JP5111706B2 - 植物における異種ポリペプチドの発現のためのdna構築物 - Google Patents
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Description
(発明の分野)
本発明は、植物における遺伝子発現の制御のための核酸分子、特に新規植物プロモーターの単離と使用に関する。
【0002】
(発明の背景)
植物遺伝子工学の目標の1つは、作物栽培学的に重要な特性又は形質を備えた植物を生産することである。遺伝子工学における最近の進歩は、外来遺伝子を含み且つ発現するトランスジェニック植物を生産するために不可欠のツールを提供した(Kahlら、World J.of Microbiol.Biotech.11:449−460,1995)。植物遺伝子工学の対象となる特に望ましい形質あるいは品質は、昆虫、菌類病及び他の有害生物や病害を引き起こす因子に対する抵抗性、除草剤に対する耐性、高い安定性又は保存性、収率、環境耐性及び栄養強化を含むであろうが、これらに限定されない。植物の形質転換と再生におけるテクノロジーの進歩は、研究者達が異種又は天然のソースからの1個又はそれ以上の遺伝子のような外因性DNAを取り出し、かかる外因性DNAを植物ゲノムに組み込むことを可能にした。1つのアプローチでは、特定植物又は植物組織において通常は発現されない新規遺伝子の発現が、所望する表現型効果を与えることができる。また別のアプローチでは、アンチセンス方向での遺伝子又は遺伝子の部分の転写が、外因性遺伝子の発現を妨げる又は抑制することによって所望する効果をもたらすこともある。
【0003】
トランスジェニック植物を生産するためには、植物において発現されたとき所望する表現型を与える異種遺伝子配列を含む構築物を植物細胞に導入する。構築物はまた、異種遺伝子配列に作動可能に連結された植物プロモーターを含み、しばしばプロモーターは通常は異種遺伝子と結合しない。次に構築物を植物細胞に導入して形質転換植物細胞を生成し、かかる形質転換植物細胞をトランスジェニック植物へと再生させる。プロモーターは、プロモーターが作動可能に連結されている導入DNA配列の発現を制御し、従ってDNA配列によって付与される所望特性に影響を及ぼす。
【0004】
1個又はそれ以上の遺伝子が、植物の成長及び生育期間の適切な時期に、植物における至適な位置で、そして所望する効果を生じるために必要な量で、効率的に転写されるように、様々なプロモーターを遺伝子発現に合わせて作製することは好都合であろう。例えば、遺伝子産物の構成的発現は、植物のある部位では有益であるが、他の部位ではあまり有用でないことがありうる。また別の場合には、植物の特定の生育段階で、あるいは特定の環境又は化学的刺激に応答して産生される遺伝子産物を得ることは有益であると考えられる。遺伝学的に改善された生殖質の商業的開発はまた、作物に多数の形質を導入する段階、しばしば遺伝子スタッキングアプローチと称される段階へと進んできた。このアプローチでは、対象とする異なる特性を付与する多数の遺伝子を植物に導入することができる。多数の遺伝子を植物に導入するときには、各々の遺伝子が至適発現のために調節又は制御されていること、そして遺伝子の沈黙化の潜在的可能性を低減するために調節要素は多様であることが重要である。これらやその他の配慮に照らして、遺伝子発現の至適制御と調節要素の多様性が植物バイオテクノロジーにおいて重要であることは明白である。
【0005】
(発明の概要)
本発明は、シロイヌナズナ(Arabidopsis)アクチン(Actin)プロモーター配列Act1a、Act1b及び延長因子1α(EF1α)プロモーター配列、及び作物細胞において機能する異種構造遺伝子配列に作動可能に連結されたこれらのプロモーターから誘導される断片及びシスエレメントを含むDNA植物発現構築物に関する。
【0006】
それ故、本発明の1つの実施形態に従えば、作動可能に連結された、作物の細胞において機能性である、配列番号12、配列番号22及び配列番号23から誘導される少なくとも1個のシスエレメントを備えるプロモーター、プロモーターに対して異種の構造DNA配列、及び植物においてRNA配列の3’末端へのポリアデニル化ヌクレオチドの付加を生じさせるように機能する3’非翻訳領域を含む、組換えDNA構築物が提供される。例えば、プロモーターは基本的に、配列番号9、配列番号10、配列番号11、配列番号12、配列番号22、配列番号23、配列番号24、配列番号25及び配列番号26のいずれかから誘導される5’調節領域(その中に位置するイントロン配列を含めて又は除いて)から構成されうる。構造遺伝子は、配列の発現がトランスジェニック作物において作物栽培学的に有用な形質又は産物をもたらす、いかなる異種ヌクレオチド配列も含みうる。
【0007】
本発明のもう1つの局面は、作物の除草剤耐性を付与するために用いられる蛋白質をコードする、本発明のプロモーター配列に作動可能に連結された構造DNA配列を含むDNA構築物である。この除草剤耐性蛋白質は、単独の又は1つ又はそれ以上のグリホセート分解性蛋白質遺伝子と組み合わせた、グリホセート耐性EPSPシンターゼ遺伝子のようなグリホセート耐性蛋白質遺伝子を含むが、これらに限定されない。
【0008】
本発明のもう1つの実施形態に従えば、プロモーターが、カリモウイルス(caulimovirus)プロモーター、例えばカリフラワーモザイクウイルス35Sプロモーター又はゴマノハグサ(Figwort)モザイクウイルスプロモーターのような異種プロモーター配列に作動可能に連結された、配列番号9、配列番号10、配列番号11、配列番号12、配列番号22、配列番号23、配列番号24、配列番号25及び配列番号26の1個又はそれ以上から誘導される少なくとも1個のシスエレメントを含むハイブリッド又はキメラプロモーターである、上述したようなDNA構築物が提供される。
【0009】
本発明のもう1つの実施形態に従えば、プロモーターが、トランスジェニック作物細胞において発現する異種遺伝子配列に作動可能に連結された、配列番号9、配列番号10、配列番号11、配列番号12、配列番号22、配列番号23、配列番号24、配列番号25及び配列番号26の1個又はそれ以上から誘導される少なくとも1個のシスエレメントを含むハイブリッド又はキメラプロモーターである、上述したようなDNA構築物が縦列で提供される。キメラプロモーター配列は、より特定すると配列番号27、配列番号28、配列番号29及び配列番号30において同定される配列を含む。
【0010】
本発明のもう1つの実施形態に従えば、DNA構築物を植物細胞に導入したとき、グリホセート1リットル当たり少なくとも50グラム酸当量(g a.e./l)を含む水性グリホセート製剤に対する耐性を植物細胞に付与するように、構造DNA配列がグリホセート耐性遺伝子である、上述したようなDNA構築物が提供される。他の関連実施形態では、DNA構築物は、より高いグリホセート濃度、例えばグリホセート1リットル当たり少なくとも300グラム酸当量を含むグリホセート製剤に対する耐性を植物細胞に付与する。1つの実施形態に従えば、DNA構築物は、例えば1エーカー当たり16オンス(oz)(4000平方メートル当たり453グラム)の割合のRoundup Ultra(登録商標)の少なくとも1回の施用に対する耐性を植物細胞に付与し、また他の実施形態では、グリホセート耐性は、例えば1エーカー当たり16オンス(4000平方メートル当たり453グラム)、1エーカー当たり32オンス(4000平方メートル当たり906グラム)、又は1エーカー当たり64オンス(4000平方メートル当たり1812グラム)の1回から2回又はそれ以上の施用にまで及ぶ。
【0011】
本発明のもう1つの実施形態に従えば、単子葉植物種及び双子葉植物種を含めて、上述したようなDNA構築物で形質転換されたトランスジェニック作物が提供される。我々は、シロイヌナズナアクチン及びシロイヌナズナEF1αプロモーターが、aroA:CP4のようなグリホセート耐性遺伝子の発現を制御するために使用したとき、植物が修業的施用率のグリホセートを許容し、良好な栄養耐性と生殖組織への低い損傷を示す、例えば綿、トマト及びヒマワリのような他の作物種において十分に活性であることを発見した。そのようなプロモーターはまた、植物において、除草剤耐性、昆虫の防除、病害抵抗性、高い安定性又は保存性、より高い収率、栄養強化、製薬又は他の所望するポリペプチド産物の発現、あるいは植物生理又は形態における望ましい変化、等を付与する遺伝子を含むがこれらに限定されない、対象とする他の遺伝子を発現するために使用できる。
【0012】
本発明のもう1つの実施形態に従えば、シロイヌナズナアクチン及びシロイヌナズナEF1αプロモーターを含む多数のDNA構築物で形質転換され、aroA:CP4のようなグリホセート耐性遺伝子の発現を制御するために使用したとき、植物が修業的施用率のグリホセートを許容し、良好な栄養耐性と生殖組織への低い損傷を示す、例えば綿、トマト及びヒマワリのような他の作物種において十分に活性であるトランスジェニック作物植物が提供される。そのようなプロモーターはまた、植物において、除草剤耐性、昆虫の防除、病害抵抗性、高い安定性又は保存性、より高い収率、栄養強化、製薬又は他の所望するポリペプチド産物の発現、あるいは植物生理又は形態における望ましい変化、等を付与する遺伝子を含むがこれらに限定されない、対象とする他の遺伝子を発現するために使用できる。
【0013】
本発明のもう1つの実施形態に従えば、シロイヌナズナアクチン及びシロイヌナズナEF1αプロモーターを、aroA:CP4のようなグリホセート耐性遺伝子の発現を制御するために使用したとき、植物が修業的施用率のグリホセートを許容し、良好な栄養耐性と生殖組織への低い損傷を示す、例えば綿、トマト、キャノーラ、ダイズ及びヒマワリのような他の植物種で十分に活性な、植物におけるプロモーター活性を備えるカリモウイルスDNA分子と融合したキメラDNA分子として含むDNA構築物で形質転換されたトランスジェニック作物が提供される。そのようなプロモーターはまた、植物において、除草剤耐性、昆虫の防除、病害抵抗性、高い安定性又は保存性、より高い収率、栄養強化、製薬又は他の所望するポリペプチド産物の発現、あるいは植物生理又は形態における望ましい変化、等を付与する遺伝子を含むがこれらに限定されない、対象とする他の遺伝子を発現するために使用できる。
【0014】
本発明のもう1つの実施形態に従えば、植物において構造DNA配列を発現するための方法が提供される。そのような方法は、上述したようなDNA構築物を提供し、かかるDNA構築物を植物細胞に導入して、構造DNAが植物において発現可能であるように植物細胞を再生して植物を生産することを含む。関連実施形態に従えば、雑草を防除する方法が提供され、かかる方法においては、DNA構築物がグリホセート耐性遺伝子を含み、作物を有意に害することなく雑草を防除するのに十分な量のグリホセートをかかるDNA構築物で形質転換した作物に施用する。
【0015】
(図面の簡単な説明)
図1は、pCGN8086のプラスミドマップである。
図2は、pMON45325のプラスミドマップである。
図3は、pMON45331のプラスミドマップである。
図4は、pMON45332のプラスミドマップである。
図5は、pCGN9190のプラスミドマップである。
図6は、pCGN9153のプラスミドマップである。
図7は、pCGN8099のプラスミドマップである。
図8は、pCGN8088のプラスミドマップである。
図9は、pCGN8068のプラスミドマップである。
図10は、pCGN8096のプラスミドマップである。
図11は、pCGN9151のプラスミドマップである。
図12は、pMON10156のプラスミドマップである。
図13は、pMON52059のプラスミドマップである。
図14は、pMON54952のプラスミドマップである。
図15は、pMON54953のプラスミドマップである。
図16は、pMON54954のプラスミドマップである。
図17は、pMON54955のプラスミドマップである。
図18は、pMON54956のプラスミドマップである。
【0016】
(配列表の簡単な説明)
配列番号1は、Act2プロモーターの単離のために使用する正PCRプライマーである。
【0017】
配列番号2は、Act2プロモーターの単離のために使用する逆PCRプライマーである。
【0018】
配列番号3は、Act8プロモーターの単離のために使用する正PCRプライマーである。
【0019】
配列番号4は、Act8プロモーターの単離のために使用する逆PCRプライマーである。
【0020】
配列番号5は、Act11プロモーターの単離のために使用する正PCRプライマーである。
【0021】
配列番号6は、Act11プロモーターの単離のために使用する逆PCRプライマーである。
【0022】
配列番号7は、EF1プロモーターの単離のために使用する正PCRプライマーである。
【0023】
配列番号8は、EF1プロモーターの単離のために使用する逆PCRプライマーである。
【0024】
配列番号9は、Act2遺伝子のイントロン配列を含むAct2プロモーターの配列である。塩基1−764位はプロモーター配列を表わす;塩基765−1215位は、イントロン及びそれに続く、ATGに先行する5’非翻訳領域(5’UTR)の5個の塩基を表わす;転写開始部位は塩基597位に位置する。
【0025】
配列番号10は、Act18遺伝子の第一イントロンを含むAct8プロモーターの配列である。塩基1−797位はプロモーター配列を表わす;塩基798−1259位は、イントロン及びそれに続く、ATGに先行する5’UTRの10個の塩基を表わす;転写開始部位は塩基646位に位置する。
【0026】
配列番号11は、Act11遺伝子の第一イントロンを含むAct11プロモーターの配列である。塩基1−1218位はプロモーター配列を表わす;塩基1219−1381位は、イントロン及びそれに続く、ATGに先行する5’UTRの10個の塩基を表わす;転写開始部位は塩基1062位に位置する。
【0027】
配列番号12は、EF1遺伝子の第一イントロンを含むEF1プロモーターの配列である。塩基1−536位はプロモーター配列を表わす;塩基537−1137位は、イントロン及びそれに続く、ATGに先行する5’UTRの22個の塩基を表わす;転写開始部位は塩基481位に位置する。
【0028】
配列番号13は、Act1aプロモーターの単離のために使用する正PCRプライマーである。
【0029】
配列番号14は、Act1bプロモーターの単離のために使用する正PCRプライマーである。
【0030】
配列番号15は、Act1a及びAct1bプロモーターの単離のために使用する逆PCRプライマーである。
【0031】
配列番号16は、Act3プロモーターの単離のために使用する正PCRプライマーである。
【0032】
配列番号17は、Act3プロモーターの単離のために使用する逆PCRプライマーである。
【0033】
配列番号18は、Act7プロモーターの単離のために使用する正PCRプライマーである。
【0034】
配列番号19は、Act7プロモーターの単離のために使用する逆PCRプライマーである。
【0035】
配列番号20は、Act12プロモーターの単離のために使用する正PCRプライマーである。
【0036】
配列番号21は、Act12プロモーターの単離のために使用する逆PCRプライマーである。
【0037】
配列番号22は、Act1a遺伝子の第一イントロンを含むAct1aプロモーターの配列である。塩基1−1033位はプロモーター配列を表わす;塩基1034−1578位はイントロン及び5’UTRを表わす。
【0038】
配列番号23は、Act1b遺伝子の第一イントロンを含むAct1bプロモーターの配列である。塩基1−914位はプロモーター配列を表わす;塩基915−1468位はイントロン及び5’UTR配列を表わす。
【0039】
配列番号24は、Act3遺伝子の第一イントロンを含むAct3プロモーターの配列である。塩基1−1023位はプロモーター配列を表わす;塩基1024−1642位はイントロン及び5’UTR配列を表わす。
【0040】
配列番号25は、Act7遺伝子の第一イントロンを含むAct7プロモーターの配列である。塩基1−600位はプロモーター配列を表わす;塩基601−1241位はイントロン及び5’UTR配列を表わす。
【0041】
配列番号26は、Act12遺伝子の第一イントロンを含むAct12プロモーターの配列である。塩基1−1017位はプロモーター配列を表わす;塩基1018−1313位はイントロン及び5’UTR配列を表わす。
【0042】
配列番号27は、Act11遺伝子の第一イントロンを含むキメラFMV−Act11プロモーターの配列である。塩基1−536位はFMVプロモーター配列を表わす;塩基553−1946位はシロイヌナズナアクチン11プロモーター、イントロン及び5’UTR配列を表わす。
【0043】
配列番号28は、EF1α遺伝子の第一イントロンを含むキメラFMV−EF1αプロモーターの配列である。塩基1−536位はFMVプロモーター配列を表わす;塩基553−1695位はEF1αプロモーター、イントロン及び5’UTR配列を表わす。
【0044】
配列番号29は、Act8遺伝子の第一イントロンを含むCaMV−Act8プロモーターの配列である。塩基1−523位はCaMVプロモーター配列を表わす;塩基534−1800位はAct8プロモーター、イントロン及び5’UTR配列を表わす。
【0045】
配列番号30は、Act2遺伝子の第一イントロンを含むCaMV−Act2プロモーターの配列である。塩基1−523位はCaMVプロモーター配列を表わす;塩基534−1742位はAct2プロモーター、イントロン及び5’UTR配列を表わす。
【0046】
(発明の詳細な説明)
本出願は、1999年12月16日提出の米国特許仮出願第60/171,173号の優先権を主張する。次の定義及び方法は、本発明をよりよく規定し、本発明の実施において当業者の手引きとなるために提供するものである。特に異なる記載がない限り、用語は関連技術における当業者の慣例的使用法に従って理解されねばならない。37CFR §1.822に述べられているDNA塩基の表記法を使用する。アミノ酸残基については標準的な1文字3文字表記法を用いる。
【0047】
「核酸(配列)」又は「ポリヌクレオチド(配列)」は、ゲノム又は合成由来の一本鎖又は二本鎖DNA又はRNA、すなわち、それぞれ5’(上流)末端から3’(下流)末端まで読み取った、デオキシリボヌクレオチド又はリボヌクレオチド塩基のポリマーを指す。核酸はセンス鎖又は相補(アンチセンス)鎖でありうる。
【0048】
「天然」は、天然に生じる(「野生型」)核酸配列を指す。
【0049】
「異種」配列は、外来ソース又は外来種から生じる、又は同じソースからであっても、その元の形態から改変されている配列を指す。
【0050】
「単離」核酸配列は、当該核酸が天然に生じる生物の細胞において通常結合している他の核酸配列、すなわち他の染色体又は染色体外DNAから離れて実質的に分離又は精製されている。かかる語は、夾雑核酸及び他の細胞成分を実質的に除去するように生化学的に精製された核酸を包含する。かかる語はまた、組換え核酸及び化学合成核酸を包含する。
【0051】
ここで使用するとき「実質的に精製された」との語は、その天然状態で通常結合している他の分子から分離された分子を指す。より好ましくは、実質的に精製された分子は試料中に存在する主要種である。実質的に精製された分子は、自然混合物中に存在する他の分子を60%以上、好ましくは75%、より好ましくは90%含まない(溶媒を除く)。実質的に精製された」との語は、それらの天然状態で存在する分子を包含することは意図されていない。
【0052】
第一核酸配列は、他の核酸(又はその相補鎖)と至適に整列したとき(比較のウインドーに対して標準配列の合計20%未満の適切なヌクレオチド挿入又は欠失で)、少なくとも20個のヌクレオチド部分、好ましくは少なくとも50個のヌクレオチド部分、より好ましくは少なくとも100個のヌクレオチド部分、最も好ましくは第一核酸配列の長さ全体にわたる比較ウインドーに対して少なくとも75%のヌクレオチド配列同一性、好ましくは少なくとも約80%の同一性、より好ましくは少なくとも約85%の同一性、最も好ましくは少なくとも約90%の同一性が存在する場合、標準核酸配列に対して「実質的な同一性」を示す。比較ウインドーを整列するための配列の至適整列は、SmithとWaterman、Adv.Appl.Math.2:482,1981の局所相同性アルゴリズムによって;NeedlemanとWunsch、J.Mol.Biol.48:443,1970の相同整列アルゴリズムによって;PearsonとLipman、Proc.Natl.Acad.Sci.USA 85:2444,1988の類似性検索法によって;好ましくはthe Wisconsin Genetics Software Package Release 7.0,Genetics Computer Group,575 Science Dr.,Madison,WIでのこれらのアルゴリズム(GAP、BESTFIT、FASTA及びTFASTA)のコンピュータ処理によって実施することができる。標準核酸は完全長分子又はより長い分子の部分でありうる。代替的に、2個の核酸は、下記に定義するようなストリンジェント条件下で一方を他方にハイブリダイズした場合、実質的な同一性を有しうる。
【0053】
第一核酸配列は、第一核酸配列が第二核酸配列の機能に影響を及ぼすように配列が配置されているとき、第二核酸配列と「作動可能に連結されて」いる。好ましくは、2個の配列は1個の近接核酸分子の部分であり、より好ましくは隣接する。例えば、プロモーターが細胞において遺伝子の転写を調節又は仲介する場合、プロモーターは遺伝子に作動可能に連結されている。
【0054】
「組換え」核酸は、配列のさもなければ離れた2つのセグメントの人工的組合せによって、例えば化学合成によって又は核酸の分離したセグメントの遺伝子工学手法による操作によって、作製される。核酸操作のための手法は周知である(例えばSambrookら、分子クローニング:実験室マニュアル(Molecular Cloning:A Laboratory Manual)、Cold Spring Harbor Press,1989;Mailgaら、植物分子生物学における方法(Methods in Plant Molecular Biology)、Cold Spring Harbor Press,1995;Birrenら、ゲノム解析(Genome Analysis):1巻、DNAの分析(Analyzing DNA)(1997)、2巻、遺伝子の検出(Detecting Genes)(1998)、3巻、クローニング系(Cloning Systems)(1999)、4巻、遺伝子マッピング(Mapping Genomes)(1999)、Cold Spring Harbor,New York参照)。
【0055】
核酸の化学合成の方法は、例えばBeaucageとCarruthers,Tetra.Letts.22:1859−1862,1981、及びMatteucciら、J.Am.Chem.Soc.103:3185,1981の中で論じられている。核酸の化学合成は、例えば市販の自動オリゴヌクレオチドシンセサイザーで実施することができる。
【0056】
「合成核酸配列」は、特定宿主細胞における発現増強のため及び適切な構築物へのクローン化のために設計し、化学合成することができる。宿主細胞はしばしばコドン使用の好ましいパターンを示す(Murrayら、1989)。特定宿主における発現を増強するために設計される合成DNAは、それ故、宿主細胞におけるコドン使用のパターンを反映すべきである。the Sequence Analysis Software Package,Genetics Computer Group,Inc.,University of Wisconsin Biotechnology Center,Madison,WI 53711の「BestFit」又は「Gap」プログラムを含むがこれらに限定されないコンピュータプログラムが、これらの目的のために使用可能である。
【0057】
核酸の「増幅」又は「核酸複製(nucleic acid reproduction)」は核酸配列のさらなるコピーの産生を指し、ポリメラーゼ連鎖反応(PCR)テクノロジーを用いて実施される。様々な増幅方法が当該技術において既知であり、中でも特に、米国特許第4,683,195号及び同第4,683,202号において、ならびにPCRプロトコール:方法と応用ガイド(PCR Protocols:A Guide to Methods and Applications)、Innisら編集、Academic Press,San Diego,1990において記述されている。PCRにおいて、プライマーは、DNA鋳型にアニーリングされてポリメラーゼ連鎖反応を開始させる、定義された配列の短いオリゴヌクレオチドを指す。
【0058】
「形質転換された」、「トランスフェクションされた」又は「トランスジェニック」は、組換え構築物のような外来核酸が導入された細胞、組織、器官、又は生物を指す。好ましくは、導入核酸は、当該導入核酸がその後の子孫に遺伝されるようにレシピエント細胞、組織、器官又は生物のゲノムDNAに組み込まれる。「トランスジェニック」又は「形質転換」細胞あるいは生物は、細胞又は生物の子孫、ならびに交配においてそのような「トランスジェニック」植物を親として使用する育種プログラムから生産され、組換え構築物又は構築物の存在から生じる変化した表現型を示す子孫も包含する。
【0059】
「遺伝子」の語は、ペプチド、ポリペプチド、蛋白質をコードする染色体DNA、プラスミドDNA、cDNA、合成DNA、又は他のDNA、又はRNA分子、及び発現の調節に関わるコード配列に隣接する領域を指す。一部の遺伝子はmRNAに転写され、ポリペプチドへと翻訳されうる(構造遺伝子);他の遺伝子は、発現の調節因子として、RNA(例えばrRNA、tRNA)及び他の種類の遺伝子機能に転写されうる(レギュレーター遺伝子)。
【0060】
遺伝子の「発現」は、対応するmRNAを作製するための遺伝子の転写及び対応する遺伝子産物、すなわちペプチド、ポリペプチド又は蛋白質を作製するためのこのmRNAの翻訳を指す。遺伝子発現は、プロモーターのような5’調節エレメントを含めた調節エレメントによって制御又は調節される。
【0061】
「遺伝成分」は、発現構築物の成分又は一部でもありうる何らかの核酸配列又は遺伝エレメントを指す。遺伝成分の例は、プロモーター領域、5’非翻訳リーダー、イントロン、遺伝子、3’非翻訳領域、及び1個又はそれ以上の核酸配列の転写又は翻訳に影響を及ぼす他の調節配列又は配列を含むが、これらに限定されない。
【0062】
「組換えDNA構築物」、「組換え構築物」、「発現構築物」又は「発現カセット」の語は、1個又はそれ以上のDNA配列が周知の組換えDNA手法を用いて機能的に作動可能に連結されたDNA分子を含む、ゲノム組み込み又は自律複製することができる、何らかのソースから誘導されるプラスミド、コスミド、ウイルス、BAC(細菌人工染色体)、自律複製配列、ファージ、又は線状又は環状一本鎖又は二本鎖DNA又はRNAヌクレオチド配列のような因子を指す。
【0063】
「相補的」は、塩基の対合(相補的配列T−C−AとのA−G−T対)による核酸配列の自然結合を指す。2つの一本鎖分子間の相補性は、核酸対の一部だけが相補的である場合には部分的であり、すべての塩基対が相補的である場合には完全であると考えられる。相補性の度合は、ハイブリダイゼーション及び増幅反応の効率と強さに影響を及ぼす。
【0064】
「相同性」は、それぞれヌクレオチド又はアミノ酸のパーセント位置同一性の見地から見た核酸又はアミノ酸配列間の類似性のレベル、すなわち配列類似性又は同一性を指す。相同性はまた、異なる核酸又は蛋白質の間での同様の機能特性の概念も表わす。
【0065】
「プロモーター」は、遺伝子のオープンリーディングフレーム(又は蛋白質コード領域)の翻訳開始コドンの上流又は5’側に位置し、RNAポリメラーゼII及び他の蛋白質(トランス作用性転写因子)の認識と結合に関与して転写を開始させる核酸配列を指す。「植物プロモーター」は、植物細胞において機能性である天然又は非天然プロモーターである。構成的プロモーターは、植物の生育期間を通じて植物の大部分又はすべての組織において機能性である。組織、器官又は細胞特異的プロモーターは、それぞれ特定の組織、器官又は細胞型においてのみ又は主として特定の組織、器官又は細胞型において発現される。所与の組織、器官又は細胞型において「特異的に」発現されるのではなく、プロモーターは、植物のある部分(例えば細胞型、組織又は器官)において植物の他の部分に比べて「増強された」発現、すなわちより高い発現レベルを示すと考えられる。一次的に調節されるプロモーターは、植物生育の一定の期間にのみ又は主として一定の期間に、あるいは例えば概日リズムに関連する遺伝子の場合のように、1日のうちの一定の時間にのみ又は主として一定の時間に機能性である。誘導的プロモーターは、例えば化合物(化学的誘導物質)による内因性又は外因性刺激の存在に応答して、又は環境、ホルモン、化学及び/又は生育シグナルに応答して、作動可能に連結されたDNA配列を選択的に発現する。誘導的又は調節下プロモーター(regulated promoter)は、例えば光、熱、ストレス、洪水又は干ばつ、植物ホルモン、損傷、エタノール、ジャスモネート(jasmonate)、サリチル酸又はサフェナー(safener)のような化学物質によって調節されるプロモーターを含む。
【0066】
植物プロモーターは、1個又はそれ以上の特定遺伝子の発現を調節するための5’調節配列として使用できる。1つの好ましいプロモーターは、植物RNAポリメラーゼIIプロモーターであろう。植物RNAポリメラーゼIIプロモーターは、他の高等真核生物のものと同様に、複雑な構造を持ち、いくつかの異なるエレメントから成る。1つのそのようなエレメントは、インビトロでの真核細胞遺伝子の正しい発現とインビボでの正確で効率的な転写開始のために必要な、TATAボックス又はGoldberg−Hognessボックスである。TATAボックスは典型的には、約−25から−35、すなわち転写開始部位の25から35塩基対(bp)上流、又は+1位と定義されるキャップ部位に位置する(BreathnachとChambon,Ann.Rev.Biochem.50:349−383,1981;Messingら、「植物の遺伝子工学(Genetic Engineering of Plants)」より、Kosugeら編集、p.211−227,1983)。もう1つの共通エレメント、CCAATボックスは、−70から−100bpの間に位置する。植物においては、CCAATボックスは、哺乳類プロモーターの機能的に類似する配列とは異なるコンセンサス配列を持つことがある(植物相似物は、その動物対応物と識別するために「AGGAボックス」と称されてきた;Messingら、「植物の遺伝子工学(Genetic Engineering of Plants)」より、Kosugeら編集、p.211−227,1983)。さらに、実質的にすべてのプロモーターが、約−100bpから−1,000bpまで又は転写開始部位のより上流までに及ぶ付加的な上流活性化配列又はエンハンサーを含む(BenoistとChambon,Nature 290:304−310,1981;Grussら、Proc.Nat.Acad.Sci.USA 78:943−947,1981;及びKhouryとGruss,Cell 27:313−314,1983)。
【0067】
異種DNA配列に融合したとき、そのようなプロモーターは典型的には、プロモーターが通常結合する遺伝子配列のものと同様にして融合配列の転写を生じさせる。調節配列を含むプロモーター断片を付加することができる(例えば、それ自身の部分又は完全調節配列を備える活性プロモーターの5’末端に融合するか又はその中に挿入する(Fluhrら、Science 232:1106−1112,1986;Ellisら、EMBO J.6:11−16,1987;StrittmatterとChua,Proc.Nat.Acad.Sci.USA 84:8986−8990,1987;PoulsenとChua,Mol.Gen.Genet.214:16−23,1988;Comaiら、Plant Mol.Biol.15:373−381,1991))。代替的に、異種調節配列を、不活性のトランケートされたプロモーター、例えばコアTATAと、時としてCCAATエレメントだけを含むプロモーターの5’上流領域に付加することができる(Fluhrら、Science 232:1106−1112,1986;Ellisら、EMBO J.6:11−16,1987;StrittmatterとChua,Proc.Nat.Acad.Sci.USA 84:8986−8990,1987;Aryanら、Mol.Gen.Genet.225:65−71,1991)。
【0068】
プロモーターは典型的には、各々が遺伝子発現の全体的制御の異なる局面を与える、多数の異なる「シス作用性転写調節エレメント」又は単に「シスエレメント」から成る(StrittmatterとChua,Proc.Nat.Acad.Sci.USA 84:8986−8990,1987;Ellisら、EMBO J.6:11−16,1987;Benfeyら、EMBO J.9:1677−1684,1990)。「シスエレメント」は、転写を調節するトランス作用性蛋白質因子に結合する。一部のシスエレメントは2個以上の因子に結合し、トランス作用性転写因子は2個以上のシスエレメントと様々な親和性で相互作用しうる(JohnsonとMcKnight,Ann.Rev.Biochem.58:799−839,1989)。シスエレメントに対応する植物転写因子及びそれらの相互作用の分析は、例えば、Martin,Curr.Opinions Biotech.7:130−138,1996;Murai、「植物生化学及び分子生物学における方法(Methods in Plant Biochemistry and Molecular Biology)」、Dashek編集、CRC Press,1997,p.397−422;及び「植物分子生物学における方法(Methods in Plant Molecular Biology)」、Maligaら編集、Cold Spring Harbor Press,1995,p.233−300の中で論じられている。本発明のプロモーター配列は、遺伝子発現を付与する又は調節する「シスエレメント」を含みうる。
【0069】
シスエレメント(Cis element)は、欠失分析、すなわち5’末端から又はプロモーターの内部から1個又はそれ以上のヌクレオチドを欠失させること、Dnase Iフットプリント法、メチル化干渉、電気泳動移動度変化アッセイ、ライゲーション仲介PCRによるインビボゲノムフットプリント法その他の従来のアッセイを用いるDNA結合蛋白質分析を含めた多くの手法によって、あるいは従来の配列比較法による既知のシスエレメントモチーフとの配列類似性によって同定することができる。シスエレメントの微細構造は、エレメントの1個又はそれ以上のヌクレオチドの突然変異誘発(又は置換)によって、又は他の従来の方法によって(例えば、「植物生化学及び分子生物学における方法(Methods in Plant Biochemistry and Molecular Biology)」、Dashek編集、CRC Press,1997,p.397−422;及び「植物分子生物学における方法(Methods in Plant Molecular Biology)」、Maligaら編集、Cold Spring Harbor Press,1995,p.233−300参照)さらに検討することができる。
【0070】
シスエレメントは化学合成によって又はそのようなエレメントを含むプロモーターからのクローニングによって入手することができる。シスエレメントはまた、配列操作を容易にする有用な制限酵素部位を含む付加隣接配列を用いて合成することもできる。1つの実施形態では、プロモーターは多数の異なる「シスエレメント」から成る。好ましい実施形態では、配列番号9、配列番号10、配列番号11、配列番号12、配列番号22、配列番号23、配列番号24、配列番号25及び配列番号26の核酸配列の「シスエレメント」を含む配列領域を、シスエレメント、又は配列内のドメイン又はモチーフを同定するために特に設計されたMEME又はSIGNALSCANを含むがこれらに限定されないコンピュータプログラムを使用して同定する。
【0071】
本発明は、配列番号9、配列番号10、配列番号11、配列番号12、配列番号22、配列番号23、配列番号24、配列番号25及び配列番号26の断片又はシスエレメント、あるいは本発明の核酸配列と相同性を示す、遺伝子調節を生じさせることが知られているシスエレメントの同族体を含む。そのような核酸断片は開示される配列のいかなる領域も含みうる。配列番号9、配列番号10、配列番号11、配列番号12、配列番号22、配列番号23、配列番号24、配列番号25及び配列番号26に示すような本発明プロモーター領域又は部分プロモーター領域は、「シスエレメント」又は雄性生殖組織におけるような作動可能に連結されたDNA配列の発現を調節することができるドメインを含むがこれらに限定されない、少なくとも1個の調節エレメントを含みうる。
【0072】
植物プロモーターはまた、合成、キメラ又はハイブリッドプロモーターを生成するように既知のプロモーターを操作することを通して作製されたプロモーターを含みうる。そのようなプロモーターはまた、例えば活性プロモーターに異種調節配列を付加することによって、1個又はそれ以上のプロモーターからのシスエレメントをそれ自体の部分又は完全調節配列と組み合わせることができる(Ellisら、EMBO J.6:11−16,1987;StrittmatterとChua,Proc.Nat.Acad.Sci.USA 84:8986−8990,1987;PoulsenとChua,Mol.Gen.Genet.214:16−23,1988;Comaiら、Plant Mol.Biol.15:373−381,1991)。キメラプロモーターはまた、不活性のトランケートされたプロモーター、すなわちコアTATAと、任意にCCAATエレメントだけを含むプロモーターの5’上流領域に異種調節配列を付加することによっても開発されてきた(Fluhrら、Science 232:1106−1112,1986;StrittmatterとChua,Proc.Nat.Acad.Sci.USA 84:8986−8990,1987;Aryanら、Mol.Gen.Genet.225:65−71,1991)。
【0073】
本発明に従ったキメラ又はハイブリッドプロモーターは、光、熱又はストレスのような数多くの環境因子によって調節されるエレメント;病原体又は化学物質等によって調節される又は誘発されるエレメントのような、少なくとも1個の既知のシスエレメントを含みうる。そのようなエレメントは、条件に依存して遺伝子発現を正又は負のいずれかに調節しうる。シスエレメントの例は、酸素反応性エレメント(Cowenら、J.Biol.Chem.268(36):26904,1993)、光調節エレメント(例えば、BruceとQuail,Plant Cell 2:1081,1990及びBruceら、EMBO J.10:3015,1991参照)、メチルジャスモネート処理に対して反応性のシスエレメント(BeaudoinとRothstein,Plant Mol.Biol.33:835,1997)、サリチル酸反応性エレメント(Strangeら、Plant J.11:1315,1997)、熱ショック反応性エレメント(Pelhamら、Trends Genet.1:31,1985)、創傷及び非生物ストレスに対して反応性のエレメント(Loaceら、Proc.Natl.Acad.Sci.U.S.A.89:9230,1992;Mhiriら、Plant Mol.Biol.33:257,1997)、低温反応性エレメント(Bakerら、Plant Mol.Biol.24:701,1994;Jiangら、Plant Mol.Biol.30:679,1996;Nordinら、Plant Mol.Biol.21:641,1993;Zhouら、J.Biol.Chem.267:23515,1992)、及び干ばつ反応性エレメント(Yamaguchiら、Plant Cell 6:251−264,1994;Wangら、Plant Mol.Biol.28:605,1995;Bray E.A.Trends in Plant Science 2:48,1997)を含むが、これらに限定されない。
【0074】
もう1つの実施形態では、配列番号9、配列番号10、配列番号11、配列番号12、配列番号22、配列番号23、配列番号24、配列番号25、配列番号26、配列番号27、配列番号28、配列番号29及び配列番号30に示すようなヌクレオチド配列は、作動可能に連結されたDNA配列を調節することができる、あらゆる長さの上記ヌクレオチド配列を含む。例えば、配列番号9、配列番号10、配列番号11、配列番号12、配列番号22、配列番号23、配列番号24、配列番号25、配列番号26、配列番号27、配列番号28、配列番号29及び配列番号30に開示するような配列は、トランケートされているか又は欠失した部分を持つが、まだ作動可能に連結されたDNA配列の転写を調節することができるものでありうる。関連実施形態では、開示配列のシスエレメントは、特定の組織において作動可能に連結されたDNA配列の発現増強をもたらすような、特定の特異性を付与しうる。その結果として、配列番号9、配列番号10、配列番号11、配列番号12、配列番号22、配列番号23、配列番号24、配列番号25、配列番号26、配列番号27、配列番号28、配列番号29及び配列番号30の開示配列のいかなる配列断片、部分又は領域も、開示配列のシスエレメント又はモチーフを含むがこれらに限定されない調節配列として使用することができる。また、1個又はそれ以上の塩基対をプロモーター配列の内部に挿入する、欠失させる又は置換することもできる。プロモーターは、プロモーター断面又はエレメントを、例えばそのような断片を最小プロモーターの上流に置くことによって、作動可能に連結するように構築することができる。最小又は基本プロモーターは、基本転写機構を動員し、結合することができる一片のDNAである。真核細胞における基本転写機構の1つの例は、RNAポリメラーゼII複合体及びその付属蛋白質である。基本転写機構の酵素成分は、最小又は基本プロモーターを使用して、所与の遺伝子の転写を開始させ、延長させることができる。すなわち、プロモーター領域内には、転写を調節する、例えば増強する、抑制する、転写ホルモン依存性にする、等々の転写因子を動員し、結合することができる付加的なシス作用性配列は存在しない。置換、欠失、挿入又はそれらの何らかの組合せを用いて最終構築物を作製することができる。
【0075】
本発明のプロモーター配列は、例えば他の植物系における発現のために修飾することができる。もう1つのアプローチでは、いくつかの方法によって新規ハイブリッドプロモーターを設計する又は構築することができる。多くのプロモーターは、プロモーターの強さ及び/又は特異性を活性化する、増強する又は規定する上流配列を含む(Atchison,Ann.Rev.Cell Biol.4:127,1988)。T−DNA遺伝子は、例えば転写開始部位に結合する「TATA」ボックスを含み、転写開始部位の上流に位置する他の上流エレメントは転写レベルを調節する(Gelvin、「トランスジェニック植物(Transgenic Plants)」、Kung,S.−D.及びUs,R.編集、San Diego:Academic Press,p.49−87,1988)。もう1つ別のキメラプロモーターは、オクトパインシンターゼ(ocs)活性化因子のトリマーをマンノパインシンターゼ(mas)活性化因子プラスプロモーターに結合し、レポーター遺伝子の発現の上昇が報告された(Min Niら、The Plant Journal 7:661,1995)。本発明の上流調節配列は、そのようなキメラ又はハイブリッドプロモーターの構築のために使用することができる。本発明の変異体プロモーターの構築のための方法は、種々のプロモーターの制御エレメントを結合する又はプロモーターの部分又は領域を重複させることを含むが、これらに限定されない(例えば米国特許第5,110,732号及び米国特許第5,097,025号参照)。当業者は、高分子(例えばDNA分子、プラスミド、等々)の構築、操作及び単離、組換え生物の生成ならびに遺伝子のスクリーニングと単離のための詳細な条件及び手順に精通している(例えばSambrookら、分子クローニング:実験室マニュアル(Molecular Cloning:A Laboratory Manual)、Cold Spring Harbor Press,1989;Mailgaら、植物分子生物学における方法(Methods in Plant Molecular Biology)、Cold Spring Harbor Press,1995;Birrenら、ゲノム解析(Genome Analysis):1巻、DNAの分析(Analyzing DNA)(1997)、2巻、遺伝子の検出(Detecting Genes)(1998)、3巻、クローニング系(Cloning Systems)(1999)、4巻、遺伝子マッピング(Mapping Genomes)(1999)、Cold Spring Harbor,New York参照)。
【0076】
作動可能に連結された核酸配列の発現を変調する又は調節するための、配列番号9、配列番号10、配列番号11、配列番号12、配列番号22、配列番号23、配列番号24、配列番号25及び配列番号26の1個又はそれ以上のシスエレメントを含むキメラ又はハイブリッドプロモーターの設計、構築及び使用もまた、本発明に包含される。
【0077】
配列番号9、配列番号10、配列番号11、配列番号12、配列番号22、配列番号23、配列番号24、配列番号25、配列番号26、配列番号27、配列番号28、配列番号29及び配列番号30のプロモーター配列、その断片、領域又はシスエレメントは、多数の組織において作動可能に連結されたDNA配列を転写することができ、それ故多数の組織において遺伝子の発現を選択的に調節することができる。
【0078】
いくつかの物栽培学的形質については、対象とする1個又はそれ以上の遺伝子の転写が多くの組織において所望する特性を付与することが望ましい。あらゆる組織で遺伝子を発現することが望ましいのではなく、特定の組織においてのみ発現することが望ましいと考えられるので、対象とする選択された標的組織において、作動可能に連結された遺伝子の転写を調節する適当なプロモーターが使用可能であることが望ましい。例えば、除草剤耐性についての遺伝子発現のために標的遺伝子を選択的に発現することを所望する場合、栄養及び生殖組織における除草剤耐性遺伝子の発現が望ましいであろう。本発明のプロモーター配列は、速やかに成長する分裂組織、花粉、葯及び花糸のような雄性生殖組織(雄ずい群、androecium)、柱頭、花柱及び子房のような雌性生殖組織(雌ずい群、gynoecium)、葉、がく片、ならびに花弁を含むがこれらに限定されない多数の組織において遺伝子発現を調節するために有用である。本発明のプロモーターは、それ故、例えば多数の組織で及び植物成長の多くの段階で耐性が所望される場合に、除草剤耐性遺伝子の発現のために有用性を持つ。本発明のプロモーター配列は、受精能、収率、昆虫耐性、菌類耐性、除草剤耐性、又は対象とする何らかの望ましい形質の制御のための遺伝子を含むがこれらに限定されない、あらゆる標的遺伝子の転写を調節するために有用性を持つ。
【0079】
1つの実施形態では、本発明のプロモーターは、多数の組織における遺伝子の発現を所望する場合に、除草剤耐性遺伝子の発を調節するために特に有用性を持つ。例えば、除草剤耐性遺伝子はグリホセート除草剤に対する耐性を付与しうる。適当なグリホセート耐性遺伝子の例は、グリホセート耐性EPSPシンターゼ遺伝子、又はグリホセートオキシドレダクターゼ及びホスホネートN−アセチルトランスフェラーゼのようなグリホセートを分解する遺伝子産物を含むが、これらに限定されない。所望する発現プロフィールにとって最も効率的である適当な調節エレメントを得るためには、あらゆる植物バイオテクノロジー戦略のために5’調節エレメントの広い範囲の選択肢を持つことが重要である。
【0080】
もう1つの実施形態では、本発明のプロモーターは遺伝子機能を決定する上で有用性を持つ。多くの遺伝子の機能は不明であり、本発明のプロモーターは、センス又はアンチセンス方向で発現される1個又はそれ以上の遺伝子の表現型評価を可能にする構築物において遺伝要素として使用することができる。本発明のプロモーターは、構成及び生殖組織での高レベルの遺伝子発現を所望する場合に、高流量アッセイのために開発された植物発現構築物における成分となりうる。
【0081】
遺伝子及び調節配列の同定のためにいかなる植物も選択できる。遺伝子及び調節配列の単離のための適当な植物標的の例は、アルファルファ、リンゴ、アンズ、シロイヌナズナ(Arabidopsis)、アーティチョーク(チョウセンアザミ)、arugula(?)、アスパラガス、アボカド、バナナ、オオムギ、マメ類、ビート、ブラックベリー、ブルーベリー、ブロッコリー、芽キャベツ、キャベツ、キャノーラ、カンタループ(メロンの一種)、ニンジン、キャッサバ、ヒマ種子、カリフラワー、セロリ、サクランボ、チコリ、cilantro(?)、柑橘類、クレメンタイン(clementines)、クローバー、ココヤシ、コーヒー、トウモロコシ、綿、クランベリー、キュウリ、ダグラスモミ、ナス、アンディーブ、エスカロール(キクヂシャの一種)、ユーカリノキ、ウイキョウ、イチジク、ニンニク、ヒョウタン、ブドウ、グレープフルーツ、蜜、jicama(?)、キウイフルーツ、レタス、ニラネギ、レモン、ライム、ロブロリーパイン(マツの一種)、アマニ、マンゴー、メロン、マッシュルーム、ネクタリン、ナッツ、カラスムギ、油ヤシ、油料種子アブラナ、オクラ、オリーブ、タマネギ、オレンジ、観賞植物、ヤシ、パパイヤ、パセリ、オランダボウフウ、エンドウ、モモ、落花生、セイヨウナシ、コショウ、カキ、マツ、パイナップル、オオバコ、プラム、ザクロ、ポプラ、ジャガイモ、カボチャ、マルメロ、radiata pine、radiscchio、ハツカダイコン、ナタネの種子、ラズベリー、イネ、ライムギ、モロコシ、Southern pine、ダイズ、ホウレンソウ、スクオッシュ、イチゴ、テンサイ、サトウキビ、ヒマワリ、サツマイモ、モミジバフウ、タンジェリン、茶、タバコ、トマト、ライ小麦、芝生、カブ、ブドウの木、スイカ、コムギ、ヤマノイモ、及びズッキーニを含むが、これらに限定されない。調節配列の同定のために特に好ましい植物は、シロイヌナズナ、トウモロコシ、コムギ、ダイズ、及び綿である。
【0082】
本発明のプロモーター配列は、Arabidopsis thaliana植物DNAから単離した。好ましい実施形態では、構築物は、適当なターミネーター及び調節エレメントと共に転写可能配列に作動可能に連結された本発明のプロモーター配列を含む。そのような構築物を、対象とする適当な標的植物に形質転換することができる。いかなる植物も、本発明のプロモーター配列を含む核酸構築物のための適当な宿主として使用することができる。対象とする適当な標的植物の例は、アルファルファ、ブロッコリー、キャベツ、キャノーラ、カリフラワー、トウモロコシ、綿、クランベリー、キュウリ、レタス、エンドウ、ポプラ、マツ、ジャガイモ、タマネギ、イネ、ラズベリー、ダイズ、サトウキビ、テンサイ、ヒマワリ、トマト及びコムギを含むが、これらに限定されない。
【0083】
プロモーターの単離及び修飾方法
ここで開示するプロモーター配列の断片を単離するために多くの方法が使用できる。公的に入手可能な配列情報を使用して、植物のゲノムライブラリーから隣接領域を増幅するためにPCRに基づくアプローチが使用できる。既知の配列のコア領域に隣接する未知のDNA配列を増幅するには、多くの方法が当業者に既知である。かかる方法は、逆PCR、ベクトレットPCR、Y字型PCR及びゲノム歩行アプローチを含むが、これらに限定されない。本発明のために、使用可能な配列情報に基づいてPCRプライマーを設計することにより、シロイヌナズナから核酸分子を単離した。
【0084】
核酸断片はまた、自動オリゴヌクレオチドシンセサイザーを用いて一般的に実施されるように、化学的手段によって断片を直接合成することのような他の手法によっても入手できる。断片はまた、分子生物学の当業者には一般的に知られる組換えDNA手法によるPCR(ポリメラーゼ連鎖反応)テクノロジーのような、核酸再生テクノロジーの適用によっても入手することができる。特定の増幅プライマー対を用いた標的核酸配列の増幅(例えばPCRによる)に関して、「ストリンジェントPCR条件」は、プライマー対が、対応する野生型配列(又はその補体)を持つプライマーが結合する標的核酸配列にだけハイブリダイズして、好ましくはユニーク増幅産物を生成することができる条件を指す。
【0085】
当業者は、植物ゲノムDNAの調製のための方法を認知している。1つのアプローチでは、制限酵素による部分的消化と特定サイズ範囲内のDNA断片をサイズ選択することにより、選択した種からゲノムDNAライブラリーを調製することができる。ゲノムDNAは、バクテリオファージを含むがこれに限定されない適当な構築物にクローン化し、多くの販売業者(例えばStratagene,La Jolla CA又はGibco BRL,Gaithersburg,MD参照)からの適当なクローニングキットを使用して、バクテリオファージのような適当な構築物を用いて調製することができる。
【0086】
もう1つの実施形態では、ここで開示するプロモーターのヌクレオチド配列を修飾することができる。当業者は、ヌクレオチド配列に変異を有するDNA分子を創造することができる。配列番号9、配列番号10、配列番号11、配列番号12、配列番号22、配列番号23、配列番号24、配列番号25、配列番号26、配列番号27、配列番号28、配列番号29及び配列番号30に示すような本発明のヌクレオチド配列を、それらの制御特性を増強するように修飾する又は変化させることができる。例えば、PCRベースのDNA修飾アプローチにおいて鋳型配列の挿入、欠失又は置換によって配列を修飾することができる。「変異体」DNA分子は、好ましくはプロモーター機能を実質的に保持しながら、天然配列の1個又はそれ以上のヌクレオチドが欠失、付加及び/又は置換されている、変化を含むDNA分子である。プロモーター断片の場合には、「変異体」DNAは、それが作動可能に連結されている最小プロモーターの転写に影響を及ぼす変化を含みうる。変異体DNA分子は、例えば標準的DNA突然変異誘発手法によって又は変異体DNA分子又はその部分を化学合成することによって作製することができる。
【0087】
遺伝子発現を調節する際の使用に加えて、本発明のプロモーター配列はまた、核酸ハイブリダイゼーション実験におけるプローブ又はプライマーとしても有用性を持つ。本発明の核酸プローブ及びプライマーは、ストリンジェント条件下で標的DNA配列にハイブリダイズすることができる。「ストリンジェントハイブリダイゼーション条件」の語は、経験的に決定できるような、プローブ又はプライマーが標的配列と特異的にハイブリダイズし、非標的配列とはハイブリダイズしない条件と定義される。「ストリンジェント条件」は、特異的ハイブリダイゼーション手順(例えばSambrookら、1989、9.52−9.55、Sambrookら、1989、9.47−9.52、9.56−9.58;Kanehisa,Nucl.Acids Res.12:203−213、1984;及びWetmurとDavidson,J.Mol.Biol.31:349−370,168参照)による標的核酸(すなわち対象とする特定核酸配列)への核酸プローブのハイブリダイゼーションに関して機能的に定義される。DNAハイブリダイゼーションを促進する適切なストリンジェント条件は、例えば約45℃で6.0×塩化ナトリウム/クエン酸ナトリウム(SSC)、次いで50℃で2.0×SSCの洗浄であり、当業者に既知であるか若しくは「分子生物学における現行プロトコール(Current Protocols in Molecular Biology)」、John Wiley & Sons,N.Y.,1989,6.3.1−6.3.6を含むがこれに限定されない実験室マニュアルに認めることができる。例えば、洗浄段階の塩濃度は、50℃で約2.0×SSCの低ストリンジェンシーから50℃で約0.2×SSCの高ストリンジェンシーまで選択できる。さらに、洗浄段階の温度は、約22℃の室温での低ストリンジェンシー条件から約65℃の高ストリンジェンシー条件まで上昇させることができる。温度及び塩の両方を変化させることができ、あるいは温度又は塩濃度のいずれかを一定に保持しながら他方の変数を変えることもできる。例えば、DNA又はRNAプローブ又はプライマーを用いるハイブリダイゼーションは、高ストリンジェンシーについては、65℃での0.5×SSC、0.5%SDSでの洗浄を伴って、6×SSC、0.5%SDS,5×デンハルト溶液、100μg/mLの非特異的DNA(例えば音波処理サケ精子DNA)中65℃で実施することができる。
【0088】
核酸分子は、完全な相補性を示す場合にもう1つの核酸分子の「補体」であると称される。ここで使用するとき、分子は、その分子の1個のあらゆるヌクレオチドが他方のヌクレオチドと相補的であるとき「完全な相補性」を示すと称される。2個の分子が少なくとも従来の「低ストリンジェンシー」条件下で互いにアニーリングしたままでありうる十分な安定性を備えて互いにハイブリダイズすることができる場合、それらは「最小限に相補的」であると称される。同様に、分子が従来の「高ストリンジェンシー」条件下で互いにアニーリングしたままでありうる十分な安定性を備えて互いにハイブリダイズすることができる場合、それらは「相補的」であると称される。標的配列へのプローブ又はプライマーの結合特異性が保存されている場合、より低い度合の配列類似性を持つ関連配列を同定するためには、より低いハイブリダイゼーション及び/又は洗浄条件のようなより低いストリンジェンシーのハイブリダイゼーション条件が使用できると想定される。従って、本発明のヌクレオチド配列は、DNA断片の相補的伸長による二重鎖分子を選択的に形成する能力のために使用することができる。ハイブリダイゼーションによるDNAセグメントの検出は当業者には周知であり、それ故想定される適用に依存して、標的配列に対する様々な度合のプロモーターの選択性を達成するために様々なハイブリダイゼーション条件を用いることが所望され、選択方法は所望する結果に依存するであろう。従来のストリンジェンシー条件は、Sambrookら、「分子クローニング:実験室マニュアル(Molecular Cloning:A Laboratory Manual)」、第2版、Cold Spring Harbor Press,Cold Spring Harbor,1989、及びHaymesら、「核酸ハイブリダイゼーション、実際的アプローチ(Nucleic Acid Hybridization,A Practical Approach)」、IRL Press,Washington,DC、1985に述べられている。
【0089】
本発明の1つの実施形態では、密接に関連する又は相同な遺伝子及び関連調節配列を同定するために、他の植物組織のハイブリダイゼーションアッセイにおいて核酸配列、配列番号9、配列番号10、配列番号11、配列番号12、配列番号22、配列番号23、配列番号24、配列番号25及び配列番号26、又はこれらの配列の断片、領域、シスエレメント又はオリゴマーを使用する。これらは、適切に調製された植物組織、セルロース、ナイロン、又はコンビネーションフィルター、チップ又はスライドガラスを含むがこれらに限定されない基質上でのサザン又はノーザンハイブリダイゼーションアッセイを含むが、これらに限定されない。そのような方法論は当該技術において周知であり、営利販売業者によって供給されうるキット又は製剤において入手可能である。
【0090】
ここで使用するとき核酸の断片は、完全長未満の核酸の部分である。例えば、本発明のためには、配列番号9、配列番号10、配列番号11、配列番号12、配列番号22、配列番号23、配列番号24、配列番号25及び配列番号26の開示ヌクレオチド配列未満のあらゆる長さのヌクレオチド配列が断片とみなされる。断片はまた、上記に定義したようなストリンジェントハイブリダイゼーション条件下で天然核酸に特異的にハイブリダイズすることができる最小限の長さを含みうる。そのような最小断片の長さは、好ましくは天然核酸配列の少なくとも8個のヌクレオチド、より好ましくは15個のヌクレオチド、さらに一層好ましくは少なくとも20個のヌクレオチド、最も好ましくは30個のヌクレオチドである。
【0091】
「プローブ」は、従来の検出可能な標識又はレポーター分子、例えば放射性同位体、リガンド、化学発光物質又は酵素が結合する単離核酸である。「プライマー」は、核酸ハイブリダイゼーションによって相補的標的DNA鎖にアニーリングされて、プライマーと標的DNA鎖の間でハイブリッドを形成し、その後ポリメラーゼ、例えばDNAポリメラーゼにより標的DNA鎖に沿って伸長する単離核酸である。プライマー対は、例えばポリメラーゼ連鎖反応(PCR)又は従来の核酸増幅法による核酸配列の増幅のために使用できる。
【0092】
プローブ及びプライマーは一般に11個のヌクレオチド又はそれ以上の長さ、好ましくは18個のヌクレオチド又はそれ以上、より好ましくは25個のヌクレオチド、最も好ましくは30個のヌクレオチド又はそれ以上の長さである。そのようなプローブ及びプライマーは、高ストリンジェンシーハイブリダイゼーション条件下で標的DNA又はRNA配列に特異的にハイブリダイズし、低ストリンジェンシー条件下でもう1つ別の種の標的天然配列に特異的にハイブリダイズする。好ましくは、本発明に従ったプローブ及びプライマーは天然配列と完全な配列類似性を持つが、天然配列とは異なるが標的天然配列にハイブリダイズする能力を保持するプローブが従来の方法によって設計しうる。プローブ及びプライマーを調製し、使用するための方法は、例えば、「分子クローニング:実験室マニュアル(Molecular Cloning:A Laboratory Manual)」、第2版、1から3巻、Sambrookら編集、Cold Spring Harbor Laboratory Press,Cold Spring Harbor,NY、1989(以下「Sambrookら、1989」);「分子生物学における現行プロトコール(Current Protocols in Molecular Biology)」、Ausubelら編集、Greene Publishing and Wiley−Interscience,New York,1992(定期的最新化)(以下、「Ausubelら、1992」);及びInnisら、「PCRプロトコール:方法と適用への手引き(PCR Protocols:A Guide to Methods and Applications)」、Academic Press:San Diego,1990に述べられている。PCR−プライマー対は、例えばPrimer(バージョン0.5、copyright1991、Whitehead Institute for Biomedical Research,Cambridge,MA)のようなそのために用意されているコンピュータプログラムを使用して、既知の配列から誘導することができる。ここで開示する天然プロモーター配列に基づくプローブ及びプライマーは、従来の方法、例えば再クローニングと再配列決定によって開示配列を確認し、必要に応じて修飾するために使用できる。
【0093】
構築物及び発現構築物
本発明に従った天然又は合成核酸は、宿主細胞に導入して複製することができる組換え核酸構築物、典型的にはDNA構築物に組み込むことができる。好ましい実施形態では、配列番号9、配列番号10、配列番号11、配列番号12、配列番号22、配列番号23、配列番号24、配列番号25、配列番号26、配列番号27、配列番号28、配列番号29及び配列番号30に示すような本発明のヌクレオチド配列又はその断片、変異体又は誘導体を、選択可能、スクリーニング可能、又はスコアリング可能なマーカー遺伝子のような遺伝成分に作動可能に連結された本発明のプロモーター領域を含む発現カセットに組み込む。
【0094】
もう1つの実施形態では、配列番号9、配列番号10、配列番号11、配列番号12、配列番号22、配列番号23、配列番号24、配列番号25、配列番号26、配列番号27、配列番号28、配列番号29及び配列番号30に示すような本発明の開示核酸配列を、植物の形態、生理、成長及び生育、収率、栄養強化、病害又は害虫抵抗性、あるいは環境又は化学耐性に結びつく望ましい特性を付与する核酸のような遺伝成分に作動可能に連結する。対象とするマーカー遺伝子又は作物栽培学的遺伝子のような遺伝成分は、形質転換植物細胞又は植物、あるいは作物栽培学的有用性を持つ産物又はその生産の同定において機能しうる。
【0095】
もう1つの実施形態では、1個の遺伝成分は、選択デバイスとして役立つ産物を生成し、再生植物組織において、さもなければ有害な化合物に対する耐性を植物組織に付与する化合物を産生するように機能する。選択可能、スクリーニング可能、又はスコアリング可能なマーカーとして使用するための対象遺伝子は、GUS(β−グルクロニダーゼについてのコード配列)、GFP(緑色蛍光蛋白質についてのコード配列)、LUX(ルシフェラーゼについてのコード遺伝子)、抗生物質耐性マーカー遺伝子、又は除草剤耐性遺伝子を含むであろうが、これらに限定されない。トランスポゾン及び関連抗生物質耐性遺伝子の例は、トランスポゾンTns(bla)、Tn5(nptII)、Tn7(dhfr)、ペニシリン、カナマイシン(及びネオマイシン、G418,ブレオマイシン);メトトレキセート(及びトリメトプリム);クロラムフェニコール;カナマイシン及びテトラサイクリンを含む。
【0096】
植物における選択マーカーにとって有用な特性は、微生物の使用に関する報告書に概説されている(Advisory Committee on Novel Foods and Processes,1994年7月)。これらは、最小数の非形質転換組織に関する厳密な選択、再生に関する有意の干渉を伴わない多数の独立形質転換事象、多数の種への適用、そしてマーカーの存在に関して組織をスコアリングするためのアッセイの使用可能性を含む。
【0097】
多くの選択マーカー遺伝子が当該技術で知られており、カナマイシン(nptII)、ヒグロマイシンB(aph IV)及びゲンタマイシン(aac3及びaacC4)に耐性であるものを含めて、いくつかの抗生物質耐性遺伝子はこれらの判定基準を満たしている。有用な優性選択マーカー遺伝子は、抗生物質耐性遺伝子(例えばヒグロマイシン、カナマイシン、ブレオマイシン、G418、ストレプトマイシン又はスペクチノマイシンに対して耐性)、及び除草剤耐性遺伝子(例えばホスフィノトリシンアセチルトランスフェラーゼ)をコードする遺伝子を含む。除草剤耐性に関する形質転換体を選択するための有用な戦略は、Vasil、「植物の細胞培養と体細胞遺伝学(Cell Culture and Somatic Cell Genetics of Plants)」、I−III巻、Laboratory Procedures and Their Applications Academic Press,New York,1984に述べられている。本発明において使用するための特に好ましい選択マーカー遺伝子は、カナマイシンのような抗生物質及びグリホセートのような除草剤などの化合物に対する耐性を付与する遺伝子であろう(Della−Cioppaら、Bio/Technology 5(6),1987,米国特許第5,463,175号、米国特許第5,633,435号)。他の選択デバイスも供給可能であり、やはり本発明の範囲内である。
【0098】
本発明の実施のために、DNA構築物及び宿主細胞を調製し、使用するための従来の組成物及び方法を、中でも特に、Sambrookら、1989に述べられているように使用する。好ましい実施形態では、宿主細胞は植物細胞である。植物細胞の安定なトランスフェクション又はトランスジェニック植物の確立のための適当なDNA構築物は、例えば、Pouwelsら、「クローニングベクター:実験室マニュアル(Cloning Vectors:A Laboratory Manual)」、1985、補遺1987);WeissbachとWeissbach、「植物分子生物学のための方法(Methods for Plant Molecular Biology)」、Academic Press,1989;Gelvinら、「植物分子生物学マニュアル(Plant Molecular Biology Manual)」、Kluwer Academic Publishers,1990;及びR.R.D.Croy Plant Molecular Biology LabFax,BIOS Scientific Publishers,1993に記述されている。植物発現構築物は、例えば5’及び3’調節配列の転写制御下で1個又はそれ以上のクローン化植物遺伝子を含みうる。それらはまた、発現構築物を含む宿主細胞を選択するための上述したような選択マーカーを含みうる。そのような植物発現構築物はまた、プロモーター調節領域(例えば誘導的又は構成的、環境又は発生調節的、あるいは細胞又は組織特異的発現を制御する調節領域)、転写開始部位、リボソーム結合部位、RNAプロセシングシグナル、転写終了部位、及びポリアデニル化シグナルも含む。構築物を細菌宿主においてクローン化できるように細菌由来の他の配列も含まれる。構築物はまた、典型的には広い範囲の宿主原核細胞複製起点を含む。特に好ましい実施形態では、宿主細胞は植物細胞であり、植物発現構築物は、配列番号9、配列番号10、配列番号11、配列番号12、配列番号22、配列番号23、配列番号24、配列番号25、配列番号26、配列番号27、配列番号28、配列番号29及び配列番号30に開示されるようなプロモーター領域、作動可能に連結された転写可能配列、及び転写終止配列を含む。発現構築物中の遺伝成分として考慮される他の調節配列は、プロモーターと結合することができる非翻訳リーダー配列を含むがこれに限定されない。特に好ましい実施形態では、宿主細胞は植物細胞であり、植物発現構築物は、配列番号9、配列番号10、配列番号11、配列番号12、配列番号22、配列番号23、配列番号24、配列番号25、配列番号26、配列番号27、配列番号28、配列番号29及び配列番号30に開示されるようなプロモーター領域、作動可能に連結された転写可能配列、及び転写終止配列を含む。植物発現構築物はまた、クローニングのために有用な制限酵素部位を含むポリリンカー配列を含むがこれに限定されない付加配列を含みうる。
【0099】
植物発現構築物中の遺伝エレメント
植物発現構築物は、各々が異なるプロモーターに作動可能に連結された2個以上の発現可能遺伝子配列を含みうる。多くのプロモーターが、選択可能マーカー、スコアリング可能マーカー、害虫耐性、病害耐性、栄養強化に関する遺伝子及び作物栽培学的利益を持つ他の遺伝子を含むがこれらに限定されない対象遺伝子に関して、植物遺伝子発現のために有用性を持つ。植物遺伝子発現のために有用な構成的プロモーターの例は、単子葉植物を含めて(例えばDekeyserら、Plant Cell 2:591,1990;TeradaとShimamoto,Mol.Gen.Genet.220:389,1990参照)大部分の植物組織において構成的な高レベルの発現をもたらすカリフラワーモザイクウイルス(CaMV)P−35Sプロモーター;縦列反復CaMV 35Sエンハンサー配列を含む強化35Sプロモーター(P−e35S);ノパリンシンターゼプロモーター(Anら、Plant Physiol.88:547,1988)、オクトパインシンターゼプロモーター(Frommら、Plant Cell 1:977,1989)、及び米国特許第5,378,619号に述べられているようなゴマノハグサ(figwort)モザイクウイルス(P−FMV)プロモーター及びP−FMVのプロモーター配列に由来する強化バージョン(P−eFMV);カリフラワーモザイクウイルス19Sプロモーター;サトウキビ杆状ウイルスプロモーター;コメリナイエローモットルウイルスプロモーター;及び植物細胞において発現することが知られている他の植物DNAウイルスプロモーターを含むが、これらに限定されない。
【0100】
環境、ホルモン、化学物質、及び/又は発生シグナルに応答して調節される多様な植物遺伝子プロモーターが、(1)熱(Callisら、Plant Physiol.88:965,1988)、(2)光(例えばエンドウrbcS−3Aプロモーター、Kuhlemeierら、Plant Cell 1:471、1989;トウモロコシrbcSプロモーター、SchaffnerとSheen、Plant Cell 3:997,1991;又はクロロフィルa/b−結合蛋白質プロモーター、Simpsonら、EMBO J.4:2723,1985)、(3)アブシジン酸のようなホルモン(Marcotteら、Plant Cell 1:969、1989)、(4)創傷(例えばwunI、Siebertzら、Plant Cell 1:961,1989);又は(5)メチルジャスモネート、サリチル酸、又はSafenerのような化学物質によって調節されるプロモーターを含めて、植物細胞における作動可能に連結された遺伝子の発現のために使用できる。また、(6)器官特異的プロモーター(例えばRoshalら、EMBO J.6:1155、1987;Schernthanerら、EMBO J.7:1249、1988;Bustosら、Plant Cell 1:839,1989)を用いることも有益であろう。
【0101】
本発明のプロモーターは、速やかに成長する分裂組織及び生殖組織において作動可能に連結されたDNA配列を転写することができ、発現構築物中で対象遺伝子に作動可能に連結することができる植物プロモーターである。
【0102】
植物発現構築物は、トランスジーンにおいてポリペプチドコード配列の上流又は下流に位置づけることができるRNAプロセシングシグナル、例えばイントロンを含みうる。さらに、発現構築物は、植物遺伝子の3’非翻訳領域からの付加調節配列(Thornburgら、Proc.Natl.Acad.Sci.USA 84:744(1987);Anら、Plant Cell 1:115(1989))、例えば、ジャガイモのPI−IIターミネーター領域あるいはオクトパイン又はノパリンシンターゼ3’ターミネーター領域のような、mRNAのmRNA安定性を高める3’ターミネーター領域を含みうる。mRNAの5’非翻訳領域は翻訳の開始において重要な役割を果たすことができ、また植物発現構築物における遺伝成分でもありうる。例えば、熱ショック蛋白質遺伝子から誘導される非翻訳5’リーダー配列は、植物における遺伝子発現を増強することが明らかにされている(例えば米国特許第5,362,865号参照)。これらの付加上流及び下流調節配列は、発現構築物上に存在する他のエレメントに関して天然又は異種であるソースから誘導されうる。
【0103】
本発明のプロモーター配列は、植物細胞における遺伝子発現を制御するために使用される。開示するプロモーター配列は、植物形質転換において使用される構築物の部分である遺伝成分である。本発明のプロモーター配列は、特定の望ましい形質を付与するのに十分であるように発現される1個又はそれ以上の核酸と共に、上述したような選択可能又はスクリーニング可能なマーカー遺伝子と関連調節エレメントを含む適当な植物形質転換プラスミド又は構築物に関して使用することができる。本発明によって想定される、作物栽培学的利益を持つ適当な構造遺伝子の例は、Bacillus thuringiensis(B.t.)遺伝子のような昆虫耐性、菌類病防除に関する遺伝子のような害虫耐性、グリホセート耐性を与える遺伝子のような除草剤耐性に関する1個又はそれ以上の遺伝子、及び収率、栄養増強、環境又はストレス耐性のような品質向上、あるいは植物の生理、成長、生育、形態又は植物産物における何らかの望ましい変化に関する遺伝子を含むであろうが、これらに限定されない。例えば、構造遺伝子は、その全体が参照してここに組み込まれるWO 9931248号、その全体が参照してここに組み込まれる米国特許第5,689,052号、その全体が参照してここに組み込まれる米国特許第5,500,365号及び5,880,275号に述べられているようなバチルス属(Bacillus)昆虫防除蛋白質遺伝子を含むがこれに限定されない、昆虫耐性を与えるあらゆる遺伝子を含むであろう。もう1つの実施形態では、構造遺伝子は、その全体が参照してここに組み込まれる米国特許第5,633,435号に述べられているようなアグロバクテリウム属(Agrobacterium)菌株CP4グリホセート耐性EPSPS遺伝子(aroA:CP4)、又はその全体が参照してここに組み込まれる米国特許第5,463,175号に述べられているようなグリホセートオキシドレダクターゼ遺伝子(GOX)を含むがこれらに限定されない遺伝子によって付与されるような、除草剤グリホセートに対する耐性を与えることができる。
【0104】
代替的に、DNAコード配列は、例えばアンチセンス又はコサプレッションを介した機序を通して、内因性遺伝子の発現の標的抑制を引き起こす非翻訳RNA分子をコードすることによってこれらの表現型を生じさせることができる(例えばBirdら、Biotech.Gen.Engin.Rev.9:207,1991参照)。RNAはまた、所望する内因性mRNA産物を開裂するように設計された触媒RNA分子(例えばライボザイム)でありうる(例えばGibsonとShillitoe、Mol.Biotech.7:125,1997参照)。それ故、対象とする表現型又は形態学的変化を発現する蛋白質又はmRNAを生じる遺伝子は、本発明の実施のために有用である。
【0105】
DNA配列の上流(5’側)又はDNA配列内に位置する調節エレメント又は配列に加えて、遺伝子発現に影響を及ぼす下流(3’側)配列が存在する。それ故、ここで使用するとき調節配列の語は、細胞の蛋白質合成装置と共に遺伝子産物の発現を制御する、仲介する又は影響を及ぼす、DNA配列の上流、DNA配列内又は下流に位置するあらゆるヌクレオチド配列を指す。
【0106】
当業者は植物形質転換に適した構築物を認識している。本発明のプロモーター配列を、好ましくは上述したようなスクリーニング可能又はスコアリング可能なマーカーを使用して発現構築物に組み込み、一過性分析で試験して形質転換植物における遺伝子発現の指標を提供する。一過性アッセイにおいて遺伝子発現を試験する方法は当業者に既知である。マーカー遺伝子の一過性発現は様々な植物、組織及びDNA送達システムにおいて報告されている。例えば、一過性分析の種類は、何らかの対象植物種を用いた一過性植物アッセイにおいて組織のエレクトロポレーション又はパーティクルボンバードメント(粒子衝撃)を通して遺伝子送達を指令することを含みうるが、これらに限定されない。そのような一過性システムは、コムギにおける懸濁培養からのプロトプラスト(Zhouら、Plant Cell Reports 12:621,1993)、小麦の葉のプロトプラストのエレクトロポレーション(Sethiら、J.Crop Sci.52:152,1983)、トウモロコシ組織から調製したプロトプラストのエレクトロポレーション(Sheen、J.The Plant Cell 3:225,1991)、あるいは対象とする特定組織のパーティクルボンバードメントを含むが、これらに限定されない。本発明は、選択されたレポーター遺伝子、マーカー遺伝子又は対象とする作物栽培学的遺伝子に作動可能に連結された調節配列を評価するためのあらゆる一過性発現系の使用を包含する。適切な送達システムを通して一過性アッセイで試験することが考慮される植物組織の例は、葉脚組織、カルス、子葉、根、内質、胚芽、花組織、花粉、及び表皮組織をふくむであろうが、これらに限定されない。
【0107】
いかなるスクリーニング可能又はスコアリング可能なマーカーも一過性アッセイにおいて使用できる。本発明のプロモーター又は5’調節配列の一過性分析のための好ましいマーカー遺伝子は、β−グルクロニダーゼ(GUS)遺伝子又は緑色蛍光蛋白質(GFP)遺伝子を含む。マーカー遺伝子に作動可能に連結された5’調節配列を含む発現構築物を組織に送達し、マーカーに依存して適切な機序によって組織を分析する。安定な植物において作物栽培学的利益を有する遺伝子に作動可能に連結されたときの5’調節配列の潜在的発現プロフィールを評価するためのツールとして、定量的及び定性的分析が使用される。最終的には、転写可能な対象DNA配列に作動可能に連結された5’調節配列を含む適当な植物形質転換発現構築物に本発明の5’調節配列を直接組み込み、植物に形質転換して、安定に形質転換された植物及びその子孫を、5’調節配列によって付与された所望する発現プロフィールに関して分析する。
【0108】
植物細胞に外因性DNAを導入するための適当な発現構築物は、アグロバクテリウム菌を介した方法のための非武装化(disarmed)Tiプラスミドを含むであろうが、これに限定されない。これらの構築物は、対象とする1個又はそれ以上の遺伝子及び関連調節領域と共に、耐性マーカー、1−2 T−DNAボーダー、及び大腸菌(E.coli)及びアグロバクテリウム菌の複製起点を含みうる。当業者は、アグロバクテリウム菌仲介のアプローチのために多くの菌株と方法が使用可能であることを認識している。そのような菌株は、アグロバクテリウム菌株C58、LBA4404、EHA101及びEHA105を含むが、これらに限定されない。特に好ましい菌株は、Agrobacterium tumefaciens菌株である。
【0109】
本発明に包含される方法によって導入しうる例示的核酸は、例えば、もう1つ別の種からのDNA配列又は遺伝子、あるいはさらに同じ種から生じる又は同じ種内に存在するが、古典的生殖又は育種手法ではなく遺伝子工学的方法によってレシピエント細胞に組み込まれている遺伝子又は配列を含む。しかしながら、「外因性」の語はまた、形質転換した細胞には通常存在しない、又はおそらく単に形質転換したDNAセグメント又は遺伝子で認められるような形態、構造、等々では存在しない遺伝子、あるいは通常存在するが、自然の発現パターンとは異なるように発現する、例えば過剰発現することを所望する遺伝子を指すことが意図されている。それ故、「外因性」遺伝子又はDNAの語は、同様の遺伝子が既にレシピエント細胞内に存在するかどうかには関わりなく、そのような細胞に導入されるあらゆる遺伝子又はDNAセグメントを指すことが意図されている。外因性DNAに含まれるDNAの種類は、植物細胞内に既に存在するDNA、もう1つ別の植物からのDNA、異なる生物からのDNA、あるいは遺伝子のアンチセンスメッセージを含むDNA配列又は遺伝子の合成又は修飾バージョンをコードするDNA配列のような外的に生成されるDNAを含みうる。
【0110】
本発明のプロモーター配列を含む植物形質転換構築物は、何らかの植物形質転換法によって植物に導入しうる。DNA配列を植物細胞に導入するためのいくつかの方法が使用可能であり、当該技術において周知である。適当な方法は、細菌感染(例えば上述したようなアグロバクテリウム琴による、バイナリー細菌人工染色体構築物、DNAの直接送達(例えばPEG仲介の形質転換、乾燥/抑制仲介のDNA取り込み、エレクトロポレーション、炭化ケイ素ファイバーによる攪拌を通して)、及びDNA被覆パーティクルの加速(Potrykus,Ann.Rev.Plant Physiol.Plant Mol.Biol.,42:205,1991の中で検討されている)を含むが、これらに限定されない。
【0111】
双子葉植物を特異的に形質転換するための方法は、主としてAgrobacterium tumefaciensを使用する。例えば、報告されているトランスジェニック植物は、綿(米国特許第5,004,863号;米国特許第5,159,135号;米国特許第5,518,908号、WO97/43430号)、ダイズ(米国特許第5,569,834号;米国特許第5,416,011号;McCabeら、Bio/Technology,6:923,1988;Christouら、Plant Physiol.,87:671,1988);アブラナ(米国特許第5,463,174号)、落花生(Chengら、Plant Cell Rep.、15:653,1996)、及びアルファルファ(Masoud,S.A.ら、Transgen.Res.,5:313,1996)を含むが、これらに限定されない。
【0112】
同様の方法が単子葉植物の形質転換において報告されている。これらの方法を用いた形質転換と植物再生は、アスパラガス(Asparagus officinalis;Bytebierら、Proc.Natl.Acad.Sci.U.S.A.,84:5345,1987);オオムギ(Hordeum vulgarae;WanとLemaux,Plant Physiol.,104:37,1994);トウモロコシ(Zea mays;Rhodes,C.A.ら、Science,240:204,1988;Gordon−Kammら、Plant Cell 2:603,1990;Frommra,Bio/Technology,8:833,1990;Kozielら、Bio/Technology,11:194,1993);カラスムギ(Avena sativa;Somersら、Bio/Technology,10:1589,1992);オルチャードグラス(orchardgrass)(Dactylis glomerata;Hornら、Plant Cell Rep.、7:469,1988);イネ(Oryza sativa、インディカ及びジャポニカ品種を含む、Toriyamaら、Bio/Technology,6:10,1988;Zhangら、Plant Cell Rep.、7:379,1988;LuoとWu,Plant Mol.Biol.Rep.,6:165,1988;ZhangとWu,Theor.Appl.Genet.,76:835,1988;Christouら、Bio/Technology,9:957,1991);モロコシ(Sorghum bicolor;Casas,A.M.ら、Proc.Natl.Acad.Sci.U.S.A.,90:11212,1993);サトウキビ(Saccharum spp.;BowerとBirch,Plant J.,2:409,1992);tall fescue(ウシノケグサ)(Festuca arundinacea;Wang,Z.Y.ら、Bio/Technology,10:691,1992);芝生(Agrostis palustris;Zhongら、Plant Cell Rep.、13:1,1993);及びコムギ(Triticum aestivum;Vasilら、Bio/Technology,10:667,1992;Weeks T.ら、Plant Physiol.,102:1077,1993;Beckerら、Plant J.,5:299,1994)を含むがこれらに限定されない多くの作物について記述されている。対象とする数多くの標的作物から安定なトランスジェニック植物を生産するために多くの形質転換法が使用でき、修正できることは当業者には明白である。
【0113】
植物の分析方法
形質転換植物を、本発明のプロモーター配列によってもたらされる対象遺伝子の存在及び発現レベル及び/又はプロフィールに関して分析する。当業者は、形質転換植物の分析のために使用できる数多くの方法を認知している。遺伝子発現を評価し、導入した遺伝子が組み込まれ、適切に機能して、予想されたように遺伝するかどうかを調べるために様々な方法が用いられる。本発明のために、プロモーターが作動可能に連結されている遺伝子の発現レベルを調べることによってプロモーターを評価することができる。レポーター遺伝子を用いた一過性アッセイ法によってプロモーター機能の予備的評価を調べることができるが、より決定的なプロモーター評価は安定な植物の分析から決定できる。植物分析のための方法は、サザンブロット又はノーザンブロット、PCRベースのアプローチ、生化学的分析、表現型スクリーニング法、圃場評価、及び免疫診断アッセイを含むが、これらに限定されない。
【0114】
PCRテクノロジー、ゲノムDNAの単離、発現構築物の構築、一過性アッセイ、及び植物形質転換法を含むがこれらに限定されない本発明の方法は当業者に周知であり、標準手法又はその修正を用いて実施される。
【0115】
グリホセート散布試験
1つの実施形態では、グリホセート耐性に関する温室又は圃場評価を実施する。「グリホセート」の語は、ここでは、親除草剤N−ホスホノメチルグリシン(グリホセート酸としても知られる)、その塩又はエステル、又は植物組織中でN−ホスホノメチルグリシンに変換される又はN−ホスホノメチルグリシンをイオン形態で(グリホセートイオンとしても知られる)提供する化合物を集合的に表わすために使用される。例示的に、ここで有用な水溶性グリホセート塩が、その開示が参照してここに組み込まれる、Franzへの米国特許第3,799,758号及び第4,405,531号に開示されている。本発明に従って使用できるグリホセート塩は、アルカリ金属、例えばナトリウム及びカリウム塩;アンモニウム塩;C1−16アルカリアンモニウム、例えばジメチルアンモニウム及びイソプロピルアンモニウム塩;C1−16アルカノアンモニウム、例えばモノエタノールアンモニウム塩;C1−16アルキルスルホニウム、例えばトリメチルスルホニウム塩;それらの混合物等を含むが、これらに限定されない。グリホセート酸分子は、異なるpKa値を持つ3個の酸部位を備える;従って一塩基、二塩基及び三塩基酸、又はそれらの混合物、又はあらゆる中間レベルの中和の塩が使用できる。
【0116】
グリホセート塩は水溶性であるので、一部では商業的に重要である。多くのアンモニウム、アルキルアンモニウム、アルカノアンモニウム、アルキルスルホニウム及びアルカリ金属塩が高度に水溶性であり、使用の時点で水に希釈することができる高度濃縮水溶液として製剤することができる。
【0117】
そのような濃縮水溶液は、酸当量(g a.e./l)で表わすと、グリホセート1リットル当たり約50から約500グラムを含みうる。より高いグリホセート濃度、例えば約300から約500g a.e./lが好ましい。
【0118】
グリホセート塩は代替的に、例えば粉末、顆粒、ペレット又は錠剤の形態で、水溶性又は水分散性組成物として製剤される。そのような組成物はしばしばドライ製剤として知られるが、「ドライ」の語はここでは完全に水分が存在しないことを意味すると理解すべきではない。典型的にはドライ製剤は約5重量%未満の水分、例えば約0.5重量%から約2重量%の水分を含む。そのような製剤は、使用時に水に溶解する又は分散することが意図されている。
【0119】
想定されるドライグリホセート製剤は、酸当量(%a.e.)で表わすと、約5重量%から約80重量%のグリホセートを含みうる。上記の範囲内のより高いグリホセート濃度、例えば約50%から約80%a.e.が好ましい。ドライ製剤を製造するために特に有用なグリホセートの塩はナトリウム及びアンモニウム塩である。
【0120】
本発明の植物処理組成物ならびに液体及びドライ濃縮物組成物は、任意に1つ又はそれ以上の所望する賦形剤成分を含みうる。グリホセート組成物のための特に有用な賦形剤成分は界面活性剤であり、これは植物の葉の比較的疎水性の表面に水性散布液を保持するのに役立ち、またグリホセートが葉のろう様の外層クチクラに浸透し、それによって葉の内部の生体組織に接触するのを助ける。界面活性剤は他の有用な機能も果たすことができる。
【0121】
本発明のグリホセート組成物において使用できる界面活性剤の種類又は化学分類に制限はない。非イオン性、陰イオン性、陽イオン性及び両性型、又はこれらのタイプの2つ以上の組合せがすべて、個々の状況において有用である。しかし一般には、少なくとも1つの界面活性剤が存在する場合には、陰イオン性以外である、すなわち少なくとも1つの界面活性剤は非イオン性、陽イオン性又は両性であることが好ましい。
【0122】
ここで有用な多くの界面活性剤は、各々が1個のC2−4アルキレンオキシド単位あるいはC2−4アルキレンオキシド単位の重合又は共重合鎖から成る、1つ又はそれ以上の部分を含む化学構造を備える。そのような界面活性剤はポリオキシアルキレン界面活性剤と称され、非イオン性、陰イオン性、陽イオン性及び両性型を含む。現在考慮される組成物において有用なポリオキシアルキレン界面活性剤は、約2個から約100個のC2−4アルキレンオキシド単位を含む。好ましいポリオキシアルキレン界面活性剤においては、アルキレンオキシド単位が、エチレンオキシド又は共重合エチレンオキシドのいずれかとプロピレンオキシドの1つ又はそれ以上の鎖を形成し、アルキレンオキシド単位の各々の鎖は末端ヒブリド基又はC1−4アルキル又はC1−4アルカノイル末端キャップを備える。
【0123】
本発明の組成物において有用な界面活性剤の疎水性部分は基本的に炭化水素ベースであり、この場合疎水性部分は典型的にはC8−24、好ましくはC12−18、アルキル、アルケニル、アルキルアリール、アルカノイル又はアルケノイル鎖である。これらの鎖は直鎖又は分枝でありうる。代替的には、疎水性部分は、例えばヘプタメチルトリシロキサン基のようなシロキサン基の形態でのシリコン原子、又は例えば部分的フッ素化アルキル又はペルフルオロアルキル鎖のようなフッ素原子を含みうる。
【0124】
非イオン性界面活性剤の中で、特に好ましいクラスは、ポリオキシエチレンアルキル、エトキシル化第一級又は第二級アルコール又はアルキルフェノールのようなアルケニル又はアルキルアリールエーテル、エトキシル化脂肪酸のようなポリオキシエチレンアルキル又はアルケニルエステル、ポリオキシエチレンソルビタンアルキルエステル、グリセリルアルキルエステル、スクロースエステル、アルキルポリグリコシド、等を含む。そのような非イオン性界面活性剤の代表的な特定例は、ポリオキシエチレン(9)ノニルフェノール、ShellのNeodol(商標)25−7(ポリオキシエチレン(7)C12−15直鎖第一級アルコール)、Union CarbideのTergitol(商標)15−S−9(ポリオキシエチレン(9)C12−15直鎖第二級アルコール)、ICIのTween(商標)20(ポリオキシエチレン(20)ソルビタンモノラウレート及びHenkelのAgrimul(商標)(C9−11アルキルポリグルコシド)を含む。
【0125】
陽イオン性界面活性剤の中で、特に好ましいクラスは、エトキシル化脂肪アミンのようなポリオキシエチレン第三アルキルアミン又はアルケニルアミン、第四アンモニウム界面活性剤、ポリオキシエチレンアルキルエーテルアミン、等を含む。そのような陽イオン界面活性剤の代表的な特定例は、ポリオキシエチレン(5)ココアミン、ポリオキシエチレン(15)獣脂アミン、塩化ジステアリルジメチルアンモニウム、臭化セチルトリメチルアンモニウム、メチルビス(2−ヒドロキシエチル)ココアンモニウムクロリド、N−ドデシルピリジンクロリド及びポリオキシプロピレン(8)エトキシトリメチルアンモニウムクロリドを含む。特に好ましいポリオキシエチレンアルキルエーテルアミンは、PCT特許公開第WO96/32839号に開示されているものである。様々な構造の多くの陽イオン性第四アンモニウム界面活性剤がグリホセートとの組合せで有用であることが当該技術において知られており、ここで考慮する組成物において使用できる;そのような第四アンモニウム界面活性剤は、式
(NRaRbRcRd)mAn
[式中、Aは、塩化物、臭化物、ヨウ化物、酢酸塩、硫酸塩又はリン酸塩のような適当な陰イオンであり、mとnは、陽イオン(NRaRbRcRd)の正電荷が陰イオンAの負電荷と釣り合うような整数であり、そしてRa、Rb、Rc及びRdについての選択肢は、限定を伴わずに:
(i)Raはベンジル又はC8−24、好ましくはC12−18、アルキル又はアルケニルであり、そしてRb、Rc及びRdは独立してC1−4アルキル、好ましくはメチルである;
(ii)RaとRbは独立してC8−24、好ましくはC12−18、アルキル又はアルケニルであり、そしてRcとRdは独立してC1−4アルキル、好ましくはメチルである;
(iii)RaはC8−24、好ましくはC12−18、アルキル又はアルケニルであり、Rbは約2個から約100個のC2−4アルキレンオキシド単位、好ましくはエチレンオキシド単位を備えるポリオキシアルキレン鎖であり、そしてRcとRdは独立してC1−4アルキル、好ましくはメチルである;
(iv)RaはC8−24、好ましくはC12−18、アルキル又はアルケニルであり、RbとRcは合計で約2個から約100個のC2−4アルキレンオキシド単位、好ましくはエチレンオキシド単位を備えるポリオキシアルキレン鎖であり、そしてRdはC1−4アルキル、好ましくはメチルである;若しくは
(v)Raは、C3−4アルキレンオキシド単位、好ましくはプロピレンオキシド単位が支配的である、約2個から約100個のC2−4アルキレンオキシド単位を備えるポリオキシアルキレン鎖であり、そしてRb、Rc及びRdは独立してC1−4アルキル、好ましくはメチル又はエチルである]、を含む。
【0126】
このタイプの特に好ましい第四アンモニウム界面活性剤は、Claudeらへの米国特許第5,464,807号に開示されている。
【0127】
1つの実施形態では、そのような第四アンモニウム界面活性剤と結合する陰イオンはグリホセート陰イオンでありうる。
【0128】
両性界面活性剤の中で、より正確には双性イオン性界面活性剤と称される当該技術において慣例的なものを含めて、特に好ましいクラスは、ポリオキシエチレンアルキルアミンオキシド、アルキルベタイン、アルキル置換アミノ酸、等を含む。そのような両性界面活性剤の代表的な例は、ドデシルジメチルアミンオキシド、ポリオキシエチレン(2)ココアミンオキシド及びステアリルジメチルベタインを含む。
【0129】
上述したクラスに限定されることなく、当業者が適当な界面活性剤を選択することができる標準的な参考文献ソースは、「工業界面活性剤ハンドブック(Handbook of Industrial Surfactants)」、第2版(1997)、Gower発行、「マッカチョンの乳化剤と界面活性剤(McCutcheon’s Emusifiers and Detergents)」、北米及び国際版(1997)、MC Publishing Company発行、及び「国産化粧品成分ディクショナリー(International Cosmetic Ingredient Dictionary)」、第6版(1995)、1及び2巻、the Cosmetic,Toiletry and Fragrance Association発行を含む。
【0130】
本発明の組成物の他の任意成分は、色、粘度、ゲル特性、凝固点、吸湿性、固化挙動、溶解速度、分散性、又は他の製剤特性を変化させるための作用物質を含む。
【0131】
グリホセートの市販製剤の例は、限定を伴わずに、すべてがグリホセートをそのイソプロピルアンモニウム塩として含む、ROUNDUP(登録商標)、ROUNDUP(登録商標) ULTRA、ROUNDUP(登録商標) CT、ROUNDUP(登録商標) EXTRA、ROUNDUP(登録商標) BIACTIVE、ROUNDUP(登録商標) BIOFORCE、RODEO(登録商標)、POLARIS(登録商標)、SPARK(登録商標)及びACCORD(登録商標)除草剤のようなMonsanto Companyによって市販されているもの;グリホセートをそのアンモニウム塩として含む、ROUNDUP(登録商標) DRY及びRIVAL(登録商標)除草剤のようなMonsanto Companyによって市販されているもの;グリホセートをそのナトリウム塩として含む、ROUNDUP(登録商標) GEOFORCEのようなMonsanto Companyによって市販されているもの;ならびにグリホセートをそのトリメチルスルホニウム塩として含む、TOUCHDOWN(登録商標)除草剤のようなZeneca Limitedによって市販されているものを含む。
【0132】
生物学的に有効なグリホセート製剤の施用率の選択は、通常の農業技術者の技術範囲内である。当業者は同様に、個々の植物条件、気象条件及び生育条件が本発明の方法を実施する際に達成される結果に影響を及ぼしうることを認識するであろう。20年以上にわたるグリホセートの使用とそのような使用に関する公表試験は、雑草防除実施者が個々の環境条件において個々の生育段階で個々の種に対して除草剤として有効なグリホセート施用率を選択することができる豊富な情報を提供してきた。
【0133】
本発明の方法は、グリホセートが除草剤又は植物成長調整剤として生物学的に有効であるあらゆる種に適用できる。これは世界中の極めて多様な植物種を包含する。同様に、本発明の組成物は、グリホセートが生物学的に活性であるあらゆる植物種に適用できる。
【0134】
1つの実施形態では、本発明のDNA構築物を含む植物にグリホセート含有除草剤を施用し、グリホセート除草剤に対する耐性に関して植物を評価する。あらゆるグリホセート製剤が本発明のDNA構築物を含む植物を試験するために使用できる。例えば、Roundup Ultra(商標)のようなグリホセート組成物が使用できる。植物のグリホセート耐性の評価のための試験パラメータは、多くの因子に依存して変化するであろう。因子は、グリホセート製剤の種類、製剤中で使用されるグリホセートの濃度と量、植物の種類、施用期間中の植物の生育段階、環境条件、施用方法、及び個々の製剤を施用する回数を含むが、これらに限定されない。例えば、散布施用法を用いて温室環境で植物を試験することができる。Roundup Ultra(商標)を使用する試験範囲は、8オンス/エーカー(4000平方メートル当たり257グラム)から256オンス/エーカー(4000平方メートル当たり7248グラム)を含むが、これらに限定されない。好ましい市販の有効範囲は、作物及び植物の生育段階に依存して、Roundup Ultra(商標)の16オンス/エーカー(4000平方メートル当たり453グラム)から64オンス/エーカー(4000平方メートル当たり1812グラム)でありうる。グリホセート製剤の少なくとも1回の施用により作物に散布することができる。綿の試験については、3葉期に32オンス/エーカー(4000平方メートル当たり906グラム)を1回施用し、後期生育段階で追加施用することができる。コムギについては、3−5葉期にRoundup Ultra(商標)の32オンス/エーカー(4000平方メートル当たり906グラム)を1回施用し、試験するコムギの種類に依存して、収穫前又は収穫後施用を実施することができる所望する商業的に有効なグリホセート耐性レベルを与える本発明の構築物を含む特定植物を見出すために、各々の作物について試験パラメータを至適化することができる。
【0135】
下記の実施例は、本発明の好ましい実施形態を明らかにするために提示するものである。当業者は、下記の実施例に開示されている手法は、本発明を実施する際に良好に機能するように発明者が発見した手法であることを認識するであろう。しかし当業者は、本開示に照らして、開示されている特定実施形態に多くの変更を加えることができ、本発明の精神と範囲から逸脱することなく同様の又は類似の結果を得られることを認識するはずであり、それ故記述されている又は添付の図面に示されている事柄はすべて例示と解釈すべきであり、制限的な意味に解釈してはならない。
【0136】
(実施例)
実施例1
使用するプラスミド構築物は、pUCクローニング構築物、又はori322のような大腸菌複製起点、oriV又はoriRiのような広い宿主レンジの複製起点、及びスペクチノマイシン又はストレプトマイシンに対する耐性を与える、Tn7アミノグリコシドアデニルトランスフェラーゼ(aadA)をコードするSpc/Strのような選択マーカー又はゲンタマイシン(Gm、Gent)選択マーカーのコード領域を含む二重ボーダー植物形質転換構築物のいずれかである。植物形質転換については、宿主細菌株はAgrobacterium tumefaciensABI又はLBA4404であった。
【0137】
遺伝子エレメントは次のように説明される:P−e35Sは、その全体が参照してここに組み込まれる米国特許第5,424,200号に述べられているような、−90−300領域の重複を含むCaMVからの35S RNAである;P−FMVは、その全体が参照してここに組み込まれる米国特許第5,378,619号に述べられているような、ゴマノハグサ(figwort)モザイクウイルスからのプロモーターである;P−eFMVは、P−FMVプロモーターの誘導体である;CTP2は、米国特許第5,633,435号に述べられているようなシロイヌナズナ(Arabidopsis)EPSPシンターゼのシグナルペプチド領域である;aroA:CP4syn(aroA:CP4)は、米国特許第5,633,435号に述べられているような又は特定植物種のコドン使用に基づいて植物における発現のためにさらに修飾されたCP4 EPSPのコード領域(合成配列)である;E9 3’は、ポリアデニル化シグナルとして機能するエンドウRbcS遺伝子の単離物の3’末端である;nosは、ポリアデニル化シグナルとして機能するノパリンシンターゼ遺伝子の3’末端である;Hsp70は、その全体が参照してここに組み込まれる米国特許第5,362,865号に述べられているようなPetunia hybridaからの非翻訳リーダー配列である;GUSは、大腸菌からのβ−グルクロニダーゼコード配列である(Jefferson,R.A,Proc.Natl.Acad.Sci.U.S.A.、83:8447−8451、1987);右ボーダー(RB)及び左ボーダー(LB)は、Agrobacterium tumefaciensオクトパイン及びノパリン菌株のTiプラスミドからである。P−AtAct2は、Arabidopsis thalianaアクチン2遺伝子からのプロモーターである;AtAct2iは、Arabidopsis thalianaアクチン2遺伝子の5’非翻訳領域(UTR)内のイントロンである;AtAct8は、Arabidopsis thalianaアクチン8遺伝子からのプロモーターである;AtAct2iは、Arabidopsis thalianaアクチン8遺伝子の5’UTR内のイントロンである;P−AtAct11は、Arabidopsis thalianaアクチン11遺伝子からのプロモーターである;AtAct11iは、Arabidopsis thalianaアクチン11遺伝子の5’UTR内のイントロンである;P−AtAct1aは、Arabidopsis thalianaアクチン1a遺伝子からのプロモーターであり、L−AtAct1aは、アクチン1a遺伝子のゲノムDNAからの非翻訳リーダー、I−AtAct1aはイントロンである;P−AtAct1bは、Arabidopsis thalianaアクチン1b遺伝子からのプロモーターであり、L−AtAct1bは、アクチン1b遺伝子のゲノムDNAからの非翻訳リーダー、I−AtAct1bはイントロンである;P−AtAct3は、Arabidopsis thalianaアクチン3遺伝子からのプロモーターであり、L−AtAct3は、アクチン3遺伝子のゲノムDNAからの非翻訳リーダー、I−AtAct3はイントロンである;P−AtAct7は、Arabidopsis thalianaアクチン7遺伝子からのプロモーターであり、L−AtAct7は、アクチン7遺伝子のゲノムDNAからの非翻訳リーダー、I−AtAct7はイントロンである;P−AtAct12は、Arabidopsis thalianaアクチン12遺伝子からのプロモーターであり、L−AtAct12は、アクチン12遺伝子のゲノムDNAからの非翻訳リーダー、I−AtAct12はイントロンである;P−AtEF1α(P−AtEF1又はEF1α)は、Arabidopsis thaliana延長因子遺伝子1αからのプロモーターであり、AtEF1α−i(AtEF1−i)は、Arabidopsis thaliana延長因子遺伝子1αの5’UTR内のイントロンである。
【0138】
図1から18は、1個から3個の植物発現カセットを含む植物形質転換構築物の例を示す。植物分子生物学の当業者は、過度の実験を必要とせずに、本発明のプロモーターと遺伝エレメントを含む植物発現カセットの多くの組合せを構築し、作物において試験することができる。図面に例示する構築物は作製しうる唯一の構築物と解釈すべきではなく、当業者にとっての例示としてのみ使用されるものである。図1(pCGN8086)は、対象とする1個の遺伝子(CTP2−aroA:CP4syn)に作動可能に連結された本発明の1個のプロモーター(P−AtAct8)を備える1個の発現カセットを含む植物形質転換構築物の例を提供する。図2(pMON45325)は、対象とする少なくとも1個の遺伝子(CTP2−aroA:CP4syn)に作動可能に連結された本発明の少なくとも1個のプロモーター(P−AtAct11)を備える2個の発現カセットを含む植物形質転換構築物の例を提供する。図3(pMON45331)は、対象とする少なくとも1個の遺伝子(CTP2−aroA:CP4syn)に作動可能に連結された本発明の1個のプロモーター(P−AtEF1プラスイントロン)を備える1個の発現カセットを含む植物形質転換構築物の例を提供する。図4(pMON45332)は、対象とする少なくとも1個の遺伝子(CTP2−aroA:CP4syn)に作動可能に連結された本発明の少なくとも1個のプロモーター(P−AtEF1プラスイントロン)を備える2個の発現カセットを含む植物形質転換構築物の例を提供する。図5(pMON9190)は、本発明の少なくとも2個のプロモーター(P−AtEF1プラスイントロン、AtEF1α−i;P−AtAct2プラスイントロン、AtAct2i)が対象とする少なくとも1個の遺伝子(CTP2−aroA:CP4syn)に作動可能に連結されており、P−eFMVプロモーターがCTP2−aroA:CP4synに作動可能に連結されている、3個の発現カセットを含む植物形質転換構築物の例を提供する。図6(pMON9153)の植物発現カセットは図4(pMON45332)に例示したものと同じであり、このプラスミドマップは、明細書に示すデータ表の中の植物表現型に関して表示したデータの発現カセットの同定のために例示している。図7(pCGN8099)は、対象とする遺伝子(aroA:CP4syn)の転写を推進する、本発明のハイブリッドプロモーター、P−FMV−AtEF1α及びP−e35S−AtAct8を備える2個の発現カセットを含む植物形質転換構築物の例を提供する。図8(pCGN8088)は、対象とする遺伝子(aroA:CP4syn)の発現を推進する、本発明の1個のプロモーター、P−AtAct8プラスイントロン、AtAct8i及びP−eFMVプロモーターを備える2個の発現カセットを含む植物形質転換構築物の例を提供する。図9(pCGN8068)は、対象とする遺伝子(aroA:CP4syn)の発現を推進する、本発明の1個のプロモーター、P−AtAct2プラスイントロン、AtAct2i及びP−eFMVプロモーターを備える2個の発現カセットを含む植物形質転換構築物の例を提供する。図10(pCGN8096)は、対象とする遺伝子(aroA:CP4syn)の転写を推進する、本発明のハイブリッドプロモーター、P−FMV/AtAct11及びP−e35S−AtAct8を備える2個の発現カセットを含む植物形質転換構築物の例を提供する。図11(pCGN9151)は、対象とする遺伝子(aroA:CP4syn)の転写を推進する、本発明のハイブリッドプロモーター、P−FMV−AtEF1α及びP−e35S−AtAct2を備える2個の発現カセットを含む植物形質転換構築物の例を提供する。図12(pMON10156)は、対象とするaroA:CP4syn遺伝子の発現を推進するP−eFMVプロモーターを備える1個の発現カセットを含む植物形質転換構築物の例を提供し、このベクターは本発明のプロモーター配列との比較のために使用する。図13(pMON52059)は、対象とする遺伝子(aroA:CP4syn)の発現を推進するハイブリッドプロモーター(P−FMV−AtEF1α)を備える1個の発現カセットを含む植物形質転換構築物の例を提供する。図14(pMON54952)は、対象とする少なくとも1個の遺伝子(CTP2−aroA:CP4syn)に作動可能に連結された本発明の1個のプロモーター(P−AtAct1aプラスAtAct1aイントロン)を備える1個の発現カセットを含む植物形質転換構築物の例を提供する。図15(pMON54953)は、対象とする少なくとも1個の遺伝子(CTP2−aroA:CP4syn)に作動可能に連結された本発明の1個のプロモーター(P−AtAct1bプラスAtAct1bイントロン)を備える1個の発現カセットを含む植物形質転換構築物の例を提供する。図16(pMON54954)は、対象とする少なくとも1個の遺伝子(CTP2−aroA:CP4syn)に作動可能に連結された本発明の1個のプロモーター(P−AtAct3プラスAtAct3イントロン)を備える1個の発現カセットを含む植物形質転換構築物の例を提供する。図17(pMON54955)は、対象とする少なくとも1個の遺伝子(CTP2−aroA:CP4syn)に作動可能に連結された本発明の1個のプロモーター(P−AtAct7プラスAtAct7イントロン)を備える1個の発現カセットを含む植物形質転換構築物の例を提供する。図18(pMON54956)は、対象とする少なくとも1個の遺伝子(CTP2−aroA:CP4syn)に作動可能に連結された本発明の1個のプロモーター(P−AtAct12プラスAtAct12イントロン)を備える1個の発現カセットを含む植物形質転換構築物の例を提供する。
【0139】
実施例2
クローニング構築物及びGUS構築物を表1に列挙する。シロイヌナズナアクチン2プロモーター及びイントロン(Anら、Plant J.10:107−121,1996に述べられているようなGenbankアクセス番号U41998)を、Arabidopsis thaliana Landsberg erecta DNAを鋳型として使用し(RogersとBendich,Plant.Mol.Biol.5:69,1998)、配列番号1(正プライマー)及び配列番号2(逆プライマー)を反応において次のように用いて単離した:0.5μg鋳型DNA、各プライマー25pmole、「ホットスタート」PCRのためのワックスビーズを使用するtaqポリメラーゼ(BMB,Indianapolis,IN)。PCR熱循環器条件は次のとおりであった:94℃で1分間;92℃で40秒間、55℃で1分間、72℃で1分30秒間の30サイクル;そして5分間の72℃伸長。PCR反応物をGeneCleanII(Bio101 Inc.,Vista,CA)を用いて精製し、HindIII及びNcoIで消化して、HindIII及びNcoIで消化した構築物pMON26149(表1)にライゲートした。プロモータークローンを配列確認し、生じた構築物をpMON26170(表1)と称した。
【0140】
【表1】
【0141】
実施例3
シロイヌナズナアクチン8プロモーター及びイントロン(Anら、Plant J.10:107−121,1996に述べられているようなGenbankアクセス番号U42007)を、Arabidopsis thaliana Landsberg erecta DNAを鋳型として使用し、配列番号3(正プライマー)及び配列番号4(逆プライマー)を用いて実施例2で述べたPCR条件と精製法によって単離した。実施例2で述べたように制限酵素を用いてプロモーターをクローン化し、配列確認して、生じた構築物をpMON26171(表1)と称した。
【0142】
実施例4
シロイヌナズナアクチン11プロモーター及びイントロン(Huangら、Plant Mol.Biol.,33:125−139,1997に述べられているようなGenbankアクセス番号U27981)を、Arabidopsis thaliana Landsberg erecta DNAを鋳型として使用し、配列番号5(正プライマー)及び配列番号6(逆プライマー)を用いて実施例2で述べたPCR条件と精製法によって単離した。制限酵素EcoRV及びNcoIを用いてプロモーターをクローン化し、pMON8677(表1)にライゲートして、配列確認し、生じた構築物をpMON48407(表1)と称した。
【0143】
実施例5
シロイヌナズナ延長因子1α(AtEF1α)プロモーター及びイントロン(Axelosら、Mol.Gen.Genet.219:106−112,1989;Curieら、NAR 19:1305−1310;Curieら、Plant Mol.Biol.18:1083−1089,1992;Curieら、Mol.Gen.Genet.238:428−436,1993に述べられているようなGenbankアクセス番号X16430)を、Arabidopsis thaliana Landsberg erecta DNAを鋳型として使用し、配列番号7(正プライマー)及び配列番号8(逆プライマー)を用いて実施例2で述べたPCR条件と精製法によって単離した。実施例2で述べたように制限酵素HindIII及びNcoIを用いてプロモーターをクローン化し、pMON26152(表1)にライゲートして、配列確認し、生じた構築物をpMON26177(表1)と称した。
【0144】
実施例6
上述した植物形質転換構築物をAgrobacteriumに交配した。綿の形質転換を、基本的に、その全体が参照してここに組み込まれるWO/0036911号に述べられているように実施した。シロイヌナズナの形質転換を、Yeら、Plant Journal 19:249−257,1999に述べられているように実施した。トマトの形質転換を、その全体が参照してここに組み込まれる米国特許第5,565,347号に述べられているように実施した。
【0145】
実施例7
DNA構築物を、Agrobacteriumを介した形質転換法のような適切な送達システムを通して対象とする標的作物に形質転換した(例えば、その全体が参照してここに組み込まれる米国特許第5,569,834号、その全体が参照してここに組み込まれる米国特許第5,416,011号、その全体が参照してここに組み込まれる米国特許第5,631,152号、その全体が参照してここに組み込まれる米国特許第5,159,135号、その全体が参照してここに組み込まれる米国特許第5,004,863号、及びその全体が参照してここに組み込まれる米国特許仮出願第60/111795号参照)。代替的には、パーティクルボンバードメント法が使用できる(例えば、すべてその全体が参照してここに組み込まれる、特許願第WO92/15765号、WO97/48814号及び欧州特許願第586,355号、米国特許第5,120,657号、5,503,398号、5,830,728号及び5,015,580号参照)。
【0146】
数多くの形質転換及び再生システムと方法が使用可能であり、当業者に周知である。安定に形質転換された植物と子孫を、生育室又は圃場環境で実施される商業的に有効な濃度のグリホセート製剤による散布試験を含むがこれに限定されない、当業者に既知の多くの分子、免疫診断、生化学及び/又は圃場評価法によって、対象組織における遺伝子の発現に関して分析する。
【0147】
実施例8
GUSアッセイを、当業者に既知の常套的な方法によって実施する(例えばJeffersonら、EMBO J.6:3901,1987参照)。綿については、R0植物を試験した。生育の様々な段階で組織をサイズ選別し、標本を分析用に保存した。めんの花蕾を採集し、雄性生殖組織標本(葯及び花糸)、雌性生殖組織標本(柱頭全体、花柱及び子房)、及び花冠(がく片及び花弁)を採取した。サイズ選別のために、各段階から小(0.5cm未満)、中(0.5から0.7cm)及び大(キャンドル段階又は開花)を含めたいくつかのサイズを含む3つの花蕾を選択した。葉の標本は綿植物を温室においてから約1から2週間後に採集し、他の標本は約1から2ヵ月後に採集した。最初の花は採集しなかった(最初の5つの結果位置は無傷のまま残した)。
【0148】
シロイヌナズナについては、V1植物を分析し、同型接合及び異型接合分離個体だけを試験した。構築物につき8から10の事象を分析した(1事象につき5植物)。シロイヌナズナについてのGUS結果は8−10事象の保存標本を表わす。開示した表(表2及び表3)中の数値は指定組織についての平均GUS発現を表わす(pmol/MU/分/mg)。
【0149】
実施例9
葉組織及び未成熟花蕾と花を含めた生殖組織におけるGUS発現に関して植物を分析した。結果を表2に示す。試験した構築物は、pMON48407(P−AtAct11+イントロン/GUS/nos)、pMON26170(P−AtAct2+イントロン/GUS/nos)、pMON26171(P−AtAct8+イントロン/GUS/nos)、pMON11750(e35S/GUS/nos)、pMON26177(P−EF1α+イントロン/GUS/nos)、及びpMON15737(P−FMV/GUS/nos)を含んだ。アクチン及び延長因子プロモーターは、生殖組織を含めた多くの組織において高いレベルのGUS発現をもたらした。
【0150】
【表2】
【0151】
実施例10
R0綿植物を、様々な生育段階にある選択組織においてGUSレポーター遺伝子の発現に関して試験した。花蕾をサイズによって段階付けた(小、中及び大;大=キャンドル及び開花)。雄ずい群は、雄性生殖組織であった。雌ずい群は、花床全体(柱頭、花柱及び子房)を含む雌性生殖組織であった。花冠標本はがく片と花弁で構成された。組織を調製し、実施例8で述べたようにGUSアッセイを実施した。結果を表3に要約する。試験した構築物は、pMON48407(P−EF1α+イントロン/gus/nos)、pMON26170(P−AtAct2+イントロン/gus/nos)、及びpMON48407(P−AtAct11+イントロン/gus/nos)を含んだ。
【0152】
pMON26177については6つの植物を試験し、平均GUS値を得た。pMON26170については20の植物を試験し、平均GUS値を得た。pMON48407については8つの植物を試験し、平均GUS値を得た。結果は、アクチン及び延長因子プロモーターが、特に生殖組織において、作動可能に連結した遺伝子の有効な発現のために使用できることを明らかにしている。
【0153】
【表3】
【0154】
実施例11
形質転換植物を、Roundup Ultra(商標)グリホセート製剤を使用し、Track Sprayer装置を用いて温室でも試験した(Roundup Ultra(商標)はMonsanto Companyの登録商標である)。植物は「2」本葉又はそれ以上の生育期にあり、葉を乾燥した後ROUNDUP(登録商標)散布を施用した。使用した製剤は、3ポンド(lb)/ガロンa.e.(酸当量)製剤としてのRoundup Ultra(商標)であった。使用した検定は次のとおりであった:
20ガロン/エーカー散布量について:
ノズル速度: 9501均一流量(evenflow)
散布圧: 40psi
散布高さ: 天蓋(canopy)の上部からノズルの先端まで18インチ
トラック速度: 1.1フィート/秒、1950−1.0の読み取りに相当する
製剤: Roundup Ultra(商標)(3ポンドa.e./ガロン)
散布濃度は所望する試験幅に依存して変化する。例えば、8オンス/エーカーの所望率の場合には、3.1ml/Lの作業液を使用し、64オンス/エーカーの所望率の場合には24.8ml/Lの作業幅を使用する。
【0155】
評価期間は、作物、植物の生育段階及び所望する耐性レベルに依存して変化する。
【0156】
実施例12
トマトの形質転換に使用した植物発現構築物を表4に列挙する。aroA:CP4グリホセート耐性遺伝子に作動可能に連結された少なくとも1個のアクチン又は延長因子プロモーター(イントロンを伴う)を備える構築物を含むトマト植物(T0)を、トランスジェニックトマト植物にグリホセート耐性を付与する効率に関して、グリホセート(Roundup Ultra(商標))製剤による温室グリホセート散布試験においてスクリーニングする。任意に、トマト植物に形質転換した、aroA:CP4グリホセート耐性遺伝子に作動可能に連結された少なくとも1個のアクチン又は延長因子プロモーター配列及びaroA:CP4に作動可能に連結されたeFMVカリモウイルスプロモーターを、グリホセート(Roundup Ultra(商標))の散布施用によってスクリーニングする。トマト植物に48オンス/エーカーを散布し、施用後2週間目に栄養耐性分析のため、施用後60日目までに生殖耐性分析のために評価した。結果を表4に示し、生殖耐性系統を選択する効率に従ってランク付けている。栄養耐性パーセントは、スクリーニングした中で、商業的候補として製剤中で作物栽培学的形質をさらに検討するのに十分とみなされるグリホセート被害に対する栄養耐性を示した系統のパーセンテージである。パーセント生殖耐性は、さらなる作物栽培学的評価のために十分とみなされる生殖耐性も同時に示した栄養耐性系統のパーセンテージである。すべての構築物が、トランスジェニックトマト植物に栄養耐性及び生殖耐性を与える上で機能的であることが証明された。プロモーターの様々な組合せは、この実験において栄養及び生殖耐性系統をスクリーニングによって選択しうる効率を高めることができる。シロイヌナズナEF1αプロモーターを含む構築物は、栄養耐性系統の高いパーセンテージとより特異的に結びつく。P−eFMV及びP−AtEF1αと組み合わせたP−Act2プロモーター(pCGN9190)は、この方法によってスクリーニングされる生殖耐性系統のパーセンテージ上昇をもたらした。
【0157】
【表4】
【0158】
トマト種子の収率を、トランスジェニックトマト植物にグリホセート耐性を与える上での、本発明において使用する様々なプロモーター配列及び発現カセットの組合せの効率の測定値として使用する。表5に、グリホセート耐性についてのaroA:CP4コード配列の発現を推進する本発明のプロモーターを備える構築物を含むトランスジェニックトマト植物に関する3つの圃場実験の結果を示している。実験1は、天然及び誘導体バージョン(P−eFMV)中にゴマノハグサモザイクウイルスプロモーター(P−FMV)及び本発明のプロモーター配列を試験するために使用する構築物においても認められる構築物中の付加遺伝エレメントを含む構築物から生産される植物の試験である。5’非翻訳配列及び葉緑体シグナルペプチドのソースのような付加遺伝エレメントも試験する。構築物pMON20998は、ペチュニアHsp70 5’UTRに連結されたP−eFMV、E9 3’終結領域に連結された、シロイヌナズナEPSPS葉緑体シグナルペプチドに連結されたリーダーを含む。構築物pMON20999は、プロモーターがP−FMVであるという点においてのみpMON20998と異なる。構築物pMON10156は、CTPがPetunia EPSPS葉緑体シグナルペプチド(CTP4)からのものであるという点においてのみpMON20998と異なる。構築物pMON45312は、リーダー配列が天然FMVリーダー配列であるという点においてのみpMON20998と異なる。
【0159】
トマト植物を圃場に列条に移植する。植物を圃場でRoundup除草剤により48オンス/エーカーの割合で散布処理する。果実からトマト種子を採集し、計量する。散布していないトマト系統を比較のための対照として使用し、各構築物の効率を対照のパーセンテージで表わす。実験1の結果(表5の欄1)は、FMVプロモーター及びP−eFMVが非散布対照の5から11%の種子産生だけをもたらすことを示している。実験2及び3は、様々な場所で本発明の構築物を試験している(表5の欄2及び3)。実験2は、実験1と同じ場所で試験しており、構築物pCGN8099(図7)、pCGN9151(図11)及びpCGN9190(図5)は非散布対照に比べて25から46%の種子を提供し、良好に機能した。より低温の生育期を有する、異なる場所で実施した実験3は、pCGN8068(図9)、pCGN8088(図8)、pCGN9153(図6)及びpMON45325(図2)が、非散布対照に比べて34−77%の正常な種子を結実させる十分なグリホセート耐性を付与しうることを明らかにした。
【0160】
【表5】
【0161】
実施例13
配列番号1から8及び配列番号13−21は、Arabidopsis thaliana Act1、Act2(Genbank #U41998)、Act3、Act7、Act8(Genbank #ATU42007)、Act11(Genbank #ATU27981)、Act12及びEF1α(Genbank #X16430)に関する公的に入手可能な配列情報から設計したPCRプライマーである。これらの配列を使用して、ポリメラーゼ連鎖反応(PCR)手法を用いて核酸配列を伸長する(例えば、Mullisら、Cold Spring Harbor Symp.Quant.Biol.51:263,1986;Erlichら、欧州特許願第50,424号、欧州特許願第84,796号、欧州特許願第258,017号、欧州特許願第237,362号;Mullisら、欧州特許願第201,184号;Mullisら、米国特許第4,683,202号、米国特許第4,582,788号;及びSaikiら、米国特許第4,683,194号参照)。多くのPCR増幅法が当業者に既知であり、既知配列に隣接する核酸配列を同定するために使用される。例えば、既知配列のコア領域に隣接する未知のDNA配列を増幅するために使用される逆PCR(IPCR)が記述されている。捕獲PCR(Lagerstrom M.ら、PCR Methods Applic.1:111,1991)及び歩行PCR(Parkerら、Nucleic Acids Res.19:3055,1991)のような他の方法も使用可能である。また多くの製造業者が、対象とする配列を同定するためにこれらの方法の修正に基づくキットを開発している。プライマー及びアダプター設計における改善、ポリメラーゼ酵素の改善、そして熱循環器の能力を含めた技術的進歩が、対象とする配列を単離するためのより迅速で効率的な方法を容易にした。
【0162】
【表6】
【0163】
Arabidopsis thalianaの幼植物の葉(1g)をCTAB緩衝液(Saghai−Maroofら、1984、PNAS 81:8014−8018)9ml中で均質化した。CTAB緩衝液は、100mM TrisHCl、pH7.8、700mM NaCl、50mM EDTA、1%CTAB(アルキルトリメチルアンモニウムブロミド)及び140mM 2−メルカプトエタノールを含んだ。65℃で90分間インキュベートした後、クロロホルム:イソアミルアルコール(24:1)4.5mlを加え、試料を10分間混合した。1500gで10分間遠心分離して水相を分離し、クロロホルム:イソアミルアルコールで再抽出した。2回目の遠心分離後、水相を、10mg/ml RNase A 50mlの入った(DNase不含)試験管に移し、室温で30分間インキュベートしてRNAを除去した。イソプロパノール6mlでDNAを沈殿させ、10mM TrisHCl緩衝液、pH8.5 1mlに再懸濁した。DNA溶液を等量のフェノールで1回、等量のクロロホルム:イソアミルアルコールで1回抽出した。遠心分離後、1/10容の酢酸ナトリウム(3M、pH5.2)を水層に加え、次いで2.5容のエタノールを加えた。DNAをフックし(hook)、70%エタノールで洗って、空気乾燥し、10mM TrisHCl緩衝液0.2mlに再懸濁した。
【0164】
シロイヌナズナゲノムDNA(100ng)をPCR反応物50mlにおいて使用した。表5aに示すプライマーを備える反応物は、0.2mM逆及び正プライマー溶液、200nM dNTP及びマグネシウムを含むPCR緩衝液、ならびにExpand(商標) High Fidelity PCR System(Roche Molecular Biochemicals)からのDNAポリメラーゼ混合物を含んだ。94℃での最初の2分間の変性後、反応物を94℃で0.5分間、55℃で0.5分間、及び72℃で1.5分間の35回のサイクルに供した。PCR産物を1%アガロースゲルでの電気泳動によって分析した。アクチン1a、アクチン1b、アクチン7、及びアクチン12配列を表わすゲル単離DNA断片をT4 DNAキナーゼでリン酸化し、脱リン酸化したSma I切断pUC19クローニング構築物にライゲートした。コロニーを適切な挿入物の存在に関してスクリーニングし、M13で配列決定してアクチンプロモーターの存在を確認した。選択したクローンをpMON54941(P−AtAct1a)、pMON54942(P−AtAct1b)、pMON54943(P−AtAct7)及びpMON54944(P−AtAct12)と称した。その後、アクチンプロモーターのDNA断片を、挿入配列を含むpUC19構築物のHind III及びNcoI消化によって遊離し、DNA断片をゲル単離して、同じ制限酵素で消化しておいたpMON26165にライゲートした。アクチン3プロモーター(P−AtAct3)についてのPCR産物をHind III及びNcoIで消化し、pMON26165に直接クローン化してpMON54951を形成した。pMON26165はGUS/nosターミネーター遺伝子セグメントを含む。プロモーターセグメントとのライゲーションは、植物細胞でのβ−グルクロニダーゼ酵素の発現により各プロモーターを機能的活性に関して検定することを可能にする。植物細胞、例えばタバコの葉のプロトプラストを単離することができる、若しくは植物細胞を葉、根、子葉、胚軸、胚芽、花又は貯蔵器官のような植物組織又は器官に含めることができる。
【0165】
これらのプロモーターによって推進されるGUSの発現レベルを、P−e35Sプロモーターによって推進されるGUSと比較してダイズ胚軸において検定する(表6)。プラスミドDNA/金粒子でダイズ胚軸に衝撃を与え、48時間後にGUS活性を組織化学的に検定した。このアッセイで試験したすべてのアクチンプロモーターが胚軸組織において機能的活性を示し、異種作物種でのトランスジーン発現のための有用性を明らかにしている。本発明のシロイヌナズナアクチン1a(pMON54952)、アクチン1b(pMON54953)、アクチン3(pMON54954)、アクチン7(pMON54955)及びアクチン12(pMON54956)プロモーターによって推進されるaroA:CP4 EPSPSを含む構築物を、作物におけるグリホセート耐性EPSPSの安定な発現のためにAgrobacteriumバイナリー植物形質転換構築物において調製した。これらの構築物をダイズ及び綿細胞に形質転換し、細胞を選択して、グリホセートを含む組織培養基上で植物に再生し、その後aroA:CP4蛋白質の発現及びグリホセート施用に対する耐性に関して検定する。商業的に許容されるグリホセート耐性を示す植物を、培養に適合させた生殖質にグリホセート耐性形質を転移するために従来の育種法によってさらに生育させる。
【0166】
【表7】
【0167】
実施例14
綿の収率は、スクエアリング(squaring)の最初の4から5週間のスクエアセットの数と相関する。さく(boll)を成熟させるためのこれらのスクエアの保持及び綿毛の収穫へのそれらの寄与が収率の鍵となる構成要素である。綿において除草剤耐性を与えるためのトランスジーン構築物の効果を調べるときには、さくの保持量が効果の測定値であり、望ましい形質である。本発明のプロモーターを含むトランスジェニック綿植物(表7)を温室環境においてさく保持に関して検定した。プロモーターは、グリホセート耐性表現型についてのaroA:CP4コード配列の発現を指令した。Agrobacteriumを介する方法又はパーティクルガン法によって植物を形質転換した。パーティクルガン構築物は、本発明のプロモーターからのβ−グルクロニダーゼ活性の組織化学的局在のために有用な付加GUS含有発現カセットを含んだ。トランスジェニック植物をグリホセート含有培地で再生し、活着培地で植物を発根させた。発根した小植物を鉢の土壌に植え付け、ハードニングオフ期間(hardening off period、徐々に寒気に当てて強くする期間)中生育室に移した。これらの植物系統からの種子を採集し、植え付けた。各系統から15の植物に、4葉期に48オンス/エーカーのグリホセートを散布した。各系統から少なくとも8の生存植物に、8葉期に再び48オンス/エーカーのグリホセートを散布した。成熟時に、最初の5つのさくについて最初の位置のさくの数を計数した。グリホセート散布後に最初の位置のさくの3又はそれ以上が保持されていた系統(植物マップ≧3)はさらなる試験へと進んだ。表7はこの試験から得られたデータを示す。マッピングした系統の数は、1回目のグリホセート散布施用に耐えて生存した系統の数を示す。商業的基準は、CTP2−aroA:CP4遺伝子/E9 3’の発現を推進するP−FMVプロモーターを含む1445系統(pMON17136)である。構築物pCGN8099、pCGN9153、pCGN8088、pCGN8068は、これらの構築物から試験した系統の14−35%が、さらなる作物栽培学試験へと進むのに十分な綿における生殖グリホセート耐性をもたらした。
【0168】
【表8】
【0169】
実施例15
綿の収率は、スクエアリングの最初の4から5週間のスクエアセットの数と相関する。さくを成熟させるためのこれらのスクエアの保持及び綿毛の収穫へのそれらの寄与が収率の鍵となる構成要素である。綿において除草剤耐性を与えるためのトランスジーン構築物の効果を調べるときには、さくの保持量が効果の測定値であり、望ましい形質である。本発明のプロモーターを含むトランスジェニック綿植物を、さく保持に関して2つの場所において圃場条件で検定した。トランスジェニック綿系統502−254−2(pCGN8068)、701−178−2(pCGN8068)、53−2(pCGN8088)、178−1(pCGN9153)及び60−1(pCGN9153)を、構築物pMON17136(P−FMV/CTP2−aroA:CP4/E93’)を含む1445(グリホセート耐性系統)及びPM1218BR(Paymaster1218交配母本)と比較し、野生型非トランスジェニック系統、Coker130を含めた。圃場デザインは、2うね×20から30フィート×3反復試験区から成る任意配列完全ブロック法である。グリホセートは、綿植物生育の8葉期に、1.12ポンドai/A=48オンス製品及び1.5ポンドai/A=64オンス製品の割合のRoundup Ultra(商標)製剤として施用する。綿試験区はすべて、雑草及び害虫防除に関して、ならびに植付け時期、受精、灌漑、PGR使用及び摘葉のような作物栽培学的投入要素に関して積極的に管理する。マッピングする各試験区の中央の2つのうねのまん中から10の植物(各うねから5ずつ)を無作為に選んで、保持されているさくの各々の位置をマッピングしてさく保持パーセントを決定する。最初のマッピングは最初の開花後4週間目(中間シーズンマップ)に実施し、2回目のマッピングは収穫時に実施すべきである。収集したデータは、トランスジェニック綿系統のグリホセートに対する生殖耐性の指標として計数する,下部の5つの開花節(flowering node)上の最初の位置のさくの数を含む。表8は、本発明のプロモーターがさく保持に関してトランスジェニック綿植物に付与した利益を示す。この増強された生殖耐性は、綿毛収率の上昇(図9)及び種子収率の上昇(図10)ももたらした。
【0170】
【表9】
【0171】
【表10】
【0172】
【表11】
【0173】
実施例16
CTP2−aroA:CP4コード配列の発現を推進するハイブリッドプロモーターP−FMV−AtEF1α(図13、pMON52059)及びP−FMV/CTP2−aroA:CP4/E93’(pMON15737)の効果をトランスジェニックArabidopsis thalianaにおいて比較した。トランスジェニックArabidopsis thaliana植物を真空浸透によって生成し(Bechtoldら、C R Acad Paris Life Sci 316:1194−1199)、種子を、植物の正常な成長と発育を可能にする24℃、16時間光(120μEm−2s−1)サイクルに調整した生育室のトレー上で鉢の土壌に植え付けた。pMON52059 V1事象グリホセート耐性トランスジェニックシロイヌナズナ植物を24オンス/エーカーの割合のグリホセート除草剤散布施用によって選択し、生存植物を個々の鉢に移植した。8つのpMON52059 V1植物と8つのpMON15737同型接合植物に、抽台所見に対応して、約16日後に24オンス/エーカーの割合で2回目の散布を行った。2回目の散布は、生殖耐性を与える2つの構築物の効果を測定するものである。グリホセート施用の栄養作用に関して植物を観察した。すべての植物が完全な栄養耐性を有しており、異常な花は認められなかった。しかし、長角果の発育停止の発生は、発育停止した長角果においては種子が定植していなかったことを示唆した。各々の植物が産生した長角果と種子を含む長角果(稔性長角果)の総数を計数し、表にまとめた。結果を表9に示すが、ハイブリッドプロモーターpMON52059は稔性長角果の10倍以上の改善を明らかにし、pMON15737の8%に対して89%であったことが認められる。稔性結果構造の数は生産されうる種子の量に関係し、これは収率が種子数に関連する作物において特に重要である。綿、ダイズ、キャノーラ、コムギ及びトウモロコシなどの作物は、グリホセートに対する生殖耐性が良好な収率にとって不可欠である作物である。
【0174】
【表12】
【0175】
実施例17
ヒマワリ(Helianthus anuus L.)は油及び食品として作物栽培学的に重要な作物である。本発明の構築物pMON45325(図2)、pMON45332(図4)及びpMON45331(図3)をヒマワリに形質転換した。Agrobacteriumを介したヒマワリの形質転換が報告されている(Schrammeijerら、Plant Cell Reports,9:55−60,1990;EP 0 486 234号)。トランスジーン発現構築物による植物形質転換の当業者に既知の方法は、胚軸、頂端分裂組織、原形質、及び他のヒマワリ組織を含みうる。トランスジェニックヒマワリ系統SFB250−27は、pMON20999(P−FMV/CTP2−aroA:CP4/E93’)発現カセット;SFB288−01を含み、SFB295−09はpMON45325(P−FMV/CTP2−aroA:CP4/E93’::P−AtAct11+イントロン/CTP2−aroA:CP4/E93’)を含み;SFB289−01はpMON45332(P−AtEF1α+イントロン/CTP2−aroA:CP4/E93’::P−eFMV/CTP2−aroA:CP4/E93’)を含み;SFB303−08、SFB303−09、SFB303−11及びHA300Bは、pMON45331(P−AtEF1α+イントロン/CTP2−aroA:CP4/E9)を含む。これらの系統をグリホセート耐性に関して試験し、図12に示している。
【0176】
ヒマワリにおけるグリホセートへの生殖耐性は、正常穂のパーセント、パーセント正常穂サイズ及び花粉産生の関数として測定できる。これらの植物にV−4及びV−8葉期に0.32オンス/エーカー又は64オンス/エーカーの割合でグリホセートを散布する。ヒマワリ植物をグリホセートに対する栄養耐性に関して評価する。栄養耐性は、植物生育のV4及びV8の両方の段階で32及び64オンス/エーカーレベルのグリホセート産婦に達する。
【0177】
栄養グリホセート耐性トランスジェニックヒマワリ系統を、穂の数、パーセント正常穂、パーセント正常穂サイズ、及びパーセント正常放出花粉に関してスコアリングする。これらの形質を1つの場所での圃場試験において採点する。穂のスコアと花粉産生をまとめたものを表12に示す。本発明の構築物から選択された系統はより高いパーセントの正常穂、概してより高いパーセントの正常穂サイズ及びより良好な放出花粉を示す。
【0178】
【表13】
【0179】
実施例18
適切なプロモーター調節に必要なシス作用性調節エレメントは多くの手段によって同定することができる。1つの方法では、プロモーターの領域を取り除く欠失分析を実施し、断片をプロモーター活性に関して検定する。トランケートされたプロモーターの活性が元のプロモーター断片に比べて変化している場合には、DNA断片はプロモーター領域にとって必要とみなされる。この欠失分析を通して、転写の正又は負の調節に必要なDNAの小さな領域を同定することができる。プロモーター配列モチーフも同定でき、作動可能に連結された転写可能配列の発現を調節するためこれらのシスエレメントを含むように新規プロモーターを設計することができる。例えば、その全体が参照してここに組み込まれる米国特許第5,223,419号、その全体が参照してここに組み込まれる米国特許第4,990,607号、その全体が参照してここに組み込まれる米国特許第5,097,025号参照。
【0180】
代替的なアプローチは、同様の発現プロフィールを持つプロモーター間で類似配列を捜すことである。活性の重複パターンを備えるプロモーターは共通調節機序を有しうる。MEME、SIGNAL SCAN又はGENE SCANを含むがこれらに限定されないいくつかのコンピュータプログラムが、プロモーター間で保存された配列モチーフを同定するために使用できる。これらのモチーフは、プロモーターを調節するように働く転写因子の結合部位でありうる。ひとたび配列モチーフが同定されれば、それらの機能を検定することができる。例えば、モチーフが正しいプロモーター機能にとって必要であるかどうかを調べるためにモチーフ配列をプロモーターから欠失させることができる。代替的に、モチーフを最小プロモーターに付加して、それが転写を活性化するのに十分であるかどうかを調べることもできる。疑わしい負の調節エレメントを、活性プロモーターに付加してプロモーター活性の低下を調べることにより、その能力を試験することができる。一部のシス作用性調節エレメントは機能するための他のエレメントを必要とすると考えられる。それ故、当業者に既知の数多くの方法によって多数のエレメントを様々な組合せで試験することができる。
【0181】
ひとたび機能的プロモーターエレメントが同定されれば、蛋白質結合に影響を及ぼすようにヌクレオチドレベルで修飾することができる。修飾は、そのプロモーターからの転写レベルに影響を及ぼすより高い又はより低い親和性結合を生じさせることができる。
【0182】
プロモーターエレメントは付加的に又は共力作用的にプロモーター活性に影響を及ぼすように働きうる。これに関して、異なる5’調節領域からのプロモーターエレメントを縦列に配置して、異なる活性スペクトル又は異なる発現プロフィールを持つプロモーターを得ることができる。従って、異種ソースからのプロモーターエレメントの組合せあるいは同様のエレメント又は同じエレメント重複は、作動可能に連結された転写可能配列のより高いレベルの発現をもたらすことができる。例えば、プロモーターエレメントを多量体化して、そのプロモーターエレメントによって影響されるパターンでの発現レベルを特異的に高めることができる。
【0183】
新規設計された5’調節エレメントを備える発現構築物を構築するために必要な技術的方法は当業者に既知である。設計されたプロモーターを発現構築物において試験し、新規プロモーターをGUSのような適当なレポーター遺伝子に作動可能に連結して、一過性植物アッセイにおいて検定することにより、一過性に試験する。新規プロモーターを対象とする1個又はそれ以上の遺伝子に作動可能に連結し、1個又はそれ以上の付加調節エレメントと共に植物形質転換構築物に組み込んで、適当なDNA送達システムにより対象とする標的植物に形質転換する。安定形質転換された植物とその後の子孫を、所望する特性を評価するために適当な数多くの分子、免疫診断、生化学、表現型、又は圃場方法によって評価する。
【0184】
本発明の原理を例示し、説明したが、そのような原理から逸脱することなく本発明をそのアレンジと詳細において変更しうることは当業者には明白であろう。我々は、付属の特許請求の範囲の精神と範囲内にあるすべての変更を特許請求する。
【0185】
この明細書の中で引用したすべての公表文献及び公開特許資料は、個々の公表文献又は特許願が参照して組み込まれることを個別に示唆されているのと同じように、参照してここに組み込まれるものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】 pCGN8086のプラスミドマップである。
【図2】 pMON45325のプラスミドマップである。
【図3】 pMON45331のプラスミドマップである。
【図4】 pMON45332のプラスミドマップである。
【図5】 pCGN9190のプラスミドマップである。
【図6】 pCGN9153のプラスミドマップである。
【図7】 pCGN8099のプラスミドマップである。
【図8】 pCGN8088のプラスミドマップである。
【図9】 pCGN8068のプラスミドマップである。
【図10】 pCGN8096のプラスミドマップである。
【図11】 pCGN9151のプラスミドマップである。
【図12】 pMON10156のプラスミドマップである。
【図13】 pMON52059のプラスミドマップである。
【図14】 pMON54952のプラスミドマップである。
【図15】 pMON54953のプラスミドマップである。
【図16】 pMON54954のプラスミドマップである。
【図17】 pMON54955のプラスミドマップである。
【図18】 pMON54956のプラスミドマップである。
【配列表】
Claims (10)
- 配列番号:28に記載された配列を含むキメラプロモーター。
- 請求項1記載のキメラプロモーター;構造DNA配列;およびRNA配列の3'末端にポリアデニル化ヌクレオチドの付加を生じるように植物中で機能する3'非−翻訳領域を含む発現カセットを含むDNA構築物であって、ここに、該構造遺伝子が該キメラプロモーターおよび該3'非−翻訳領域に作動可能に連結している該DNA構築物。
- 該構造DNA配列が除草剤耐性遺伝子である請求項2記載のDNA構築物。
- 該除草剤耐性遺伝子がグリホセート耐性遺伝子である請求項3記載のDNA構築物。
- 該グリホセート耐性遺伝子がEPSPシンターゼ遺伝子またはグリホセート・オキシドレダクターゼ遺伝子である請求項4記載のDNA構築物。
- 該グリホセート耐性遺伝子がaroA:CP4遺伝子である請求項4記載のDNA構築物。
- 該構造DNA配列が昆虫制御遺伝子である請求項2記載のDNA構築物。
- 該昆虫制御遺伝子がバチルス・チューリンギエンシス(Bacillus thuringiensis)に由来する請求項7記載のDNA構築物。
- 植物において構造DNA配列を発現させる方法であって、
(1)請求項2ないし8のいずれか1項に記載のDNA構築物を供し;
(2)該DNA構築物を植物細胞に導入し;ついで
(3)該植物細胞を再生して、該構造DNA配列が植物において発現可能であるように植物を生成する
ことを含む該方法。 - 雑草を制御する方法であって、
(1)請求項4ないし6のいずれか1項に記載のDNA構築物で形質転換した作物植物を供し;ついで
(2)該作物植物を害することなく雑草を防除するのに十分な量のグリホセートを該作物植物に施用することを含む該方法。
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