JP6403372B2 - Tocotrienol production method and plant therefor - Google Patents

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本願発明は、植物を用いた物質生産の分野に関する。より具体的には、本願発明は、植物細胞を用いたトコトリエノールの生産技術分野に関する。   The present invention relates to the field of substance production using plants. More specifically, the present invention relates to the technical field of production of tocotrienol using plant cells.

トコトリエノール(以下「T3」と略記することがある)はトコフェロール(以下「Toc」と略記することがある)と共にビタミンE同族体である。両者は、構造的に類似しており、その構造的な違いは、クロマン環の側鎖がフィチル側鎖かイソプレノイド側鎖であるかの違いだけである。   Tocotrienol (hereinafter sometimes abbreviated as “T3”) is a vitamin E analog together with tocopherol (hereinafter sometimes abbreviated as “Toc”). Both are structurally similar and the only structural difference is whether the side chain of the chroman ring is a phytyl side chain or an isoprenoid side chain.

両者はビタミンEとして一括りにされているが、T3はTocに比べて、抗酸化性が50〜60倍もあり、スーパービタミンEと呼ばれることもある。最近、両者の機能性には大きな違いがあることが明らかになりつつある。発明者らのグループは、すでに、Tocにはない独特の生理機能である、強力な血管新生抑制作用がT3にはあることを世界に先駆けて発見している。(特許文献1,2)。   Both are grouped as vitamin E, but T3 is 50-60 times more antioxidant than Toc and is sometimes called super vitamin E. Recently, it has become clear that there is a big difference in functionality between the two. The inventors' group has already discovered for the first time in the world that T3 has a potent anti-angiogenic action, a unique physiological function not found in Toc. (Patent Documents 1 and 2).

ビタミンEを生産する生物は、植物、藻類、シアノバクテリアのみである。TocとT3は分子構造が良く似ているので、T3のみを精製しようとした場合、物性が似ているTocが夾雑物として混入しやすく、分離するのは容易なことではない。   The only organisms that produce vitamin E are plants, algae, and cyanobacteria. Since Toc and T3 are similar in molecular structure, when trying to purify only T3, Toc with similar physical properties is likely to be mixed as a contaminant, and it is not easy to separate them.

現在純度60%程度のT3(残りの主な夾雑物はToc)は、オリザトコトリエノールとして販売されているが、純度が100%に近い高純度のT3は市販されていない。   Currently, T3 with a purity of about 60% (the remaining main contaminant is Toc) is sold as oryzatocotrienol, but high-purity T3 with a purity close to 100% is not commercially available.

Tocを生産せずT3のみを生産する、唯一の植物としてベニノキがある。T3には、α、β、γ、δ体、の4 種類の異性体が存在するが、ベニノキに含まれるT3はγ、δ体である。   Beninoki is the only plant that produces only T3 without producing Toc. There are four types of isomers, α, β, γ, and δ, in T3, but T3 contained in cypress is γ and δ.

シアノバクテリアにおいて、sil1091遺伝子組換えを行うことによって、α体のT3が検出されるという報告(非特許文献1)も存在するが、この非特許献1ではT3の検出をHPLCで行っており、組換えによって生じた物質が、本当にT3であるかの検証が十分になされていない。また、そもそも、シアノバクテリアには、本来T3を生産する遺伝子であるホモゲンチジン酸ゲラニルゲラニルトランスフェラーゼ(HGGT遺伝子)が存在しないため、仮にT3が生産されたとしても、非常に微量な生産に留まるまずであり、工業的利用には程遠いものである。   In cyanobacteria, there is a report that non-patent document 1 detects α-form T3 by sil1091 gene recombination, but in this non-patent document 1, T3 is detected by HPLC. The substance generated by recombination has not been sufficiently verified to be T3. In the first place, since there is no homogentisic acid geranylgeranyltransferase (HGGT gene), which is a gene that originally produces T3, cyanobacteria, even if T3 is produced, it is likely to remain in a very small amount, It is far from industrial use.

特許第4447198号Patent No. 4447198 US Patent No. US6, 608, 103, B2US Patent No. US6, 608, 103, B2

Biochemica et Biophysica Acta , 1076, 195-203Biochemica et Biophysica Acta, 1076, 195-203

本願発明は、トコトリエノール(T3)の効率的な生産方法、トコトリエノールを産生しトコフェロールを実質的に産生しない植物体、及び前記植物体の作出方法を包含する。   The present invention includes an efficient production method of tocotrienol (T3), a plant that produces tocotrienol and does not substantially produce tocopherol, and a method for producing the plant.

更に本願発明には、トコトリエノールを産生しトコフェロールを実質的に産生しないカルス等植物体を作出するためのRNAi技術を用いた遺伝子発現抑制法(RNAi法)、そのためのRNA発現コンストラクト、該発現コンストラクトを用いる植物改変方法も包含される。より具体的には、α体のトコトリエノールを産生しトコフェロールを実質的に産生しないカルス等植物体を作出するためのRNAi法、そのためのRNA発現コンストラクト、該発現コンストラクトを用いる植物改変方法も包含される。   Furthermore, the present invention includes a gene expression suppression method (RNAi method) using RNAi technology for producing a plant body such as callus that produces tocotrienol and does not substantially produce tocopherol, an RNA expression construct therefor, and the expression construct The plant modification method used is also included. More specifically, an RNAi method for producing a plant body such as a callus that produces α-form tocotrienol and does not substantially produce tocopherol, an RNA expression construct therefor, and a plant modification method using the expression construct are also included. .

また、本願発明には、トコフェロールを実質的に含まないトコトリエノールを生産する方法を包含する。   The present invention also includes a method for producing tocotrienol substantially free of tocopherol.

さらには、本願発明は、新規ゲラニルゲラニルレダクターゼ遺伝子(GGR遺伝子)及びその発現の抑制方法を包含する。   Furthermore, the present invention includes a novel geranylgeranyl reductase gene (GGR gene) and a method for suppressing its expression.

T3の抗がん作用及びコレステロール低下作用の試験では、Tocが混在すると機能が落ちることが知られている。そのため、Tocの混入のない高純度のT3の供給が望まれているが、Tocを含まないT3は現在市販されていない。高純度のT3を多量に供給できるようになれば、T3の機能性研究がさらに進展することが期待され、その成果が、医薬品等へ応用されることが期待できる。また、医薬品として使用する際には、高い純度の医薬品原体が必要とされる。   In the test of the anticancer effect and cholesterol lowering effect of T3, it is known that the function decreases when Toc is mixed. Therefore, it is desired to supply high-purity T3 free of Toc, but T3 containing no Toc is currently not commercially available. If a large amount of high-purity T3 can be supplied, it is expected that functional research of T3 will further advance, and the results can be expected to be applied to pharmaceuticals. Moreover, when using as a pharmaceutical, a high purity pharmaceutical active substance is required.

本願発明は、このような、高純度のT3を多量に供給する方法、そのために用いる植物又は細胞若しくはカルス、及び前記植物又はカルスを製造する方法などを提供することを課題とする。   It is an object of the present invention to provide a method for supplying a large amount of such high-purity T3, a plant or cell or callus used therefor, a method for producing the plant or callus, and the like.

本願発明者らは、天然でT3およびTocを産生する植物において、当該植物のゲラニルゲラニルレダクダーゼ遺伝子を破壊又は同遺伝子の発現を阻害又は抑制することにより、Tocを実質的に含まずに、T3のみを産生する植物又は細胞若しくはカルスを製造できることを見出した。   Inventors of the present application in a plant that naturally produces T3 and Toc, by substantially destroying T3 without destroying the geranylgeranyl reductase gene of the plant or inhibiting or suppressing the expression of the gene, It has been found that plants or cells or callus that produce only can be produced.

更に本願発明者らは、イネにおいて、ゲラニルゲラニルレダクダーゼ活性をもつ遺伝子が2種類存在することを初めて発見し、その両者であるゲラニルゲラニルレダクターゼ1及びゲラニルゲラニルレダクターゼ2遺伝子を破壊し、またはこれらの遺伝子の発現を阻害又は抑制、あるいは2種のGGR遺伝子のうち一方の遺伝子の破壊し、他方の同遺伝子の発現の阻害又は抑制することにより、Tocを実質的に含まないT3を産生するイネカルスが得られることを見出した。   Furthermore, the inventors of the present invention discovered for the first time that there are two types of genes having geranylgeranyl reductase activity in rice, and destroyed both geranylgeranyl reductase 1 and geranylgeranyl reductase 2 genes, or Rice callus that produces T3 substantially free of Toc is obtained by inhibiting or suppressing expression, or disrupting one of the two GGR genes and inhibiting or suppressing expression of the other gene. I found out.

そこで、本願発明には、天然でT3およびTocを産生する植物において、当該植物のゲラニルゲラニルレダクダーゼ遺伝子を実質的に機能させないことにより、Tocを実質的に含まずに、T3のみを産生する植物細胞又は植物を製造する方法を包含される。具体的には、本願発明には、天然でT3およびTocを産生する植物において、(ア)当該植物のゲラニルゲラニルレダクダーゼ遺伝子を破壊することにより、(イ)同遺伝子の発現を阻害又は抑制することにより、又は(ウ)同遺伝子の破壊及び同遺伝子の発現の抑制又は阻害を組み合わせることにより、Tocを実質的に含まずに、T3のみを産生する植物細胞若しくはカルス又は植物を製造する方法を包含される。   Therefore, in the present invention, in a plant that naturally produces T3 and Toc, by making the geranylgeranyl reductase gene of the plant not substantially function, a plant that does not substantially contain Toc and produces only T3 A method of producing a cell or plant is included. Specifically, in the present invention, in a plant that naturally produces T3 and Toc, (a) by destroying the geranylgeranyl reductase gene of the plant, (a) inhibiting or suppressing the expression of the gene Or (c) a method of producing a plant cell or callus or plant that produces only T3, substantially free of Toc, by combining disruption of the same gene and suppression or inhibition of expression of the same gene Is included.

さらに具体的には、前記植物に内生ゲラニルゲラニルレダクターゼが複数ある場合は、そのすべてのゲラニルゲラニルレダクターゼ遺伝子について、当該遺伝子を破壊する又は当該遺伝子の発現を阻害又は抑制することにより、当該植物においてTocを実質的に含まずに、T3のみを産生する植物細胞若しくはカルス又は植物を製造する方法を包含する。   More specifically, when there are a plurality of endogenous geranylgeranyl reductases in the plant, for all the geranylgeranyl reductase genes, Toc is suppressed in the plant by destroying the gene or inhibiting or suppressing the expression of the gene. A plant cell or callus or a method for producing a plant that is substantially free of T3 and produces only T3 is included.

さらに具体的には、本願発明には、イネにおいて、ゲラニルゲラニルレダクターゼ1及びゲラニルゲラニルレダクターゼ2遺伝子を破壊するか、又はゲラニルゲラニルレダクターゼ1及びゲラニルゲラニルレダクターゼ2遺伝子の発現を阻害又は抑制するか、あるいいは、前記2種の遺伝子うち一方の破壊と他方の遺伝子の発現の抑制又は阻害とを組み合わせることにより、Tocを実質的に含まずに、T3のみを産生する植物細胞若しくはカルス又は植物を製造する方法を包含する。   More specifically, in the present invention, in rice, the geranylgeranyl reductase 1 and geranylgeranyl reductase 2 genes are disrupted, or the expression of the geranylgeranyl reductase 1 and geranylgeranyl reductase 2 genes is inhibited or suppressed. Includes a method of producing plant cells or callus or plants that produce only T3, substantially free of Toc, by combining the disruption of one of the two genes and the suppression or inhibition of the expression of the other gene. To do.

また、本願発明には、前記ゲラニルゲラニルレダクダーゼ遺伝子の発現を阻害又は抑制が、RNAサイレンシング法、RNAi技術を用いた遺伝子発現抑制法、アンチセンスRNA法、リボザイム法、人工核酸を用いる方法、トランスポゾン法、エチルメタンスルホン酸による変異法、ZFN法、及びTALEN法から選ばれる一の方法またはそれらの組み合わせによりなされる、Tocを実質的に含まずに、T3のみを産生する植物細胞若しくはカルス又は植物を製造する方法を包含する。   Further, the present invention includes inhibiting or suppressing the expression of the geranylgeranyl reductase gene, RNA silencing method, gene expression suppression method using RNAi technology, antisense RNA method, ribozyme method, method using artificial nucleic acid, A plant cell or callus that produces only T3, substantially free of Toc, which is formed by one method selected from the transposon method, the mutation method using ethylmethanesulfonic acid, the ZFN method, and the TALEN method, or a combination thereof. Includes a method of producing a plant.

本願方法により、従来困難であった、Tocを実質的に含まず、T3を含むビタミンEの効率的な製造が可能となる。   The method of the present application makes it possible to efficiently produce vitamin E containing T3 substantially free of Toc, which has been difficult in the past.

また、本願発明は、ベニノキ由来のT3製品とは性質の異なる、Tocを実質的に含まないα体T3を効率的に提供する。   In addition, the present invention efficiently provides an α-form T3 that is substantially different from Toc and has a property different from that of the T3 product derived from cypress.

本願発明によれば、Tocを実質的に含まない、具体的には、T3に対して、Tocを10%以下、好適には、5%以下、より好適には、1%以下、更に好適には、例えば、0.64%以下0.1%以下、又は0.01%以下しか含まないT3を提供することができる。   According to the present invention, substantially free of Toc, specifically, with respect to T3, Toc is 10% or less, preferably 5% or less, more preferably 1% or less, and even more preferably. Can provide T3 containing, for example, 0.64% or less, 0.1% or less, or 0.01% or less.

ビタミンEの生合成経路 トコトリエノール及びトコフェロールの想定される植物における合成経路を示す。Biosynthetic pathway of vitamin E The synthetic pathway of tocotrienol and tocopherol in plants is shown. トランスポゾンによるGGR欠損変異株(日本晴Tos 17 mutant株)について、GGR2の発現を確認したところ、GGR2遺伝子が発現していることが確認されたことを示す。Regarding the GGR-deficient mutant strain (Nipponbare Tos 17 mutant strain) due to transposon, when the expression of GGR2 was confirmed, it was confirmed that the GGR2 gene was expressed. トランスポゾンによるGGR欠損イネ(日本晴Tos 17 mutant株)の幼苗の葉の写真およびV.E定量結果を、GGR遺伝子が機能している幼苗の結果と共に示す(左図)。トランスポゾンによるGGR欠損カルス(日本晴Tos 17 mutant株由来)の写真およびV.E定量結果を、WT由来のカルスの結果と共に示す(右図)。The photograph of the leaves of the seedlings of GGR-deficient rice (Nipponbare Tos 17 mutant strain) and V.E quantification results by transposon are shown together with the results of the seedlings in which the GGR gene functions (left figure). A photograph of GGR-deficient callus (derived from Nipponbare Tos 17 mutant strain) and V.E quantification results with transposon are shown together with the results of WT-derived callus (right figure). 日本晴Tos 17 mutant ラインNE1041系統由来のカルスをトランスフォーメーションして増殖させたカルスの写真を示す。Shown is a photograph of callus grown by transformation of callus from Nipponbare Tos 17 mutant line NE1041 strain. WT由来のカルスについてRNAi法でGGR2の発現を抑制した場合のカルス中のTocおよびT3含量を示す。The Toc and T3 content in callus when GGR2 expression is suppressed by the RNAi method for WT-derived callus are shown. GGR1欠損株である日本晴Tos 17 mutant ラインNE1041系統由来のカルスについてRNAi法でGGR2の発現を抑制した場合のカルス中のTocおよびT3含量を示す。The Toc and T3 content in callus when callus derived from Nipponbare Tos 17 mutant line NE1041 strain, which is a GGR1-deficient strain, is suppressed by the RNAi method using GGR2 expression. WT由来のカルスについて、カルス中のTocおよびT3含量を示す。About the callus derived from WT, Toc and T3 content in callus are shown. さらに、WT由来のカルス及びGGR1欠損株である日本晴Tos 17 mutant ラインNE1041系統由来のカルス両者をRNAi法でGGR2の発現を抑制した場合について、カルス中のToc含量を計測したHPLC-MS/MSのデータを示す。Furthermore, when both the WT-derived callus and the callus derived from the Nipponbare Tos 17 mutant line NE1041 strain, which is a GGR1-deficient strain, suppress the expression of GGR2 by the RNAi method, HPLC-MS / MS was used to measure the Toc content in the callus. Data is shown.

1.はじめに
血管新生は、それまで血管が存在しなかった部位に、新たに血管が生じる現象であり、多くの疾病において起こる。代表的な例としては、罹患者数が非常に多い、がんや糖尿病が挙げられる。がんにおいては、腫瘍が成長する際、腫瘍の塊の中に栄養を引き込む血管が新生しなければ、内部の細胞が壊死してしまうため、血管新生はがん細胞の成長には必須の現象である。もし血管新生を抑えることができれば、腫瘍の成長を抑えることが可能になる。動物試験においては、T3は強力な血管新生抑制効果を発揮し、がんの増殖を抑制することが、多くのグループで確認されている。
1. Introduction Angiogenesis is a phenomenon in which blood vessels are newly formed at sites where blood vessels did not exist so far, and occurs in many diseases. Typical examples include cancer and diabetes, which have a very large number of affected individuals. In cancer, angiogenesis is an essential phenomenon for the growth of cancer cells because when the tumor grows, if the blood vessels that draw nutrients into the tumor mass do not become new, the cells inside it become necrotic. It is. If angiogenesis can be suppressed, tumor growth can be suppressed. In animal studies, many groups have confirmed that T3 exerts a strong anti-angiogenic effect and suppresses cancer growth.

また、糖尿病においては、眼の網膜に血管が新生する症状を呈する、糖尿病網膜症を高確率で併発し、日本人の中途失明原因の第2 位となっている。糖尿病にはI型(膵臓β細胞不活性型)とII型(インスリン抵抗性またはインスリン分泌減少型)の2 種類が存在するが、発症後20 年で、1 型の100%、2 型の60%の患者に網膜症が発症する。そのため網膜における血管新生を抑制する効果のある薬剤の開発も期待されている。   Diabetes is the second most common cause of blindness in Japan, with a high probability of diabetic retinopathy, which causes symptoms of blood vessels in the retina of the eye. There are two types of diabetes: pancreatic β-cell inactive type and type II (insulin resistant or insulin secreting type). 20 years after onset, 100% of type 1 and 60 of type 2 Retinopathy develops in% of patients. Therefore, development of a drug having an effect of suppressing angiogenesis in the retina is also expected.

がんや糖尿病網膜症以外にも、非常に罹患者数が多い疾患(加齢性黄斑症、リウマチ様関節炎、慢性気管支炎、乾癬、等々50種類にも及ぶ疾病)が、血管新生依存性疾患として確認されている。こうした疾病においてT3が将来的に血管新生抑制作用の効能を発揮することが期待されている   In addition to cancer and diabetic retinopathy, diseases with a very large number of diseases (aged macular disease, rheumatoid arthritis, chronic bronchitis, psoriasis, etc., 50 types of diseases) are angiogenesis-dependent diseases As confirmed. In these diseases, T3 is expected to exert an antiangiogenic effect in the future.

2.ビタミンEの一般的合成経路について:
2−1.ビタミンE生合成の概略(図1)
メバロン酸経路又は非メバロン酸経路により、ファルネシル二リン酸(FPP)が合成される。
2. About the general synthetic pathway of vitamin E:
2-1. Overview of vitamin E biosynthesis (Figure 1)
Farnesyl diphosphate (FPP) is synthesized by the mevalonate pathway or the non-mevalonate pathway.

ファルネシル二リン酸(FPP)はファルネソールと平衡関係にあり、ファルネシル二リン酸(FPP)からは、ゲラニルゲラニル二リン酸(GGPP)が合成される。   Farnesyl diphosphate (FPP) is in equilibrium with farnesol, and geranylgeranyl diphosphate (GGPP) is synthesized from farnesyl diphosphate (FPP).

そして、(イ)ゲラニルゲラニル二リン酸(GGPP)は、ホモゲンチジン酸ゲラニルゲラニルトランスフェラーゼ(HGGT)の働きでホモゲンチジン酸(HGA)と結合し、T3が生産される。また、(ロ)ゲラニルゲラニル二リン酸(GGPP)から、ゲラニルゲラニルリダクターゼ(GGR)により、クロロフィルを経、又はクロロフィルを経ることなくフィチニル二リン酸(PPP)が合成され、フィチル二リン酸から、VTE2により、トロフェロール(Toc)が生産される。   (I) Geranylgeranyl diphosphate (GGPP) is combined with homogentisic acid (HGA) by the action of homogentisic acid geranylgeranyltransferase (HGGT) to produce T3. In addition, (b) phytylyl diphosphate (PPP) is synthesized from geranylgeranyl diphosphate (GGPP) by geranylgeranyl reductase (GGR) or without chlorophyll, and from phytyl diphosphate by VTE2. Troferol (Toc) is produced.

2−2.メバロン酸経路又は非メバロン酸経路による、ファルネシル二リン酸(FPP)の生成
真菌類(酵母など)、植物及び動物には、メバロン酸経路がある。この経路ではアセチルCoAが最初の前駆体となる。アセチルCoAからアセトアセチルCoAが生成され、さらに、HMGCoAシンターゼによりヒドロキシメチルグルタリル−CoAが生成し、HMG CoAリダクターゼによりメバロン酸が生成する。メバロン酸から、メバロン酸キナーゼにより5-ホスホメバンロン酸とADPが生成し、更に、ホスホメバンロン酸キナーゼにより、5−ジホスホメバンロン酸が生成する。ホスホメバンロン酸デカルボキシラーゼにより、イソペンテニル二リン酸が生じ、イソメラーゼにより、ジメチルアリル二リン酸が生じる。ジメチルアリル二リン酸とIPPからゲラニル二リン酸が生成し、FPPシンターゼによりFPPが生じる。
2-2. Production of farnesyl diphosphate (FPP) by mevalonate pathway or non-mevalonate pathway Fungi (such as yeast), plants and animals have a mevalonate pathway. In this pathway, acetyl CoA is the first precursor. Acetoacetyl-CoA is produced from acetyl-CoA, further hydroxymethylglutaryl-CoA is produced by HMGCoA synthase, and mevalonic acid is produced by HMG CoA reductase. From mevalonate, 5-phosphomevanronate and ADP are produced by mevalonate kinase, and further, 5-diphosphomevanronate is produced by phosphomevanronate kinase. Phosphomevanronate decarboxylase produces isopentenyl diphosphate, and isomerase produces dimethylallyl diphosphate. Geranyl diphosphate is produced from dimethylallyl diphosphate and IPP, and FPP is produced by FPP synthase.

他方、細菌及び高等植物には非メバロン酸経路がある。ピルビン酸及びグリセルアルデヒド3−リン酸から開始される[Lois et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 95, 2105-2110 (1998); Rohmer et al., J. Am. Chem. Soc. 118, 2564-256 (12) 特表2002−5193976 (1996); Arigoni, et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 94, 10600-10605 (1997); Lange et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 95, 2100-2104 (1998)]。   On the other hand, there are non-mevalonic acid pathways in bacteria and higher plants. Starting from pyruvic acid and glyceraldehyde 3-phosphate [Lois et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 95, 2105-2110 (1998); Rohmer et al., J. Am. Chem. Soc. 118, 2564-256 (12) Special Table 2002-5193976 (1996); Arigoni, et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 94, 10600-10605 (1997); Lange et al., Proc Natl. Acad. Sci. USA, 95, 2100-2104 (1998)].

植物ではメバロン酸経路及び非メバロン酸経路の両方が存在し、前者は細胞質に、後者は色素体に存在することが示されている[Arigoni, et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 94, 10600-10605 (1997); Lange et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 95, 2100-2104 (1998)] 。非メバロン酸経路の複数の段階が明らかにされている。最初の段階はD−1−デオキシキシルロース5−リン酸シンターゼによって触媒され、ピルビン酸とグリセルアルデヒド3−リン酸からD−1デオキシキシルロース5−リン酸を生成する。第2及び第3の段階は、D−1−デオキシキシルロース5−リン酸リダクトイソメラーゼによって触媒され、D−1デオキシキシルロース5−リン酸の2−C−メチルDエリトリトール−4−P(MEP)への転換が触媒される。そして、MEPからイソメラーゼにより、ジメチルアリール二リン酸が生じる。以下、メバロン酸経路と同様に、ジメチルアリル二リン酸とIPPからゲラニル二リン酸が生成し、FPPシンターゼによりFPPが生じる[Lois et al., Proc. Natl . Acad. Sci. USA, 95, 2105-2110 (1998); Takahashi et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 95, 2100-2104 (1998); Duvold etal. Tetrahedron Letters, 38, 4769-4772 (1997)]。   Plants have both mevalonate and non-mevalonate pathways, the former being shown to be in the cytoplasm and the latter in the plastids [Arigoni, et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA , 94, 10600-10605 (1997); Lange et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 95, 2100-2104 (1998)]. Multiple stages of the non-mevalonate pathway have been identified. The first step is catalyzed by D-1-deoxyxylulose 5-phosphate synthase to produce D-1 deoxyxylulose 5-phosphate from pyruvate and glyceraldehyde 3-phosphate. The second and third stages are catalyzed by D-1-deoxyxylulose 5-phosphate reductoisomerase and the 2-C-methyl D erythritol-4-P of D-1 deoxyxylulose 5-phosphate ( Conversion to MEP) is catalyzed. Then, dimethylaryl diphosphate is produced from MEP by isomerase. Subsequently, geranyl diphosphate is produced from dimethylallyl diphosphate and IPP, and FPP is produced by FPP synthase, as in the mevalonate pathway [Lois et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 95, 2105 -2110 (1998); Takahashi et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 95, 2100-2104 (1998); Duvold etal. Tetrahedron Letters, 38, 4769-4772 (1997)].

そして、ファルネシル二リン酸(FPP)はファルネソールと平衡関係にあり、ファルネシル二リン酸(FPP)からは、ゲラニルゲラニル二リン酸(GGPP)が合成される。   Farnesyl diphosphate (FPP) is in equilibrium with farnesol, and geranylgeranyl diphosphate (GGPP) is synthesized from farnesyl diphosphate (FPP).

2−3.トコトリエノール
ゲラニルゲラニル二リン酸(GGPP)とホモゲンチジン酸(HGA)から、ホモゲンチジン酸ゲラニルゲラニルトランスフェラーゼ(HGGT)により、トコトリエノールが生成される。HGGTは、パーム、大麦、小麦、稲、トウモロコシ、ソルガム等には存在するが、大豆、菜種、ヒマワリ、ごま等には存在しない。したがって、現在のところ、トコトリエノールが存在する植物種は限定されている。
2-3. Tocotrienol
Tocotrienol is generated from geranylgeranyl diphosphate (GGPP) and homogentisic acid (HGA) by homogentisic acid geranylgeranyltransferase (HGGT). HGGT is present in palm, barley, wheat, rice, corn, sorghum and the like, but not in soybean, rapeseed, sunflower, sesame and the like. Therefore, at present, the plant species in which tocotrienol is present is limited.

2−4.トコフェロール
Tocの合成経路としては、上述のように、クロロフィルを経る経路とクロロフィルを経ない経路が存在するが、いずれにせよ、フィチニル二リン酸(FPP)を経、VTE2(ビタミンE合成酵素2)により、トロフェロール(Toc)が生産される。
2-4. Tocopherol
As described above, there are two routes for Toc synthesis, one that passes through chlorophyll and the other that does not pass through chlorophyll, but in any case, via phytinyl diphosphate (FPP) and VTE2 (vitamin E synthase 2). Troferol (Toc) is produced.

3.トコトリエノールを主として含有し、実質的にトコフェロールを含有しない植物体の製造
本願発明者らは、T3の合成経路を詳細に検討し、Tocの合成系を阻害することにより、T3を含むが、Tocを含まない植物体の作出ができないかをまず検討した。
3. Production of plant containing mainly tocotrienol and substantially free of tocopherol The inventors of the present invention examined T3 synthesis pathway in detail and inhibited Toc synthesis system to contain T3. First of all, it was examined whether it was possible to produce plants that did not contain them.

Tocの生産が生じないようにするためには、Toc上流側であって、T3の上流とならない経路を阻害することが考えられ、図1から見て、GGRを阻害することが考えられる。   In order to prevent the production of Toc, it is conceivable to inhibit the pathway upstream of Toc and not upstream of T3. As seen from FIG. 1, it is conceivable to inhibit GGR.

3−1.GGR遺伝子の発現阻害又はGGR遺伝子の破壊
トコフェロールの産生には、ゲラニルゲラニル二リン酸(GGPP)からゲラニルゲラニルリダクターゼ(GGR)が関与して、フィチニル二リン酸が産生されることが必要である。本願発明者らは、まず、ゲラニルゲラニルリダクターゼ(GGR)をコードするGGR遺伝子を植物体内で抑制することにより、T3の産生量、含量を増加させることを狙った。従来から、イネで、GGR遺伝子に関連する配列としては、Os02g0744900が知られている。
3-1. GGR gene expression inhibition or GGR gene disruption
Tocopherol production requires that geranylgeranyl reductase (GGR) is involved from geranylgeranyl diphosphate (GGPP) to produce phytinyl diphosphate. The inventors of the present application first aimed to increase the production amount and content of T3 by suppressing the GGR gene encoding geranylgeranyl reductase (GGR) in the plant body. Conventionally, Os02g0744900 is known as a sequence related to the GGR gene in rice.

そこで、Os02g0744900に(GGR領域)にトランスポゾン挿入変異があり、GGRを産生しないイネGGR欠損変異株として、日本晴Tos 17 mutant株NE1041系統があり、日本晴Tos 17 mutant株は農業生物資源研究所のリソースセンターから種子分譲を受けることができる(低温科学第67巻第43−52ページ)。日本晴Tos 17 mutant株NE1041系統で確認したところ、クロロフィル産生が抑制されアルビノ変異しており、ビタミンEの量は減少していたものの、Tocに対するT3の割合は増加していた、カルスで確認した場合、Toc生産量はあまり抑制されなかったが、T3の生産量は増加傾向にあった(図3右欄参照)。   Therefore, there is the NIPPONHARA Tos 17 mutant strain NE1041 strain as a rice GGR-deficient mutant that has a transposon insertion mutation in the (GGR region) in Os02g0744900 and does not produce GGR. Seeds can be received from (Cryogenic Science Vol. 67, pp. 43-52). When confirmed with Nipponbare Tos 17 mutant strain NE1041 strain, chlorophyll production was suppressed and albino mutation was found, and although the amount of vitamin E decreased, the ratio of T3 to Toc increased, when confirmed with callus The production of Toc was not much suppressed, but the production of T3 tended to increase (see the right column in Fig. 3).

従来、実験植物の標準であるシロイヌナズナでは、GGRをコードする可能性のある遺伝子として知られているものは、1種類(AT1G74470)のみである。また、GGRは、種々の反応を触媒することが知られている(例えば、Eur. J. Biochem. 251, 413-417(1998))。そのため、イネにおいても、シロイヌナズナと相同性の高い一種の遺伝子(配列番号1)によりコードされるGGRがクロロフィルを経る経路および経ない経路いずれのフィチニル二リン酸産生にも関与していると広く信じられていた。   Conventionally, in Arabidopsis thaliana, which is the standard for experimental plants, only one type (AT1G74470) is known as a gene that may encode GGR. GGR is also known to catalyze various reactions (for example, Eur. J. Biochem. 251, 413-417 (1998)). Therefore, in rice, it is widely believed that GGR encoded by a kind of gene (SEQ ID NO: 1) highly homologous to Arabidopsis thaliana is involved in the production of phytinyl diphosphate through both chlorophyll and non-pass pathways. It was done.

他方、上述のように配列番号1で表されるGGR遺伝子の発現を抑制してもToc生産を抑えることはできなかった。そこで、図1は記載のない新たな経路の存在を仮定し、あるいは、GGRをコードする遺伝子は従来イネには一種しかないと信じられているが、GGRをコードする遺伝子にホモログが存在するかもしれないという可能性を検討することとした。   On the other hand, Toc production could not be suppressed even if the expression of the GGR gene represented by SEQ ID NO: 1 was suppressed as described above. Therefore, Fig. 1 assumes the existence of a new pathway that is not described, or it is believed that there is only one kind of gene that encodes GGR in rice conventionally, but there may be a homolog in the gene that encodes GGR. We decided to consider the possibility of not being able to do it.

そうしたところ、イネから、配列番号2に記載の配列もGGRをコードすることがわかった。本願発明者らは、新たに発見したGGRをコードする遺伝子をGGR2遺伝子と名付け、シロイヌナズナのGGRと相同性の高い従来から知られているイネGGRをGGR1遺伝子と名付け、区別することとした。さらに、GGR1遺伝子について、3’非翻訳領域、5’非翻訳領域を含めた配列を配列番号3に示す。また、GGR2遺伝子について、5’非翻訳領域を含めた配列を配列番号4に示す。   As a result, it was found from rice that the sequence described in SEQ ID NO: 2 also encodes GGR. The inventors of the present application named the newly discovered GGR-encoding gene as GGR2 gene, and the conventionally known rice GGR highly homologous to Arabidopsis thaliana GGR was named GGR1 gene to distinguish them. Further, for the GGR1 gene, the sequence including the 3 'untranslated region and the 5' untranslated region is shown in SEQ ID NO: 3. Further, for the GGR2 gene, the sequence including the 5 'untranslated region is shown in SEQ ID NO: 4.

上記で検討したトランスポゾンによるGGR欠損変異株について、新たに発見されたGGR2の発現を確認したところ、GGR2遺伝子が発現していることが確認された(図2)。また当該GGR欠損変異株はアルビノであること(図3)から、Tocの産生の前段階である、ゲラニルゲラニル二リン酸(GGPP)からゲラニルゲラニルリダクターゼ(GGR)によるフィチニル二リン酸の産生には、GGR2が関与しているものと思われる。したがって、GGR1遺伝子のみならず、GGR2遺伝子の発現を抑制すれば、Tocの産生を抑えることができ、Tocを実質的に含有しない高品位のT3を製造できると考えられる。   When the newly discovered GGR2 expression was confirmed for the GGR-deficient mutants caused by the transposon examined above, it was confirmed that the GGR2 gene was expressed (FIG. 2). In addition, since the GGR-deficient mutant is albino (FIG. 3), the production of phytinyl diphosphate by geranylgeranyl reductase (GGR) from geranylgeranyl diphosphate (GGPP), which is the previous stage of Toc production, Seems to be involved. Therefore, it is considered that if not only the GGR1 gene but also the GGR2 gene expression is suppressed, the production of Toc can be suppressed and a high-quality T3 substantially free of Toc can be produced.

3−2.植物体中でGGR遺伝子を実質的に機能させないことによる、Tocの生産を抑制し、T3を高品位で生産する植物体の開発
植物体において、GGR遺伝子を実質的に機能しないようすることで、Tocの生産を抑制し、T3を高品位で生産する植物体の開発することができる。より具体的には、植物体中のGGR遺伝子を欠損する、又はGGR遺伝子の発現を抑制又は阻止することにより、Tocの生産を抑制し、T3を高品位で生産する植物体の開発することができる。
3-2. Development of a plant that suppresses production of Toc by not allowing the GGR gene to substantially function in the plant body, and produces T3 at a high quality In the plant body, by making the GGR gene substantially non-functional, Plants that suppress Toc production and produce high-quality T3 can be developed. More specifically, it is possible to develop a plant body that suppresses the production of Toc and produces T3 in high quality by deleting the GGR gene in the plant body or suppressing or blocking the expression of the GGR gene. it can.

好適には、天然でトコトリエノールを産生する植物について、植物体中のGGR遺伝子を欠損させる、又はGGR遺伝子の発現を抑制又は阻止することにより、Tocの生産を抑制し、T3を高品位で生産する植物体を開発することができる。   Preferably, for a plant that naturally produces tocotrienol, the production of Toc is suppressed by suppressing the production of Toc by deleting the GGR gene in the plant body or suppressing or inhibiting the expression of the GGR gene. Plants can be developed.

植物体におけるGGR遺伝子を欠失させ、またはGGR遺伝子の発現を抑制又は阻止する方法としては、GGR遺伝子の発現を阻害若しくは抑制、又はGGR遺伝子の機能を抑制若しくはGGR遺伝子の機能に障害を与え、あるいはGGR遺伝子を破壊する方法等を用いることができる。より具体的には、以下の例示には限られないが、例えば、RNAサイレンシング法、RNAiによる方法、アンチセンスRNAを用いる方法、リボザイムを用いる方法、人工核酸を用いる方法、あるいは遺伝子をノックアウトするトランスポゾン法、エチルメタンスルホン酸による変異法、ZFN法、TALEN法などを挙げることができる。   As a method of deleting the GGR gene in the plant body or suppressing or inhibiting the expression of the GGR gene, the expression of the GGR gene is inhibited or suppressed, or the function of the GGR gene is suppressed or the function of the GGR gene is impaired, Alternatively, a method for disrupting the GGR gene can be used. More specifically, although not limited to the following examples, for example, RNA silencing method, RNAi method, method using antisense RNA, method using ribozyme, method using artificial nucleic acid, or gene knockout Examples thereof include a transposon method, a mutation method using ethyl methanesulfonic acid, a ZFN method, and a TALEN method.

植物にGGR遺伝子が複数存在する場合は、そのすべてのGGR遺伝子について、GGR遺伝子の発現を阻害若しくは抑制、又はGGR遺伝子の機能を抑制若しくはGGR遺伝子の機能に障害を与え、あるいはGGR遺伝子を破壊する。たとえば、イネを例にとれば、GGR1遺伝子およびGGR2遺伝子の両者について、両者の遺伝子が実質的に機能しないようにすればよい。具体的には、GGR1遺伝子およびGGR2遺伝子の両者について、遺伝子を欠失させ若しくは破壊してもよいし、両者の遺伝子の発現を阻害若しくは抑制してもよいし、あるいは一方の遺伝子を破壊若しくは欠失させ、他方の遺伝子の発現を阻害若しくは抑制することにより、GGR1遺伝子およびGGR2遺伝子の両者遺伝子を実質的に機能しないようにすることができる。複数のGGR遺伝子が存在する植物については、同様である。   When there are multiple GGR genes in a plant, for all of the GGR genes, the expression of the GGR gene is inhibited or suppressed, the function of the GGR gene is inhibited or the function of the GGR gene is impaired, or the GGR gene is destroyed. . For example, if rice is taken as an example, both the GGR1 gene and the GGR2 gene may be prevented from substantially functioning. Specifically, for both the GGR1 gene and the GGR2 gene, the genes may be deleted or destroyed, the expression of both genes may be inhibited or suppressed, or one of the genes may be destroyed or missing. It is possible to prevent both of the GGR1 gene and the GGR2 gene from substantially functioning by deleting and inhibiting or suppressing the expression of the other gene. The same is true for plants with multiple GGR genes.

以下まずイネを例にとり、RNAi法を用いる場合について主に説明するが、T3を産生し、GGRがTocの産生に寄与している植物であればいずれの植物でもよく、例えば、コムギ、オオムギ、オートムギ、パーム、トウモロコシ、ソルガム、ココナツなどがあげられる。イネ以外のT3を産生しGGRがTocの産生に寄与している植物についても、言うまでもなく、RNAi法に限られず、上記した遺伝子発現を阻害若しくは抑制又はノックアウトする方法等を用いて、Tocの生産を抑制し、T3を高品位で生産する植物体の開発することができる。小麦、及び大麦について、それぞれのGGR遺伝子の配列を配列番号12、及び配列番号13に記載する。さらに、パームのGGR遺伝子配列の一部配列を、配列番号14に記載する。加えて、トウモロコシ、及びソルガムについて、それぞれのGGR遺伝子の配列を配列番号15、及び配列番号16に記載する。   Hereinafter, rice will be taken as an example, and the case of using the RNAi method will be mainly described, but any plant may be used as long as it produces T3 and GGR contributes to production of Toc, for example, wheat, barley, Examples include oats, palm, corn, sorghum and coconut. Needless to say, plants that produce T3 other than rice and GGR contributes to Toc production are not limited to RNAi methods, but can be produced using methods such as inhibiting or suppressing or knocking out gene expression as described above. It is possible to develop a plant body that suppresses T3 and produces T3 with high quality. The sequence of each GGR gene is described in SEQ ID NO: 12 and SEQ ID NO: 13 for wheat and barley. Furthermore, a partial sequence of the palm GGR gene sequence is shown in SEQ ID NO: 14. In addition, the sequences of the respective GGR genes are described in SEQ ID NO: 15 and SEQ ID NO: 16 for corn and sorghum.

3-2-1. RNAi
(1)RNAiの標的配列
RNAiにより、イネにおける発現を抑制する標的遺伝子としては、配列番号1に示すGGR1及び配列番号2に示すGGR2、並びにそれらの天然の変異体を挙げることができる。
3-2-1. RNAi
(1) RNAi target sequence
Examples of target genes that suppress expression in rice by RNAi include GGR1 shown in SEQ ID NO: 1, GGR2 shown in SEQ ID NO: 2, and natural variants thereof.

なお、特定のイネ品種または個体ついては、まず、ゲノムDNAを抽出し、上記配列番号1又は2から選ばれる領域をプローブとして利用して、当該イネのGGR1又はGGR2の遺伝子を抽出し、配列決定することにより、当該イネ品種又は個体における標的配列となるGGR1またはGGR2の核酸配列を調べることができる。   For specific rice varieties or individuals, first, genomic DNA is extracted, using the region selected from SEQ ID NO: 1 or 2 as a probe, GGR1 or GGR2 gene of the rice is extracted and sequenced Thus, the nucleic acid sequence of GGR1 or GGR2 serving as the target sequence in the rice cultivar or individual can be examined.

(2)標的配列の発現を阻害するための配列の設計
標的遺伝子をRNAiにより、発現阻害するためには、GGR1又はGGR2をコードする核酸配列、例えば、配列番号1若しくは3又は配列番号2若しくは4の適宜の領域を選ぶことができる。また好適には、3’非翻訳領域や、翻訳領域の3’側をターゲットとするとより遺伝子の機能を抑制する効果が高いと考えられる。またこのような領域の選択には、ソフトウエア、を利用することもできる[Ui-Tei K et al., J Biomed. Biotechnol., Article ID 65052 (2006)]。
(2) Designing a sequence for inhibiting the expression of a target sequence In order to inhibit the expression of a target gene with RNAi, a nucleic acid sequence encoding GGR1 or GGR2, such as SEQ ID NO: 1 or 3, or SEQ ID NO: 2 or 4 The appropriate area can be selected. Moreover, it is thought that the effect of suppressing the function of the gene is higher when targeting the 3 ′ untranslated region or the 3 ′ side of the translated region. In addition, software can be used for selection of such regions [Ui-Tei K et al., J Biomed. Biotechnol., Article ID 65052 (2006)].

なお、イネゲノム配列のデータベース検索を行い、選んだ配列がGGR1およびGGR2以外のイネ遺伝子と高い相同性を示さない領域を選択することがより望ましい。   It is more desirable to conduct a database search of rice genome sequences and select a region where the selected sequence does not show high homology with rice genes other than GGR1 and GGR2.

また、場合によっては、標的配列に対して95%、96%、97%、98%又は99%の同一性を有する配列を標的配列に代えて、当該標的配列の発現を阻害するための配列を設計することもできる。   In some cases, a sequence having 95%, 96%, 97%, 98% or 99% identity to the target sequence is replaced with the target sequence, and a sequence for inhibiting the expression of the target sequence is added. It can also be designed.

更に具体的には、GGR遺伝子の発現を阻害するためのRNAi用配列として、例えば、配列番号5の領域を選ぶことができる。   More specifically, for example, the region of SEQ ID NO: 5 can be selected as the RNAi sequence for inhibiting GGR gene expression.

(3)RNAiのためのベクターの構築
RNAiのためのベクターとしては、例えば、上記(2)で選択された配列(センス鎖)を、スペーサー領域を挟んで当該領域の相補領域(アンチセンス鎖)と結合した配列を含むベクターがあげられる。前記スペーサーとしては、イントロン、や他のスペーサー配列を用いることができ、前記ベクターに組み込むプロモーターとしては、形質転換する対象植物で転写できるプロモーターであれば、いずれでもよいが、例えば、カリフラーワーモザイクウイルスの35Sプロモーターや、トウモロコシのユビキチン遺伝子のプロモーターなどを用いることができる。
(3) Construction of vector for RNAi
Examples of the vector for RNAi include a vector containing a sequence obtained by binding the sequence (sense strand) selected in (2) above to a complementary region (antisense strand) of the region with a spacer region in between. . As the spacer, an intron or other spacer sequence can be used, and the promoter incorporated in the vector may be any promoter as long as it can be transcribed in the target plant to be transformed. For example, a cauliflower mosaic A viral 35S promoter, a maize ubiquitin gene promoter, or the like can be used.

すでに、このような構成のベクターは種々供給されており、周知のものを利用することができる。例えば、Gateway(R)技術を導入したベクター(Plant J. 27, 581(2001)、イネで効率的なRNAiを誘導するバイナリ−ベクターとしては、pANDAなどがある(Plant Cell Physiol., 45,490(2004)。   Various vectors having such a structure have already been supplied, and well-known vectors can be used. For example, vectors incorporating Gateway® technology (Plant J. 27, 581 (2001), and binary vectors for inducing efficient RNAi in rice include pANDA (Plant Cell Physiol., 45,490 (2004)). ).

(4)上記RNAi用発現ベクターを導入する対象としてのカルスの調製
カルスは、種子をカルス誘導培地で培養することにより、調整することができる。あるいは、イネ種子から胚移植片を採取し、カルス誘導培地で培養して、カルスを誘導することができる。カルス誘導培地としては、オーキシン等植物ホルモン等のカルス誘導剤を含む。
(4) Preparation of Callus as Target for Introducing the Expression Vector for RNAi Callus can be prepared by culturing seeds in a callus induction medium. Alternatively, embryos can be collected from rice seeds and cultured in a callus induction medium to induce callus. The callus induction medium contains a callus inducer such as a plant hormone such as auxin.

あるいは、イネの完熟種子胚を浸透培養することにより、遊離小カルスを誘導することができる。   Alternatively, free small callus can be induced by osmotic culture of a mature seed embryo of rice.

(5)GGR1遺伝子およびGGR2遺伝子の発現が阻害された植物体の調製のための形質転換方法
上記調製されたベクターは、アグロバクテリウム法、カルスを用いたパーティクルガン法、プロトプラストを用いたエレクトロポレーション法やポリエチレングリコール法などがあげられる。
(5) Transformation method for preparation of plant body in which expression of GGR1 gene and GGR2 gene is inhibited The prepared vector is Agrobacterium method, particle gun method using callus, electroporation using protoplast. And the polyethylene glycol method.

より具体的には、例えば、上述のpANDAバイナリ−ベクターやGateway(R)バイナリ−ベクターであれば、アグロバクテリウム法を用いることができる。アグロバクテリウムとしては、例えば、EHA101株又はEHA105株を用いることができる。
なお、本願発明の植物体は、再生した植物体には限定されず、カルス、更には植物培養物も包含される。
More specifically, for example, the Agrobacterium method can be used for the above-described pANDA binary vector and Gateway (R) binary vector. As Agrobacterium, for example, EHA101 strain or EHA105 strain can be used.
In addition, the plant body of this invention is not limited to the reproduced | regenerated plant body, Callus and also a plant culture are also included.

4.T3のカルスからの製造
形質転換されたカルスは、植物体に再分化分させなくとも、すでにカルス中にT3を蓄積するようになる。
そこで、カルスから、周知の方法を用いてT3を製造することができる。
4). Production of T3 from callus Transformed callus already accumulates T3 in the callus without having the plant redifferentiated.
Therefore, T3 can be produced from callus using a known method.

例えば、カルスを圧搾、及び/又は破砕し、適宜の溶媒で抽出物を調製することができる。必要であれば、更に、該抽出物に水を加えて分離し、油層分をカラムクロマトグラフィーで分離精製してトコフェロール類を全く含まないか、または痕跡程度に含むトコトリエノールを調製することができる。各トコトリエノール同族体の比率及び含量は、常法に従って、例えば、液体クロマトグラフィーと質量分析器を連結した、HPLC-MS/MSなどにて測定することができる。   For example, callus can be squeezed and / or crushed, and an extract can be prepared with an appropriate solvent. If necessary, the extract can be further separated by adding water, and the oil layer can be separated and purified by column chromatography to prepare tocotrienol containing no or only traces of tocopherols. The ratio and content of each tocotrienol homologue can be measured by a conventional method, for example, by HPLC-MS / MS or the like in which a liquid chromatography and a mass spectrometer are connected.

又は、常法により、抽出濃縮したトコトリエノールを更にカラムクロマトグラフィーに付し、α−トコトリエノール、β−トコトリエノール、γ−トコトリエノール及びδ−トコトリエノールの各成分に単離精製することができる。   Alternatively, the extracted and concentrated tocotrienol can be further subjected to column chromatography, and can be isolated and purified to each component of α-tocotrienol, β-tocotrienol, γ-tocotrienol and δ-tocotrienol.

なお、必要であれば、適宜の再分化培地を用いてカルスから植物個体へ再分化させ、カルスからと同様に、植物個体からT3を同様に産生することもできる。   If necessary, T3 can also be produced from a plant individual in the same manner as from callus by regenerating from a callus using a suitable regeneration medium.

[実施例1]
RNAi遺伝子抑制技術を用いた、新規遺伝子の発現を抑制することによる、トコフェロールフリーのトコトリエノール生産イネ細胞の作出法
(1)カスルの用意
農業生物資源研究所から入手した日本晴Tos 17 mutant ラインNE1041系統の籾を取り除いた種子を、アンチホルミン水溶液で滅菌し、その後70%エタノールに浸してさらに滅菌を行った。
[Example 1]
Production of Tocopherol-Free Tocotrienol-Producing Rice Cells by Suppressing Expression of New Genes Using RNAi Gene Suppression Technology (1) Preparation of Kasuru Nipponbare Tos 17 mutant line NE1041 strain obtained from National Institute of Agrobiological Resources The seeds from which the cocoons had been removed were sterilized with an antiformin aqueous solution, and then immersed in 70% ethanol for further sterilization.

カルス誘導固形培地(1リットル当たり:CHU [N6] Basal salt buffer 4 g、グリシン2mg、塩酸チアミン1mg、ニコチン酸0.5mg、塩酸ピリドキシン0.5mg、ミオイノシトール100mg、2,4-ジクロロフェノキシ酢酸2 mg、ゲルライト4g)上に、上記の滅菌したNE1041の種子を置いた。発芽3週間程度でカルスが形成してくるので、カルスの部分だけを種子から分離し、新しいカルス誘導培地に植え継いだ。   Callus induction solid medium (per liter: CHU [N6] Basal salt buffer 4 g, glycine 2 mg, thiamine hydrochloride 1 mg, nicotinic acid 0.5 mg, pyridoxine hydrochloride 0.5 mg, myo-inositol 100 mg, 2,4-dichlorophenoxyacetic acid 2 mg, The above sterilized NE1041 seeds were placed on Gellite 4g). Since callus formed in about 3 weeks of germination, only the callus part was separated from the seed and planted in a new callus induction medium.

上記のTos 17 mutant ラインには、GGR1遺伝子の部分に、Tos 17トランスポゾンがホモで入っているもの、ヘテロで入っているもの、そしてTos 17トランスポゾンが入っていないものの、3種類が存在する。その中からTos 17トランスポゾンがホモで入っているものを選抜するために、ゲノムPCRをかけて、遺伝子型の検定を行った。プライマーペア1(フォワードプライマーGGCGTGTGAACAACTAGTGCと、リバースプライマーGTTTTCAGACACGATCTGGC)、プライマーペア2(フォワードプライマーGGCGTGTGAACAACTAGTGCとリバースプライマーTCCACCTTGAGTTTGAAGGG)という2通りのプライマーペアを用いて、PCRを行った。PCR条件は、94℃ 3分 → (98℃ 10秒→ 58℃ 30秒 → 72℃ 1分20秒)× 35サイクル。Tos 17トランスポゾンがホモで入っている目的のカルスは、プライマーペア1では増幅が起こらず、プライマーペア2で増幅が起こる。この条件に適うカルスを以下の実験に用いた。   There are three types of Tos 17 mutant lines, the GGR1 gene part that contains the Tos 17 transposon homozygously, the heterozygous one, and the Tos 17 transposon that does not contain the Tos 17 transposon. In order to select homozygous Tos 17 transposon, genomic PCR was performed and genotyping was performed. PCR was performed using two primer pairs, primer pair 1 (forward primer GGCGTGTGAACAACTAGTGC and reverse primer GTTTTCAGACACGATCTGGC) and primer pair 2 (forward primer GGCGTGTGAACAACTAGTGC and reverse primer TCCACCTTGAGTTTGAAGGG). PCR conditions are 94 ° C 3 minutes → (98 ° C 10 seconds → 58 ° C 30 seconds → 72 ° C 1 minute 20 seconds) x 35 cycles. The target callus containing the Tos 17 transposon is homologous with primer pair 1 but not with primer pair 2. Callus meeting this condition was used in the following experiment.

同様にして、野生型(WT)のイネについてもカルス誘導培地を用いて、カルスを用意した。   Similarly, callus was prepared for wild-type (WT) rice using a callus induction medium.

(2)遺伝子発現抑制ベクターの作製
イネ種子のぬか部分から、キアゲンのRNeasy Plant Mini Kitを用いて、total RNA を抽出した。そのRNAを鋳型にして、キアゲンのQuantiTect Reverse Transcription Kit を用いてcDNAを合成した。
(2) Preparation of gene expression suppression vector Total RNA was extracted from the bran portion of rice seeds using Qiagen RNeasy Plant Mini Kit. Using the RNA as a template, cDNA was synthesized using Qiagen's QuantiTect Reverse Transcription Kit.

さらにそのcDNAを鋳型にして、GGR2遺伝子の5’ 非翻訳領域と翻訳領域の一部を、PCR法を用いて増幅した。フォワードプライマーとリバースプライマーの配列はそれぞれ、CACCAATTTGAGCTGTGGCGCCATCTC、GGGTTGCGCTCGAGGAGGAAC。PCR条件は、94℃ 2分 → (98℃ 10秒→ 68℃ 30秒)× 35サイクル。   Further, using the cDNA as a template, the 5 'untranslated region and a part of the translated region of the GGR2 gene were amplified by PCR. The forward primer and reverse primer sequences are CACCAATTTGAGCTGTGGCGCCATCTC and GGGTTGCGCTCGAGGAGGAAC, respectively. PCR conditions are 94 ° C for 2 minutes → (98 ° C for 10 seconds → 68 ° C for 30 seconds) x 35 cycles.

得られたPCRの増幅産物を、InvitorogenのDirectional TOPO cloning システムを用いて、クローニングベクターであるpENTRベクターに導入した。   The obtained PCR amplification product was introduced into the pENTR vector, which is a cloning vector, using Invitorogen's Directional TOPO cloning system.

上記のpENTRベクターにクローニングされた遺伝子の一部を、invitorogenのGatewayシステムで用いられているLR反応を用いて、pENTRベクターから遺伝子発現抑制ベクターであるpANDAベクターに組み換えを行った。   A part of the gene cloned in the above pENTR vector was recombined from the pENTR vector into the pANDA vector, which is a gene expression suppression vector, using the LR reaction used in the Gateway system of invitorogen.

(3)カルスのトランスフォーメーション
上記の遺伝子が導入されたpANDAベクターを、エレクトロポレーション法を用いてアグロバクテリウムEHA101株にトランスフォーメーションした。トランスフォーメーションが成功したEHA101株は、カナマイシンとハイグロマイシンが入った選択培地上に生育してくるので、LB培地(1リットル当たり:Bacto peptone 10 g、Bacto yeast extract 5 g、塩化ナトリウム 10 g、アガー15g、カナマイシン20mg、ハイグロマイシン50mg)上に、トランスフォーメーション後のEHA101株を塗布し、薬剤抵抗性を指標に選抜をかけた。選抜したコロニーについては、目的の遺伝子が導入されていることをPCRで確認し、カナマイシンとハイグロマイシンを含むLB液体培地で培養した。
(3) Callus Transformation The pANDA vector into which the above gene was introduced was transformed into Agrobacterium EHA101 strain using electroporation. The successfully transformed EHA101 strain grows on a selective medium containing kanamycin and hygromycin, so LB medium (per liter: Bacto peptone 10 g, Bacto yeast extract 5 g, sodium chloride 10 g, agar 15 g, kanamycin 20 mg, hygromycin 50 mg) was applied to EHA101 strain after transformation, and selection was performed using drug resistance as an index. The selected colonies were confirmed by PCR that the target gene had been introduced, and cultured in an LB liquid medium containing kanamycin and hygromycin.

上記(1)「カルスの用意」にしたがい用意されたカルスが十分に増殖した時点で、上記の形質転換されたEHA101株を、カナマイシン20mg/Lとハイグロマイシン50mg/Lを含むLB固形培地上に塗布し、28℃で増殖させた。   When the callus prepared according to (1) “Preparation of callus” has grown sufficiently, the transformed EHA101 strain is placed on an LB solid medium containing 20 mg / L of kanamycin and 50 mg / L of hygromycin. Coated and grown at 28 ° C.

菌体が増殖した後、形質転換されたEHA101株をプレートから掻き取り、共存液体培地(1リットル当たり:CHU [N6] Basal salt buffer 4 g、グリシン2mg、塩酸チアミン1 mg、ニコチン酸 0.5mg、塩酸ピリドキシン 0.5 mg、ミオイノシトール100 mg、スクロース30 g、グルコース 10 g、2,4-ジクロロフェノキシ酢酸2 mg、アセトシリンゴン40mg)に完全に懸濁させた。   After the cells grew, the transformed EHA101 strain was scraped from the plate, and the coexisting liquid medium (per liter: CHU [N6] Basal salt buffer 4 g, glycine 2 mg, thiamine hydrochloride 1 mg, nicotinic acid 0.5 mg, Pyridoxine hydrochloride 0.5 mg, myo-inositol 100 mg, sucrose 30 g, glucose 10 g, 2,4-dichlorophenoxyacetic acid 2 mg, acetosyringone 40 mg).

増殖したカルスの中から、小さめのカルスを集め、上記のアグロバクテリウムが懸濁された溶液に30分間浸した。その後、カルスをろ紙上に置き、十分に水分を除いた。   Smaller calli were collected from the grown calli and immersed in the above-mentioned solution in which Agrobacterium was suspended for 30 minutes. Thereafter, the callus was placed on a filter paper to sufficiently remove moisture.

共存固形培地(1リットル当たり:CHU [N6] Basal salt buffer 4 g、グリシン2mg、塩酸チアミン1 mg、ニコチン酸 0.5mg、塩酸ピリドキシン 0.5 mg、ミオイノシトール100 mg、スクロース30 g、グルコース 10 g、2,4-ジクロロフェノキシ酢酸2 mg、アセトシリンゴン40mg、ゲルライト4g)上にカルスをピンセットで配置し、20℃遮光条件下で、3日間培養した。   Coexisting solid medium (per liter: CHU [N6] Basal salt buffer 4 g, glycine 2 mg, thiamine hydrochloride 1 mg, nicotinic acid 0.5 mg, pyridoxine hydrochloride 0.5 mg, myo-inositol 100 mg, sucrose 30 g, glucose 10 g, 2 , 4-dichlorophenoxyacetic acid 2 mg, acetosyringone 40 mg, gellite 4 g) was placed on tweezers and cultured for 3 days under light-shielded conditions at 20 ° C.

上記共存液体培地で、カルスを3回洗い、ろ紙上で水分を除去した。   The callus was washed three times with the coexisting liquid medium, and water was removed on the filter paper.

選択培地(1リットル当たり:CHU [N6] Basal salt buffer 4 g、グリシン2mg、塩酸チアミン1 mg、ニコチン酸 0.5mg、塩酸ピリドキシン 0.5 mg、ミオイノシトール100 mg、スクロース30 g、カザミノ酸 1 g、2,4-ジクロロフェノキシ酢酸2 mg、カナマイシン20mg、ハイグロマイシン50mg、ゲルライト4g)上にカルスを移した。カルスを2週間ごとに選択培地に植継いでいると、アグロバクテリウムにより形質転換がおこった細胞からは、カルスが成長してくる。遺伝子導入が起こったカルスを選択培地上で増殖させた。   Selection medium (per liter: CHU [N6] Basal salt buffer 4 g, glycine 2 mg, thiamine hydrochloride 1 mg, nicotinic acid 0.5 mg, pyridoxine hydrochloride 0.5 mg, myo-inositol 100 mg, sucrose 30 g, casamino acid 1 g, 2 , 4-dichlorophenoxyacetic acid 2 mg, kanamycin 20 mg, hygromycin 50 mg, gellite 4 g). Callus grows from cells transformed by Agrobacterium if callus is inoculated to the selective medium every 2 weeks. Callus in which gene transfer occurred was grown on a selective medium.

日本晴Tos 17 mutant ラインNE1041系統由来のカルスをトランスフォーメーション増殖させたカルスの様子を図4に示す。   The state of callus obtained by transformation growth of callus derived from Nipponbare Tos 17 mutant line NE1041 strain is shown in FIG.

(4)ビタミンEの含量分析
HPLC-MS/MS分析でカルス中のトコフェロールとトコトリエノールの定量を次のように行った。
(4) Vitamin E content analysis
Tocopherol and tocotrienol in callus were quantified by HPLC-MS / MS analysis as follows.

カルスを凍結乾燥し、粉砕し、粉末化したカルス50mgに3mLの0.025%(w/v)BHTを含む2-プロパノールを加え10分間超音波処理することでトコフェロールとトコトリエノールを抽出した。抽出液を3200rpmで10分間遠心し上清を回収し、0.45μm PTFEフィルターで濾過した。得られた濾液200μLに800μLのヘキサンを加え混合し、20μLをHPLC分析に供した。HPLC分析は、カラム:シリカゲルカラム(Inertsil SIL 100A-3, 4.6 x 250 mm, GLサイエンス)、カラム温度:40℃、移動相:hexane/1,4-dioxane/2-propanol (1000/40/5, v/v/v)、流速:1.0 mL/minで分離を行い、MS-MS 分析は、AB SCIEX 4000QTRAP (APCI, Positive)を用いて、MRM値α-Toc 430.7, 165.1、β-Toc 416.7, 151.2、γ-Toc 416.7, 151.0、δ-Toc 402.7, 137.2、α-T3 424.7, 165.3、β-T3 410.7, 151.1、γ-T3 410.7, 151.0、δ-T3 396.7, 137.1で行った。試料中のトコフェロールおよびトコトリエノール量は各々のスタンダードを用いた定量曲線により定量した。   Tocopherol and tocotrienol were extracted by adding 3 mL of 2-propanol containing 0.025% (w / v) BHT to 50 mg of powdered callus, freeze-dried, pulverized, and sonicated for 10 minutes. The extract was centrifuged at 3200 rpm for 10 minutes, and the supernatant was collected and filtered through a 0.45 μm PTFE filter. 800 μL of hexane was added to 200 μL of the obtained filtrate and mixed, and 20 μL was subjected to HPLC analysis. For HPLC analysis, column: silica gel column (Inertsil SIL 100A-3, 4.6 x 250 mm, GL Science), column temperature: 40 ° C, mobile phase: hexane / 1,4-dioxane / 2-propanol (1000/40/5 , v / v / v), flow rate: 1.0 mL / min, MS-MS analysis was performed using AB SCIEX 4000QTRAP (APCI, Positive), MRM values α-Toc 430.7, 165.1, β-Toc 416.7 , 151.2, γ-Toc 416.7, 151.0, δ-Toc 402.7, 137.2, α-T3 424.7, 165.3, β-T3 410.7, 151.1, γ-T3 410.7, 151.0, δ-T3 396.7, 137.1. The amount of tocopherol and tocotrienol in the sample was quantified by a quantitative curve using each standard.

WTをトランスフォーメーションした結果について図5に、また、GGR1欠損株である日本晴Tos 17 mutant ラインNE1041系統由来のカルスをトランスフォーメーションした結果について図6に、さらに、トランスフォーメーションをしていないWTの結果について図7に示す。図8には、WT(図7で測定した個体の平均値)と、GGR1欠損株をトランスフォーメーションしたカルスの結果と、両者のHPLC-MS/MSのデータを示す。図5−7及び図8の上部は、いずれも縦軸は凍結乾燥カルス100gあたりのビタミンE量で、TocとT3に分けて示している。   Fig. 5 shows the results of transformation of WT, Fig. 6 shows the results of transformation of callus derived from the Nipponbare Tos 17 mutant line NE1041 strain, which is a GGR1-deficient strain, and Fig. 6 shows the results of WT without transformation. As shown in FIG. FIG. 8 shows WT (average value of individuals measured in FIG. 7), callus results obtained by transformation of a GGR1-deficient strain, and HPLC-MS / MS data of both. In the upper part of FIGS. 5-7 and FIG. 8, the vertical axis indicates the amount of vitamin E per 100 g of freeze-dried callus, which is divided into Toc and T3.

別途、上記と同様の手法で、WTおよびTos17について行った結果を図2上段に示す。また、日本晴Tos 17 mutant ラインNE1041系統の種子を栽培して得た幼苗の葉について、同様にビタミンEの含量分析した結果を、図3に示す。   Separately, the results of WT and Tos17 performed by the same method as described above are shown in the upper part of FIG. Moreover, the result of having similarly analyzed the content of vitamin E about the leaf of the seedling obtained by cultivating the seed of the Nipponbare Tos 17 mutant line NE1041 line is shown in FIG.

本願発明は、新規有用植物の育成に利用することができる。更に本願発明は、ビタミンEの生産技術に利用することができる。   The present invention can be used for growing new useful plants. Furthermore, the present invention can be used for vitamin E production technology.

Claims (5)

トコトリエノールを産生するイネにおいて、
(1)ゲラニルゲラニルレダクターゼ1遺伝子及びゲラニルゲラニルレダクターゼ2遺伝子の両者の遺伝子を欠失させ若しくは破壊するか、
(2)ゲラニルゲラニルレダクターゼ1遺伝子及びゲラニルゲラニルレダクターゼ2遺伝子両者の遺伝子の発現を阻害若しくは抑制するか、又は
(3)ゲラニルゲラニルレダクターゼ1遺伝子及びゲラニルゲラニルレダクターゼ2遺伝子の遺伝子の一方の遺伝子を破壊若しくは欠失させ、他方の遺伝子の発現を阻害若しくは抑制することにより、
ゲラニルゲラニルレダクターゼ1遺伝子及びゲラニルゲラニルレダクターゼ2遺伝子両者の機能を実質的に失わせて、トコフェロールを実質的に含まないトコトリエノールを産生するイネ又はイネカルスを製造する方法。
In rice producing tocotrienol,
(1) deleting or destroying both the geranylgeranyl reductase 1 gene and the geranylgeranyl reductase 2 gene;
(2) inhibit or suppress the expression of both geranylgeranyl reductase 1 gene and geranylgeranyl reductase 2 gene, or
(3) By destroying or deleting one of the genes of geranylgeranyl reductase 1 gene and geranylgeranyl reductase 2 gene and inhibiting or suppressing the expression of the other gene,
A method for producing rice or rice callus that produces tocotrienol substantially free of tocopherol by substantially losing the functions of both geranylgeranyl reductase 1 gene and geranylgeranyl reductase 2 gene.
前記ゲラニルゲラニルレダクターゼ1遺伝子トランスポゾン法により欠失させ、ゲラニルゲラニルレダクターゼ2遺伝子の発現をRNAi法により抑制する請求項1記載の方法。 The geranylgeranyl reductase 1 gene is deleted by transposon method, the method of expression of geranylgeranyl reductase 2 gene suppressing claim 1, wherein the RNAi method. 前記ゲラニルゲラニルレダクターゼ1遺伝子が配列番号1で表される配列であり、ゲラニルゲラニルレダクターゼ2遺伝子が配列番号2で表される請求項2記載の方法。   The method according to claim 2, wherein the geranylgeranyl reductase 1 gene is a sequence represented by SEQ ID NO: 1, and the geranylgeranyl reductase 2 gene is represented by SEQ ID NO: 2. 請求項1から3いずれか1項に記載の方法で製造された、トコフェロールを実質的に含まないトコトリエノールを産生するイネ又はイネカルス。   Rice or rice callus produced by the method according to any one of claims 1 to 3 and producing tocotrienol substantially free of tocopherol. イネカルスに対して、
(1)ゲラニルゲラニルレダクターゼ1遺伝子及びゲラニルゲラニルレダクターゼ2遺伝子の両者の遺伝子を欠失させ若しくは破壊するか、
(2)ゲラニルゲラニルレダクターゼ1遺伝子及びゲラニルゲラニルレダクターゼ2遺伝子両者の遺伝子の発現を阻害若しくは抑制するか、又は
(3)ゲラニルゲラニルレダクターゼ1遺伝子及びゲラニルゲラニルレダクターゼ2遺伝子の遺伝子の一方の遺伝子を破壊若しくは欠失させ、他方の遺伝子の発現を阻害若しくは抑制することにより得た、
ゲラニルゲラニルレダクターゼ1遺伝子及びゲラニルゲラニルレダクターゼ2遺伝子両者ともイネカルス中で実質的に機能していない、トコフェロールを実質的に含まないトコトリエノールを産生するイネカルス。
Against rice callus
(1) deleting or destroying both the geranylgeranyl reductase 1 gene and the geranylgeranyl reductase 2 gene;
(2) inhibit or suppress the expression of both geranylgeranyl reductase 1 gene and geranylgeranyl reductase 2 gene, or
(3) Obtained by destroying or deleting one of the genes of geranylgeranyl reductase 1 gene and geranylgeranyl reductase 2 gene and inhibiting or suppressing expression of the other gene,
Not substantially function in rice callus in both geranylgeranyl reductase 1 gene and geranylgeranyl reductase 2 gene both rice calli producing tocotrienol not containing tocopherol substantially.
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