injected 3-5 times into the arabidopsis sputum. Plants infused with Agrobacterium were placed in plastic bags and grown overnight in the dark at 22 ° C. The next day, the plants were moved under long day conditions at 22 ° C. Three days after infecting the plant with the fungus, water was started. The composition of the medium used in the above experiments is as shown in Tables 2 and 3.

Figure 0005019505
Figure 0005019505

Figure 0005019505
*1000 x MSビタミン(1L):100g myo-inositol, 2g L-glycine, 0.5g Nicotinic acid, 0.5g Pyridoxine・HCl, 0.5g Thiamine・HCl.
Figure 0005019505
* 1000 x MS vitamin (1L): 100g myo-inositol, 2g L-glycine, 0.5g Nicotinic acid, 0.5g Pyridoxine · HCl, 0.5g Thiamine · HCl.

4.AtCSP3形質転換植物体の選抜
形質転換した植物から得られた種を滅菌溶液(70%エタノール、0.5% Triton X-100)で30分間滅菌し、その後100%エタノールで2分滅菌した。その後、カナマイシン(50mg/L)、バンコマイシン(200mg/L)を含むMS培地に種を播いた。同培地上で正常に生育した植物体(T0世代)を自家受粉してえられたT世代で形質転換体と野生株の分離比が3:1であることを確認した。さらにT2世代で導入遺伝子をホモでもつ植物体を選抜した。以上の実験に使用した培地の組成は表4の通りである。
4). Selection of AtCSP3-transformed plants The seeds obtained from the transformed plants were sterilized with a sterile solution (70% ethanol, 0.5% Triton X-100) for 30 minutes and then sterilized with 100% ethanol for 2 minutes. Thereafter, seeds were seeded on MS medium containing kanamycin (50 mg / L) and vancomycin (200 mg / L). Plants grew normally on the same medium (T 0 generation) segregation ratio of wild-type strain and transformants T 1 generation, which is E selfed 3: was confirmed to be 1. Further the transgene in the T 2 generation were selected plants with a homo. The composition of the medium used in the above experiment is as shown in Table 4.

Figure 0005019505
*1000 x MSビタミン(1L):100g myo-inositol, 2g L-glycine, 0.5g Nicotinic acid, 0.5g Pyridoxine・HCl, 0.5g Thiamine・HCl.
Figure 0005019505
* 1000 x MS vitamin (1L): 100g myo-inositol, 2g L-glycine, 0.5g Nicotinic acid, 0.5g Pyridoxine · HCl, 0.5g Thiamine · HCl.

5.AtCSP3ノックアウト変異株の選抜
AtCSP3遺伝子のノックアウト変異株を得るため、TAIRのホームページ(http://www.arabidopsis.org/)よりAtCSP3の低温ショックドメインにT-DNAが挿入された変異株(WiscDsLox353G12)を購入した(図2参照)。購入した種子を土(バーミキュライト(釧路石炭乾溜社製)とジーフィーミックス(サカタのタネ社製)を3:1の割合で混合したもの)に播き、ロゼット葉まで生育させた後、Leaf PCR法(Klimyuk et al.、(1993) Alkali treatment for rapid preparation of plant material for reliable PCR analysis. Plant J. Mar;3(3):493-4)によりゲノムDNAを抽出した。T-DNA挿入をホモにもつ変異株を選択するためT-DNAに対する特異的プライマー(5’-cgtccgcaatgtgtta-3’:配列番号5)とAtCSP3遺伝子に対する特異的プライマー(5’-tgtacgaacaaagtgcttcga -3’:配列番号6及び5’- tacaatccctagcgaaatgtc-3’:配列番号7)を使用しPCR反応を行った。PCR反応はアラビドプシスのゲノムDNA(約1ng/μl)を1μl、Ex Taq DNAポリメラーゼ(TAKARA BIO INC.;5 units/μl)を0.1μl、10×ポリメラーゼバッファー(MgCl2を含む)を2μl、dNTP液(2.5mM)を1μl、上記の各プライマー(10pmol/μl)を0.2μlを混合し、さらに反応液全量をミリQ水で20μlとした。用いたPCRの反応条件及び反応回数は、以下の表5に示す。
5. Selection of AtCSP3 knockout mutants
In order to obtain a knockout mutant of AtCSP3 gene, a mutant (WiscDsLox353G12) in which T-DNA was inserted into the low temperature shock domain of AtCSP3 was purchased from the TAIR website (http://www.arabidopsis.org/) (FIG. 2). reference). The seeds purchased are sown in soil (mixed in a ratio of 3: 1 vermiculite (manufactured by Kushiro Coal Drying Co., Ltd.) and Geefi Mix (manufactured by Sakata Seed Co., Ltd.)), grown to rosette leaves, and then the Leaf PCR method Genomic DNA was extracted by (Klimyuk et al., (1993) Alkali treatment for rapid preparation of plant material for reliable PCR analysis. Plant J. Mar; 3 (3): 493-4). Specific primer for T-DNA (5'-cgtccgcaatgtgtta-3 ': SEQ ID NO: 5) and specific primer for AtCSP3 gene (5'-tgtacgaacaaagtgcttcga-3': to select mutants having homozygous T-DNA insertions: PCR reaction was performed using SEQ ID NO: 6 and 5′-tacaatccctagcgaaatgtc-3 ′: SEQ ID NO: 7). PCR reaction is 1 μl of Arabidopsis genomic DNA (approximately 1 ng / μl), Ex Taq DNA polymerase (TAKARA BIO INC .; 5 units / μl) 0.1 μl, 10 × polymerase buffer (including MgCl 2 ) 2 μl, dNTP solution 1 μl of (2.5 mM) and 0.2 μl of each of the above primers (10 pmol / μl) were mixed, and the total amount of the reaction solution was adjusted to 20 μl with milliQ water. The PCR reaction conditions and number of reactions used are shown in Table 5 below.

Figure 0005019505
Figure 0005019505

6.AtCSP3遺伝子ノックアウト変異株におけるAtCSP3遺伝子発現の確認
AtCSP3遺伝子ノックアウト変異株のロゼット葉よりRNeasy Mini Kit (Qiagen社製)を用いてTotal RNAを抽出した。得られたRNAを用いてPCR Core Kit (Applied Biosystem社製)を利用してcDNAを合成した。上記で合成されたcDNAを鋳型として、以下のフォワードプライマー及びリバースプライマーを用いてPCRを行った。
フォワードプライマー:5’-aagtgcttcgagtttttgtta-3’(配列番号8)
リバースプライマー:5’-gcagtgaacaggttgcat-3’(配列番号9)
6). Confirmation of AtCSP3 gene expression in AtCSP3 gene knockout mutants
Total RNA was extracted from rosette leaves of AtCSP3 gene knockout mutants using RNeasy Mini Kit (Qiagen). Using the obtained RNA, cDNA was synthesized using PCR Core Kit (manufactured by Applied Biosystem). PCR was carried out using the cDNA synthesized above as a template and the following forward and reverse primers.
Forward primer: 5'-aagtgcttcgagtttttgtta-3 '(SEQ ID NO: 8)
Reverse primer: 5'-gcagtgaacaggttgcat-3 '(SEQ ID NO: 9)

cDNA(約1μg)を2μl、Ex Taq DNAポリメラーゼ(TAKARA BIO INC. ; 5 units/μl)を0.1μl、10×ポリメラーゼバッファー(MgCl2を含む)を1μl、dNTP液(2.5mM)を0.4μl、上記の各プライマー(5pmol /μl)を0.5μl混合し、さらに反応液全量をミリQ水で10μlとした。用いたPCRの反応条件及び反応回数は、以下の表6に示す。 2 μl of cDNA (about 1 μg), 0.1 μl of Ex Taq DNA polymerase (TAKARA BIO INC .; 5 units / μl), 1 μl of 10 × polymerase buffer (including MgCl 2 ), 0.4 μl of dNTP solution (2.5 mM), 0.5 μl of each of the above primers (5 pmol / μl) was mixed, and the total amount of the reaction solution was adjusted to 10 μl with milliQ water. The PCR reaction conditions and number of reactions used are shown in Table 6 below.

Figure 0005019505
PCRの結果、AtCSP3遺伝子ノックアウト変異株においては、AtCSP3遺伝子の発現が認めらなかった。よって、本実施例で作製したAtCSP3遺伝子ノックアウト変異株は、AtCSP3遺伝子の機能を欠損した株であって、AtCSP3遺伝子の機能解析に有用であることがわかった。
Figure 0005019505
As a result of PCR, AtCSP3 gene expression was not observed in the AtCSP3 gene knockout mutant. Therefore, the AtCSP3 gene knockout mutant prepared in this Example was found to be a strain lacking the function of AtCSP3 gene and useful for functional analysis of AtCSP3 gene.

7.AtCSP3過剰発現株、AtCSP3遺伝子ノックアウト変異株の凍結耐性の評価
AtCSP3過剰発現株、AtCSP3遺伝子ノックアウト変異株及びアラビドプス野生株(Columbia-0)の種子を滅菌溶液(70%エタノール、0.5% Triton X-100)で30分間滅菌し、その後100%エタノールで2分間滅菌し、Gamborg培地に播いた。22℃、連続光の条件下で2週間生育させた後、TEMPERATURE CABINET(TABAI ESPEC社製)を用いて凍結耐性の評価を行った。その後、22℃、連続光の条件に戻して1週間後に生存率の測定を行った。凍結耐性評価のステップ、温度、時間は以下の表7に示す。
7). Evaluation of freezing tolerance of AtCSP3 overexpression strain and AtCSP3 gene knockout mutant
AtCSP3 overexpression strain, AtCSP3 gene knockout mutant strain and Arabidopsis wild strain (Columbia-0) seeds are sterilized with sterilization solution (70% ethanol, 0.5% Triton X-100) for 30 minutes, then sterilized with 100% ethanol for 2 minutes And seeded in Gamborg medium. After 2 weeks of growth at 22 ° C. under continuous light conditions, freeze resistance was evaluated using TEMPERATURE CABINET (manufactured by TABAI ESPEC). Thereafter, the survival rate was measured one week after returning to 22 ° C. and continuous light conditions. Freezing tolerance evaluation steps, temperature, and time are shown in Table 7 below.

Figure 0005019505
Figure 0005019505

ステップ1で培地を凍結させるため、2時間後に氷を入れた。また4℃から22℃に戻す時に培地から水を除去した。以上の実験に使用した培地の組成は表8の通りである。   In order to freeze the medium in step 1, ice was added after 2 hours. Further, water was removed from the medium when returning from 4 ° C. to 22 ° C. Table 8 shows the composition of the medium used in the above experiment.

Figure 0005019505
Figure 0005019505

野生型及びAtCSP3遺伝子ノックアウト変異株について行った順化なしの凍結処理の結果を図3及び4に示す。図3(A)は凍結処理前における野生型及びAtCSP3遺伝子ノックアウト変異株の写真であり、図3(B)は凍結処理後の野生型及びAtCSP3遺伝子ノックアウト変異株の写真である。図4は、順化なしの凍結処理温度と生存率との関係を示す特性図である。また、順化ありの凍結処理の結果を図5及び6に示す。図5(A)は-5℃で凍結処理した後の野生型及びAtCSP3遺伝子ノックアウト変異株の写真であり、図5(B)は-7℃で凍結処理した後の野生型及びAtCSP3遺伝子ノックアウト変異株の写真であり、図5(C)は-9℃で凍結処理した後の野生型及びAtCSP3遺伝子ノックアウト変異株の写真である。図6は、低温順化ありの凍結処理温度と生存率との関係を示す特性図である。これらの結果から、AtCSP3遺伝子ノックアウト変異株が凍結処理によって生育困難であることが判明し、AtCSP3遺伝子は低温ストレス耐性に直接的に関与していることが判明した。   The results of freezing treatment without acclimatization performed on wild type and AtCSP3 gene knockout mutants are shown in FIGS. FIG. 3 (A) is a photograph of the wild type and AtCSP3 gene knockout mutant before freezing treatment, and FIG. 3 (B) is a photograph of the wild type and AtCSP3 gene knockout mutant after freezing treatment. FIG. 4 is a characteristic diagram showing the relationship between the freezing temperature without acclimatization and the survival rate. The results of freezing with acclimatization are shown in FIGS. Fig. 5 (A) is a photograph of wild type and AtCSP3 gene knockout mutants after freezing at -5 ° C, and Fig. 5 (B) is a wild type and AtCSP3 gene knockout mutation after freezing at -7 ° C. FIG. 5 (C) is a photograph of wild-type and AtCSP3 gene knockout mutants after freezing at −9 ° C. FIG. 6 is a characteristic diagram showing the relationship between the freezing temperature with low temperature acclimation and the survival rate. These results revealed that AtCSP3 gene knockout mutants were difficult to grow by freezing treatment, and AtCSP3 gene was directly involved in cold stress tolerance.

野生型及びAtCSP3過剰発現株について行った凍結処理の結果を図7〜10に示す。図7はAtCSP3遺伝子のmRNAを観察した結果である。図8はAtCSP3遺伝子がコードするタンパク質を観察した結果である。また、図9は凍結処理した後の野生型及びAtCSP3過剰発現株の写真である。図10は野生型及びAtCSP3遺伝子ノックアウト変異株を通常の条件で生育させた場合の植物体の写真である。図7〜10においてS3はAtCSP3過剰発現株を示し、Wは野生株を示す。これらの結果から、AtCSP3過剰発現株においては、野生株と比較して低温ストレス耐性が有意に向上していることがわかる。特に図10からわかるように、AtCSP3過剰発現株においては、矮化等の悪形質は観察されない。   The results of the freezing treatment performed on the wild type and AtCSP3 overexpressing strains are shown in FIGS. FIG. 7 shows the result of observation of mRNA of AtCSP3 gene. FIG. 8 shows the results of observing the protein encoded by the AtCSP3 gene. FIG. 9 is a photograph of wild-type and AtCSP3 overexpressing strains after freezing treatment. FIG. 10 is a photograph of a plant when wild-type and AtCSP3 gene knockout mutants are grown under normal conditions. 7-10, S3 shows an AtCSP3 overexpression strain, and W shows a wild strain. From these results, it can be seen that the AtCSP3-overexpressing strain has significantly improved low-temperature stress tolerance compared to the wild-type strain. In particular, as can be seen from FIG. 10, in the AtCSP3 overexpressing strain, no adverse traits such as hatching are observed.

以上の結果から、植物においてAtCSP3遺伝子或いはAtCSP3遺伝子に相当する遺伝子を過剰発現させることによって、矮化等の悪形質を示すことなく、低温ストレス耐性を向上できることが明かとなった。   From the above results, it has been clarified that by overexpressing the AtCSP3 gene or a gene corresponding to the AtCSP3 gene in plants, it is possible to improve low-temperature stress tolerance without exhibiting bad traits such as hatching.

AtCSP3遺伝子がコードするタンパク質の核酸分子に対する結合活性をゲルシフト解析によって検討した結果を示す電気泳動写真である。It is an electrophoresis photograph which shows the result of having examined the binding activity with respect to the nucleic acid molecule of the protein which AtCSP3 gene codes by gel shift analysis. 実施例で用いたAtCSP3遺伝子ノックアウト変異株におけるAtCSP3遺伝子を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the AtCSP3 gene in the AtCSP3 gene knockout mutant strain used in the Example. 野生型及びAtCSP3遺伝子ノックアウト変異株について順化処理なしで行った凍結処理実験の結果を示す写真である。It is a photograph which shows the result of the freezing process experiment performed without the acclimatization process about a wild type and an AtCSP3 gene knockout mutant. 野生型及びAtCSP3遺伝子ノックアウト変異株について順化処理なしで行った凍結処理実験の結果を示す特性図である。It is a characteristic view which shows the result of the freezing process experiment performed without the acclimatization process about a wild type and an AtCSP3 gene knockout mutant. 野生型及びAtCSP3遺伝子ノックアウト変異株について行った低温順化後の凍結処理実験の結果を示す写真である。It is a photograph which shows the result of the freezing process experiment after low-temperature acclimatization performed about the wild type and the AtCSP3 gene knockout mutant. 野生型及びAtCSP3遺伝子ノックアウト変異株について行った低温順化後の凍結処理実験の結果を示す写真である。It is a photograph which shows the result of the freezing process experiment after low-temperature acclimatization performed about the wild type and the AtCSP3 gene knockout mutant. 野生型及びAtCSP3過剰発現株についてAtCSP3遺伝子のmRNAを測定した結果を示す写真である。It is a photograph which shows the result of having measured the mRNA of AtCSP3 gene about a wild type and an AtCSP3 overexpression strain. 野生型及びAtCSP3過剰発現株についてAtCSP3遺伝子がコードするタンパク質を検出した結果を示す写真である。It is a photograph which shows the result of having detected the protein which AtCSP3 gene codes about a wild type and an AtCSP3 overexpression strain. 野生型及びAtCSP3過剰発現株について行った凍結処理実験の結果を示す写真である。FT, 凍結処理;W, 野生株;S3, AtCSP3過剰発現株It is a photograph which shows the result of the freezing process experiment performed about the wild type and the AtCSP3 overexpression strain. FT, Freezing treatment; W, Wild strain; S3, AtCSP3 overexpression strain 野生型及びAtCSP3過剰発現株を通常の環境下で育てた場合に生育に違いがないことを示す写真である。FT, 凍結処理;W, 野生株;S3, AtCSP3過剰発現株It is a photograph showing that there is no difference in growth when wild-type and AtCSP3 overexpressing strains are grown in a normal environment. FT, Freezing treatment; W, Wild strain; S3, AtCSP3 overexpression strain

Claims (6)

以下の(a)〜(d)の少なくとも1つの遺伝子が過剰発現するように改変された低温ストレス耐性を有するトランスジェニック植物。
(a)配列番号1に示す塩基配列からなるDNAからなる遺伝子
(b)配列番号1に示す塩基配列からなるDNAと80%以上の相同性を有し、かつ低温ショックドメインを有するRNA結合タンパク質をコードするDNAからなり、導入されたトランスジェニック植物に対して低温ストレス耐性を付与する遺伝子
(c)配列番号2に示されるアミノ酸配列からなるタンパク質をコードする遺伝子
(d)配列番号2に示されるアミノ酸配列において1若しくは数個のアミノ酸が欠失、置換若しくは付加されたアミノ酸配列からなり、かつ低温ショックドメインを有するRNA結合タンパク質をコードし、導入されたトランスジェニック植物に対して低温ストレス耐性を付与する遺伝子
A transgenic plant having a low-temperature stress tolerance modified so that at least one of the following genes (a) to (d) is overexpressed :
(a) a gene consisting of DNA consisting of the base sequence shown in SEQ ID NO: 1
(b) a DNA comprising an RNA-binding protein having a homology of 80% or more with a DNA comprising the nucleotide sequence shown in SEQ ID NO: 1 and having a low-temperature shock domain; Genes that confer stress tolerance
(c) a gene encoding a protein consisting of the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2
(d) a transgenic gene encoding and introducing an RNA-binding protein comprising an amino acid sequence in which one or several amino acids are deleted, substituted or added in the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2 and having a cold shock domain Genes that confer tolerance to low temperature stress on plants
上記遺伝子は低温ショックドメインを有するRNA結合タンパク質をコードすることを特徴とする請求項1記載のトランスジェニック植物。   The transgenic plant according to claim 1, wherein the gene encodes an RNA-binding protein having a cold shock domain. 上記遺伝子は過剰発現プロモーターに連結されていることを特徴とする請求項1記載のトランスジェニック植物。   The transgenic plant according to claim 1, wherein the gene is linked to an overexpression promoter. 以下の(a)〜(d)の少なくとも1つの遺伝子が過剰発現するように改変する、植物に低温ストレス耐性を付与する方法。
(a)配列番号1に示す塩基配列からなるDNAからなる遺伝子
(b)配列番号1に示す塩基配列からなるDNAと80%以上の相同性を有し、かつ低温ショックドメインを有するRNA結合タンパク質をコードするDNAからなり、導入されたトランスジェニック植物に対して低温ストレス耐性を付与する遺伝子
(c)配列番号2に示されるアミノ酸配列からなるタンパク質をコードする遺伝子
(d)配列番号2に示されるアミノ酸配列において1若しくは数個のアミノ酸が欠失、置換若しくは付加されたアミノ酸配列からなり、かつ低温ショックドメインを有するRNA結合タンパク質をコードし、導入されたトランスジェニック植物に対して低温ストレス耐性を付与する遺伝子
A method for imparting low temperature stress tolerance to a plant, which is modified so that at least one of the following genes (a) to (d) is overexpressed :
(a) a gene consisting of DNA consisting of the base sequence shown in SEQ ID NO: 1
(b) a DNA comprising an RNA-binding protein having a homology of 80% or more with a DNA comprising the nucleotide sequence shown in SEQ ID NO: 1 and having a low-temperature shock domain; Genes that confer stress tolerance
(c) a gene encoding a protein consisting of the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2
(d) a transgenic gene encoding and introducing an RNA-binding protein comprising an amino acid sequence in which one or several amino acids are deleted, substituted or added in the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2 and having a cold shock domain Genes that confer tolerance to low temperature stress on plants
上記遺伝子は低温ショックドメインを有するRNA結合タンパク質をコードすることを特徴とする請求項記載の方法。 5. The method of claim 4 , wherein the gene encodes an RNA binding protein having a cold shock domain. 上記遺伝子は過剰発現プロモーターに連結されていることを特徴とする請求項記載の方法。 The method according to claim 4 , wherein the gene is linked to an overexpression promoter.
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