JP6374176B2 - Recombinant vector for use in plants and use thereof - Google Patents

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  • Breeding Of Plants And Reproduction By Means Of Culturing (AREA)

Description

本明細書は、植物体に用いる組換えベクター及びその利用に関する。   The present specification relates to a recombinant vector used for a plant and its use.

植物において染色体における遺伝子の相同組換え、すなわち、意図した染色体上の部位における外来遺伝子の導入は生じうるが、その確率は低いとされている。意図した遺伝子の組み込み状態及び遺伝子発現を得るには、相同組換え体を得ることが必要である。また、こうした相同組換え体を効率的に選択できるとともに、本来的に植物体に必要でない選択マーカー遺伝子が染色体上から排除されるべきである。   In plants, homologous recombination of genes on chromosomes, that is, introduction of foreign genes at the intended chromosomal site can occur, but the probability is low. In order to obtain the intended state of gene integration and gene expression, it is necessary to obtain homologous recombinants. In addition, such a homologous recombinant can be efficiently selected, and a selection marker gene that is not essentially necessary for a plant should be excluded from the chromosome.

そこで、植物体において、組換え体を選択するための選択マーカーの除去と相同組換えの効率向上を意図した手法が種々試みられている。   Therefore, various methods have been attempted that are intended to remove the selection marker for selecting a recombinant and to improve the efficiency of homologous recombination in the plant.

相同組換え用のターゲティングベクターに、組換え体を選択できるポジティブ選択マーカーと、非相同組換え体を高頻度にて致死させることで削除できるネガティブ選択マーカーとを組み込むことで、効率的に相同組換え体を選択できる手法が開示されている(特許文献1)。また、ポジティブ選択マーカーを導入した組換え植物体を部位特異的組換え系を導入した組換え植物体と交配させることで、交配植物体の細胞内で部位特異的組換え酵素を発現させることでポジティブ選択マーカーを染色体から排除することが開示されている(特許文献1)。さらに、こうしたポジティブ選択マーカーの除去を効率化するために、部位特異的組換え系を化学的誘導系プロモーター等で誘導発現させることも開示されている(特許文献2)。   By incorporating a positive selection marker that can select recombinants into the targeting vector for homologous recombination and a negative selection marker that can be deleted by killing non-homologous recombinants at high frequency, A technique capable of selecting a substitute is disclosed (Patent Document 1). In addition, by crossing a recombinant plant introduced with a positive selection marker with a recombinant plant introduced with a site-specific recombination system, a site-specific recombinant enzyme can be expressed in the cells of the hybrid plant. It is disclosed that a positive selection marker is excluded from a chromosome (Patent Document 1). Furthermore, in order to make removal of such a positive selection marker efficient, it is also disclosed that a site-specific recombination system is inducibly expressed with a chemical induction system promoter or the like (Patent Document 2).

なお、相同組換えを意図したものではないが、組換え用のベクターに組換え体を選択できるポジティブ選択マーカーとして、光誘導型プロモーターの制御下で不定芽を形成する遺伝子を用いることで組換えの安全性を確保するとともに効率化することも記載されている(特許文献3)。このベクターには、化学的誘導系プロモーターの制御下に連結された部位特異的組換え系遺伝子を保持することで、外部からの発現誘導によりポジティブ選択マーカーを削除することも開示されている(特許文献3)。   Although not intended for homologous recombination, recombination can be achieved by using a gene that forms adventitious buds under the control of a light-inducible promoter as a positive selection marker that can select recombinants for recombination vectors. It is also described to ensure safety and improve efficiency (Patent Document 3). This vector also discloses that a site-specific recombination system gene linked under the control of a chemical induction system promoter is retained to delete a positive selection marker by external expression induction (patent) Reference 3).

国際公開第2003/020940International Publication No. 2003/020940 特開2008−253254号公報JP 2008-253254 A 特開2000−83680号公報JP 2000-83680 A

しかしながら、依然として、植物体における相同組換え体を取得する効率は必ずしも十分ではなかった。本発明者らが、種々検討したところ、特許文献2記載のCreリコンビナーゼなどの部位特異的組換え系の発現誘導系では、誘導前のプロモーター活性の十分な抑制ができずに、部位特異的組換え酵素が発現してしまうことがわかった。意図せず部位特異的組換え系が発現してしまうため、相同組換え体を選択するのに不可欠なポジティブ選択マーカーがポジティブ−ネガティブ選択工程の途中で失われる可能性が推測された。すなわち、相同組換えに成功したにも関わらず、組換え細胞の選択・増殖の前にポジティブ選択マーカーが失われていることが推測された。加えて、確率の低い相同組換えが生じる以前に細胞に導入された相同組換えベクターからもポジティブ選択マーカーが失われ相同組換えの成功の確率がさらに低下することも予測された。   However, the efficiency of obtaining homologous recombinants in plants has not always been sufficient. As a result of various studies by the present inventors, the site-specific recombination expression expression system such as Cre recombinase described in Patent Document 2 cannot sufficiently suppress the promoter activity before induction, and site-specific assembly It was found that the enzyme was expressed. Since a site-specific recombination system was unintentionally expressed, it was speculated that a positive selection marker essential for selecting a homologous recombinant could be lost during the positive-negative selection process. That is, it was speculated that despite the success of homologous recombination, the positive selection marker was lost before selection and growth of recombinant cells. In addition, it was also predicted that the positive selection marker was lost from homologous recombination vectors introduced into cells before low probability homologous recombination occurred, further reducing the probability of successful homologous recombination.

そして、こうしたポジティブ選択マーカーの意図しない除去により、結果として、相同組換え体を効率的に取得できないことの原因になっていることが予測された。   Then, it was predicted that the unintended removal of such a positive selection marker resulted in the inability to efficiently obtain homologous recombinants.

本明細書は、相同組換え体などの組換え植物体をより効率的に作製する技術を提供する。より具体的には、相同組換え体を取得するためのポジティブ−ネガティブ選択システムにおいて、ポジティブ選択マーカーを除去するための部位特異的組換え系の発現の制御等を改善して、簡便かつ高頻度にて相同組換えからポジティブ−ネガティブ選択までのプロセスをより効果的に実施できる技術を提供する。   The present specification provides a technique for more efficiently producing a recombinant plant such as a homologous recombinant. More specifically, in a positive-negative selection system for obtaining a homologous recombinant, the control of expression of a site-specific recombination system for removing a positive selection marker is improved, and it is simple and frequently performed. Provides a technique capable of more effectively performing processes from homologous recombination to positive-negative selection.

本発明者らは、組換え体の作製プロセスにおいて、部位特異的組換え系の発現の抑制と促進のスイッチングに着目して検討したところ、カルスの未分化状態では抑制され再分化に近い状態において活性化するプロモーターの制御下に部位特異的組換え酵素遺伝子を保持するようにベクターを構築することで、ポジティブ選択マーカーを必要時において確実に保持すること及びその後は高効率にて除去できるという知見を得た。また、この結果、相同組換え体作製効率の低下を回避しつつ部位特異的組換え系によるポジティブ選択マーカーの削除効率を飛躍的に高めることができるという知見を得た。本明細書は、これらの知見に基づき以下の教示を提供する。   In the process of producing recombinants, the present inventors examined by focusing on the switching between suppression and promotion of expression of site-specific recombination systems. Finding that a vector can be constructed to retain a site-specific recombinase gene under the control of an activating promoter, so that positive selection markers can be reliably retained when necessary and then removed with high efficiency. Got. In addition, as a result, it was found that the efficiency of deletion of the positive selection marker by the site-specific recombination system can be dramatically increased while avoiding the reduction of the homologous recombinant production efficiency. This specification provides the following teachings based on these findings.

(1)植物体に用いる相同組換えベクターであって、
組換え体であることを肯定するポジティブ選択マーカー領域と、
非相同組換え体であることを肯定し削除するネガティブ選択マーカー領域と、
部位特異的組換え酵素領域と、
前記ポジティブ選択マーカー領域及び前記部位特異的組換え酵素領域を除去するための部位特異的組換え系と、
を備え、
前記部位特異的組換え系を組織分化誘導性プロモーターの制御下に備える、相同組換えベクター。
(2)前記組織分化誘導性プロモーターは、光誘導型プロモーターである、(1)に記載の相同組換えベクター。
(3)前記組織分化誘導性プロモーターは、緑化組織分化誘導性プロモーターである、(1)又は(2)に記載の相同組換えベクター。
(4)前記組織分化誘導性プロモーターは、LP2遺伝子プロモーターである、(1)〜(3)のいずれかに記載の組換えベクター。
(5)植物体に用いるランダム組換えベクターであって、
組換え体であることを肯定するポジティブ選択マーカーを発現するための領域と、
前記ポジティブ選択マーカー領域及び部位特異的組換え酵素領域を除去するための部位特異的組換え系と、
を備え、
前記部位特異的組換え系を組織分化誘導性プロモーターの制御下に備える、組換えベクター。
(1) A homologous recombination vector used for a plant body,
A positive selectable marker region that affirms that it is a recombinant, and
A negative selectable marker region that affirms and deletes a non-homologous recombinant,
A site-specific recombinase region;
A site-specific recombination system for removing the positive selectable marker region and the site-specific recombinase region;
With
A homologous recombination vector comprising the site-specific recombination system under the control of a tissue differentiation inducible promoter.
(2) The homologous recombination vector according to (1), wherein the tissue differentiation-inducing promoter is a light-inducible promoter.
(3) The homologous recombination vector according to (1) or (2), wherein the tissue differentiation inducible promoter is a greening tissue differentiation inducible promoter.
(4) The recombinant vector according to any one of (1) to (3), wherein the tissue differentiation-inducing promoter is an LP2 gene promoter.
(5) A random recombinant vector used for a plant body,
A region for expressing a positive selectable marker affirming that it is recombinant;
A site-specific recombination system for removing the positive selectable marker region and the site-specific recombinase region;
With
A recombinant vector comprising the site-specific recombination system under the control of a tissue differentiation-inducible promoter.

(6)相同組換え植物体の作製方法であって、
前記植物体が未分化状態を維持できかつ前記組織分化誘導性プロモーターを活性化しない未分化環境下で、所望の導入領域を組換え可能に保持する(1)に記載の相同組換えベクターを前記植物体に導入し、前記ネガティブ選択マーカー及び前記ポジティブ選択マーカーを利用して第1の相同組換え植物体を取得する工程と、
前記第1の相同組換え植物体を、前記植物体の分化を誘導できかつ前記組織分化誘導性プロモーターを活性化できる分化誘導環境下で培養して部位特異的組換えが生じた第2の相同組換え植物体を取得する工程と、
を備える、作製方法。
(7)ランダム組換え植物体の作製方法であって、
前記植物体が未分化状態を維持できかつ前記分化誘導性プロモーターを活性化しない未分化環境下で、所望の導入領域を組換え可能に保持する(5)に記載のランダム組換えベクターを前記植物体に導入し、前記ポジティブ選択マーカーを利用して第1のランダム組換え植物体を取得する工程と、
前記第1のランダム組換え植物体を、前記植物体の分化を誘導できかつ前記組織分化誘導性プロモーターを活性化できる分化誘導環境下で培養して部位特異的組換えが生じた第2のランダム組換え植物体を取得する工程と、
を備える、作製方法。
(6) A method for producing a homologous recombinant plant,
The homologous recombination vector according to (1), wherein the plant body can maintain a desired introduction region in an undifferentiated environment in which the plant body can maintain an undifferentiated state and does not activate the tissue differentiation-inducing promoter. Introducing into a plant and obtaining a first homologous recombination plant using the negative selection marker and the positive selection marker;
A second homologous product in which site-specific recombination has occurred by culturing the first homologous recombination plant in a differentiation-inducing environment capable of inducing differentiation of the plant and activating the tissue differentiation-inducible promoter. Obtaining a recombinant plant;
A manufacturing method comprising:
(7) A method for producing a random recombinant plant,
The random recombination vector according to (5), wherein the plant body is maintained in an undifferentiated state and retains a desired introduction region in an undifferentiated environment in which the differentiation-inducible promoter is not activated. Introducing into the body and using the positive selection marker to obtain a first random recombinant plant;
A second random plant in which site-specific recombination has occurred by culturing the first random recombinant plant in a differentiation-inducing environment capable of inducing differentiation of the plant and activating the tissue differentiation-inducible promoter. Obtaining a recombinant plant;
A manufacturing method comprising:

相同組換えベクターの概要を示す図である。It is a figure which shows the outline | summary of a homologous recombination vector. 相同組換えベクターを用いた組換えの概要を示す図である。It is a figure which shows the outline | summary of the recombination using a homologous recombination vector. ランダム組換えベクターの概要を示す図である。It is a figure which shows the outline | summary of a random recombination vector. ランダム組換えベクター用いた組み換えの概要を示す図である。It is a figure which shows the outline | summary of the recombination using a random recombination vector. エストラジオール誘導型Cre発現ユニットの構築を示す図である。It is a figure which shows the structure of an estradiol induction type | mold Cre expression unit. 光及び緑化組織誘導型Cre発現ユニットの構築を示す図である。It is a figure which shows construction | assembly of a light and greening tissue induction type | mold Cre expression unit. Cre−loxP部位特異的組換え評価用ベクターの構造を示す図である。It is a figure which shows the structure of the vector for Cre-loxP site-specific recombination evaluation. Cre−loxP部位特異的組換え評価用ベクター(ポジティブコントロールベクター)の構造とイネ培養細胞における評価試験結果を示す図である。It is a figure which shows the structure of the vector for a Cre-loxP site-specific recombination evaluation (positive control vector), and the evaluation test result in a rice cultured cell. Cre−loxP部位特異的組換え評価用ベクター(ネガティブコントロールベクター)の構造とイネ培養細胞における評価試験結果を示す図である。It is a figure which shows the structure of the vector for Cre-loxP site-specific recombination evaluation (negative control vector), and the evaluation test result in a rice cultured cell. エストラジオール誘導型Cre発現ユニットの評価試験を示す図である。It is a figure which shows the evaluation test of an estradiol induction type | formula Cre expression unit. エストラジオール誘導型Cre発現ユニットの誘導条件の検討結果を示す図である。It is a figure which shows the examination result of the induction | guidance | derivation conditions of an estradiol induction type Cre expression unit. PCR解析によるpZEN21を導入したイネカルスにおけるCre−loxP組換えの検出を示す図である。It is a figure which shows the detection of Cre-loxP recombination in the rice callus which introduce | transduced pZEN21 by PCR analysis. 光及び緑化組織誘導型LP2プロモーターによるCre発現ベクターの構造とCre発現を示す図である。It is a figure which shows the structure and Cre expression of a Cre expression vector by a light and greening tissue induction type LP2 promoter. ターゲティング遺伝子改変用基本ベクターを示す図である。It is a figure which shows the basic vector for targeting gene modification. OsRacGEF1遺伝子改変用ベクター及びコントロールベクターを示す図である。It is a figure which shows the vector for OsRacGEF1 gene modification | change, and a control vector. セルフマーカーフリー型OsRacGEF1遺伝子改変用ターゲティングベクター及びコントロールベクターを示す図である。It is a figure which shows the targeting vector and control vector for self marker free type | mold OsRacGEF1 gene modification. セルフマーカーフリーターゲティングシステムによるOsRacGEF1遺伝子の改変を示す図である。It is a figure which shows the modification | change of OsRacGEF1 gene by a self marker free targeting system. OsRacGEF1遺伝子改変用のセルフマーカーフリー型遺伝子改変ターゲティングベクターを持つT−DNA領域のランダム挿入を示す図である。It is a figure which shows the random insertion of the T-DNA area | region which has a self marker free type gene modification targeting vector for OsRacGEF1 gene modification. PCR解析によるOsRacGEF1ターゲティング改変体の選抜を示す図である。It is a figure which shows selection of the OsRacGEF1 targeting variant by PCR analysis. PCR解析によるマーカー遺伝子削除の成否判定結果を示す図である。It is a figure which shows the success / failure determination result of marker gene deletion by PCR analysis.

本明細書の開示は、植物体に用いる組換えベクター及びその利用に関する。詳しくは、相同組換え体などの組換え植物体をより効率的に作製する技術に関する。より具体的には、相同組換え体を取得するためのポジティブ−ネガティブ選択システムにおいて、ポジティブ選択マーカーを除去するための部位特異的組換え系の発現の制御を改善して、確実にポジティブ−ネガティブ選択を介した相同組換え遺伝子領域からポジティブ選択マーカー遺伝子削除までのプロセスをより効果的に実施できる技術に関する。   The disclosure of the present specification relates to a recombinant vector used in a plant and use thereof. Specifically, the present invention relates to a technique for more efficiently producing a recombinant plant such as a homologous recombinant. More specifically, in the positive-negative selection system for obtaining homologous recombinants, the control of the expression of the site-specific recombination system for removing the positive selection marker is improved to ensure positive-negative. The present invention relates to a technique capable of more effectively performing a process from selection to homologous recombination gene region to deletion of a positive selection marker gene.

本明細書の開示は、植物体から組換えに用いた選択マーカーを排除するにあたり、部位特異的組換え系を組織の分化誘導により活性化する組織分化誘導性プロモーターの制御下に備えることを特徴とする。   The disclosure of the present specification is characterized by comprising a site-specific recombination system under the control of a tissue differentiation-inducible promoter that is activated by inducing differentiation of a tissue in order to eliminate a selection marker used for recombination from a plant body. And

部位特異的組換え系を誘導するスイッチとしては、従来、化学誘導系プロモーターが主として用いられてきたが、このプロモーターの発現抑制が相同組換え工程において不十分であって選択マーカーが意図せず喪失していること、及びその結果、効率的に相同組換え体が得られないことは、知られていなかった。すなわち、本発明者らは、効率的に組換え植物体、特に相同組換え植物体を得るには、部位特異的組換え系の確実な抑制と活性化の確実なスイッチングの実現をすることが予想以上に重要であることを見出した。   Conventionally, a chemical induction promoter has been mainly used as a switch for inducing a site-specific recombination system, but the suppression of the expression of this promoter is insufficient in the homologous recombination process and the selection marker is lost unintentionally. It has not been known that, and as a result, homologous recombinants cannot be efficiently obtained. That is, the present inventors can achieve reliable suppression of site-specific recombination system and reliable switching of activation in order to efficiently obtain recombinant plants, particularly homologous recombinant plants. I found it more important than expected.

そして、本発明者らは、さらに、組換え植物体の作製プロセスは、未分化状態の植物体に遺伝子を導入して組換えを生じさせた後、組織分化を誘導することにも着目し、こうしたプロセスを利用して部位特異的組換え系の発現抑制と活性化のスイッチングを行うことが有利であることを見出したのである。   Further, the inventors of the present invention also pay attention to that the process of producing a recombinant plant body induces tissue differentiation after introducing a gene into an undifferentiated plant body to cause recombination, It has been found that it is advantageous to use such a process to suppress the expression and switch the activation of the site-specific recombination system.

本明細書は、こうした知見を具現化する手段として、植物体用の組換えベクターと、組換え植物体の作製方法等を提供する。   This specification provides a recombinant vector for a plant, a method for producing a recombinant plant, and the like as means for realizing such knowledge.

本明細書において「植物」とは、植物界に属する生物の総称であり、葉緑体、硬い細胞壁、豊富な永続性の胚的組織の存在、および運動する能力がない生物により特徴付けられる。典型的には、植物体は、細胞壁の形成・葉緑体による同化作用をもつ顕花植物をいう。「植物」は、単子葉植物および双子葉植物のいずれも含む。単子葉植物としては、イネ科植物が挙げられる。好ましい単子葉植物としては、トウモロコシ、コムギ、イネ、エンバク、オオムギ、ソルガム、ライムギ及びアワが挙げられ、さらに好ましくは、トウモロコシ、コムギ、イネが挙げられるが、これらに限定されない。コムギには、従来法では形質転換体を得ることが困難であったコムギ品種農林61号も含まれる。   As used herein, “plant” is a general term for organisms belonging to the plant kingdom, and is characterized by chloroplasts, hard cell walls, the presence of abundant permanent embryonic tissue, and organisms that are not capable of motility. Typically, a plant body refers to a flowering plant having cell wall formation and anabolism by chloroplasts. “Plant” includes both monocotyledonous and dicotyledonous plants. Monocotyledonous plants include gramineous plants. Preferred monocotyledonous plants include corn, wheat, rice, oat, barley, sorghum, rye and millet, and more preferably, corn, wheat and rice are not limited thereto. Wheat includes wheat cultivar Norin 61, for which it was difficult to obtain transformants by conventional methods.

双子葉植物としては、アブラナ科植物、マメ科植物、ナス科植物、ウリ科植物、ヒルガオ科植物が挙げられるが、これらに限定されない。アブラナ科植物としては、ハクサイ、ナタネ、キャベツ、カリフラワーが挙げられるが、これらに限定されない。好ましいアブラナ科植物は、ハクサイおよびナタネである。特に好ましいアブラナ科植物は、ナタネである。マメ科植物としては、ダイズ、アヅキ、インゲンマメ、ササゲが挙げられるが、これらに限定されない。好ましいマメ科植物は、ダイズである。ナス科植物としては、トマト、ナス、バレイショが挙げられるが、これらに限定されない。好ましいナス科植物は、トマトである。ウリ科植物としては、マクワウリ、キュウリ、メロン、スイカが挙げられるが、これらに限定されない。好ましいウリ科植物は、マクワウリである。ヒルガオ科植物としては、アサガオ、カンショ、ヒルガオが挙げられるが、これらに限定されない。好ましいヒルガオ科植物は、アサガオである。   Examples of dicotyledonous plants include cruciferous plants, legumes, eggplants, cucurbits and convolvulaceae, but are not limited thereto. Brassicaceae plants include but are not limited to Chinese cabbage, rapeseed, cabbage and cauliflower. Preferred cruciferous plants are Chinese cabbage and rapeseed. A particularly preferred cruciferous plant is rapeseed. Leguminous plants include, but are not limited to, soybean, azuki bean, kidney bean, and cowpea. A preferred legume is soybean. Examples of solanaceous plants include, but are not limited to, tomatoes, eggplants, and potatoes. A preferred solanaceous plant is tomato. Cucurbitaceae plants include, but are not limited to, cucumber, cucumber, melon and watermelon. A preferred cucurbitaceae plant is cucumber. Convolvulaceae plants include, but are not limited to, morning glory, sweet potato and convolvulus. A preferred convolvulaceae plant is morning glory.

さらに、植物種の例としては、ナス科、イネ科、アブラナ科、バラ科、マメ科、ウリ科、シソ科、ユリ科、アカザ科、セリ科、ヒルガオ科、キク科などの植物が挙げられる。さらに、本発明において使用され得る植物種の例としては、任意の樹木種、任意の果樹種、クワ科植物(例えば、ゴム)、およびアオイ科植物(例えば、綿花)が挙げられる。   Furthermore, examples of plant species include plants such as solanaceous, gramineous, cruciferous, rose, leguminous, cucurbitaceae, lily, lily, redwood, convolvulaceae, and chrysanthemum. . Furthermore, examples of plant species that can be used in the present invention include any tree species, any fruit tree species, mulberry plants (eg, rubber), and mallow (eg, cotton).

アブラナ科の植物の例としては、Raphanus、Brassica、Arabidopsis、Wasabia、またはCapsellaに属する植物が挙げられ、例えば、大根、アブラナ、シロイヌナズナ、ワサビ、ナズナなどを含む。   Examples of cruciferous plants include plants belonging to Raphanus, Brassica, Arabidopsis, Wasabia, or Capsella, and include, for example, radish, rape, Arabidopsis thaliana, horseradish, and tuna.

イネ科の植物の例としては、Oryza、Triticum、Hordeum、Secale、Saccharum、Sorghum、またはZeaに属する植物が挙げられ、例えば、イネ、オオムギ、ライムギ、サトウキビ、ソルガム、トウモロコシなどを含む。   Examples of gramineous plants include plants belonging to Oryza, Triticum, Hordeum, Secale, Saccharum, Sorghum, or Zea, and include, for example, rice, barley, rye, sugarcane, sorghum, corn, and the like.

植物体は、植物個体、植物器官、植物組織、植物細胞、および種子のいずれをも意味する。植物器官の例としては、根、葉、茎、および花などが挙げられる。植物細胞の例としては、カルスおよび懸濁培養細胞が挙げられる。なお、第1の相同組換え植物体、第1のランダム組換え植物体等の表現においては、植物体は、当業者の技術常識に基づいて植物細胞、植物組織、植物器官等として理解される。   The plant body means any plant individual, plant organ, plant tissue, plant cell, and seed. Examples of plant organs include roots, leaves, stems and flowers. Examples of plant cells include callus and suspension culture cells. In the expression of the first homologous recombination plant, the first random recombination plant, etc., the plant is understood as a plant cell, plant tissue, plant organ, etc. based on the technical common sense of those skilled in the art. .

本明細書において、単に組換えとは、特に特定されない場合、相同組換え及びランダム組換えの双方を含んでいる。   In the present specification, simply recombination includes both homologous recombination and random recombination unless otherwise specified.

本明細書において、「領域」の語は、所定のタンパク質をコードするDNA等の核酸領域、所定のタンパク質をコードする領域と当該領域の翻訳等によりタンパク質として発現させることができるような他の領域とを備える核酸領域、それ自体で相同組換えを実行させることができる核酸領域、意図的な遺伝子改変や外来性タンパク質などをコードする核酸領域、所定の機能を持つRNAの転写配列を含むDNA等の核酸領域など、本明細書における組換えにおいて、それ自体で機能的でありうる核酸領域に対して用いる。   In this specification, the term “region” refers to a nucleic acid region such as DNA encoding a predetermined protein, a region encoding a predetermined protein, and other regions that can be expressed as a protein by translation of the region. A nucleic acid region that can carry out homologous recombination by itself, a nucleic acid region that encodes an intentional genetic modification or a foreign protein, DNA containing a transcription sequence of RNA having a predetermined function, etc. In the recombination in this specification, it uses for the nucleic acid region which may be functional by itself.

(植物に用いる組換えベクター)
本明細書に開示される、植物に用いる組換えベクターは、植物ゲノムへのランダムな外来性核酸(導入領域)の導入を意図したランダム組換えベクターと、ゲノム上の特定の標的部位への外来性核酸(導入領域)の導入を意図した相同組換えベクター(ターゲティングベクター)とを包含している。図1A及び図2Aに、相同組換えベクター及びランダム組換えベクターの概要をそれぞれ示す。後述するように、両者の相違は、相同組換えベクターにはゲノムの標的部位に当該ベクター上の外来性の導入領域を相同組換えを介して挿入するための相同組換え領域を有しているのに対し、ランダム組換えベクターは、ターゲティングのための相同組換え領域を有していない点、ターゲティングベクターは、は組換えを肯定するポジティブ選択マーカー領域と非相同組換えを肯定するネガティブ選択マーカー領域とを有しているのに対し、ランダム組換えベクターは、組換えを肯定するポジティブ選択マーカー領域のみを有する点において少なくとも相違する。さらに、相同組換えベクターは、ネガティブ選択マーカー領域を備えているのに対し、ランダム組換えベクターは、ネガティブ選択マーカー領域を備えていない点においても相違する。
(Recombinant vectors for plants)
The recombinant vector used in plants disclosed in this specification includes a random recombinant vector intended for introduction of a random exogenous nucleic acid (transduction region) into a plant genome, and a foreign vector to a specific target site on the genome. And a homologous recombination vector (targeting vector) intended to introduce a sex nucleic acid (transduction region). The outline | summary of a homologous recombination vector and a random recombination vector is shown to FIG. 1A and FIG. 2A, respectively. As described later, the difference between the two is that the homologous recombination vector has a homologous recombination region for inserting an exogenous introduction region on the vector into the target site of the genome via homologous recombination. In contrast, random recombination vectors do not have a homologous recombination region for targeting. Targeting vectors have a positive selectable marker region that affirms recombination and a negative selectable marker that affirms nonhomologous recombination. Random recombination vectors differ at least in having only a positive selectable marker region that affirms recombination. Furthermore, the homologous recombination vector has a negative selection marker region, whereas the random recombination vector does not have a negative selection marker region.

以下、図1に示す相同組換えベクターについてまず説明し、その後、図2に示すランダム組換えベクターについて説明する。   Hereinafter, the homologous recombination vector shown in FIG. 1 will be described first, and then the random recombination vector shown in FIG. 2 will be described.

図1Aに示すように、相同組換えベクターは、相同組換えカセットを備えている。相同組換えカセットは、概して、公知のベクター上の一部に備えられている。例えば、相同組換えベクターがアグロバクテリウム媒介性のベクターの場合には、T−DNAの右側境界であるRB及び左側境界であるLBの間に備えられる。   As shown in FIG. 1A, the homologous recombination vector includes a homologous recombination cassette. The homologous recombination cassette is generally provided in a part on a known vector. For example, when the homologous recombination vector is an Agrobacterium-mediated vector, it is provided between the RB that is the right boundary and the LB that is the left boundary of T-DNA.

(ポジティブ選択マーカー領域)
図1Aに示すように、相同組換えベクターは、組換え体であることを肯定するポジティブ選択マーカー領域を備えている。
(Positive selection marker area)
As shown in FIG. 1A, the homologous recombination vector has a positive selectable marker region that affirms that it is a recombinant.

選択マーカーは、一般に、ベクターなどの核酸構築物を含む宿主細胞を選択する指標として機能する遺伝子をいう。選択マーカーとしては、例えば、蛍光マーカー、発光マーカー、および薬剤耐性選択マーカーが挙げられるが、これらに限定されない。「蛍光マーカー」としては、緑色蛍光プロテイン(GFP)、青色蛍光プロテイン(CFP)、黄色蛍光プロテイン(YFP)および赤色蛍光プロテイン(dsRed)のような蛍光タンパク質をコードする遺伝子が挙げられるが、これらに限定されない。「発光マーカー」としては、ルシフェラーゼのような発光タンパク質をコードする遺伝子が挙げられるが、これらに限定されない。「薬剤耐性選択マーカー」としてはヒポキサンチングアニンホスホリボシルトランスフェラーゼ(hprt)、ジヒドロ葉酸還元酵素遺伝子、グルタミンシンセターゼ遺伝子、アスパラギン酸トランスアミナーゼ、メタロチオネイン(MT)、アデノシンデアミナーゼ(ADA)、アデノシンデアミナーゼ(AMPD1,2)、キサンチン−グアニン−ホスホリボシルトランスフェラーゼ、UMPシンターゼ、P−グリコプロテイン、アスパラギンシンテターゼ、およびオルニチンデカルボキシラーゼをコードする遺伝子が挙げられる。   A selectable marker generally refers to a gene that functions as an indicator for selecting a host cell containing a nucleic acid construct such as a vector. Examples of selection markers include, but are not limited to, fluorescent markers, luminescent markers, and drug resistance selection markers. “Fluorescent markers” include genes encoding fluorescent proteins such as green fluorescent protein (GFP), blue fluorescent protein (CFP), yellow fluorescent protein (YFP) and red fluorescent protein (dsRed). It is not limited. “Luminescent markers” include, but are not limited to, genes encoding photoproteins such as luciferase. “Drug resistance selection markers” include hypoxanthine guanine phosphoribosyltransferase (hprt), dihydrofolate reductase gene, glutamine synthetase gene, aspartate transaminase, metallothionein (MT), adenosine deaminase (ADA), adenosine deaminase (AMPD1, 2) ), Xanthine-guanine-phosphoribosyltransferase, UMP synthase, P-glycoprotein, asparagine synthetase, and genes encoding ornithine decarboxylase.

ポジティブ選択マーカーとしては、概して、当該ポジティブ選択マーカーが、植物細胞の染色体に導入され発現させることが、その細胞の増殖の必須及び/又は増殖を促進するマーカーであることが好ましい。ポジティプ選択マーカーとしては、ハイグロマイシン耐性遺伝子、カナマイシン耐性遺伝子、イミダゾリン耐性遺伝子、ネオマイシン耐性遺伝子のような薬剤耐性遺伝子、グリフォセート耐性遺伝子、フォスフォマンノースイソメラーゼ遺伝子、ブラストタイジンS耐性遺伝子、Bar遺伝子及びグリフォシネート耐性遺伝子等が挙げられるが、これらに限定されない。   In general, as a positive selection marker, it is preferable that the positive selection marker is a marker that promotes the proliferation of cells and / or promotes the proliferation thereof when introduced into a chromosome of a plant cell and expressed. Examples of positive selection markers include hygromycin resistance gene, kanamycin resistance gene, imidazoline resistance gene, drug resistance gene such as neomycin resistance gene, glyphosate resistance gene, phosphomannose isomerase gene, blastoidin S resistance gene, Bar gene and Grifo Examples thereof include, but are not limited to, cinnate resistance genes.

ポジティブ選択マーカー領域は、適当なプロモーター領域やターミネーター領域等を伴って、相同組換えカセット内に備えられる。また、ポジティブ選択マーカー領域は、最終的には植物体ゲノムから部位特異的組換え系により除去されるため、除去により、染色体等に組み込もうとする導入領域の機能発現を妨げない位置に備えられる。例えば、図1A,Bに示すように、相同組換えカセットにおいては、標的ゲノムのイントロンなどに配置されるように構成されることが好ましい。   The positive selection marker region is provided in the homologous recombination cassette with an appropriate promoter region, terminator region, and the like. In addition, since the positive selection marker region is finally removed from the plant genome by a site-specific recombination system, it is provided at a position where removal does not interfere with the functional expression of the introduction region to be incorporated into a chromosome or the like. It is done. For example, as shown in FIGS. 1A and 1B, the homologous recombination cassette is preferably configured to be arranged in an intron or the like of the target genome.

(ネガティブ選択マーカー領域)
図1A,Bに示すように、相同組換えベクターは、さらに、非相同組換え体であることを肯定するネガティブ選択マーカー領域を備えている。ネガティブ選択マーカー領域は、概して、相同組換えベクターの相同組換えによりゲノムへの導入が予定されている領域(導入領域)が意図した染色体上の標的領域以外に導入されたとき、細胞の増殖を阻害および/または抑制することによって、相同組換えベクターの導入領域が標的領域に導入された細胞の選択を可能とするマーカーを意味している。典型的には、ネガティブ選択マーカー領域は、標的領域での相同組換えによらずに相同組換えベクターがゲノム中に挿入されたとき、その細胞の増殖を阻害および/または抑制する。これに対して、相同組換えベクター内の導入領域が意図した相同組換えによって標的領域に導入される場合には、例えば、導入領域の外側にある付加配列としてのネガティブ選択マーカーは、ゲノム中に挿入されることがない。このため、細胞の増殖を、阻害・抑制しない。
(Negative selection marker region)
As shown in FIGS. 1A and 1B, the homologous recombination vector further comprises a negative selectable marker region that affirms that it is a non-homologous recombinant. The negative selectable marker region generally prevents cell growth when a region (introduction region) scheduled to be introduced into the genome by homologous recombination of the homologous recombination vector is introduced into a region other than the intended target region on the chromosome. By inhibiting and / or suppressing, it means a marker that enables selection of cells in which the introduction region of the homologous recombination vector is introduced into the target region. Typically, the negative selectable marker region inhibits and / or suppresses the growth of the cell when the homologous recombination vector is inserted into the genome without relying on homologous recombination at the target region. On the other hand, when the introduction region in the homologous recombination vector is introduced into the target region by the intended homologous recombination, for example, a negative selection marker as an additional sequence outside the introduction region is present in the genome. It will not be inserted. For this reason, cell growth is not inhibited or suppressed.

ネガティブ選択マーカーとしては、ジフテリア毒素タンパク質A鎖遺伝子(DT−A)、Exotoxin A遺伝子、Ricin toxin A遺伝子、codA遺伝子、シトクロムP−450遺伝子、RNase T1遺伝子およびbarnase遺伝子などが挙げられるが、これらに限定されない。   Examples of the negative selectable marker include diphtheria toxin protein A chain gene (DT-A), Exotoxin A gene, Ricin toxin A gene, codA gene, cytochrome P-450 gene, RNase T1 gene and barnase gene. It is not limited.

ネガティブ選択マーカー領域は、適当なプロモーター及びターミネーターを伴って、相同組換えカセット片端又は図1A,Bに示すように両端に備えられる。ネガティブ選択マーカー領域は、カセットの両端にそれぞれ備えられていることが好ましい。こうすることで、ネガティブ選択マーカー領域によって非相同組換え体が確実に排除されることになる。2つのネガティブ選択マーカー領域は逆方向で備えられていてもよい。   A negative selectable marker region is provided at one end of the homologous recombination cassette or at both ends as shown in FIGS. 1A and B, with an appropriate promoter and terminator. Negative selection marker regions are preferably provided at both ends of the cassette. This ensures that non-homologous recombinants are excluded by the negative selectable marker region. Two negative selection marker regions may be provided in opposite directions.

ポジティブ選択マーカー領域やネガティブ選択マーカー領域が伴うプロモーターやターミネーター、あるいはエンハンサー等は、当該分野において周知であり、当業者であれば、公知の要素から適宜選択して選択マーカーを機能的に保持させることができる。   Promoters, terminators, enhancers, etc. associated with the positive selection marker region and the negative selection marker region are well known in the art, and those skilled in the art can appropriately select from known elements to hold the selection marker functionally. Can do.

(相同領域)
図1A,Bに示すように、相同組換えベクターは、植物体の染色体の標的領域と相同組換えを可能とする相同領域を備えることができる。相同組換えベクターが相同領域を備えるとき、相同領域は、本ベクターの他の要素の機能発現を許容し、かつ他の要素により自身の機能発現が許容されるような部位に備えられる。相同領域は、概して、カセットの両端近傍に備えられる。ネガティブ選択マーカー領域をカセット両端に備える場合には、各ネガティブ選択マーカー領域のすぐ内側に備えられる。こうすることで、標的領域に対して相同組換えが適切に実行されると、ネガティブ選択マーカー領域は染色体に組み込まれないことになる。
(Homology region)
As shown in FIGS. 1A and 1B, the homologous recombination vector can have a homologous region that enables homologous recombination with a target region of a plant chromosome. When the homologous recombination vector has a homologous region, the homologous region is provided at a site that allows functional expression of other elements of the vector and allows the functional expression of the other elements. Homologous regions are generally provided near both ends of the cassette. When a negative selection marker region is provided at both ends of the cassette, it is provided immediately inside each negative selection marker region. In this way, if homologous recombination is appropriately performed on the target region, the negative selectable marker region will not be integrated into the chromosome.

(導入領域)
図1A,Bに示すように、相同組換えベクターは、導入領域(例えば塩基置換などを含む改変遺伝子や全く異種の遺伝子など)を備えていてもよい。導入領域は、相同領域と同様、植物体の染色体の一部を置換するものである。相同組換えベクターが導入領域を備えるとき、導入領域は、本ベクターの他の要素の機能発現を許容し、かつ他の要素により自身の機能発現が許容されるような部位に備えられる。例えば、導入領域は、図1A,Bに示すようにカセットの両側にある2つの相同領域のそれぞれの内側に、あるいは一方の相同領域の内側に備えられる。
(Introduction area)
As shown in FIGS. 1A and 1B, the homologous recombination vector may have an introduction region (for example, a modified gene containing a base substitution or a completely different gene). Similar to the homologous region, the introduction region replaces a part of the plant chromosome. When the homologous recombination vector includes an introduction region, the introduction region is provided at a site where functional expression of other elements of the vector is allowed and functional expression of the other elements is allowed. For example, the introduction region is provided inside each of two homologous regions on both sides of the cassette as shown in FIGS. 1A and 1B, or inside one homologous region.

図1A,Bに示すように、導入領域又は相同領域は、後述する部位特異的組換え系及びポジティブ選択マーカー領域を標的ゲノム上のイントロン内に配置されるように構成されていることが好ましい。こうすることで、相同組換えベクターの構築が容易になる。   As shown in FIGS. 1A and 1B, the introduction region or homologous region is preferably configured so that a site-specific recombination system and a positive selection marker region described later are arranged in an intron on the target genome. This facilitates the construction of a homologous recombination vector.

なお、図12に示すように、相同組換えベクターは、導入領域や相同領域を備えない形態であってもよい。すなわち、標的ゲノムに特異的な導入領域や相同領域を挿入可能に、ネガティブ選択マーカー領域とポジティブ選択マーカー領域と部位特異的組換え系とを備えている形態であってもよい。この場合、図1A,B及び図12に示すように、導入領域及び相同領域を相同組換えベクターに組み込むための制限酵素部位を、部位特異的組換え系の識別部位の外側に備えることができる。図1A,Bに示す場合においては、制限酵素部位を、3’側のネガティブ選択マーカー領域とその上流側の識別部位との間と、5’側のネガティブ選択マーカー領域のすぐ下流側の識別部位との間の2箇所に備えることができる。   As shown in FIG. 12, the homologous recombination vector may be in a form that does not have an introduction region or a homologous region. That is, it may have a form including a negative selection marker region, a positive selection marker region, and a site-specific recombination system so that a specific introduction region or homologous region can be inserted into the target genome. In this case, as shown in FIGS. 1A, 1B, and 12, a restriction enzyme site for incorporating the introduction region and the homologous region into the homologous recombination vector can be provided outside the identification site of the site-specific recombination system. . In the case shown in FIGS. 1A and 1B, restriction enzyme sites are identified between the 3 ′ negative selection marker region and the upstream identification site, and immediately downstream of the 5 ′ negative selection marker region. Can be provided at two locations.

(部位特異的組換え系)
図1A,Bに示すように、相同組換えベクターは、ポジティブ選択マーカー領域と部位特異的組換え酵素領域とを除去するための部位特異的組換え系を備えることができる。
(Site-specific recombination system)
As shown in FIGS. 1A and 1B, the homologous recombination vector can be provided with a site-specific recombination system for removing a positive selection marker region and a site-specific recombination enzyme region.

部位特異的組換え系とは、部位特異的組換え酵素領域と当該酵素の識別部位からなる系であり、当業者において周知である。例えばバクテリオファージPI由来のCre/loxP組換え系は、CreリコンビナーゼとloxPの組合せにより不要な部分を削除する方法である。R/RS組換え系は、R遺伝子がコードするリコンビナーゼとRS配列の組合わせにより、2つのRS配列に囲まれたDNA領域の欠失を誘導する方法である。また、2μ環状プラスミド由来のFLP−FRT組換え系は、FLPリコンビナーゼとFRT配列の組合わせにより、2つのFRT配列に囲まれたDNA領域の欠失を誘導する方法である。こうした組換え系としては、代表的には、部位特異的組換え酵素としてCreリコンビナーゼ、部位特異的組換え酵素の認識配列としてloxPを使用するCre/loxP系であるが、これに限定はされず、また、トランスポゾン両末端のトランスポザーゼによる認識配列とトランスポザーゼをコードする遺伝子の組み合わせであっても良く、上述のように種々の生物由来の組換え系であって植物体に適用可能な系が使用され得る。なお、各種組換え系における部位特異的組換え酵素及びその識別部位の塩基配列等の情報は、当業者において周知であり、当業者であれば周知の情報に基づき、植物に適用可能な公知の部位特異的組換え酵素及び識別部位を適宜選択して本明細書の開示に適用できる。   A site-specific recombination system is a system comprising a site-specific recombination enzyme region and an identification site for the enzyme, and is well known to those skilled in the art. For example, the Cre / loxP recombination system derived from bacteriophage PI is a method of deleting unnecessary portions by a combination of Cre recombinase and loxP. The R / RS recombination system is a method of inducing deletion of a DNA region surrounded by two RS sequences by a combination of a recombinase encoded by an R gene and an RS sequence. The FLP-FRT recombination system derived from a 2μ circular plasmid is a method of inducing deletion of a DNA region surrounded by two FRT sequences by a combination of FLP recombinase and FRT sequences. Typically, such a recombination system is a Cre / loxP system that uses Cre recombinase as a site-specific recombinase and loxP as a recognition sequence for the site-specific recombinase, but is not limited thereto. Alternatively, it may be a combination of a transposase recognition sequence at both ends of the transposon and a gene encoding the transposase. As described above, a recombinant system derived from various organisms and applicable to plants is used. obtain. In addition, information on site-specific recombination enzymes in various recombination systems and the base sequences of their identification sites are well known to those skilled in the art, and those skilled in the art can use well-known information applicable to plants based on well-known information. The site-specific recombination enzyme and the identification site can be appropriately selected and applied to the disclosure herein.

部位特異的組換え系を使用することにより、組換えによって一旦はゲノム中に挿入されたDNAなどの領域を削除することができる。すなわち、例えば、Cre−loxPを用いる系では、2つのloxPなどの認識部位で挟んだ領域をCreリコンビナーゼなどの部位特異的組換え酵素により相同組換えを生じさせてloxP間領域が除去される。   By using a site-specific recombination system, a region such as DNA once inserted into the genome by recombination can be deleted. That is, for example, in a system using Cre-loxP, a region sandwiched between two recognition sites such as loxP is caused to undergo homologous recombination with a site-specific recombinase such as Cre recombinase to remove the region between loxPs.

本明細書の開示によれば、相同組換えベクターは、ポジティブ選択マーカー領域に加えて部位特異的組換え系の一部である部位特異的組換え酵素領域自身を除去するように、部位特異的組換え系を備えている。こうすることで、相同組換えベクターを導入して形質転換した植物細胞において部位特異的組換え酵素を発現させることにより、ポジティブ選択マーカー領域と部位特異的組換え酵素領域とが自律的に除去されることになる。例えば、Cre−loxP系を用いる場合には、図1Bに示すように、部位特異的組換え系の識別部位でポジティブ選択マーカー領域と部位特異的組換え酵素領域とを挟むことで、これらの自律的除去が可能となる。   According to the disclosure herein, homologous recombination vectors can be site-specific so as to remove the site-specific recombination enzyme region itself that is part of the site-specific recombination system in addition to the positive selectable marker region. It has a recombination system. In this way, by expressing a site-specific recombination enzyme in a plant cell transformed by introducing a homologous recombination vector, the positive selection marker region and the site-specific recombination enzyme region are autonomously removed. Will be. For example, in the case of using the Cre-loxP system, as shown in FIG. 1B, by sandwiching the positive selection marker region and the site-specific recombination enzyme region at the identification site of the site-specific recombination system, Removal is possible.

(組織分化誘導性プロモーター)
部位特異的組換え系は、組織分化誘導性プロモーターの制御下に備えられている。すなわち、部位特異的組換え酵素領域が組織分化誘導性プロモーターによって発現が制御されるように備えられ、識別部位間において部位特異的組換えを実行可能となっている。組織分化誘導性プロモーターは、そのプロモーターの種類に応じた組織の分化によって誘導されて活性化し、制御下にある遺伝子の発現を促進するプロモーターである。組織分化誘導性プロモーターの制御下に部位特異的組換え系を備えることで、植物体を分化誘導できかつ組織分化誘導性プロモーターを活性化できる分化誘導環境下に置くことで組織分化誘導性プロモーターが活性化して、部位特異的組換え系の発現を促進する。すなわち、組織分化誘導性プロモーターは、組織の分化誘導により活性化し、部位特異的組換え酵素を発現させ、識別部位間において部位特異的組換えを実行させることができる。特に、カルスに対してはこうした組織分化誘導性プロモーターを用いることで、その抑制と活性化の制御を精度よく行うことができる。
(Tissue differentiation inducible promoter)
A site-specific recombination system is provided under the control of a tissue differentiation-inducible promoter. That is, the site-specific recombination enzyme region is provided such that the expression is controlled by a tissue differentiation-inducible promoter, and site-specific recombination can be performed between identification sites. A tissue differentiation-inducible promoter is a promoter that is induced and activated by differentiation of a tissue according to the type of the promoter and promotes the expression of a gene under control. By providing a site-specific recombination system under the control of a tissue differentiation-inducible promoter, the tissue differentiation-inducible promoter can be induced by placing it in a differentiation-inducing environment that can induce differentiation and activate the tissue differentiation-inducible promoter. Activate to promote expression of site-specific recombinant systems. That is, the tissue differentiation-inducible promoter can be activated by inducing tissue differentiation, express a site-specific recombination enzyme, and perform site-specific recombination between identification sites. In particular, by using such a tissue differentiation-inducible promoter for callus, its suppression and activation can be accurately controlled.

各種の化学誘導性プロモーターが周知であるが、本発明者らによれば、遺伝子導入操作が行われるカルス状態では、このプロモーターは、特定の誘導条件がない状態であっても活性化し制御下にある遺伝子を発現することがあることがわかった。すなわち、このプロモーターでは、遺伝子発現を誘導的に活性化できたとしても、誘導前のプロモーター活性の抑制が不十分であることがわかった。   Various chemically-inducible promoters are well known, but according to the present inventors, in the callus state where gene transfer operation is performed, this promoter is activated and under control even in the absence of specific induction conditions. It was found that a gene can be expressed. That is, with this promoter, it was found that even if gene expression could be inductively activated, suppression of promoter activity before induction was insufficient.

組織分化誘導性プロモーターとしては、例えば、組織特異的プロモーターが挙げられる。組織特異的プロモーターは、その組織特異性ゆえにターゲティングが生じる未分化状態のカルスでは活性が抑制されており、分化した特定組織において特異的に活性化するからである。組織特異的プロモーターとしては、例えば、葉などの緑化組織に特異的な緑化組織誘導型プロモーターが挙げられる。こうした緑化組織誘導型プロモーターは、概して光によっても誘導されうる。緑化組織光誘導型プロモーターとしては、例えば、リブロース2リン酸カルボキシラーゼ小サブユニット遺伝子(rbcs)プロモーター(R. Fluhr et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA 83:2358, 1986)が挙げられる。また、他の緑化組織光誘導型プロモーターとしてはフルクトース−1,6−ビスホスファターゼ遺伝子のプロモーター(特表平7−501921号公報)、集光性クロロフィルa/b結合タンパク質遺伝子のプロモーター(特開平5−89号公報)等が挙げられる。   Examples of the tissue differentiation inducible promoter include a tissue-specific promoter. This is because the activity of a tissue-specific promoter is suppressed in an undifferentiated callus where targeting occurs due to its tissue specificity, and it is specifically activated in a differentiated specific tissue. Examples of the tissue-specific promoter include a greening tissue inducible promoter specific for greening tissues such as leaves. Such greening tissue inducible promoters can generally also be induced by light. Examples of the greening tissue light-inducible promoter include ribulose diphosphate carboxylase small subunit gene (rbcs) promoter (R. Fluhr et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA 83: 2358, 1986). . Other greening tissue light-inducible promoters include a fructose-1,6-bisphosphatase gene promoter (Japanese Patent Publication No. 7-501921), and a light-harvesting chlorophyll a / b binding protein gene promoter (Japanese Patent Laid-Open No. Hei 5). -89).

さらに、緑化組織光誘導型プロモーターとしては、イネのLP2ロイシンリッチリピートレセプターキナーゼ遺伝子プロモーターが挙げられる(Plant Biotechnology Journal (2009)7, pp.1-16)。同様の遺伝子のプロモーターが、他の植物種においても存在し、同様の組織特異的光誘導的に発現することから、他の植物種でも同様の遺伝子のプロモーターを同種の目的に用いることができる(Plant Biotechnology Journal (2009)7, pp.1-16)。イネの緑化組織光誘導型プロモーターとして利用できるDNAの塩基配列の一例が配列番号1で表される。   Furthermore, examples of the greening tissue light-inducible promoter include rice LP2 leucine-rich repeat receptor kinase gene promoter (Plant Biotechnology Journal (2009) 7, pp. 1-16). Since promoters of similar genes exist in other plant species and are expressed in the same tissue-specific light-inducible manner, promoters of similar genes can be used for the same species in other plant species ( Plant Biotechnology Journal (2009) 7, pp.1-16). An example of a DNA base sequence that can be used as a rice greening tissue light-inducible promoter is represented by SEQ ID NO: 1.

部位特異的組換え系において、識別部位は、組織分化誘導性プロモーターとその制御下の部位特異的組換え酵素領域と、ポジティブ選択マーカー領域と、を挟むように、順方向で備えられている。こうすることで、組織分化誘導性プロモーターにより作動された部位特異的組換え酵素が、部位特異的組換え系とポジティブ選択マーカー領域とを一挙に除去する。   In the site-specific recombination system, the identification site is provided in the forward direction so as to sandwich the tissue differentiation-inducible promoter, the site-specific recombination enzyme region under its control, and the positive selection marker region. By doing so, the site-specific recombination enzyme operated by the tissue differentiation-inducible promoter removes the site-specific recombination system and the positive selection marker region all at once.

識別部位間にある被除去領域は、既に説明したように、相同組換え領域や導入領域に挟まれた状態で相同組換えカセット内に備えられている。こうした被除去領域自身、すなわち、組織分化誘導性プロモーターの制御下にある部位特異的組換え酵素領域と適当なプロモーターの制御下にあるポジティブ選択マーカー領域との配列からなる被除去領域は、被除去カセットとして独立して用いることができる。被除去カセットは、さらに、その両端に識別部位を備えることもできる。   As already described, the region to be removed between the identification sites is provided in the homologous recombination cassette in a state of being sandwiched between the homologous recombination region and the introduction region. Such a removal region itself, that is, a removal region comprising a sequence of a site-specific recombination enzyme region under the control of a tissue differentiation-inducing promoter and a positive selection marker region under the control of an appropriate promoter, is removed. It can be used independently as a cassette. The cassette to be removed can further include identification parts at both ends thereof.

こうした被除去領域は、好ましくは、相同組換えベクターは、このような被除去領域が最終的に置換される遺伝子内のイントロンまたはUTR領域内に配置される。これらの領域内であれば、除去後において導入領域の機能発現を阻害することがないからである。   Such removed regions are preferably placed in intron or UTR regions within the gene where such removed regions are ultimately replaced. This is because within these regions, the function expression of the introduction region is not inhibited after removal.

(ランダム組換えベクター)
次に、図2に示すランダム組換えベクターについて説明する。ランダム組換えベクターは、組換えカセットを備えている。組換えカセットは、概して、公知のベクター上に備えられる。ランダム組換えベクターが、例えば、アグロバクテリウム媒介性のベクターの場合には、T−DNAの右側境界であるRB及び左側境界であるLBの間に備えられる。
ランダム導入用ベクターは、図2に示すように、ポジティブ選択マーカー領域と、部位特異的組換え系と、を備えている。ランダム組換えベクターは、これら2つの領域に関しては、相同組換えベクターと同様、ポジティブ選択マーカー領域と部位特異的組換え系の一部である部位特異的組換え酵素領域とが酵素の働きにより除去されるように配置されている。すなわち、部位特異的組換え系の一部である2つの識別部位に挟まれるようにポジティブ選択マーカー領域と部位特異的組換え酵素領域とを備えている。
(Random recombination vector)
Next, the random recombinant vector shown in FIG. 2 will be described. The random recombination vector includes a recombination cassette. The recombination cassette is generally provided on a known vector. For example, in the case of an Agrobacterium-mediated vector, a random recombination vector is provided between RB, which is the right boundary of T-DNA, and LB, which is the left boundary.
As shown in FIG. 2, the random introduction vector comprises a positive selection marker region and a site-specific recombination system. The random recombination vector removes the positive selection marker region and the site-specific recombination enzyme region, which is a part of the site-specific recombination system, by the action of the enzyme in the same manner as the homologous recombination vector. Are arranged to be. That is, a positive selection marker region and a site-specific recombination enzyme region are provided so as to be sandwiched between two identification sites that are part of the site-specific recombination system.

ランダム組換えベクターは、図2Aに示すように、導入領域を備えることができる。ランダム組換えベクターは、部位特異的組換え系の外側であれば、導入領域をどの領域に備えていてもよい。なお、相同組換えベクターと同様、ランダム組換えベクターは、導入領域を必ずしも備えていなくてもよい。すなわち、導入領域を挿入可能に、ポジティブ選択マーカー領域と部位特異的組換え系とを備えていればよい。この場合、図2Aに示すように、導入領域をランダム組換えベクターに組み込むための制限酵素部位を、部位特異的組換え系の識別部位の外側に備えることができる。図2Aに示す場合においては、制限酵素部位を、3’側の識別部位の下流側か、あるいは、5’側の識別部位の上流側かのいずれかに備えることができる。   The random recombination vector can comprise an introduction region, as shown in FIG. 2A. The random recombination vector may have an introduction region in any region as long as it is outside the site-specific recombination system. As with the homologous recombination vector, the random recombination vector does not necessarily have an introduction region. That is, it suffices to have a positive selection marker region and a site-specific recombination system so that the introduction region can be inserted. In this case, as shown in FIG. 2A, a restriction enzyme site for incorporating the introduction region into the random recombination vector can be provided outside the identification site of the site-specific recombination system. In the case shown in FIG. 2A, the restriction enzyme site can be provided either downstream of the 3 ′ identification site or upstream of the 5 ′ identification site.

以上説明した相同組換えベクター及びランダム組換えベクターは、当業者に周知の植物用のベクターやプラスミドとして構築できる。また、これらの組換えベクターに用いる各種要素は、当業者であれば、周知の遺伝子組換え技術により取得することができる。また、相同組換えを意図して、植物ゲノム中の標的遺伝子と相同組換えさせる遺伝子を選択し、その5’領域および3’領域をそれぞれ適切な部位に導入することも当業者が通常の遺伝子工学技術で容易に行うことができる。   The homologous recombination vectors and random recombination vectors described above can be constructed as plant vectors and plasmids well known to those skilled in the art. In addition, various elements used in these recombinant vectors can be obtained by those skilled in the art using well-known gene recombination techniques. It is also possible for a person skilled in the art to select a gene to be homologously recombined with a target gene in the plant genome for homologous recombination and introduce the 5 ′ region and 3 ′ region into appropriate sites, respectively, by those skilled in the art. Easy to do with engineering.

例えば、図1及び図2に示す各組換えカセットは、適当な制限酵素部位によって、アグロバクテリウム法による植物形質転換用のベクターのT−DNA領域またはRBからLBまでの間の領域に置き換えることができる。   For example, each recombination cassette shown in FIG. 1 and FIG. 2 is replaced with a T-DNA region of a vector for plant transformation by the Agrobacterium method or a region between RB and LB by an appropriate restriction enzyme site. Can do.

以上説明した組換えベクターによれば、ポジティブ選択マーカー領域等を除去する部位特異的組換え系の抑制と発現を確実に制御可能となっている。このため、このベクターを用いることで効率的に組換え植物体を取得できる。   According to the recombinant vector described above, it is possible to reliably control the suppression and expression of the site-specific recombination system that removes the positive selection marker region and the like. For this reason, a recombinant plant can be efficiently obtained by using this vector.

(組換え植物体の作製方法)
(相同組換え植物体の作製方法)
本明細書に開示される相同組換え植物体の作製方法は、組換え体であることを肯定するポジティブ選択マーカーを発現するための領域と、前記ポジティブ選択マーカー領域及び部位特異的組換え酵素領域を除去するための部位特異的組換え系と、を備え、前記部位特異的組換え系を組織分化誘導性プロモーターの制御下に備えるように相同組換えされた第1の相同組換え植物体を前記植物体が未分化状態を維持できかつ前記分化誘導性プロモーターを活性化しない未分化環境下において取得する工程と、前記第1の相同組換え植物体を、前記植物体の組織分化を誘導できかつ前記分化誘導性プロモーターを活性化できる分化誘導環境下で培養して前記ポジティブ選択マーカー及び前記部位特異的組換え系を保持しない第2の相同組換え植物体(すなわち、ポジティブ選択マーカー及び部位特異的組換え系が脱落した第1の相同組換え体である。)を得る工程と、を備えることができる。第2の相同組換え植物体においては、概して、第1の相同組換え植物体からさらに部位特異的組換えによりポジティブ選択マーカー及び部位特異的組換え酵素領域が削除され、痕跡となる1つのloxP配列のみが残された第2の相同組換え体となることになる。
(Recombinant plant production method)
(Method for producing homologous recombinant plant)
A method for producing a homologous recombination plant disclosed in the present specification includes a region for expressing a positive selection marker that affirms that the plant is a recombinant, and the positive selection marker region and the site-specific recombination enzyme region. A site-specific recombination system for removing the first homologous recombination plant that has been homologously recombined so as to provide the site-specific recombination system under the control of a tissue differentiation-inducing promoter. Obtaining the plant body in an undifferentiated environment in which the plant body can maintain an undifferentiated state and does not activate the differentiation-inducing promoter, and the first homologous recombinant plant body can induce tissue differentiation of the plant body. And a second homologous recombination plant that is cultured in a differentiation-inducing environment capable of activating the differentiation-inducing promoter and does not retain the positive selection marker and the site-specific recombination system. That may comprise the steps of obtaining a positive selection marker and the site-specific recombination system is a first homologous recombinant dropped.), The. In the second homologous recombination plant, generally, the positive selection marker and the site-specific recombination enzyme region are deleted from the first homologous recombination plant by site-specific recombination, and one loxP that becomes a trace is obtained. This results in a second homologous recombinant in which only the sequence is left.

この方法によれば、組織分化誘導性プロモーターの制御下に部位特異的組換え系を備えるために、前記未分化環境下では部位特異的組換え系の発現が十分に抑制されている。その一方で、前記未分化環境下であるため、植物体ゲノムに対する相同組換えが生じやすくなっている。このため、ポジティブ選択マーカーが確実に発現された改変の生じた相同組換え植物体である第1の相同組換え植物体を効率的に取得できる。その後、第1の相同組換え植物体を組織分化誘導環境下に置くことで、部位特異的組換え系の発現が促進された結果、ポジティブ選択マーカーを確実に除去されたさらなる改変の生じた第2の組換え植物体を効率的に得ることができる。   According to this method, since the site-specific recombination system is provided under the control of the tissue differentiation-inducible promoter, the expression of the site-specific recombination system is sufficiently suppressed in the undifferentiated environment. On the other hand, since it is in the undifferentiated environment, homologous recombination with respect to the plant genome is likely to occur. For this reason, the 1st homologous recombination plant body which is the homologous recombination plant body in which the positive selection marker was expressed reliably was produced. Thereafter, by placing the first homologous recombination plant in a tissue differentiation-inducing environment, the expression of the site-specific recombination system was promoted, and as a result, further modification in which the positive selection marker was surely removed was generated. 2 recombinant plants can be obtained efficiently.

この方法は、既に説明した相同組換えベクターを前記未分化環境下で植物体に導入し、ネガティブ選択マーカー及びポジティブ選択マーカーを利用して第1の相同組換え植物体を得る工程と、この第1の相同組換え植物体を得る工程と、この第1の相同組換え植物体を前記組織の分化誘導環境下で培養して相同組換え配列内部での部位特異的組換えによる改変の生じた第2の相同組換え植物体を得る工程と、として実施できる。この方法によれば、効率的に標的遺伝子配列を改変した相同組換え植物体を得ることができる。   This method comprises the steps of introducing the already described homologous recombination vector into a plant body in the undifferentiated environment to obtain a first homologous recombination plant using a negative selection marker and a positive selection marker, A step of obtaining one homologous recombination plant, and the first homologous recombination plant was cultured in the tissue differentiation-inducing environment to cause modification by site-specific recombination within the homologous recombination sequence. And obtaining the second homologous recombination plant. According to this method, a homologous recombinant plant in which the target gene sequence is efficiently modified can be obtained.

(ランダム組換え植物体の作製方法)
また、本明細書に開示されるランダム組換え植物体の作製方法は、組換え体であることを肯定するポジティブ選択マーカーを発現するための領域と、前記ポジティブ選択マーカー領域及び部位特異的組換え酵素領域を除去するための部位特異的組換え系と、を備え、前記部位特異的組換え系を分化誘導性プロモーターの制御下に備えるように改変された第1のランダム組換え植物体を前記植物体が未分化状態を維持できかつ前記組織分化誘導性プロモーターを活性化しない未分化環境下において取得する工程と、前記第1のランダム組換え植物体を、前記植物体の組織分化を誘導できかつ前記分化誘導性プロモーターを活性化できる分化誘導環境下で培養して前記ポジティブ選択マーカー及び前記部位特異的組換え系を保持しないように改変された第2のランダム組換え植物体を得る工程と、を備えることができる。この方法によれば、植物体ゲノムに対してランダムな組換えを生じさせることによるランダム組換え体を得ることができる。
(Method for producing random recombinant plant)
Further, the method for producing a random recombinant plant disclosed in the present specification includes a region for expressing a positive selection marker that affirms that the plant is a recombinant, the positive selection marker region, and site-specific recombination. A site-specific recombination system for removing the enzyme region, and the first random recombinant plant modified so as to comprise the site-specific recombination system under the control of a differentiation-inducible promoter. Obtaining a plant body in an undifferentiated environment in which the plant body can maintain an undifferentiated state and does not activate the tissue differentiation-inducing promoter; and the first random recombinant plant body can induce tissue differentiation of the plant body. And modified so as not to retain the positive selection marker and the site-specific recombination system by culturing in a differentiation-inducing environment capable of activating the differentiation-inducing promoter. Obtaining a second random recombinant plants which may comprise. According to this method, a random recombinant can be obtained by causing random recombination to the plant genome.

この方法においても、相同組換え植物体の作製方法と同様、意図したランダム組換え植物体(第2のランダム組換え植物体)を効率的に得ることができる。   Also in this method, the intended random recombinant plant (second random recombinant plant) can be efficiently obtained as in the method for producing a homologous recombinant plant.

上記方法は、既に説明したランダム組換えベクターを未分化環境下の植物体に導入し、ポジティブ選択マーカーを利用して選択して第1のランダム組換え植物体を得る工程と、この第1のランダム組換え植物体を組織分化誘導環境下で培養して第2のランダム組換え植物体を得る工程と、として実施できる。   The above method comprises the steps of introducing the already described random recombination vector into a plant body in an undifferentiated environment and selecting it using a positive selection marker to obtain a first random recombinant plant body, The step of culturing the random recombinant plant in a tissue differentiation-inducing environment to obtain a second random recombinant plant can be carried out.

以下、相同組換え植物体の作製方法について説明する。ランダム組換え植物体に関しても、上記工程において相同組換えベクターに替えてランダム組換えベクターを使用する以外は、同様に操作することで、第1のランダム組換え植物体を取得し、第2のランダム組換え植物体を取得することができる。   Hereinafter, a method for producing a homologous recombination plant will be described. Regarding the random recombinant plant, the first random recombinant plant was obtained by the same operation except that the random recombinant vector was used instead of the homologous recombination vector in the above step, and the second recombinant plant was obtained. Random recombinant plants can be obtained.

(第1の相同組換え植物体の取得工程)
本工程では、植物体に対して、相同組換えベクターを導入して、第1の相同組換え植物体を取得する。こうした第1の相同組換え植物体は、周知の遺伝子組換え植物体の取得方法に基づいて実施することができる。
(Step for obtaining first homologous recombination plant)
In this step, a first homologous recombination plant is obtained by introducing a homologous recombination vector into the plant. Such a first homologous recombination plant can be carried out based on a well-known method for obtaining a gene recombination plant.

植物体は、好ましくは、植物細胞又は植物組織である。植物細胞としては、カルスのほか、懸濁培養細胞が挙げられる。また、植物組織としては、完熟種子、未熟種子、冬芽、及び根茎を含む休眠組織のほか、生殖質、生長点及び花芽等が挙げられる。   The plant body is preferably a plant cell or a plant tissue. Plant cells include callus and suspension culture cells. In addition to the dormant tissues including ripe seeds, immature seeds, winter buds, and rhizomes, plant tissues include germplasm, growth points, flower buds, and the like.

植物細胞へのベクターの導入は、カリフラワーモザイクウィルス、ジェミニウィルス等のウィルスや、A.ツメファシエンス、A.リゾジェネス等の細菌を介して間接的に導入する方法、マイクロインジェクション法、エレクトロポレーション法、ポリエチレングリコール法、パーティクルガン法等の物理的・化学的手法により直接的に導入する方法のいずれをも用いることができる。   Vectors can be introduced into plant cells using viruses such as cauliflower mosaic virus and geminivirus, Tsumefaciens, A. Any of the methods of indirect introduction through bacteria such as Rhizogenes, the method of direct introduction by physical and chemical methods such as microinjection method, electroporation method, polyethylene glycol method, and particle gun method are used. be able to.

相同組換えベクターの導入は、典型的には、アグロバクテリウム菌を用いてT−DNAを介して実施できる。T−DNAとは、Agrobacterium内で保持されているTiプラスミドの一部であり、植物がAgrobacteriumに感染すると、菌体自身は植物細胞に侵入しないが、菌体内に存在するTiプラスミドの一部であるT−DNA領域が植物細胞内に転移される。T−DNAは、BR(右ボーダー配列)とBL(左ボーダー配列)によって、区切られている。各ボーダー配列は、約25bpの不完全な反復配列からなる。   The introduction of the homologous recombination vector can typically be performed via T-DNA using Agrobacterium. T-DNA is a part of the Ti plasmid retained in Agrobacterium. When a plant is infected with Agrobacterium, the cell itself does not enter the plant cell, but it is a part of the Ti plasmid present in the cell. Certain T-DNA regions are transferred into plant cells. T-DNA is delimited by BR (right border sequence) and BL (left border sequence). Each border sequence consists of an incomplete repeat of about 25 bp.

植物体への遺伝子導入は、当該分野において周知の常法に従うことができる。例えば、アグロバクテリウムを用いる場合には、相同組換えベクターをTiプラスミドを含むアグロバクテリウム中に存在させ、当該アグロバクテリウムを植物の細胞、組織又はカルス等に感染させ、ポジティブ−ネガティブ選択により第1の相同組換え体を選択する。形質転換及び選択の方法についても、当業者であれば周知技術及び用いるポジティブ選択マーカーに応じて適宜選択し実施できる。   Gene transfer into a plant can be carried out according to conventional methods well known in the art. For example, when Agrobacterium is used, the homologous recombination vector is present in Agrobacterium containing Ti plasmid, the Agrobacterium is infected with plant cells, tissues or callus, and the like by positive-negative selection. A first homologous recombinant is selected. The method of transformation and selection can also be appropriately selected and carried out by those skilled in the art according to well-known techniques and positive selection markers used.

本工程は、植物体が未分化状態を維持できる環境下で実施される。遺伝子組換えの効率を確保するとともに、組織分化誘導性プロモーターを活性化しないためである。植物体を未分化状態で維持する環境条件(培養条件)は、当業者に周知である。概して、遺伝子導入後の植物体組織の培養は、その組織に応じて選択される適当な基本培地や遺伝子導入組織選択用培地を用い、その組織の生育に適した温度(通常は20℃〜30℃、暗所)条件の下、行うことができる。組織分化誘導性プロモーターを用いて、当該分化誘導性プロモーターを活性化させないようにする培養条件は、当該プロモーターを使用する以上、容易に取得できる。例えば、緑化特異的光誘導型プロモーターを用いる場合、光条件は、分化誘導性プロモーターの種類に応じ、その活性化抑制に適した条件が適宜設定される。こうした培養条件を組み合わせることで、植物細胞等の未分化状態が維持される。   This step is performed in an environment where the plant body can maintain an undifferentiated state. This is because the efficiency of gene recombination is ensured and the tissue differentiation inducible promoter is not activated. Environmental conditions (culture conditions) for maintaining the plant body in an undifferentiated state are well known to those skilled in the art. In general, plant tissues after gene introduction are cultured using a suitable basic medium or a gene-introduced tissue selection medium selected according to the tissue, and at a temperature suitable for the growth of the tissue (usually 20 ° C. to 30 ° C. (C, dark place). The culture conditions for preventing activation of the differentiation-inducible promoter using the tissue differentiation-inducible promoter can be easily obtained as long as the promoter is used. For example, when a greening-specific light-inducible promoter is used, the light condition is appropriately set according to the type of differentiation-inducible promoter and suitable for suppressing its activation. By combining these culture conditions, the undifferentiated state of plant cells and the like is maintained.

(第2の相同組換え植物体の取得工程)
先の工程で選択した第1の相同組換え植物体を組織分化誘導環境下において、当該第1の相同組換え植物体を分化誘導するとともに、分化誘導により活性化する組織分化誘導性プロモーターによって部位特異的組換え系を発現させる。これにより、第1の植物体を分化誘導すると同時に、ポジティブ選択マーカーと部位特異的組換え酵素領域を保持しない第2の相同組換え植物体を取得できる。
(Second homologous recombination plant acquisition step)
The site of the first homologous recombination plant selected in the previous step is induced by a tissue differentiation-inducible promoter that induces differentiation of the first homologous recombination plant in the tissue differentiation-inducing environment and is activated by differentiation induction. A specific recombination system is expressed. Thereby, the 2nd homologous recombination plant which does not hold | maintain a positive selection marker and a site-specific recombination enzyme area | region simultaneously with the differentiation induction of a 1st plant body is acquirable.

組織分化誘導環境は、再分化培地あるいは再生培地として当業者において周知である。典型的には、植物体の種類に応じた基本培地に植物ホルモン(概して、0〜10mg/lのオーキシンと0〜10mg/lのサイトカイニン)を添加した再分化用培地が適用される。さらに、分化誘導性プロモーターを活性化する条件は、当該分化誘導性プロモーターの種類に応じて決定される。例えば、緑化組織特異的光誘導型プロモーターの場合、一般的な緑化組織の分化誘導可能な培養条件に加えて所定の光照射が条件となる。当業者であれば、用いる分化誘導性プロモーターの種類に応じて適切な分化誘導環境を選択できる。   The tissue differentiation induction environment is well known to those skilled in the art as a regeneration medium or regeneration medium. Typically, a regeneration medium in which a plant hormone (generally 0 to 10 mg / l auxin and 0 to 10 mg / l cytokinin) is added to a basic medium according to the type of plant is applied. Furthermore, the conditions for activating the differentiation-inducible promoter are determined according to the type of the differentiation-inducible promoter. For example, in the case of a greening tissue-specific light-inducible promoter, predetermined light irradiation is a condition in addition to general culture conditions that can induce differentiation of a greening tissue. A person skilled in the art can select an appropriate differentiation-inducing environment according to the type of differentiation-inducing promoter used.

分化誘導環境下での培養によるポジティブ選択マーカーの除去及び部位特異的組換え系の除去は、例えば、これらの領域の除去後の相同組換え体に特異的な領域等に対するPCR、サザンブロット、塩基配列解析等により確認することができる。こうして、第2の相同組換え植物体を得ることができる。第2の相同組換え植物体は、ポジティブ選択マーカー及び部位特異的組換え系がいずれも除去された相同組換え体でありうる。   The removal of the positive selection marker and the site-specific recombination system by culturing in a differentiation-inducing environment can be performed by, for example, PCR, Southern blotting, base sequencing for regions specific to homologous recombinants after removal of these regions. It can be confirmed by sequence analysis or the like. Thus, a second homologous recombinant plant can be obtained. The second homologous recombination plant can be a homologous recombination from which both the positive selection marker and the site-specific recombination system have been removed.

取得した第2の相同組換え植物体は、周知の方法によって植物にまで再生させることができる。ポジティブ選択マーカー及び部位特異的組換え系の除去が確認できた第2の相同組換え植物体を植物個体にまで生長させ、その後、次世代種子での分離遺伝等によりホモ型組換え植物個体等を取得できる。   The obtained second homologous recombination plant can be regenerated to a plant by a known method. The second homologous recombination plant in which removal of the positive selection marker and the site-specific recombination system has been confirmed is grown to a plant individual, and then a homo-type recombinant plant individual, etc. by segregation inheritance in the next generation seeds, etc. Can be obtained.

以下、本明細書の開示をより具体的に記述する実施例を示すが、これらの実施例は、本明細書の開示を説明するためのものであって、本明細書の開示を限定するものではない。   Hereinafter, examples describing the disclosure of the present specification in more detail will be shown, but these examples are for explaining the disclosure of the present specification, and limit the disclosure of the present specification. is not.

(イネ遺伝子ターゲティングセルフマーカーフリーシステムに組み込む誘導型Cre-loxP部位特異的組換えユニットの評価)
本実施例では、イネのポジティブ-ネガティブ選抜ターゲティングにおいて、一工程にてカルスのゲノム中でターゲティング相同組換えを引き起こし、さらにゲノム上の余剰配列を削除するシステムを構築するため、誘導型プロモーターにより制御されたCre-loxP部位特異的組換え (Cre-loxPシステム) を利用することとした。セルフマーカーフリーターゲティングによる遺伝子改変を実現するためには、標的遺伝子の相同組換えターゲティングが成立した後にCre-loxPシステムによる部位特異的組み換えが起こるよう、Cre-loxPシステム起動の適切な制御が不可欠となる。そのため、loxP配列間を組換える酵素遺伝子Creを誘導型プロモーターと組み合わせて評価用ベクターに組み込み、Cre-loxP組換えの適切な起動制御条件を検討して最適なプロモーターを選出した。
(Evaluation of inducible Cre-loxP site-specific recombination unit incorporated into rice gene targeting self-marker free system)
In this example, in the positive-negative selection targeting of rice, in order to construct a system that causes targeted homologous recombination in the callus genome in one step and further deletes the extra sequence on the genome, it is controlled by an inducible promoter. Cre-loxP site-specific recombination (Cre-loxP system) was used. In order to realize genetic modification by self-marker-free targeting, appropriate control of Cre-loxP system activation is essential so that site-specific recombination by Cre-loxP system occurs after target gene homologous recombination targeting is established. Become. Therefore, the enzyme gene Cre that recombines between loxP sequences was combined with an inducible promoter and incorporated into an evaluation vector, and appropriate activation control conditions for Cre-loxP recombination were studied to select the optimal promoter.

(1) 誘導型Cre発現ユニットの構築
Cre-loxP部位特異的組換えによる余剰配列削除機構を起動するための誘導型プロモーターとして、本件ではエストラジオール誘導型プロモーター (Zuo et al. 2001, Usuda et al. 2009)、及びイネの光合成関連組織にて特異的に発現するLeaf Panicle 2遺伝子 (Thilmony et al. 2009) のプロモーター領域 (pLP2) を評価した。また、Cre発現遺伝子として、pCKF1 (Terada et al. 2010) の配列をもとに、遺伝子領域内にシロイヌナズナKORRIGAN1遺伝子の第5イントロンを組み込んだ人工遺伝子 (Cre-int) を作製した。なお、Cre-intの作製および誘導型プロモーターとの連結は、PCRを介したOverlap extension法により進めた。
(1) Construction of inducible Cre expression unit
As an inducible promoter for initiating the mechanism of excess sequence deletion by Cre-loxP site-specific recombination, we used estradiol-inducible promoter (Zuo et al. 2001, Usuda et al. 2009) and rice photosynthesis-related tissues. The promoter region (pLP2) of the Leaf Panicle 2 gene (Thilmony et al. 2009), which is expressed in a specific manner, was evaluated. As a Cre-expressed gene, an artificial gene (Cre-int) in which the fifth intron of Arabidopsis KORRIGAN1 gene was incorporated into the gene region based on the sequence of pCKF1 (Terada et al. 2010) was prepared. The preparation of Cre-int and ligation with an inducible promoter proceeded by the overlap extension method via PCR.

(エストラジオール誘導型Cre発現ユニットの構築)
はじめに、1st PCRとして下記の条件により以下の4つのDNAフラグメントを作製した。
フラグメント1 (OLexA領域, 463bp): pBIMFN (Usuda et al. 2009) を鋳型とし、プライマーセットとして、OLexA-FおよびOLexA-Cre 1st-Rを用いた。
フラグメント2 (Cre遺伝子5’領域, 473bp): pCKF1 (Terada et al. 2010) を鋳型とし、プライマーセットとして、OLexA-Cre 1st-FおよびCre-iKOR1-Rを用いた。
フラグメント3 (iKOR1領域, 210bp): pBIMFNを鋳型とし、プライマーセットとしてCre-iKOR1-FおよびiKOR1-Cre-Rを用いた。
フラグメント4 (Cre遺伝子3’-t35S, 892bp): pCKF1を鋳型として、プライマーセットとして、iKOR1-Cre-FおよびCre-t35S-Rを用いた。
(Construction of estradiol-inducible Cre expression unit)
First, the following four DNA fragments were prepared as 1st PCR under the following conditions.
Fragment 1 (O LexA region, 463 bp): pBIMFN (Usuda et al. 2009) was used as a template, and OLexA-F and OLexA-Cre 1st-R were used as primer sets.
Fragment 2 (Cre gene 5 ′ region, 473 bp): pCKF1 (Terada et al. 2010) was used as a template, and OLexA-Cre 1st-F and Cre-iKOR1-R were used as primer sets.
Fragment 3 (iKOR1 region, 210 bp): pBIMFN was used as a template, and Cre-iKOR1-F and iKOR1-Cre-R were used as primer sets.
Fragment 4 (Cre gene 3′-t35S, 892 bp): iCKOR1-Cre-F and Cre-t35S-R were used as a primer set with pCKF1 as a template.

続いて、2nd PCRとして下記の条件により以下の2つのDNAフラグメントを合成した。
フラグメント5 (OLexA- Cre遺伝子5’領域, 896bp): フラグメント1および2を1/1000希釈の上、等量ずつ混合して鋳型とし、プライマーセットとして、OLexA-FおよびCre-iKOR1-Rを用いた。
フラグメント6 (iKOR1- Cre遺伝子3’-t35S領域, 1062bp): フラグメント3および4を1/1000希釈の上、等量ずつ混合して鋳型とし、プライマーセットとして、Cre-iKOR1-F、Cre-t35S-Rを用いた。
Subsequently, the following two DNA fragments were synthesized as 2nd PCR under the following conditions.
Fragment 5 (O LexA -Cre gene 5 'region, 896 bp): Fragments 1 and 2 were diluted 1/1000 and mixed in equal amounts as a template, and OLexA-F and Cre-iKOR1-R were used as a primer set. Using.
Fragment 6 (iKOR1-Cre gene 3'-t35S region, 1062bp): Fragments 3 and 4 were diluted 1/1000 and mixed in equal amounts to form a template, and primer sets, Cre-iKOR1-F, Cre-t35S -R was used.

最後に3rd PCRとして、フラグメント5および6を1/1000希釈、等量ずつ混合して鋳型とし、OLexA-FとCre-t35S-Rをプライマーセットとした反応を行った。これらの操作により誘導型Cre発現ユニット、OLexA-Cre(iKOR1)-t35Sを合成した。このDNAフラグメントは、5’側末端にattB1、3’側末端にattB2サイトが付加されているため、Gatewayクローニングシステム (Life Technologies社) のBP組み換え反応によりpDONR/Zeoベクターへクローニングした。さらに、Cre(iKOR1)遺伝子とt35S間の制限酵素認識サイト (EcoRI, SalI, SbfI, SphI)を削除した後、全長の塩基配列をDNAシークエンサー (Applied Biosystems社製 3130xl DNA Analyzer) により解析し、正確な塩基配列を持つクローンを選抜してOLexA-Cre(iKOR1)-t35S/pDONR Zeoを作製した(図3B) 。   Finally, as 3rd PCR, fragments 5 and 6 were diluted 1/1000 and mixed in equal amounts as a template, and a reaction was performed using OLexA-F and Cre-t35S-R as a primer set. By these operations, an inducible Cre expression unit, OLexA-Cre (iKOR1) -t35S was synthesized. Since the attB1 site was added to the 5 'end and the attB2 site was added to the 3' end, this DNA fragment was cloned into the pDONR / Zeo vector by the BP recombination reaction of the Gateway cloning system (Life Technologies). Furthermore, after removing the restriction enzyme recognition site (EcoRI, SalI, SbfI, SphI) between the Cre (iKOR1) gene and t35S, the full-length nucleotide sequence was analyzed with a DNA sequencer (Applied Biosystems 3130xl DNA Analyzer) to ensure accurate detection. A clone having a simple nucleotide sequence was selected to prepare OLexA-Cre (iKOR1) -t35S / pDONR Zeo (FIG. 3B).

一方、大腸菌内での相同組換え機構を利用して、pBIMFNからヒトエストロゲン受容体とLexAへの結合ドメインをコードする合成転写活性因子であるXVEの発現ユニットをサブクローニングした。まず、鋳型としてpBlueScript SK(-)、プライマーセットにXVE cloning-FおよびXVE cloning-Rを用いたPCRにより、線状のベクターを合成した。このベクターの両端にはそれぞれ、XVE発現ユニットの5’および3’側の相同領域が50bpずつ存在し、さらにクローニング時に制限酵素認識サイトが追加される設計とした。Red/ET Recombination System BAC Subcloning Kit (Gene Bridges社)により、XVE発現ユニットをpBlueScriptにクローニングし、pAct-XVE-tE9/pBSを作製した(図3A)。次いで、pAct-XVE-tE9をXhoI-SbfIで切り出し、OLexA-Cre(iKOR1)-t35S/pDONR Zeoに組み込んでXVE-OLexA-Cre(iKOR1)-t35S/pDONR Zeoを作製した (図3C)。   On the other hand, using the homologous recombination mechanism in Escherichia coli, we subcloned the expression unit of XVE, a synthetic transcriptional activator that encodes the binding domain from pBIMFN to the human estrogen receptor and LexA. First, a linear vector was synthesized by PCR using pBlueScript SK (-) as a template and XVE cloning-F and XVE cloning-R as a primer set. Each vector was designed to have 50 bp of homologous regions on the 5 'and 3' sides of the XVE expression unit at both ends of the vector, and a restriction enzyme recognition site was added during cloning. Using the Red / ET Recombination System BAC Subcloning Kit (Gene Bridges), the XVE expression unit was cloned into pBlueScript to prepare pAct-XVE-tE9 / pBS (FIG. 3A). Next, pAct-XVE-tE9 was cut out with XhoI-SbfI and incorporated into OLexA-Cre (iKOR1) -t35S / pDONR Zeo to prepare XVE-OLexA-Cre (iKOR1) -t35S / pDONR Zeo (FIG. 3C).

このベクターでは、誘導型Cre発現ユニットの5’側にattL1、3’側にattL2が位置するため、LR組み換え反応におけるエントリークローンとして機能し、誘導型Cre発現ユニットをデスティネーションベクターとして改良したターゲティングベクターpGEF1-S549D-DおよびpGEF1-Con-D内へ組み込む際に利用することができる。   In this vector, attL1 is located on the 5 'side of the inducible Cre expression unit, and attL2 is located on the 3' side, so it functions as an entry clone in the LR recombination reaction, and the targeting vector has been improved as the destination vector. It can be used when incorporating into pGEF1-S549D-D and pGEF1-Con-D.

(光誘導型Cre発現ユニットの構築)
イネの光誘導型プロモーター、pLP2とCre発現遺伝子の連結は、Overlap extension法により進めた下記の手法に従い行った。まず、1st PCRとして下記の条件により2つのDNAフラグメントを作製した。
(Construction of light-induced Cre expression unit)
The rice light-inducible promoter, pLP2, and the Cre-expressed gene were linked according to the following procedure advanced by the overlap extension method. First, two DNA fragments were prepared as 1st PCR under the following conditions.

フラグメント1 (pLP2領域, 2329bp): pGPro1-LP2 (Thilmony et al. 2009)を鋳型とし、プライマーセットとして、pLP2-FおよびpLP2-Cre 1st-Rを用いた。
フラグメント2 (Cre(iKOR1) 領域, 1468bp): OLexA-Cre(iKOR1)-t35S/pDONR Zeo (前述) を鋳型とし、プライマーセットとして、pHSP-Cre 1st-FおよびCre-t35S-Rを用いた。
Fragment 1 (pLP2 region, 2329 bp): pGPro1-LP2 (Thilmony et al. 2009) was used as a template, and pLP2-F and pLP2-Cre 1st-R were used as primer sets.
Fragment 2 (Cre (iKOR1) region, 1468 bp): OLexA-Cre (iKOR1) -t35S / pDONR Zeo (described above) was used as a template, and pHSP-Cre 1st-F and Cre-t35S-R were used as primer sets.

続く2nd PCRにて、フラグメント1および2を1/1000希釈、等量ずつ混合して鋳型とし、pLP2-FとCre-t35S-Rをプライマーセットとした反応で光誘導型Cre発現ユニットを合成し、GatewayクローニングシステムのBP組み換え反応によりエントリークローン、pLP2-Cre(iKOR1)-t35S/pDONR Zeoを作製した (図4)。   In the subsequent 2nd PCR, fragments 1 and 2 were diluted 1/1000, mixed in equal amounts to form a template, and a light-induced Cre expression unit was synthesized by a reaction using pLP2-F and Cre-t35S-R as a primer set. An entry clone, pLP2-Cre (iKOR1) -t35S / pDONR Zeo, was prepared by the BP recombination reaction of the Gateway cloning system (FIG. 4).

(制限酵素サイトおよび転写終止領域の追加)
上記の誘導型Cre発現ユニットをCre-loxP部位特異的組換え評価用基本ベクター、pZEN20 (後述) に組み込むため、下記の操作を行った。pBlueScript SK(-)をテンプレートに、pBS for Cre-loxP-FおよびpBS for Cre-loxP-Rをプライマーセットに用いたPCRにより認識サイトを追加した線状のベクターを合成し、AvrII-KpnI間にエストラジオール誘導型Cre発現ユニットを組み込み、XVE-OLexA-Cre(iKOR1)-t35S/pBSを作製した(図4)。同様に、光誘導型Cre発現ユニットを組み込み、pLP2-Cre(iKOR1)-t35S/pBSを作製した。さらに、PCRを介してpINA134 (Terada et al. 2002) から転写終止領域En/spmに制限酵素認識サイトを付加しつつクローニングし、pLP2-Cre(iKOR1)-t35S/pBSのAbsI-SbfIサイト間に挿入し、En-pLP2-Cre(iKOR1)-t35S/pBSを作製した(図4)。
(Addition of restriction enzyme site and transcription termination region)
In order to incorporate the above inducible Cre expression unit into a basic vector for evaluation of Cre-loxP site-specific recombination, pZEN20 (described later), the following operation was performed. A linear vector with a recognition site added was synthesized by PCR using pBlueScript SK (-) as a template and pBS for Cre-loxP-F and pBS for Cre-loxP-R as a primer set, and between AvrII and KpnI. An estradiol-inducible Cre expression unit was incorporated to prepare XVE-OLexA-Cre (iKOR1) -t35S / pBS (FIG. 4). Similarly, a light-inducible Cre expression unit was incorporated to produce pLP2-Cre (iKOR1) -t35S / pBS. Furthermore, cloning was performed by adding a restriction enzyme recognition site from pINA134 (Terada et al. 2002) to the transcription termination region En / spm via PCR, and between the AbsI-SbfI sites of pLP2-Cre (iKOR1) -t35S / pBS. Insertion was performed to prepare En-pLP2-Cre (iKOR1) -t35S / pBS (FIG. 4).

(2)Cre-loxP部位特異的組換え評価用ベクターシリーズの構築
セルフマーカーフリーターゲティングを成立させるためには、イネのカルスのゲノムに於いてターゲティング相同組換えがおきた細胞がある程度増殖した後の段階で、誘導型プロモーターによりCre-loxP部位特異的組換えが適切な頻度で生じる様に制御する事が不可欠である。この実験系に適した誘導型Cre発現ユニットを選ぶため、レポーター遺伝子 (GUSPlus) を利用した評価用ベクターを構築した。基本ベクターpZEN20は、pZEN11 (Shimatani et al. 2009) から派生したベクターで、T-DNA内の35SプロモーターとGUSPlus遺伝子間に順方向に並んだ2コピーのloxPサイトが存在し、さらにloxPサイト間に位置する制限酵素サイトに各誘導型Cre発現ユニットを組み込むことで、評価用ベクターを構築することが出来る。XVE-OLexA-Cre(iKOR1)-t35S/pBSからAbsI-PmeIにて誘導型Cre発現ユニットを切り出し、pZEN20に組み込んだものをpZEN21とした(図5A)。同様に、En-pLP2-Cre(iKOR1)-t35Sを組み込んだものをpZEN24Eとした(図5B)。これらのベクターでは、35SプロモーターとGUSPlus遺伝子間に誘導型Cre発現ユニットが挿入されてGUSPlusの発現が抑制されているが、Cre遺伝子に連結したエストラジオール誘導型(XVE-OLexA)、および光及び緑化組織誘導型(pLP2)の各プロモーターの誘導によりCre-loxP部位特異的組換え反応が生じて、挿入領域が脱離するとGUSPlusの発現が回復する仕組みとなっている(図5C)。すなわち、植物細胞内におけるGUSPlus遺伝子の発現を元に、各誘導型プロモーターによるCre-loxP部位特異的組換えの時期と頻度を目視化し、評価することが可能となる。また、T-DNA上の特異的配列を利用し、Cre-loxP部位特異的組換えをPCRおよび塩基配列解読などのDNAレベルで検証することも可能となる。なお、loxP間が脱離した際は35SプロモーターとGUSPlus遺伝子間に1コピーのloxPサイトが残されるのみで、GUSPlusは常に発現可能な状態となるが、この状態を人為的に再現したポジティブコントロールベクターをpZEN20PCとした(図6A)。また、loxP間に転写終止領域であるEn/spmを組み込み、35SプロモーターによるGUSPlusの発現が抑制されたネガティブコントロールベクターpZEN20NCEGを作製し、本評価試験における指標として用いた(図7A)。
(2) Construction of Cre-loxP site-specific recombination vector series for self-marker-free targeting To achieve self-marker-free targeting, cells that have undergone targeted homologous recombination in the rice callus genome have grown to some extent. At the stage, it is essential to control the inducible promoter so that Cre-loxP site-specific recombination occurs at an appropriate frequency. In order to select an inducible Cre expression unit suitable for this experimental system, an evaluation vector using a reporter gene (GUSPlus) was constructed. The basic vector pZEN20 is a vector derived from pZEN11 (Shimatani et al. 2009) .There are two copies of loxP sites arranged in the forward direction between the 35S promoter and GUSPlus gene in T-DNA, and between the loxP sites. An evaluation vector can be constructed by incorporating each inducible Cre expression unit into a restriction enzyme site. An inducible Cre expression unit was excised from XVE-OLexA-Cre (iKOR1) -t35S / pBS with AbsI-PmeI and incorporated into pZEN20 to obtain pZEN21 (FIG. 5A). Similarly, pZEN24E was obtained by incorporating En-pLP2-Cre (iKOR1) -t35S (FIG. 5B). In these vectors, an inducible Cre expression unit is inserted between the 35S promoter and GUSPlus gene to suppress the expression of GUSPlus, but estradiol-inducible type (XVE-OLexA) linked to Cre gene, and light and greening tissues The induction of each inducible (pLP2) promoter causes a Cre-loxP site-specific recombination reaction, and the GUSPlus expression is restored when the insertion region is removed (FIG. 5C). That is, based on the expression of the GUSPlus gene in plant cells, the timing and frequency of Cre-loxP site-specific recombination by each inducible promoter can be visualized and evaluated. In addition, using a specific sequence on T-DNA, Cre-loxP site-specific recombination can be verified at the DNA level such as PCR and sequencing. When loxP is detached, only one copy of the loxP site remains between the 35S promoter and the GUSPlus gene, and GUSPlus can always be expressed, but this state is a positive control vector that artificially reproduces this state. Was designated as pZEN20PC (FIG. 6A). In addition, En / spm, which is a transcription termination region, was inserted between loxPs, and a negative control vector pZEN20NCEG in which GUSPlus expression by the 35S promoter was suppressed was prepared and used as an index in this evaluation test (FIG. 7A).

(3)Cre-loxP部位特異的組換え評価用ベクターのアグロバクテリウム菌への導入
pZEN21、pZEN24E、pZEN20PCおよびpZEN20NCEGは、エレクトロポレーション (Bio Rad 社MicroPulserエレクトロポレーションシステム) によってアグロバクテリウム菌 (Agrobacterium tumefaciens EHA105株) へ導入することとした。まず、下記の手順にてアグロバクテリウム菌のコンピテントセル作製を行った。アグロバクテリウム菌株をYEB寒天培地 (Beef Extract 5g/L, Yeast Extract 1g/L, Bacto Pepton 1g/L, Sucrose 5g/L, MgSO42mM, Bacto Agar 12g (1.2%)) に塗布し、28℃・暗所で2日間培養した。得られたシングルコロニーをYEB液体培地5mLに植菌後、28℃・暗所で12時間振とう培養し、懸濁液200μLを200mLのYEB液体培地に加え28℃・暗所で振とう培養し、OD600=0.2-0.4に増殖させた。次いで菌体を遠心して (3000rpm、4℃・10分間) 集菌し、20mLの10mM HEPES (pH8.0) に懸濁、遠心を2-3回繰り返した。遠心により回収した菌体を滅菌10%グリセロール水溶液2mLに懸濁し、コンピテントセルとした。次に、以降に記す手順にて各ベクターをアグロバクテリウムへ導入した。各ベクターを1μg/μL濃度で滅菌水に溶解し、上記のアグロバクテリウム菌懸濁液50μLに混合し、マイクロパルサーキュベット (0.1cmギャップ, BioRad社) に移し、エレクトロポレーション (2.2kV, 5.8ms) を行った。次いで、この液に800μLのYEB液体培地を加えて28℃・暗所で2時間振とう培養し50mg/L カナマイシンを含むYEB寒天培地に塗布し28℃・暗所で36〜48時間培養した。得られた菌コロニーを50mg/L カナマイシンを含むYEB液体培地5mLで増殖させグリセロール (最終濃度35%) ストックとして微小管に分注し、-80℃で保存した。
(3) Introduction of a vector for evaluating Cre-loxP site-specific recombination into Agrobacterium
pZEN21, pZEN24E, pZEN20PC and pZEN20NCEG were introduced into Agrobacterium (Agrobacterium tumefaciens EHA105 strain) by electroporation (BioPrader MicroPulser electroporation system). First, competent cells for Agrobacterium were prepared according to the following procedure. Agrobacterium strain is applied to YEB agar medium (Beef Extract 5g / L, Yeast Extract 1g / L, Bacto Pepton 1g / L, Sucrose 5g / L, MgSO 4 2mM, Bacto Agar 12g (1.2%)), 28 ° C -Cultured for 2 days in the dark. After inoculating the obtained single colony in 5 mL of YEB liquid medium, shake culture at 28 ° C in the dark for 12 hours. Add 200 μL of the suspension to 200 mL of YEB liquid medium and shake culture in the dark at 28 ° C. OD600 = 0.2-0.4. The cells were then collected by centrifugation (3000 rpm, 4 ° C., 10 minutes), suspended in 20 mL of 10 mM HEPES (pH 8.0), and centrifuged 2-3 times. The cells recovered by centrifugation were suspended in 2 mL of a sterile 10% glycerol aqueous solution to obtain a competent cell. Next, each vector was introduced into Agrobacterium by the procedure described below. Each vector was dissolved in sterile water at a concentration of 1 μg / μL, mixed with 50 μL of the above Agrobacterium suspension, transferred to a micropulcer cuvette (0.1 cm gap, BioRad), and electroporation (2.2 kV, 5.8 ms). Next, 800 μL of YEB liquid medium was added to this solution and cultured with shaking at 28 ° C. in the dark for 2 hours, applied to a YEB agar medium containing 50 mg / L kanamycin, and cultured at 28 ° C. in the dark for 36 to 48 hours. The obtained bacterial colonies were grown in 5 mL of YEB liquid medium containing 50 mg / L kanamycin, dispensed into microtubules as glycerol (final concentration 35%) stock, and stored at −80 ° C.

(4)イネ培養細胞へのCre-loxP部位特異的組換え評価用ベクターシリーズの導入
イネの形質転換は、Teradaら(2002)の手法に従って行った。
(4) Introduction of Cre-loxP site-specific recombination vector series into rice cultured cells Rice transformation was performed according to the technique of Terada et al. (2002).

(形質転換用のイネカルスの準備)
イネ (Oryza sativa.L Japonica品種;日本晴) の種子約100粒の籾を取り除き、70%エタノール中にて1分間振とうした後、2.5%次亜塩素酸ナトリウムに20-30分間浸漬して滅菌した。その後、滅菌水ですすぎ2N6培地 (N6培地用混合塩 (Sigma-Aldrich社) 4.0g/L,Casamino acid 300mg/L, Myo-inocitol 100mg/L, Nicotinic acid 0.5mg/L, Pyridoxine HCl 0.5mg/L, Thiamine HCl 0.5mg/L, L-Proline 2878mg/L, Sucrose30.0g/L, Gelrite 4.0g/L, pH5.8) の上に置床し、暗所・31.5℃にて4週間培養し、胚盤細胞由来のカルスを十分量誘導した。
(Preparation of rice callus for transformation)
About 100 seeds of rice (Oryza sativa.L Japonica variety; Nipponbare) were removed and shaken in 70% ethanol for 1 minute, then immersed in 2.5% sodium hypochlorite for 20-30 minutes for sterilization did. 2N6 medium (mixed salt for N6 medium (Sigma-Aldrich)) 4.0g / L, Casamino acid 300mg / L, Myo-inocitol 100mg / L, Nicotinic acid 0.5mg / L, Pyridoxine HCl 0.5mg / L, Thiamine HCl 0.5 mg / L, L-Proline 2878 mg / L, Sucrose 30.0 g / L, Gelrite 4.0 g / L, pH 5.8), and cultured in the dark at 31.5 ° C for 4 weeks. A sufficient amount of callus derived from scutellum cells was induced.

(形質転換用のアグロバクテリウム菌の準備)
Cre-loxP部位特異的組換え評価用の各ベクターを導入したアグロバクテリウム菌液を氷上で溶解し、うち300μLを50mg/L カナマイシンを加えたAB培地 (NH4Cl 1g/L,MgSO4・7H2 0.3g/L, KCl 0.15g/L, CaCl2・2H2O 0.012 g/L, FeSO4・7H2O 0.0025g/L, K2HPO43g/L, NaH2PO4・H2O 1.15g/L, Sucrose5.5g/L, アガロース6.0g/L,pH7.2) に塗布し、28℃・暗所で3日間培養した。その後、増殖したアグロバクテリウム菌を40mg/LのAcetosyringone (3', 5'-Dimethoxy-4'-hydroxy-acetophenone, Aldrich, Cat No.D13, 440-6) を加えたAAI液体培地 (MgSO4・7H2O 5g/L, CaCl2・2H2O 1.5g/L, NaH2PO4・H2O 1.5/L g, KCl 29.5g/L, MnSO4・4H2O 10g/L, ZnSO4・7H2O 2g/L, H3BO33g/L, KI 0.75g/L, Na2MoO4・2H2O 0.25g/L, CoCl2・6H2O 25mg/L ,CuSO4・5H2O 25mg/L, FeSO4・7H2O 13.9g/L, Na2 EDTA 18.7g/L, Myo-inocitol 100mg/L, Thiamine HCl 0.01g/L, Nicotinic acid 1mg/L, Pyridoxine HCl 1mg/L) に懸濁して25℃で2時間振とう培養し、この懸濁液を40mg/mlのAcetosyringoneを含むAAI液体培地で希釈しOD600=0.1とした懸濁液120mlを調整した。
(Preparation of Agrobacterium for transformation)
Dissolve the Agrobacterium solution containing each vector for evaluation of Cre-loxP site-specific recombination on ice, and add 300 μL of AB medium (NH 4 Cl 1 g / L, MgSO 4 7H 2 0.3g / L, KCl 0.15g / L, CaCl 2・ 2H 2 O 0.012 g / L, FeSO 4・ 7H 2 O 0.0025g / L, K 2 HPO 4 3g / L, NaH 2 PO 4・ H 2 O 1.15 g / L, Sucrose 5.5 g / L, agarose 6.0 g / L, pH 7.2) and cultured at 28 ° C. in the dark for 3 days. After that, the grown Agrobacterium was added to 40 mg / L of Acetosyringone (3 ', 5'-Dimethoxy-4'-hydroxy-acetophenone, Aldrich, Cat No. D13, 440-6) in AAI liquid medium (MgSO 4・ 7H 2 O 5g / L, CaCl 2・ 2H 2 O 1.5g / L, NaH 2 PO 4・ H 2 O 1.5 / L g, KCl 29.5g / L, MnSO 4・ 4H 2 O 10g / L, ZnSO 4・ 7H 2 O 2g / L, H 3 BO 3 3g / L, KI 0.75g / L, Na 2 MoO 4・ 2H 2 O 0.25g / L, CoCl 2・ 6H 2 O 25mg / L, CuSO 4・ 5H 2 (O 25mg / L, FeSO 4・ 7H 2 O 13.9g / L, Na 2 EDTA 18.7g / L, Myo-inocitol 100mg / L, Thiamine HCl 0.01g / L, Nicotinic acid 1mg / L, Pyridoxine HCl 1mg / L) The suspension was then cultured with shaking at 25 ° C. for 2 hours, and this suspension was diluted with an AAI liquid medium containing 40 mg / ml of Acetosyringone to prepare 120 ml of a suspension having an OD600 = 0.1.

(イネカルスへのアグロバクテリウム菌接種と共存培養と除菌)
イネ種子の胚盤から誘導したカルス約5-40gを滅菌したガラスビーカーに集め、各ベクターを導入したアグロバクテリウム菌懸濁液 (先述)を加え、3-5分間振とうしながら接種を行った。懸濁液をステンレスメッシュ (目地開き1.5 mm)で濾過し、余分なアグロバクテリウム菌を除去した。次いで、N6共存培地 (N6培地用混合塩 (Sigma社製) 4.0g/L,Casamino acid 300mg/L, Myo-inocitol 100mg/L, Nicotinic acid 0.5mg/L, Pyridoxine HCl 0.5mg/L, Thiamine HCl 0.5mg/L, Sucrose 30.0g/L, Glucose 10g/L, 2,4-D 2mg/L, Gelrite 4.0g/L, Acetosyringone 40mg/L, pH5.2) にろ紙を置き、その上にカルスをピンセットで等間隔に並べ、25℃暗所で3日間共存培養した。その後、共存培養後のカルスからアグロバクテリウム菌を除菌するため、カルスを500mlのビーカーに集めて、バンコマイシン100mg/Lを加えた滅菌水300mLを用いて攪拌しながら20分間洗浄した。その後、カルスをステンレスメッシュに集め、ペーパータオルでカルス周辺の水分を取り除いた後、上記と同様のバンコマイシンを含む滅菌水を用いて同様の除菌操作を再度繰り返した。次いで除菌後のカルスをハイグロマイシン (Hygromycin) 50mg/Lを含む選抜培地 N6SE (N6培地用混合塩[Sigma社製] 4.0g/L,Casamino acid 300mg/L, Myo-inocitol 100mg/L, Nicotinic acid 0.5mg/L, Pyridoxine HCl 0.5mg/L, Thiamine HCl 0.5mg/L, L-Proline 2878mg/L, Sucrose 30.0g/L, Gelrite 4.0g/L, Vancomycin 100mg/L, Claforan 400mg/L, pH5.8)の上に等間隔に並べ、31.5℃の暗所で約4週間培養した。pZEN21、pZEN24E、pZEN20PCおよびpZEN20NCEGを導入する形質転換では、選抜培養開始から30日目にはハイグロマイシン耐性を示す複数のカルスの増殖が確認された。pZEN24Eに関する上記の形質転換からカルス選抜の全ての作業はLP2プロモーター活性の抑制を保持するため微弱な光環境下(150-200ルクス)で行い、カルスは全て暗所で培養した。
(Inoculation of Agrobacterium to rice callus, co-culture and sterilization)
About 5-40g of callus derived from the rice seed scutellum was collected in a sterilized glass beaker, added with the Agrobacterium suspension introduced above (see above), and inoculated with shaking for 3-5 minutes It was. The suspension was filtered with a stainless mesh (joint opening 1.5 mm) to remove excess Agrobacterium. Next, N6 co-culture medium (mixed salt for N6 medium (Sigma) 4.0g / L, Casamino acid 300mg / L, Myo-inocitol 100mg / L, Nicotinic acid 0.5mg / L, Pyridoxine HCl 0.5mg / L, Thiamine HCl 0.5mg / L, Sucrose 30.0g / L, Glucose 10g / L, 2,4-D 2mg / L, Gelrite 4.0g / L, Acetosyringone 40mg / L, pH5.2) They were arranged at regular intervals with tweezers and co-cultured for 3 days in the dark at 25 ° C. Thereafter, in order to sterilize Agrobacterium from the callus after co-cultivation, the callus was collected in a 500 ml beaker and washed with 300 ml of sterilized water added with 100 mg / L of vancomycin with stirring for 20 minutes. Thereafter, the callus was collected on a stainless mesh, water around the callus was removed with a paper towel, and the same sterilization operation was repeated again using sterilized water containing vancomycin as described above. Next, the callus after sterilization was subjected to selective medium N6SE (mixed salt for N6 medium [Sigma) 4.0 g / L, Casamino acid 300 mg / L, Myo-inocitol 100 mg / L, Nicotinic, containing 50 mg / L of hygromycin. acid 0.5mg / L, Pyridoxine HCl 0.5mg / L, Thiamine HCl 0.5mg / L, L-Proline 2878mg / L, Sucrose 30.0g / L, Gelrite 4.0g / L, Vancomycin 100mg / L, Claforan 400mg / L, pH5 .8) were arranged at regular intervals and cultured in the dark at 31.5 ° C. for about 4 weeks. In the transformation into which pZEN21, pZEN24E, pZEN20PC and pZEN20NCEG were introduced, growth of multiple calli showing hygromycin resistance was confirmed on the 30th day after the start of selective culture. All the work of callus selection from the above-mentioned transformation regarding pZEN24E was performed in a weak light environment (150-200 lux) in order to maintain the suppression of LP2 promoter activity, and all the callus were cultured in the dark.

ランダム形質転換では、T-DNAが挿入されるゲノム領域や外来遺伝子のコピー数を制御できないため、形質転換体ごとに外来遺伝子の発現量が異なる場合が多い。一方、カルスの各コロニーは、それぞれ異なる形質転換細胞に由来した独立の細胞系譜である可能性が高い。そのため、出来るだけ多くの系統を解析に用い独立事象の反復試行数を増やすことで、誘導型プロモーターによるCre-loxP部位特異的組換え頻度の調査をより正確に行うことが可能になる。以上の理由から、増殖した60-100のカルスのコロニーからそれぞれ一片ずつカルスを取り、ハイグロマイシン(Hygromycin) 50mg/Lを含むN6SE選抜培地を分注した24穴プレートに継代し、系統ごとに隔離培養した。得られた形質転換カルスは、pZEN21を導入したものが82系統、pZEN24Eを導入したものが22系統、pZEN20NCEGを導入したものが96系統、そしてpZEN20PCを導入したものが24系統得られた。
In random transformation, since the genomic region into which T-DNA is inserted and the copy number of a foreign gene cannot be controlled, the expression level of the foreign gene is often different for each transformant. On the other hand, each callus colony is likely to be an independent cell lineage derived from a different transformed cell. Therefore, it is possible to more accurately investigate the frequency of Cre-loxP site-specific recombination with an inducible promoter by using as many lines as possible for analysis and increasing the number of independent event repetition trials. For the above reasons, each callus from each of the grown colonies of 60-100 callus was subcultured into 24-well plates containing N6SE selective medium containing 50 mg / L of hygromycin, and Isolated culture. Of the obtained transformed calli, 82 lines were introduced with pZEN21, 22 lines were introduced with pZEN24E, 96 lines were introduced with pZEN20NCEG, and 24 lines were introduced with pZEN20PC.

(4)誘導型Cre発現ユニットの評価
セルフマーカーフリーターゲティングに適した誘導型Cre発現ユニットを選別するとともに、その誘導・抑制条件の最適化行うため、前述の評価用ベクターシリーズを導入したカルスについてX-Gluc染色およびPCR解析により、Cre-loxP部位特異的組換えの発生頻度を評価した。
(4) Evaluation of inducible Cre expression unit In order to select an inducible Cre expression unit suitable for self-marker-free targeting and to optimize the induction / suppression conditions, callus introduced with the aforementioned evaluation vector series X -The frequency of Cre-loxP site-specific recombination was assessed by Gluc staining and PCR analysis.

はじめに、ポジティブコントロールベクターpZEN20PCを導入した24系統の個別形質転換カルスについてX-Gluc染色を行った結果、23系統のカルスでGUSPlusの発現による青いシグナルを確認した(図6B)。青色の発色の無い1系統では遺伝子サイレンシングが生じたと推測される。一方、X-Gluc染色とPCR解析の結果、ネガティブコントロールベクターpZEN20NCEGを導入したカルス96系統のうち89系統では、loxP間に挿入されたEn/spmによりGUSPlusの発現が抑制されていた(図7B)。残り7系統は、PCR解析の結果loxP間の脱離が認められなかったものの、何らかの理由によりごくわずかなGUSPlusの発現が検出された(図7C〜E)。以上より、Cre-loxP部位特異的組換えの発生有無を鋭敏に検出するPCR解析と、組換えの発生時期と頻度を検出可能な目視マーカー (GUSPlus)を組み合わせた本実験系が、各誘導型Cre-loxPシステムの評価と最適条件の設定に有効であると判断した。   First, X-Gluc staining was performed on 24 individual transformed calli into which the positive control vector pZEN20PC had been introduced, and as a result, a blue signal due to GUSPlus expression was confirmed in 23 callus (FIG. 6B). It is speculated that gene silencing occurred in one line without blue coloration. On the other hand, as a result of X-Gluc staining and PCR analysis, 89 of the 96 callus lines into which the negative control vector pZEN20NCEG was introduced had GUSPlus expression suppressed by En / spm inserted between loxPs (FIG. 7B). . As for the remaining 7 lines, although no detachment between loxP was observed as a result of PCR analysis, very slight expression of GUSPlus was detected for some reason (FIGS. 7C to 7E). Based on the above, this experimental system combining PCR analysis that detects the presence or absence of Cre-loxP site-specific recombination with a visual marker (GUSPlus) that can detect the occurrence and frequency of recombination is It was judged to be effective for the evaluation of Cre-loxP system and the setting of optimum conditions.

エストラジオール誘導型ベクターpZEN21が導入された独立82系統の形質転換カルスについて、エストラジオール未処理のカルスをX-Gluc染色した結果、46系統 (56%)では既にカルスの一部、あるいは全体が青色に染色された(図8A、B)。こうしたGUSPlusの発現はCre-loxP組換え以外に、ランダム形質転換においてpZEN21上のGUSPlus遺伝子が偶発的にイネゲノム内在性のプロモーターを獲得することで生じる可能性も否定できない。そのため、GUSPlusレポーター発現が確認された系統のうち32系統について、カルスの一部から自動核酸抽出装置(クラボウ株式会社PX-80)によってDNAを抽出し、プライマーセットpCAM-nDart No.2-F およびpCAM-nDartNo.2-Rを用いたPCR解析を行った結果、それらの全てにおいてCre-loxP組換えが生じた場合に増幅される666bpのDNA断片が得られた(図10)。そのため、この誘導型Cre発現ユニットでは、エストラジオール未処理にも関わらずCre-loxP組換えが生じたと考えられる。   As a result of X-Gluc staining of 82 independent transformed calli introduced with the estradiol-inducible vector pZEN21, 46 or 56 (56%) already stained part or all of the callus in blue. (FIG. 8A, B). In addition to Cre-loxP recombination, such GUSPlus expression cannot be denied that the GUSPlus gene on pZEN21 accidentally acquires a rice genome endogenous promoter during random transformation. Therefore, of 32 strains in which GUSPlus reporter expression was confirmed, DNA was extracted from a part of the callus by an automatic nucleic acid extraction device (Kurabo PX-80), primer set pCAM-nDart No.2-F and As a result of PCR analysis using pCAM-nDartNo.2-R, a 666 bp DNA fragment was obtained that was amplified when Cre-loxP recombination occurred in all of them (FIG. 10). Therefore, in this inducible Cre expression unit, it is considered that Cre-loxP recombination occurred even though estradiol was not treated.

次に、プロモーター活性強度を適切に誘導するための条件検討として、Cre-loxP組換えによるGUSPlusの発現を指標に、エストラジオール処理濃度の評価試験を行った。pZEN21を導入した82系統の形質転換カルスを系統ごとにN6SE培地上に置床して31.5℃で2週間増殖させた後、0μM、25μMまたは50μM濃度のエストラジオールを含むN6SE選抜培地にそれぞれ等量ずつ移植し、31.5℃条件下で一週間培養した。続いて、これらのカルスの一部をX-Gluc染色し、GUSPlusの発現状況を調べた。その結果、19系統 (23%) のカルスにおいて、エストラジオール濃度に比例してGUSPlusを発現する細胞の割合の増加が確認された(図9)。一方、各系統のカルスの一部から抽出したDNAを鋳型としてPCR解析を行った結果、エストラジオール未処理、および25μM、50μMでの処理に関わらず、Cre-loxP組換えによる666bpが検出された(図10)。以上から、エストラジオール誘導型Cre発現ユニットは、エストラジオール処理時の濃度によりCre-loxP組換えの発生頻度を調節できる可能性が示されたものの、エストラジオール未処理に関わらず半数以上の系統のカルスでloxP間の脱離が確認されたことから、不要時にCre-loxP組換えを抑制できず、セルフマーカーフリーターゲティングへの応用には難点が明らかとなった。なお、17系統 (20%) のカルスでは、エストラジオール処理濃度に関わらずGUSPlusの発現が認められず、PCR解析でもloxP間の脱離がほとんど検出されなかった。こうした結果は、ランダム形質転換時のT-DNA破損による誘導型Cre発現ユニットの機能喪失、またはT-DNAのヘテロクロマチン領域への挿入による不活性化や導入遺伝子のサイレンシング等の理由により、本ユニットが十分に機能しなかったものと推測される。   Next, as an examination of conditions for appropriately inducing the promoter activity intensity, an evaluation test of estradiol treatment concentration was performed using the expression of GUSPlus by Cre-loxP recombination as an index. 82 lines of transformed callus introduced with pZEN21 were placed on N6SE medium for each line, grown at 31.5 ° C for 2 weeks, and then transferred to N6SE selective medium containing estradiol at 0, 25, or 50 μM concentration respectively. And cultured at 31.5 ° C. for one week. Subsequently, some of these calli were stained with X-Gluc to examine the expression status of GUSPlus. As a result, an increase in the proportion of cells expressing GUSPlus in proportion to the estradiol concentration was confirmed in 19 lines (23%) of callus (FIG. 9). On the other hand, as a result of PCR analysis using DNA extracted from a part of the callus of each strain as a template, 666 bp by Cre-loxP recombination was detected regardless of estradiol treatment and treatment with 25 μM and 50 μM ( FIG. 10). From the above, it was shown that the estradiol-inducible Cre expression unit can regulate the frequency of Cre-loxP recombination depending on the concentration at the time of estradiol treatment, but loxP in more than half of the callus regardless of estradiol treatment. Since the detachment was confirmed, Cre-loxP recombination could not be suppressed when it was unnecessary, which revealed a difficulty in application to self-marker-free targeting. In 17 strains (20%) of callus, no GUSPlus expression was observed regardless of the estradiol treatment concentration, and no detachment between loxPs was detected by PCR analysis. These results are due to loss of function of the inducible Cre expression unit due to T-DNA breakage during random transformation, inactivation due to insertion of T-DNA into the heterochromatin region, or silencing of the transgene. It is presumed that the unit did not function sufficiently.

光及び緑化組織誘導型プロモーター(pLP2)プロモーターを含むpZEN24E(図11A)が導入された独立22系統の形質転換カルスについて培養カルスをX-Gluc染色した結果、5系統 (23%)でカルスの一部にスポット状の青色および小さなセクター状の青色染色が観察されたが、エストラジオール誘導型ベクターpZEN21による青色細胞セクター数を比較した場合、光及び緑化組織誘導型 (pLP2)プロモーターの発現活性はエストラジオール誘導型ベクターpZEN21の半分程度に抑制されていると推測された。pZEN24Eの緑化組織誘導型 (pLP2)プロモーターには光によってプロモーター活性が誘導されるシス因子の領域が含まれるため、形質転換及びカルス選抜のそれぞれの作業過程で、必要最小限に抑えつつ蛍光灯の照射下での作業が必要であったため、低レベルでの光に反応してCre発現ユニットが機能したと推定される。発現抑制が見られたカルスの再分化反応の状態では光及び緑化組織誘導型 (pLP2)プロモーターは、根や葉が再分化する培養時期に急速に発現が誘導されることが確認できた(図11B)。   As a result of X-Gluc staining of cultured calli of 22 independent transformed calli into which pZEN24E (FIG. 11A) containing a light and greening tissue inducible promoter (pLP2) promoter was introduced, 5 lines (23%) Spot-like blue and small sector-like blue staining were observed, but when comparing the number of blue cell sectors with the estradiol-inducible vector pZEN21, the expression activity of the light and greening tissue-inducible (pLP2) promoter was estradiol-induced It was estimated that it was suppressed to about half of the type vector pZEN21. The pZEN24E green tissue-inducible (pLP2) promoter contains a cis-factor region whose promoter activity is induced by light, so that the fluorescent lamp can be used while minimizing it during the transformation and callus selection processes. Since the work under irradiation was necessary, it is presumed that the Cre expression unit worked in response to light at a low level. It was confirmed that the expression of the light and greening tissue-inducible (pLP2) promoter was rapidly induced during the culture period in which roots and leaves redifferentiated in the state of callus redifferentiation reaction in which expression was suppressed (Fig. 11B).

以上の評価試験から、イネポジティブ-ネガティブ選抜ターゲティングにおいて、イネカルスのゲノム内にてターゲティング相同組換えが生じた後、Cre-loxP部位特異的組換えによりloxP間に配置されたポジティブ選抜マーカー等の余剰配列を削除するためには、光及び緑化組織プロモーターであるpLP2が効果的に機能すると予測した。   From the above evaluation tests, in rice positive-negative selection targeting, after target homologous recombination occurred in the rice callus genome, surplus such as positive selection markers placed between loxP by Cre-loxP site-specific recombination To delete the sequence, we predicted that the light and greening tissue promoter pLP2 would function effectively.

(イネの遺伝子ターゲティング改変後セルフマーカーフリー技術の開発)
本実施例では、イネゲノム中のいもち病耐性遺伝子OsRacGef1について、イネポジティブ-ネガティブ選抜ターゲティングにより相同組換えを介した塩基置換を導入し、その後、光及び緑化組織プロモーター (pLP2) を利用した誘導型Cre-loxP部位特異的組換えシステムにより、改変OsRacGef1遺伝子領域内に挿入されたポジティブ選抜マーカー等を削除する「セルフマーカーフリーターゲティング遺伝子改変技術」を確立した。
(Development of self-marker-free technology after gene targeting modification in rice)
In this example, for rice blast resistance gene OsRacGef1 in the rice genome, base substitution via homologous recombination was introduced by rice positive-negative selection targeting, and then induced Cre using light and greening tissue promoter (pLP2). A “self-marker-free targeting gene modification technique” was established to delete positive selection markers inserted into the modified OsRacGef1 gene region using the -loxP site-specific recombination system.

用例としてAkamatsu A et al. (2013) An OsCEBiP/OsCERK1-OsRacGEF1-OsRac1 Module is an essential early component of chitin-induced rice immunity. Cell Host Microbe 13: 465-476の報告に従いイネ品種「金南風(キンマゼ)」のOsRacGef1において「セルフマーカーフリーターゲティング遺伝子改変技術」によって一塩基置換を誘導し、活性型OsRacGEF1 (OsRacGEF1 S549D)への変異を誘導できれば、「いもち病」等の多様な耐病性機能を付与したイネの実用種を10ヶ月〜1年ほどの短時間で作出する可能性が高い。   As an example, Akamatsu A et al. (2013) An OsCEBiP / OsCERK1-OsRacGEF1-OsRac1 Module is an essential early component of chitin-induced rice immunity. According to the report of Cell Host Microbe 13: 465-476 ) ”OsRacGef1 was able to induce a variety of disease-resistant functions such as“ rice blast ”by inducing mutations to active OsRacGEF1 (OsRacGEF1 S549D) by inducing single-base substitution using“ self-marker-free targeting gene modification technology ” There is a high possibility of producing practical rice seeds in as little as 10 months to 1 year.

(1)ターゲティング遺伝子改変用基本ベクターの構築
本件における、ポジティブ-ネガティブ選抜によるイネ・ターゲティングでは、pINA135D(図12)を基本ベクターとして用いた。pINA135DはpINA134(JPW02003-020940)の発展型であり、GatewayクローニングシステムのLR組み換え反応に対応したデスティネーションベクターとしての機能が追加されている。
(1) Construction of basic vector for modifying targeting gene In rice targeting by positive-negative selection in this case, pINA135D (FIG. 12) was used as a basic vector. pINA135D is an advanced version of pINA134 (JPW02003-020940), and has a function as a destination vector corresponding to the LR recombination reaction of the Gateway cloning system.

pINA135Dは、大腸菌 (Escherichia coli) とアグロバクテリウム菌 (Agrobacterium tumefaciens) の両方で複製できる複製開始点 (Ori)とスペクチノマイシンspectinomycin、アンピシリンampicillinに耐性となる選抜マーカーを持つpVS1ベクターとT-DNA領域から構築される。T-DNA領域のRB (図12; RB)とLB (図12; LB) の内側にはネガティブ選抜マーカーのDT-A (Diphtheria toxin A fragment;図12; DT-A) 遺伝子2つが相互に逆向きに配置されている。これらのDT-A遺伝子は、35Sターミネーター (図12; t35S) を持ち、それぞれユビキチンプロモーターとユビキチンイントロン (図12; pUbi-iUbi)、および35Sプロモーターとヒマカタラーゼイントロン(図12; p35S-iCat) に連結させた。T-DNA中央には、植物細胞におけるポジティブ選抜マーカーとしてhpt (ハイグロマイシンリン酸化転移酵素(図12; hpt) 遺伝子がアクチンプロモーターとアクチンイントロン (図12; pAct) および35Sターミネーター (図12 t35S) に連結している。ポジティブ選抜マーカーの下流にはトウモロコシトランスポゾン由来の転写終止配列 (図12; En/Spm)が連結している。さらにその下流には、Gateway vector conversion system(Life Technologies社)のReading frame A由来の配列が組み込まれ、内部のattR1およびattR2配列がLR組み換え反応時の標的配列として機能する。ポジティブ選抜マーカーとEn/Spm配列の両末端にCre-loxP部位特異的組換えシステムの2つのloxP (34bp) 配列(図12; loxP)が順向きに連結し、loxPとネガティブ選抜マーカーの間には、ターゲティング相同組換え配列を挿入するための2つのマルチプルクローニングサイト(図12; I-CeuI, PacI, HindIII, SrfI)と(図12; PmeI, SpeI, AscI, AvrII, I-SceI)が配置されている。   pINA135D is a pVS1 vector and T-DNA that has a replication origin (Ori) that can replicate in both Escherichia coli and Agrobacterium tumefaciens, a selectable marker that is resistant to spectinomycin and ampicillin. Constructed from the area. Inside the RB (Figure 12; RB) and LB (Figure 12; LB) of the T-DNA region, two DT-A (Diphtheria toxin A fragment; Figure 12; DT-A) genes, which are negative selection markers, are opposite to each other. It is arranged in the direction. These DT-A genes have a 35S terminator (Fig. 12; t35S) and are respectively located in the ubiquitin promoter and ubiquitin intron (Fig. 12; pUbi-iUbi) and in the 35S promoter and Himacatalase intron (Fig. 12; p35S-iCat). Connected. In the center of T-DNA, hpt (hygromycin phosphotransferase (Fig. 12; hpt) gene as an actin promoter, actin intron (Fig. 12; pAct) and 35S terminator (Fig. 12 t35S) as a positive selection marker in plant cells. A transcription termination sequence derived from a corn transposon (Fig. 12; En / Spm) is linked downstream of the positive selection marker, and further downstream of the Gateway vector conversion system (Life Technologies) Reading. The sequence derived from frame A is incorporated, and the internal attR1 and attR2 sequences function as target sequences during the LR recombination reaction.2 of the Cre-loxP site-specific recombination system at both ends of the positive selection marker and En / Spm sequences Two loxP (34bp) sequences (Figure 12; loxP) are ligated in the forward direction, and between the loxP and the negative selectable marker, there is a targeting homologous recombination sequence. Two multiple cloning sites (FIG. 12; I-CeuI, PacI, HindIII, SrfI) and (FIG. 12; PmeI, SpeI, AscI, AvrII, I-SceI) for inserting the sequence are arranged.

(2)ターゲティング基本ベクター(pINA135D)を用いたOsRacGEF1遺伝子改変用ベクターpGEF1-S549D-Dの構築
図13Aに示すとおり、pZEN-LP2の2つのマルチプルクローニングサイト、PmeIとSrfIにOsRacGef1および周辺領域に相同な配列を組み込むことでpGEF1-S549D-Dを構築した。5’および3’側の相同組換え領域はイネ品種「金南風 (キンマゼ)」及び「日本晴」で共通するゲノムDNAを鋳型とし、nested PCR法により作製した。なお、いずれのPCRにおいてもDNA polymeraseにPrimeStar GXL (タカラバイオ) を用い、反応条件は製造元のプロトコールに従った。
(2) Construction of OsRacGEF1 gene modification vector pGEF1-S549D-D using targeting basic vector (pINA135D) As shown in FIG. 13A, two multiple cloning sites of pZEN-LP2, PmeI and SrfI, homologous to OsRacGef1 and surrounding region PGEF1-S549D-D was constructed by incorporating the correct sequence. The 5 ′ and 3 ′ homologous recombination regions were prepared by nested PCR using genomic DNA common to rice varieties “Kinnamaze” and “Nippon Hare” as templates. In all PCRs, PrimeStar GXL (Takara Bio) was used as the DNA polymerase, and the reaction conditions followed the manufacturer's protocol.

5'側の相同組換え領域は、OsRacGef1の5’UTRから3’UTRに相当する領域で構成され、さらに第5エキソン内の塩基配列を改変することにより、GT改変体が変異型OsRacGEF1 (S549D) を発現するようデザインされている。さらに、pINA135Dへの組み込み時に利用するPacIサイト (5’側末端)とSrfIサイト (3’側末端)が付加されている。5'側の相同組換え領域は、まず1st PCRとしてプライマーセットGEF1 5’1st-FおよびGEF1 5’1st-Rを用いてOsRacGEF1遺伝子と近隣領域を含む配列を増幅した。得られた増幅産物は1/1000希釈し、PCRによる部位特異的変異導入法 (Site-Directed mutagenesis)によりDNA配列改変の鋳型とした。プライマーセットGEF1 5’-F、GEF1 S549D-Rにより得られた約3000bpの増幅産物と、GEF1 S549D-F、GEF1 5’-Rにより得られた約90bpの増幅産物をそれぞれ1/1000希釈後混合し、3rd PCRの鋳型とした。続く3rd PCRにて、プライマーセットGEF1 5’-F、GEF1 5’-Rを用いて得られた3024bpのDNAフラグメントをpCR BluntII TOPO (Zero Blunt TOPO PCR cloning kit, Life Technologies) にクローニングし、DNAシークエンサーにて塩基配列を確認し、設計通りの配列を持つクローンを選抜した。   The 5 ′ homologous recombination region is composed of a region corresponding to 5′UTR to 3′UTR of OsRacGef1, and by modifying the nucleotide sequence in the 5th exon, the GT variant is mutated OsRacGEF1 (S549D ). Furthermore, a PacI site (5 ′ end) and a SrfI site (3 ′ end) used for incorporation into pINA135D are added. For the 5 ′ homologous recombination region, first, a sequence including the OsRacGEF1 gene and a neighboring region was amplified using the primer sets GEF1 5′1st-F and GEF1 5′1st-R as 1st PCR. The obtained amplification product was diluted 1/1000 and used as a template for DNA sequence modification by site-directed mutagenesis by PCR. About 1000 bp amplified product obtained by primer set GEF1 5'-F and GEF1 S549D-R and about 90 bp amplified product obtained by GEF1 S549D-F and GEF1 5'-R were mixed after dilution of 1/1000 respectively. And used as a 3rd PCR template. In the subsequent 3rd PCR, the 3024 bp DNA fragment obtained using the primer sets GEF1 5'-F and GEF1 5'-R was cloned into pCR BluntII TOPO (Zero Blunt TOPO PCR cloning kit, Life Technologies) and the DNA sequencer After confirming the nucleotide sequence, a clone having the sequence as designed was selected.

3'側の相同組換え領域は、OsRacGef1の3’UTRから下流の領域から成り、さらにpINA135Dへの組み込み時に利用するPmeIサイト (5’側末端) とAscIサイト (3’側末端) が付加されている。3'側の相同組換え領域は、まず1st PCRとしてプライマーセットGEF1 3’1st-FおよびGEF1 3’1st-Rを用いてOsRacGEF1遺伝子の3’末端側と近隣領域を含む配列を増幅した。得られた増幅産物は1/1000希釈し、nested PCRの鋳型として用いた。プライマーセットGEF1 3'-F、GEF1 3'-Rを用いたnested PCRにより増幅された3270bpのDNAフラグメントは、PCR BluntII TOPOにクローニングし、塩基配列解析により、「金南風」及び「日本晴」のゲノム配列と一致するクローンを選抜した。得られた5’および3’側相同組換え領域は、pINA135DのPacI-SrfIサイト間およびPmeI-AscIサイト間に組み込み、pGEF1-S549D-Dを構築した (図13A)。   The 3 'homologous recombination region consists of a region downstream from the 3'UTR of OsRacGef1, with the addition of the PmeI site (5' end) and AscI site (3 'end) used for integration into pINA135D. ing. For the 3 ′ homologous recombination region, first, a sequence including the 3 ′ end side of the OsRacGEF1 gene and a neighboring region was amplified using the primer sets GEF1 3′1st-F and GEF1 3′1st-R as 1st PCR. The obtained amplification product was diluted 1/1000 and used as a template for nested PCR. The 3270 bp DNA fragment amplified by nested PCR using the primer sets GEF1 3'-F and GEF1 3'-R was cloned into PCR BluntII TOPO and analyzed by nucleotide sequence analysis. A clone matching the genome sequence was selected. The obtained 5 'and 3' homologous recombination regions were incorporated between the PacI-SrfI sites and the PmeI-AscI sites of pINA135D to construct pGEF1-S549D-D (Fig. 13A).

(3)コントロール基本ベクターpGEF1-Con-Dの構築。
ターゲティング相同組換え変異配列をPCR法で同定するためには、ターゲティング挿入配列領域と相同組換え領域に連結するゲノム配列領域をプライマーで増幅した相同組換え断片を指標にターゲティング相同組換えを確認する必要がある。この様なPCR法では人為的に相同組換え領域を持たせた鋳型ベクターをPCR反応のポジティブコントロールとして用いる。そのため、ターゲティングベクターpGEF1-S549D-Dの5'と3’の相同組換え配列の外側のゲノム配列数百bp分を延長したコントロールベクター、pGEF1-Con-Dを構築した。本ベクターの作製は、先述のpGEF1-S549D-D作製手順に準じて行い、5’および3’側の相同領域クローニング時の1st PCR産物作製までの工程を共通とした。pGEF1-Con-Dに組み込む5'側配列は、GEF1 5’1st-FおよびGEF1 5’1st-Rを用いた1st PCR産物を1/1000希釈して鋳型とし、プライマーセットGEF1 5' Con-FとGEF1 5'-Rを用いたnested PCRにより増幅した。3'側配列は、GEF1 3’1st-FおよびGEF1 3’1st-Rを1/1000希釈して鋳型とし、プライマーセットGEF1 3’-FとGEF1 3’Con-Rを用いたnested PCRにより増幅した。得られた5'側配列3820bp、および3'側配列4360bp のDNAフラグメントはpCR BluntII TOPOにクローニングして塩基配列を確認し、クローンを選抜した。続いて、それぞれの相同組換え領域は、pINA135DのPacI-SrfIサイト間およびPmeI-AscIサイト間に組み込み、pGEF1-Con-Dを構築した。このベクターは、pGEF1-S549D-Dに対し、約400bp延長された5’側配列と約660bp延長された3’側配列を持つため、これらの延長領域にPCRプライマーを設定して、ターゲティング相同組換え変異配列を検出するためのPCR反応条件の最適化を行う(図13B)。
(3) Construction of control basic vector pGEF1-Con-D.
In order to identify the targeted homologous recombination mutant sequence by PCR, targeting homologous recombination is confirmed using the homologous recombination fragment obtained by amplifying the genomic sequence region linked to the targeting insertion sequence region and the homologous recombination region as a marker. There is a need. In such a PCR method, a template vector artificially having a homologous recombination region is used as a positive control for the PCR reaction. Therefore, a control vector pGEF1-Con-D was constructed in which several hundred bp of genomic sequences outside the 5 ′ and 3 ′ homologous recombination sequences of the targeting vector pGEF1-S549D-D were extended. This vector was prepared according to the above-mentioned procedure for preparing pGEF1-S549D-D, and the steps up to the preparation of the 1st PCR product at the time of cloning of the 5 ′ and 3 ′ homologous regions were made common. The 5 'sequence to be incorporated into pGEF1-Con-D is the primer set GEF1 5' Con-F, which is a 1/1000 dilution of 1st PCR product using GEF1 5'1st-F and GEF1 5'1st-R. And GEF1 5′-R was amplified by nested PCR. The 3'-side sequence was amplified by nested PCR using primer sets GEF1 3'-F and GEF1 3'Con-R using 1/1000 dilution of GEF1 3'1st-F and GEF1 3'1st-R as a template. did. The obtained DNA fragments of 5 ′ side sequence 3820 bp and 3 ′ side sequence 4360 bp were cloned into pCR Blunt II TOPO to confirm the base sequence, and clones were selected. Subsequently, each homologous recombination region was integrated between the PacI-SrfI sites and the PmeI-AscI sites of pINA135D to construct pGEF1-Con-D. This vector has a 5 ′ sequence extended by about 400 bp and a 3 ′ sequence extended by about 660 bp relative to pGEF1-S549D-D. The PCR reaction conditions for detecting the mutated mutant sequence are optimized (FIG. 13B).

(4)セルフマーカーフリー型遺伝子改変ターゲティングベクターpGEF1-S549D-pLP2-Cre、およびコントロールベクターpGEF1-Con-pLP2-Creの作製
pGEF1-S549D-DおよびpGEF1-Con-Dは、En/Spmの下流にattR1およびattR2配列が位置するデスティネーションベクターであり、GatewayクローニングシステムのLR組み換え反応により、エントリークローンであるattL1およびattL2配列間のDNAフラグメントを組み込むことが可能である。これにより、pLP2-Cre(iKOR1)-t35S/pDONR Zeo (前述 [実施例1]) から誘導型Cre発現ユニットを組み込むことで、pGEF1-S549D-pLP2-CreおよびpGEF1-Con-pLP2-Creを作製した(図14A、B)。
(4) Preparation of self-marker-free genetically modified targeting vector pGEF1-S549D-pLP2-Cre and control vector pGEF1-Con-pLP2-Cre
pGEF1-S549D-D and pGEF1-Con-D are destination vectors in which attR1 and attR2 sequences are located downstream of En / Spm. Due to the LR recombination reaction of Gateway cloning system, between entry clones attL1 and attL2 sequences Of DNA fragments can be incorporated. As a result, pGEF1-S549D-pLP2-Cre and pGEF1-Con-pLP2-Cre were prepared by incorporating an inducible Cre expression unit from pLP2-Cre (iKOR1) -t35S / pDONR Zeo (previous [Example 1]) (FIGS. 14A and 14B).

(5)アグロバクテリウム菌へのpGEF1-S549D-pLP2-Creベクターの導入
pGEF1-S549D-pLP2-Creは、[実施例1]に記述した手法に従いエレクトロポレーションによってアグロバクテリウム菌へ導入した。pGEF1-S549D-pLP2-Creを持つクローンを選抜した上で、それらを125mg/Lのスペクチノマイシンを含むYEB液体培地5mLで増殖させグリセロールストック (最終濃度35%)として微小管に分注し、-80℃で保存した。
(5) Introduction of pGEF1-S549D-pLP2-Cre vector into Agrobacterium
pGEF1-S549D-pLP2-Cre was introduced into Agrobacterium by electroporation according to the procedure described in [Example 1]. After selecting clones with pGEF1-S549D-pLP2-Cre, they were grown in 5 mL of YEB liquid medium containing 125 mg / L spectinomycin and dispensed into microtubules as glycerol stocks (final concentration 35%), Stored at -80 ° C.

(6)ターゲティングによるOsRacGEF1遺伝子の改変
(形質転換用のイネカルスの準備)
イネ(Oryza sativa.L Japonica品種)日本晴の種子約800粒、及び金南風「キンマゼ」の種子約500粒を用いて[実施例1]と同様に滅菌処理後、2N6培地の上に置床し、暗所・31.5℃にて4週間培養し、胚盤細胞由来のカルスを十分量誘導した。
(6) Modification of OsRacGEF1 gene by targeting (preparation of rice callus for transformation)
Using rice (Oryza sativa.L Japonica varieties) Nipponbare seeds about 800 and Kinnan style “Kinmaze” seeds about 500 seeds, sterilized in the same way as in [Example 1] and then placed on 2N6 medium. The cells were cultured in the dark at 31.5 ° C. for 4 weeks to induce a sufficient amount of callus derived from scutellum cells.

(形質転換用のアグロバクテリウム菌の準備)
pGEF1-S549D-pLP2-Creを導入したアグロバクテリウム菌を125mg/Lのスペクチノマイシンを加えたAB培地にストリークして3日間増殖し、[実施例1]と同様にアセトシリンゴンを含むAAI液体培地に懸濁して接種に用いる菌液を作成した。
(Preparation of Agrobacterium for transformation)
Agrobacterium introduced with pGEF1-S549D-pLP2-Cre was streaked in AB medium supplemented with 125 mg / L spectinomycin and grown for 3 days. As in [Example 1], AAI containing acetosyringone A bacterial solution used for inoculation was prepared by suspending in a liquid medium.

(イネカルスへのアグロバクテリウム菌接種と共存培養と除菌)
全ての形質転換及びカルス移動の作業はLP2プロモーター活性の抑制を保持するため微弱な光環境下(150-200ルクス)で行い、カルスは全て暗所で培養した。
「日本晴」及び金南風「キンマゼ」の胚盤から誘導したカルスそれぞれ194.72g、及び145.09g(新鮮重、FWg)を滅菌ビーカーに集め、[実施例1]と同様にアグロバクテリウム菌の接種、N6共存培地による共存培養を行った。カルスからアグロバクテリウム菌を除菌するため、バンコマイシン100mg/Lを加えた滅菌水2Lを用いてビーカー内で混合しながら20分間洗浄した。その後、カルスをステンレスメッシュに集め、ペーパータオルでカルス周辺の水分を取り除いた後、上記と同様のバンコマイシンを含む滅菌水を用いて同様の除菌操作を再度繰り返した。次いで、除菌後のカルスを[実施例1]と同様にハイグロマイシン(Hygromycin) 50mg/Lを含む選抜培地 N6SEの上に置き、暗所、31.5℃で7週間培養した。
(Inoculation of Agrobacterium to rice callus, co-culture and sterilization)
All transformation and callus transfer operations were performed in a weak light environment (150-200 lux) to maintain the suppression of LP2 promoter activity, and all callus were cultured in the dark.
Callus derived from “Nipponbare” and Kinnanze “Kinmaze” scutellum, respectively, 194.72g and 145.09g (fresh weight, FWg) were collected in a sterile beaker and inoculated with Agrobacterium as in [Example 1]. Co-culture with N6 co-culture medium was performed. In order to sterilize Agrobacterium from the callus, it was washed for 20 minutes while mixing in a beaker with 2 L of sterilized water added with 100 mg / L of vancomycin. Thereafter, the callus was collected on a stainless mesh, water around the callus was removed with a paper towel, and the same sterilization operation was repeated again using sterilized water containing vancomycin as described above. Subsequently, the callus after sterilization was placed on a selective medium N6SE containing 50 mg / L of hygromycin as in [Example 1] and cultured at 31.5 ° C. in the dark for 7 weeks.

ポジティブ・ネガティブ選抜開始から50日後には、増殖あるいは致死カルスが目視で区別できるようになった。「日本晴」の増殖カルス812個を個別に選抜し、ハイグロマイシン50mg/Lを含むN6SE選抜培地を分注した24穴プレートに移動した。812個のうち486個のカルスが24穴プレートで継続して増殖したので、これらのカルスに系統番号を付けて、各系統カルスの一部から自動核酸抽出装置 (PX-80, 倉敷紡績株式会社)によってDNAを抽出した。金南風「キンマゼ」では増殖カルス192個を得たので同様にDNAを抽出した。これら組み換え体カルスは、主に以下の4通りのゲノム改変体のいずれかに相当すると予測される。
1) ターゲティング目的遺伝子OsRacGef1の位置でターゲティングベクターpGEF1-S549D-pLP2-Creと相同組換えが生じたもの (図15C)
2) OsRacGef1の位置でターゲティングベクターpGEF1-S549D-pLP2-Creと相同組換えが生じた後に、さらに光及び再分化誘導によってLP2プロモーターが活性化しCre遺伝子が発現し、pGEF1-S549D-pLP2-CreのloxPの内部配列が削除されたもの (図15E)
3) 両末端のネガティブ選抜マーカーが変異失活したターゲティングベクターpGEF1-S549D-pLP2-Creがゲノムのランダムな位置に挿入されたもの(図16A)
4) 上記の3) の様なランダム挿入が起きた後、LP2プロモーター下流のCre遺伝子が発現し、それによりpGEF1-S549D-pLP2-CreのloxPの内部配列が削除されたもの (図16B)
これらのうち、1)と2)がOsRacGEF1遺伝子のターゲティングに成功し、S549D変異の導入に成功した可能性が高い改変体である。また、2) と4) はpGEF1-S549D-pLP2-Creに由来する2つのloxP間が削除され、ハイグロマイシン耐性から感受性に変化するため、ハイグロマイシン選抜培地N6SEで増殖できない細胞が出現すると予測される。
After 50 days from the start of positive / negative selection, it became possible to visually distinguish proliferating or dead callus. 812 proliferating callus of “Nipponbare” were individually selected and transferred to 24-well plates dispensed with N6SE selective medium containing 50 mg / L of hygromycin. Since 486 callus out of 812 continued to grow in a 24-well plate, a line number was assigned to each callus, and an automatic nucleic acid extraction device (PX-80, Kurashiki Boseki Co., Ltd.) ) To extract DNA. In Kinnanze “Kinmaze”, 192 proliferating calli were obtained and DNA was extracted in the same manner. These recombinant calli are expected to correspond to one of the following four types of genome variants.
1) Homologous recombination with targeting vector pGEF1-S549D-pLP2-Cre at the target gene OsRacGef1 (Figure 15C)
2) After homologous recombination with the targeting vector pGEF1-S549D-pLP2-Cre at the position of OsRacGef1, the LP2 promoter was activated by light and redifferentiation induction, and the Cre gene was expressed, and pGEF1-S549D-pLP2-Cre LoxP internal sequence deleted (Figure 15E)
3) A target vector pGEF1-S549D-pLP2-Cre in which the negative selection markers at both ends are mutagenized and inserted at random positions in the genome (FIG. 16A)
4) After random insertion as in 3) above, the Cre gene downstream of the LP2 promoter was expressed, thereby deleting the loxP internal sequence of pGEF1-S549D-pLP2-Cre (FIG. 16B)
Among these, 1) and 2) are the variants that are likely to succeed in targeting the OsRacGEF1 gene and successfully introduce the S549D mutation. In addition, in 2) and 4), the two loxPs derived from pGEF1-S549D-pLP2-Cre are deleted, and hygromycin resistance is changed to sensitivity, so that cells that cannot grow on hygromycin selective medium N6SE are expected to appear. The

さらに、低頻度ではあるが以下のゲノム改変体も得られると予測される。
5) ターゲティングベクターpGEF1-S549D-pLP2-Creの5’または3’の一方の相同領域のみがゲノム中の標的領域と相同組換えを生じる一方、ベクター上のもう一方の末端では非相同末端結合が生じる組換え (OSI; One sided invasion) の発生も予測された。
6) さらに、イネゲノムのOsRacGef1および塩基配列が類似した領域が相同組換えによりpGEF1-S549D-pLP2-Creに取り込まれた後、ゲノムのランダムな位置に挿入される、異所的組換え (Ectopic targeting) も極まれに含まれると予測された。
In addition, the following genome variants are expected to be obtained, albeit at a low frequency.
5) Only one 5 'or 3' homologous region of the targeting vector pGEF1-S549D-pLP2-Cre causes homologous recombination with the target region in the genome, while non-homologous end joining occurs at the other end of the vector. The occurrence of recombination (OSI; One sided invasion) was also predicted.
6) In addition, ectopic recombination (Ectopic targeting), in which OsRacGef1 and the region of similar base sequence of rice genome are incorporated into pGEF1-S549D-pLP2-Cre by homologous recombination and then inserted at random positions in the genome. ) Was predicted to be included in rare cases.

ポジティブ・ネガティブ選抜開始から50日後以降に24穴プレートに移動した「日本晴」由来の増殖カルス486個、及び「金南風」由来の増殖カルス192個を観察した結果、白化して細胞分裂速度が低下したり、完全に細胞分裂を停止した細胞が観察された。これらの変化は上記の2) と4) に示した通り、OsRacGEF1遺伝子ターゲティングに成功した、あるいはpGEF1-S549D-pLP2-CreのT-DNA領域上のネガティブ選抜マーカーが何らかの形で失活した状態で、イネゲノム中へランダム挿入された改変体から、Cre-loxP部位特異的組み換えにより、loxP間のhpt配列が削除されハイグロマイシン感受性への変化を反映していることが推測された。イネカルスは再分化能力が高く、カルス増殖を継続した場合、植物ホルモンが無い状態でも再分化が起きることが知られている。LP2プロモーターの活性化が引き起こされた理由は、上記の様に培地量が少ない24穴プレートでカルス増殖を継続した結果、オーキシン等の培地成分がカルス増殖に伴い代謝分解され、カルスの生理状態が増殖から再分化に変化したためと考えられる。そのため、この様な状態のカルスを区別して「増殖再分化カルス」と呼ぶこととした。   As a result of observing 486 proliferating callus derived from “Nihonbare” and 192 proliferating callus derived from “Kinnan-style” that moved to the 24-well plate after 50 days from the start of positive / negative selection, whitening and cell division rate were observed. Cells that were reduced or completely stopped dividing were observed. As shown in 2) and 4) above, these changes were achieved when OsRacGEF1 gene targeting was successful or the negative selection marker on the T-DNA region of pGEF1-S549D-pLP2-Cre was inactivated in some way. It was speculated that the mutants randomly inserted into the rice genome, due to Cre-loxP site-specific recombination, deleted the hpt sequence between loxPs, reflecting the change to hygromycin sensitivity. Rice callus has a high redifferentiation ability, and it is known that when callus growth is continued, redifferentiation occurs even in the absence of plant hormones. LP2 promoter activation was caused by the fact that callus growth was continued in a 24-well plate with a small amount of medium as described above. As a result, medium components such as auxin were metabolized with callus growth, and the physiological state of callus was This is thought to be due to a change from proliferation to regeneration. For this reason, calli in such a state are distinguished and referred to as “proliferation redifferentiation callus”.

次いで、OsRacGEF1ターゲティング改変体を選抜するため、PCR選抜の条件設定を行った。まず、ターゲティングに成功したカルス (図18B)、そしてCre-loxP 組み換えによりhpt遺伝子等の余剰配列が削除されたカルス(図18C)の双方を選抜できるように設計したプライマーを数セット作製した(図17B)。次に、コントロールベクターpGEF1-Con-pLP2-Creを鋳型にし、上記プライマーセットを用いてPCRを行い、最も適したプライマーセットとPCR反応条件を決定した。その結果、5’側での相同組換え検出には、プライマーセットGEF1 5-Junction No.1-F およびGEF1 5-Junction No.1-Rを用いることとし、ターゲティング改変体では3324bpのDNAフラグメントが増幅されると予測された(図17B)。一方、3’側での相同組換え検出には、GEF1 3-Junction No.1-F およびGEF1 3-Junction No.1-R を用い、3884bpのDNAフラグメントが増幅されると予測された(図17B)。なお、いずれの選抜PCRにおいても、DNA polymerase にはTks Gflex (タカラバイオ) を用いることとし、PCR反応条件は、初期変性として98℃にて2分間処理後、98℃ 30秒ディネイチャー・68℃15秒アニーリング・68℃4分エクステンションを40サイクルとした。   Subsequently, PCR selection conditions were set in order to select OsRacGEF1 targeting variants. First, several sets of primers designed to select both callus that succeeded in targeting (FIG. 18B) and callus from which extra sequences such as the hpt gene were deleted by Cre-loxP recombination (FIG. 18C) were prepared (FIG. 18). 17B). Next, PCR was performed using the above primer set using the control vector pGEF1-Con-pLP2-Cre as a template, and the most suitable primer set and PCR reaction conditions were determined. As a result, primer sets GEF1 5-Junction No. 1-F and GEF1 5-Junction No. 1-R were used for detection of homologous recombination on the 5 ′ side. Expected to be amplified (FIG. 17B). On the other hand, GEF1 3-Junction No. 1-F and GEF1 3-Junction No. 1-R were used to detect homologous recombination on the 3 'side, and it was predicted that a 3884 bp DNA fragment would be amplified (Fig. 17B). In all selected PCRs, Tks Gflex (Takara Bio) is used as the DNA polymerase, and the PCR reaction conditions are 98 ° C for 30 minutes as initial denaturation, 98 ° C for 30 seconds, and 68 ° C for treatment. 15-second annealing and 68 ° C 4-minute extension was 40 cycles.

「日本晴」由来の増殖再分化カルス486系統、及び「金南風」由来の増殖再分化カルス192系統から抽出したゲノムDNAを鋳型とし、上記PCR条件により5’側の相同組換えを検出した結果、「日本晴」由来の増殖再分化カルスからは30系統(6.2%) で3324bpのバンドが検出された。次いで、それら30系統について3’側の相同組換えを検出するPCRを行った結果、5’側および3’側の双方にて相同組換えが生じたと思われる増殖再分化カルスが18系統 (3.7%)選抜された (図17C、表3)。これら18系統について、loxP間内部hpt配列等の削除の成否をプライマーセット、GEF1 3' 1st-FとGEF1 5' 1st-Rを用いたPCR解析で確認した。その結果、6系統 (6/486; 1.2%) は[上記1]の様にターゲティングが生じ、hpt等loxP間の配列を保持した6924bpの領域は反復配列等が原因となりPCRによる増幅産物が得られない一方、OsRacGef1野生型を示す369bpのバンドのみが検出されたため、これらがOsRacGEF1のターゲティングに成功したヘテロ接合体であることが示された (図18A、B、C、D)。一方、12系統 (12/486; 2.5%)では[上記2]]の様にターゲティングが生じた後にhpt等loxP間の配列が削除され3'UTRに1つのloxP (34bp)配列が残されたことを示す419bpとOsRacGef1野生型を示す369bpのバンドを検出した(図18A、B、C、D)。さらに、419bp のPCR産物については、pCR4 Blunt TOPO (Life Technologies社) にクローニングし、複数クローンについてDNAシークエンサーにて塩基配列を解析して、Cre-loxP部位特異的組換えによるマーカー遺伝子削除の成功を確認した。そのため、これら14系統は、OsRacGEF1のターゲティングとそれに続くCre-loxP部位特異的組換えに成功したヘテロ接合体であることが示された。同様に、「金南風」由来の増殖再分化カルス192系統からは5’側および3’側の双方にて相同組換えが生じたと思われる44系統 (23.0%) 選抜され、このうち20系統(20/192;10%)でターゲティングが生じた後にhpt等loxP間の配列が削除され3'UTRに1つのloxP (34bp)配列が残されたことを示す419bpとOsRacGef1野生型を示す369bpのバンドを検出した(表3)。   Results of detection of 5'-side homologous recombination under the above PCR conditions using genomic DNA extracted from 486 lines of growth-redifferentiation callus derived from "Nipponbare" and 192 lines of growth-regeneration callus derived from "Kinnanfu" From the regenerated callus derived from “Nipponbare”, a band of 3324 bp was detected in 30 lines (6.2%). Next, PCR was performed to detect 3 ′ homologous recombination of these 30 strains. As a result, 18 strains (3.7%) were considered that homologous recombination occurred on both the 5 ′ and 3 ′ sides. %) Selected (Figure 17C, Table 3). For these 18 lines, the success or failure of deletion of the internal hpt sequence between loxPs was confirmed by PCR analysis using a primer set, GEF1 3 ′ 1st-F and GEF1 5 ′ 1st-R. As a result, 6 lines (6/486; 1.2%) were targeted as shown in [1] above, and the 6924 bp region retaining the sequence between loxP such as hpt resulted in PCR amplification products due to repetitive sequences. On the other hand, only the 369 bp band representing the wild type of OsRacGef1 was detected, indicating that these were heterozygotes that were successfully targeted to OsRacGEF1 (FIGS. 18A, B, C, D). On the other hand, in 12 lines (12/486; 2.5%), after targeting occurred as in [above 2]], the sequence between loxP such as hpt was deleted and one loxP (34bp) sequence was left in the 3'UTR A band of 419 bp indicating this and 369 bp indicating OsRacGef1 wild type were detected (FIGS. 18A, B, C and D). In addition, the 419 bp PCR product was cloned into pCR4 Blunt TOPO (Life Technologies), the base sequence of multiple clones was analyzed with a DNA sequencer, and the marker gene was successfully deleted by Cre-loxP site-specific recombination. confirmed. Therefore, these 14 lines were shown to be heterozygotes that succeeded in targeting OsRacGEF1 followed by Cre-loxP site-specific recombination. Similarly, 44 strains (23.0%) that were thought to have undergone homologous recombination on both the 5 'and 3' sides were selected from 192 strains of growth-redifferentiated callus derived from "Kinnankaze", of which 20 strains were selected. (20/192; 10%) after targeting occurred, the sequence between loxP such as hpt was deleted and one loxP (34bp) sequence was left in 3'UTR, and 369bp indicating the wild type of OsRacGef1 Bands were detected (Table 3).

以上の結果から、セルフマーカーフリーターゲティングベクターpGEF1-S549D-pLP2-Creを「日本晴」の種子808個から誘導した194.72g新鮮重のイネカルスにアグロバクテリウムによるターゲティング形質転換し、ポジティブ・ネガティブ選抜した増殖再分化カルス486系統を得てPCRスクリーニングを行った結果、OsRacGef1遺伝子領域でターゲティングが生じ、さらにカルス培養を継続した結果、光及び再分化誘導により活性誘導されるLP2プロモーターの制御下でCreが発現し、loxP内部hpt配列削除に成功した12系統の増殖再分化カルスを得た。同様に「金南風」の種子500個から誘導した145.09g新鮮重のイネカルスのターゲティング形質転換でも、192系統のポジティブ・ネガティブ選抜した増殖再分化カルスを得て、OsRacGef1遺伝子領域でターゲティングが生じ、LP2プロモーターの制御下でCreが発現し、loxP内部hpt配列削除に成功した20系統の増殖再分化カルスを得た。これらの「日本晴」由来12系統、及び「金南風」由来20系統の増殖再分化カルスは更に再分化を誘導するMSRE培地(MS mix (Sigma) 4.4g/L、カザミノ酸 2000mg/L、シュクロース 30.0g/L、ソルビトール30.0g/L、NAA 0.02mg/L、Kinetin 2mg/L、4.0g/L、pH5.8)に移動して25℃、11時間明(8000lux)/13時間暗で3-4週間培養することで、実験が先行した「日本晴」由来12系統全ての増殖再分化カルスからの植物体再分化に成功し、正常な稔性をもったOsRacGEF1改変イネ植物体を得た。   Based on the above results, 195.72g fresh heavy rice callus derived from 808 Nihonbare seeds was self-marker-free targeting vector pGEF1-S549D-pLP2-Cre, and Agrobacterium-targeted transformation was performed. As a result of obtaining 486 redifferentiated callus lines and performing PCR screening, targeting occurs in the OsRacGef1 gene region, and further callus culture results in the expression of Cre under the control of the LP2 promoter that is activated by light and induction of redifferentiation. As a result, 12 lines of regenerative callus with successful deletion of the loxP internal hpt sequence were obtained. Similarly, targeting transformation of 145.09g fresh heavy rice callus derived from 500 seeds of "Golden style" resulted in 192 positive and negatively selected growth redifferentiated callus, and targeting occurred in the OsRacGef1 gene region, 20 lines of proliferative redifferentiation callus were obtained in which Cre was expressed under the control of the LP2 promoter and the loxP internal hpt sequence was successfully deleted. These 12 lines derived from “Nipponbare” and 20 lines derived from “Kinnankaze” were further differentiated in MSRE medium (MS mix (Sigma) 4.4 g / L, casamino acid 2000 mg / L, shout). Claus 30.0g / L, Sorbitol 30.0g / L, NAA 0.02mg / L, Kinetin 2mg / L, 4.0g / L, pH5.8), 25 ℃, 11 hours light (8000lux) / 13 hours dark By culturing for 3-4 weeks, we succeeded in plant regeneration from all 12 growth-redifferentiated callus derived from "Nipponbare", which preceded the experiment, and obtained OsRacGEF1-modified rice plants with normal fertility .

以上の実施例で用いたプライマー等の配列を以下の表に示す。   The sequences of primers and the like used in the above examples are shown in the following table.

本明細書には、以下に示す文献の全内容が参照により援用される。
(1)Zuo J, Niu QW, Moller SG, Chua NH (2001) Chemical-regulated, site-specific DNA excision in transgenic plants. Nature Biotechnology 19: 157-161
(2)Usuda K, Wada Y, Ishimaru Y, Kobayashi T, Takahashi M, Nakanishi H, Nagato Y, Mori S, Nishizawa NK (2009) Genetically engineered rice containing larger amounts of nicotianamine to enhance the antihypertensive effect. Plant Biotechnology Journal 7: 87-95
(3)Guan JC, Jinn TL, Yeh CH, Feng SP, Chen YM, Lin CY (2004) Characterization of the genomic structures and selective expression profiles of nine class I small heat shock protein genes clustered on two chromosomes in rice (Oryza sativaL.). Plant Molecular Biology 56: 795-809
(4)Thilmony R, Guttman M, Thomson JG, Blechl AE (2009) The LP2leucine-rich repeat receptor kinase gene promoter directs organ-specific, light-responsive expression in transgenic rice. Plant Biotechnology Journal 7: 1-16
(5)Terada R, Nagahara M, Furukawa K, Shimamoto M, Yamaguchi K, Iida S (2010) Cre-loxPmediated marker elimination and gene reactivation at the waxy locus created in rice genome based on strong positive-negative selection. Plant Biotechnology 27: 29-37
(6)Terada R, Urawa H, Inagaki Y, Tsugane K, Iida S (2002) Efficient gene targeting by homologous recombination in rice. Nature Biotechnology 20: 1030-1034
(7)Itoh H, Nonoue Y, Yano M, Izawa T (2010) A pair of floral regulators sets critical day length for Hd3a florigen expression in rice. Nature Genetics 42: 635-638
(8)Shimatani Z, Takagi K, Eun CH, Maekawa M, Takahara H, Hoshino A, Qian Q, Terada R, Johzuka-Hisatomi Y, Iida S, Tsugane K (2009) Characterization of autonomous Dart1 transposons belonging to the hAT superfamily in rice. Molecular Genetics and Genomics 281: 329-344
(9)Akamatsu A et al. (2013) An OsCEBiP/OsCERK1-OsRacGEF1-OsRac1 Module is an essential early component of chitin-induced rice immunity. Cell Host Microbe 13: 465-476
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(1) Zuo J, Niu QW, Moller SG, Chua NH (2001) Chemical-regulated, site-specific DNA excision in transgenic plants. Nature Biotechnology 19: 157-161
(2) Usuda K, Wada Y, Ishimaru Y, Kobayashi T, Takahashi M, Nakanishi H, Nagato Y, Mori S, Nishizawa NK (2009) Genetically engineered rice containing larger amounts of nicotianamine to enhance the antihypertensive effect. Plant Biotechnology Journal 7 : 87-95
(3) Guan JC, Jinn TL, Yeh CH, Feng SP, Chen YM, Lin CY (2004) Characterization of the genomic structures and selective expression profiles of nine class I small heat shock protein genes clustered on two chromosomes in rice (Oryza sativaL .). Plant Molecular Biology 56: 795-809
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(6) Terada R, Urawa H, Inagaki Y, Tsugane K, Iida S (2002) Efficient gene targeting by homologous recombination in rice. Nature Biotechnology 20: 1030-1034
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(8) Shimatani Z, Takagi K, Eun CH, Maekawa M, Takahara H, Hoshino A, Qian Q, Terada R, Johzuka-Hisatomi Y, Iida S, Tsugane K (2009) Characterization of autonomous Dart1 transposons belonging to the hAT superfamily in rice. Molecular Genetics and Genomics 281: 329-344
(9) Akamatsu A et al. (2013) An OsCEBiP / OsCERK1-OsRacGEF1-OsRac1 Module is an essential early component of chitin-induced rice immunity. Cell Host Microbe 13: 465-476

Claims (6)

植物体に用いる相同組換えベクターであって、
相同組換え体であることを肯定するポジティブ選択マーカーを発現するための領域と、
非相同組換え体であることを肯定するネガティブ選択マーカーを発現するための領域と、
部位特異的酵素をコードする領域を有する部位特異的酵素領域と前記部位特異的酵素の識別部位とを含む部位特異的組換え系と、
を備え、
前記ポジティブ選択マーカーを発現するための領域及び前記部位特異的組換え系は、相同組換え可能に構成されるとともに、前記部位特異的酵素のコード領域は、組織分化誘導性プロモーターの制御下に配置されており、前記組織分化誘導性プロモーターが作動することにより前記ポジティブ選択マーカーを発現するための領域及び前記部位特異的酵素領域が削除されるように構成されている、相同組換えベクター。
A homologous recombination vector for use in a plant,
A region for expressing a positive selection marker affirming that it is a homologous recombinant,
A region for expressing a negative selectable marker that affirms being a heterologous recombinant;
A site-specific recombination system comprising a site-specific enzyme region having a region encoding a site-specific enzyme and an identification site for the site-specific enzyme ;
With
The region for expressing the positive selection marker and the site-specific recombination system are configured to be capable of homologous recombination, and the coding region of the site-specific enzyme is arranged under the control of a tissue differentiation-inducible promoter. And a homologous recombination vector configured to delete the region for expressing the positive selection marker and the site-specific enzyme region when the tissue differentiation-inducible promoter is activated .
前記組織分化誘導性プロモーターは、光誘導型プロモーターである、請求項1に記載の相同組換えベクター。   The homologous recombination vector according to claim 1, wherein the tissue differentiation-inducible promoter is a light-inducible promoter. 前記組織分化誘導性プロモーターは、緑化組織分化誘導性プロモーターである、請求項1又は2に記載の相同組換えベクター。   The homologous recombination vector according to claim 1 or 2, wherein the tissue differentiation inducible promoter is a greening tissue differentiation inducible promoter. 前記組織分化誘導性プロモーターは、LP2遺伝子プロモーターである、請求項1〜3のいずれかに記載の組換えベクター。   The recombinant vector according to any one of claims 1 to 3, wherein the tissue differentiation-inducible promoter is an LP2 gene promoter. 前記識別部位が、前記部位特異的酵素領域と前記ポジティブ選択マーカー領域とを挟むように構成されている、請求項1〜4のいずれかに記載の組換えベクター。  The recombinant vector according to any one of claims 1 to 4, wherein the identification site is configured to sandwich the site-specific enzyme region and the positive selection marker region. 相同組換え植物体の作製方法であって、
前記植物体が未分化状態を維持できかつ前記組織分化誘導性プロモーターを活性化しない未分化環境下で、所望の導入領域を組換え可能に保持する請求項1〜5のいずれかに記載の相同組換えベクターを前記植物体に導入し、前記ネガティブ選択マーカー及び前記ポジティブ選択マーカーを利用して第1の相同組換え植物体を取得する工程と、
前記第1の相同組換え植物体を、前記植物体の分化を誘導できかつ前記組織分化誘導性プロモーターを活性化できる分化誘導環境下で培養して第2の相同組換え植物体を取得する工程と、
を備える、作製方法。
A method for producing a homologous recombinant plant, comprising:
The homology according to any one of claims 1 to 5, wherein the plant body is capable of maintaining a desired differentiation region in an undifferentiated environment in which an undifferentiated state can be maintained and the tissue differentiation-inducible promoter is not activated. Introducing a recombinant vector into the plant, and obtaining a first homologous recombinant plant using the negative selection marker and the positive selection marker;
Culturing the first homologous recombination plant in a differentiation-inducing environment capable of inducing differentiation of the plant and activating the tissue differentiation-inducing promoter to obtain a second homologous recombination plant. When,
A manufacturing method comprising:
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