JP5804420B2 - 植物の生育促進およびバイオマス量の増加に関与する遺伝子ならびにその利用方法 - Google Patents
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Description
すなわち、本発明は、下記(1)〜(11)の発明を含むものである。
(a)配列番号1または配列番号2に示す塩基配列からなるDNA。
(b)配列番号1または配列番号2に示す塩基配列からなるDNAに相補的な塩基配列からなるDNAとストリンジェントな条件下でハイブリダイズするDNA。
(c)配列番号1または配列番号2に示す塩基配列に対して80%以上の同一性を有する塩基配列からなるDNA。
(d)配列番号3に示すアミノ酸配列からなるタンパク質をコードするDNA。
(e)配列番号3に示すアミノ酸配列において1または数個のアミノ酸が欠失、置換、付加もしくは挿入またはこれらの組合せにより配列に変異が生じているアミノ酸配列からなるタンパク質をコードするDNA。
(f)配列番号3に示すアミノ酸配列に対して80%以上の同一性を有するアミノ酸配列からなるタンパク質をコードするDNA。
本発明に係る遺伝子は、植物の生育を促進し、かつ植物のバイオマス量を増加させる機能を有するタンパク質をコードする。好ましくは、配列番号1または配列番号2に示す塩基配列からなるDNAを含む遺伝子をいう。配列番号1に記載の塩基配列は、シロイヌナズナC24(Arabidopsis thaliana C24)に由来する該遺伝子(以下、Vita1遺伝子とも言う)のタンパク質コード配列(CDS)の全塩基配列である。配列番号2に記載の塩基配列は、Vita1遺伝子のcDNAの全塩基配列である。
以下、本発明に係るVita1遺伝子を含むベクター、プラスミド等の詳細について説明する。
本発明に係る形質転換体は、Vita1遺伝子の発現が増強されている。なお、本明細書において「形質転換体」は、後に詳細に述べるが、主に植物細胞、カルスまたは植物体等の、植物に係る形質転換体を指す。
本発明に係る形質転換体は、該遺伝子の発現が増強されたことによって、植物の生育が促進され、かつそのバイオマス量が増加する。
このような相同組み換え用ベクターを用いて、植物細胞を形質転換し、ポジティブ・ネガティブ選択によって目的の形質転換体を得ることができる。
本発明に係る、Vita1遺伝子の発現が強化された形質転換植物体の作出方法について、以下詳細に説明する。本発明に係る形質転換植物体の作出方法は、特に、形質転換された植物体(植物体全体)の作出方法であり、植物細胞中のVita1遺伝子の発現を増強し、該植物細胞から植物体を再生する形質転換植物体の作出方法に関する。
本発明に係る、生育促進植物体のスクリーニング方法について以下詳細に説明する。本発明に係る、生育促進植物体のスクリーニング方法は、植物体の一部におけるVita1遺伝子の発現量を検出する工程を含む。
本実施例1では、NO2濃度とVita1遺伝子の発現量との関係について説明する。
本実施例2では、Vita1遺伝子とNOxに応答した植物の生育促進およびバイオマス量の増加との関連に係る実施例について説明する。
本実施例3では、Vita1遺伝子過剰発現シロイヌナズナに係る実施例について説明する。
まず、Vita1遺伝子のクローニング、および該遺伝子を用いたアグロバクテリウムの形質転換について説明する。シロイヌナズナ(Arabidopsis thaliana ecotype C24)の全RNA溶液(250ng/μL)4μLを、65℃で10分間処理し、氷上で冷却した。その後、この全RNA溶液に、Oligo(dT)20プライマーを1.0μL(終濃度0.5μM)、5×バッファー(商品名:Rever Tra Aceに添付の緩衝液、東洋紡株式会社製)を4μL、dNTP(各2.5mM)を4μL、100U/μLの逆転写酵素(商品名:Rever Tra Ace、東洋紡株式会社製)を1μL添加した。得られた混合物を、42℃で45分間反応させ、cDNAを得た。
まず、それぞれの植物体の調製を行った。バーミキュライトおよびパーライトを等体積割合で入れた混合土50gをポットに入れ、さらに、該混合土に、1000倍希釈したハイポネックス((株)ハイポネックスジャパン社製)50mLを添加した。シロイヌナズナの野生株(Arabidopsis thaliana ecotype columbia)の種子を4℃で一晩吸水させたものを、1ポットあたり、5〜6粒ずつ蒔いた。その後、1ポットずつラップで覆い、温度22℃、光条件16h明所/8h暗所のインキュベーターで維持し、発芽させた。徐々にラップを外していき、10日目までに完全に外した。また、週に2度、1000倍希釈したハイポネックス50mLを供給した。
その結果、図5に示すように、Vita1遺伝子を過剰発現した植物体では、野生株に比べてシュートバイオマスが増加することが分かった。
これらの結果から、環境中のNOx濃度に関わらず、Vita1遺伝子の発現が増強された植物体は、野生株と比べて生育が促進され、そのバイオマス量が増加することが明らかとなった。
トマト(Solanum lycopersicum)の野生株のNOx応答性について検討した。
トマト(Solanum lycopersicum)の野生株がNOxに応答して、そのバイオマス量が増加することを確認するために、トマト(品種:Micro−Tom、Solanum lycopersicum)の野生株を50ppb±10ppbのNOx濃度環境下および5ppb未満のNOx濃度環境下で栽培した。栽培条件は、実施例2と同様である。
その結果、図6に示すように、トマト(Solanum lycopersicum)を50ppb±10ppbのNOx濃度環境下で96日間栽培すると、5ppb未満のNOx濃度環境下で栽培した場合に比べて、果実収量(個体あたりの総果実数)が約1.4倍に増加した。これにより、トマト(Solanum lycopersicum)についてもNOxに応答して、そのバイオマス量が増加することが確認された。
また、詳述したように、NOxによる植物の生育促進およびバイオマス量の増加には、Vita1遺伝子が関与していることから、NOxに応答してバイオマス量が増加するトマトについても、Vita1遺伝子を導入することにより、バイオマス量を増加させるものと推測される。
次に、レタス(Lactuca sativa)、ヒマワリ(Helianthus annuus)、キュウリ(Cucumis sativus)、カボチャ(Cucurbita moschata)、ニコチアナ・プランバジニフォーリア(Nicotiana plumbaginifolia)、ケナフ(Hibiscus cannabinus)およびシロイヌナズナC24(Arabidopsis thaliana C24)の野生株それぞれについて、NOx応答性を検討した。
具体的には、レタス(Lactuca sativa)およびシロイヌナズナC24(Arabidopsis thaliana C24)の野生株は、50ppb±10ppbのNO2濃度環境下で栽培した。キュウリ(Cucumis sativus)およびケナフ(Hibiscus cannabinus)の野生株は、100ppb±50ppbのNO2濃度環境下で栽培した。ニコチアナ・プランバジニフォーリア(Nicotiana plumbaginifolia)の野生株は、150ppb±50ppbのNO2濃度環境下で栽培した。ヒマワリ(Helianthus annuus)およびカボチャ(Cucurbita moschata)の野生株は、200ppb±50ppbのNO2濃度環境下で栽培した。
以上の結果から、レタス(Lactuca sativa)、ヒマワリ(Helianthus annuus)、キュウリ(Cucumis sativus)、カボチャ(Cucurbita moschata)、ニコチアナ・プランバジニフォーリア(Nicotiana plumbaginifolia)、ケナフ(Hibiscus cannabinus)およびシロイヌナズナC24(Arabidopsis thaliana C24)といった、トマト以外の野菜等の植物でも、Vita1遺伝子を導入することにより、そのバイオマス量および作物の収量を増加するものと推測される。
本実施例4では、Vita1遺伝子組み換えトマト(Solanum lycopersicum)に係る実施例について説明する。上記の実施例3で作製した、pVita1AまたはpVita1Bを保持するアグロバクテリウムGV2260を用いたVita1遺伝子組み換えトマト(形質転換植物体)の作出について説明する。
このように、Vita1遺伝子の発現を増強することによって、トマトの果実の数及び重量ともに増加し、トマトの収量が増加することが明らかとなった。
さらに、NOxに応答して植物体の生育が促進されかつ収量が増加するシロイヌナズナおよびトマトはともに、Vita1遺伝子の発現を増強することによって植物の生育が促進され、かつバイオマス量が増加したことから、NOxに応答して植物の生育が促進される他の植物においても同様にVita1遺伝子の発現を増強することによって植物の生育が促進され、かつバイオマス量が増加するものと推察される。
配列番号5:Designed oligonucleotide primer for PCR
配列番号6:Designed oligonucleotide primer for PCR
配列番号7:Designed oligonucleotide primer for PCR
配列番号8:Designed oligonucleotide primer for PCR
配列番号9:Designed oligonucleotide primer for PCR
Claims (5)
- 植物体の生育を促進し、かつ植物体のバイオマス量を増加させる機能を有するタンパク質をコードする、以下の(a)ないし(e)のいずれかに記載のDNAを含む特定の遺伝子の発現が増強された形質転換植物体であって、
内在性の該特定の遺伝子とは別に1コピー以上の該特定の遺伝子を導入すること、および/または、該特定の遺伝子を含むベクターを導入することにより、該特定の遺伝子の発現が増強され、
植物体の生育が促進し、かつ植物体のバイオマス量が増加したことを特徴とする、形質転換植物体。
(a)配列番号1または配列番号2に示す塩基配列からなるDNA。
(b)配列番号1または配列番号2に示す塩基配列からなるDNAに相補的な塩基配列からなるDNAとストリンジェントな条件下でハイブリダイズするDNA。
(c)配列番号1または配列番号2に示す塩基配列に対して90%以上の同一性を有する塩基配列からなるDNA。
(d)配列番号3に示すアミノ酸配列からなるタンパク質をコードするDNA。
(e)配列番号3に示すアミノ酸配列において1から5個のアミノ酸が欠失、置換、付加もしくは挿入またはこれらの組合せにより配列に変異が生じているアミノ酸配列からなるタンパク質をコードするDNA。 - 前記形質転換植物体は、キク科植物、ナス科植物、アカザ科植物、イネ科植物、アブラナ科植物、マツ科植物、スギ科植物、トウヒ科植物、ヒノキ科植物、フトモモ科植物、ヤナギ科植物、ウリ科植物またはアオイ科植物のいずれかの植物に由来することを特徴とする、請求項1に記載の形質転換植物体。
- 請求項1に記載の形質転換植物体の子孫またはクローン。
- 植物体の生育を促進し、かつ植物体のバイオマス量を増加させる機能を有するタンパク質をコードする、以下の(a)ないし(e)のいずれかに記載のDNAを含む、植物細胞中の特定の遺伝子の発現を増強する工程であって、植物細胞に、内在性の該特定の遺伝子とは別に1コピー以上の該特定の遺伝子を導入すること、および/または、該特定の遺伝子を含むベクターを導入することにより、該特定の遺伝子の発現を増強する工程と、
該植物細胞から植物体を再生または育成する工程と、
を含むことを特徴とする、植物体の生育促進およびバイオマス量増加方法。
(a)配列番号1または配列番号2に示す塩基配列からなるDNA。
(b)配列番号1または配列番号2に示す塩基配列からなるDNAに相補的な塩基配列からなるDNAとストリンジェントな条件下でハイブリダイズするDNA。
(c)配列番号1または配列番号2に示す塩基配列に対して90%以上の同一性を有する塩基配列からなるDNA。
(d)配列番号3に示すアミノ酸配列からなるタンパク質をコードするDNA。
(e)配列番号3に示すアミノ酸配列において1から5個のアミノ酸が欠失、置換、付加もしくは挿入またはこれらの組合せにより配列に変異が生じているアミノ酸配列からなるタンパク質をコードするDNA。 - 植物体の生育を促進し、かつ植物体のバイオマス量を増加させる機能を有するタンパク質をコードする、以下の(a)ないし(e)のいずれかに記載のDNAを含む、植物体の一部における特定の遺伝子の発現量を検出する工程を含む生育促進植物体のスクリーニング方法。
(a)配列番号1または配列番号2に示す塩基配列からなるDNA。
(b)配列番号1または配列番号2に示す塩基配列からなるDNAに相補的な塩基配列からなるDNAとストリンジェントな条件下でハイブリダイズするDNA。
(c)配列番号1または配列番号2に示す塩基配列に対して90%以上の同一性を有する塩基配列からなるDNA。
(d)配列番号3に示すアミノ酸配列からなるタンパク質をコードするDNA。
(e)配列番号3に示すアミノ酸配列において1から5個のアミノ酸が欠失、置換、付加もしくは挿入またはこれらの組合せにより配列に変異が生じているアミノ酸配列からなるタンパク質をコードするDNA。
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