JP6696806B2 - プラスチド形質転換体の製造方法 - Google Patents
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Description
[1] (a)植物組織に、亜硝酸の毒性を消去するタンパク質をコードする遺伝子を導入する工程と、
(b)前記工程(a)において前記遺伝子が導入された植物組織を、野生型の植物細胞は増殖又は植物体再生が抑制される濃度の亜硝酸態窒素を含有する培地で培養し、プラスチドゲノムに前記遺伝子が導入されたプラスチド形質転換体を選抜する工程と、
を有し、
前記遺伝子が亜硝酸還元酵素遺伝子であることを特徴とする、プラスチド形質転換体の製造方法。
[2] 前記プラスチドが、葉緑体、白色体、アミロプラスト、エチオプラスト、エライオプラスト、プロテイノプラスト、又は原色素体(プロプラスチド)である、前記[1]又は[2]のプラスチド形質転換体の製造方法。
[3] 前記工程(a)において、前記植物組織に、さらに1種又は2種以上のその他の外来遺伝子を導入する、前記[1]又は[2]のプラスチド形質転換体の製造方法。
[4] 前記工程(b)において選抜されたプラスチド形質転換体から、植物体を形成する、前記[1]〜[3]のいずれかのプラスチド形質転換体の製造方法。
[5]前記[3]のプラスチド形質転換体の製造方法を行い、製造されたプラスチド形質転換体又は前記プラスチド形質転換体から形成された植物体から、前記外来遺伝子がコードするタンパク質を回収することを特徴とする、タンパク質の製造方法。
[6] 亜硝酸還元酵素遺伝子がプラスチドゲノムに導入された、プラスチド形質転換体を、亜硝酸含有培地で培養する、プラスチド形質転換体の培養方法。
(a)植物組織に、亜硝酸の毒性を消去するタンパク質をコードする遺伝子を導入する工程と、
(b)前記工程(a)において前記遺伝子が導入された植物組織を、野生型の植物細胞は増殖又は植物体再生が抑制される濃度の亜硝酸態窒素を含有する培地で培養し、プラスチドゲノムに前記遺伝子が導入されたプラスチド形質転換体を選抜する工程。
<1> スイッチグラスの再分化系統の作製
スイッチグラス品種‘Alamo’の完熟種子を60%(v/v)硫酸処理により外皮を除去し、種子用殺菌剤で殺菌した。殺菌した種子をさらに次亜塩素酸処理により表面殺菌し、カルス誘導培地(PVC培地:MS salts and vitamins,30g/L maltose,22.6μM 2,4−ジクロロフェノキシ酢酸,4.4μM BAP,2.5mM MES,3g/L ゲランガム,pH 5.7)に置床した。28℃、暗所条件下で数カ月培養後、増殖したカルスを由来種子ごとに独立系統として分類し、再分化能を持つと予想されるコンパクトなカルスを増殖する系統を選別・培養した。さらに選別した各系統のコンパクトカルスを再分化培地(PVS培地:MS salts and vitamins,30g/L maltose,1.4μM Gibberellin A3,2.5mM MES,3g/L ゲランガム,pH 5.7)に置床し、28℃、明所条件下で4週間培養後、植物体の再分化能を確認した。高い再分化能が確認された系統のカルスを実験材料として継代・増殖させた。
プラスチド形質転換に適した新規選抜法を開発するために、前記<1>で作製した再分化系統のカルスを用いて、野生型植物細胞の各種薬剤に対する感受性を調べた。各薬剤に対する細胞感受性は、スイッチグラスカルスの増殖の有無を各濃度の薬剤を含むPVC培地での培養により確認した。一部の薬剤については、さらに各濃度の薬剤を含むPVS培地にカルスを置床し、植物体の再生に対する抑制効果も確認した。
前記<2>において正常な細胞生育に対する抑制作用が確認された薬剤のうち、カナマイシン、クロラムフェニコール、ブレオシン、シクロキシジム、フルアジホップブチル、及び亜硝酸ナトリウムに関して、それぞれに耐性を付与する遺伝子を選抜マーカー遺伝子とするプラスチド形質転換用ベクターを作製した。具体的には、AphA−6(カナマイシン耐性遺伝子)、CAT(クロラムフェニコール耐性遺伝子)、Ble(ブレオシン耐性遺伝子)、mCT(シクロキシジム及びフルアジホップブチル耐性遺伝子:ACCase酵素の変異型CTドメイン)、PSR1(イネ品種カサラス由来の亜硝酸還元酵素遺伝子のcDNAから5’末のシグナルペプチド領域を除いた領域)(配列番号2)を選抜マーカー遺伝子として用いた。各選抜マーカー遺伝子は、PCRにより単離又は人工合成したものを用いた。プラスチドゲノムと相同組換えを起こす領域と、ターミネーター及び翻訳制御配列は、これまでに報告されている外来タンパク質の高発現例を参考に選定して設計した(Daniell et al., Methods in Molecular Biology, 2005, Vol.286, p.111-138; Verma and Daniell, Plant Physiolosy, 2007, Vol.145, p.1129-1143)。各構成要素配列をそれぞれPCRにより増幅し、それらを制限酵素部位を利用した連結、又はInFusion法(クロンテック)を行うことにより、各ベクターを構築した。
前記<1>で作製したスイッチグラスの再分化系統について、緑化カルス及び多芽体を形成した。
具体的には、前記<1>で作製して継代維持していたカルスのうち、継代後3〜4週間培養したカルスを、緑化・多芽体誘導培地(ML1R3培地:Ahmadabadi et al.,(2007) Transgenic Research, vol.16,p.437-448)に置床し、28℃、明所条件下で4週間程度培養することによって緑化カルス及び多芽体を得た。
スイッチグラス緑化カルス及び多芽体に、前記<3>で作製したプラスチド形質転換ベクターを導入し、形質転換体細胞を選抜した。導入効率の比較コントロールとして、緑化誘導前の継代カルスを用いた。
まず、前記<4>で作製したスイッチグラス緑化カルス及び多芽体を、2mm程度の組織片になるようメスで切り刻み、PVC培地の中心部に直径35mmの円状に並べた。これとは別に、前記<3>で作製した各プラスチド形質転換ベクターをそれぞれHispeed Plasmid Midi Kit(QIAGEN社製)で精製して0.6μmの金粒子にコートした。この金粒子にコートしたプラスチド形質転換ベクターを、PVC培地に並べた組織片にパーティクルガンによって導入した。DNA−金粒子溶液の調整及びパーティクルガンによる遺伝子導入は、奥崎らの方法(Okuzaki and Tabei, Plant Biotechnology, 2012, Vol.29, p.307-310)に従い行った。
選抜培養後、再生した植物体から2mm片の組織をサンプリングし、Phire Plant Direct PCR Kit(サーモフィッシャーサイエンティフィック社製)により、形質転換ベクターの断片を特異的に増幅するプライマーセットを用いて増幅DNA断片の有無により、当該形質転換ベクターの導入の有無を確認した。増幅したDNA断片は、回収・精製後、配列確認を行い、目的のDNA断片であることを確認し、これらの植物体が、目的のプラスチド形質転換体であることを確認した。
亜硝酸ナトリウム選抜について、より効果的な選抜濃度を決定するため、野生型スイッチグラスを各濃度の亜硝酸ナトリウム条件下で培養し、野生型細胞の亜硝酸ナトリウムに対する感受性を調べた。
具体的には、0、0.25、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、又は1.0g/Lの亜硝酸ナトリウムを含むPVC培地又はPVS培地上に、1プレートあたり14個のスイッチグラスカルス魂を置床したものを、各濃度条件につき3プレートずつ準備し、PVC培地は28℃、暗所条件下で、PVS培地は28℃、明所条件下でそれぞれ4週間培養した。培養後、PVC培地については増殖カルス数を、PVS培地においては植物体を再生したカルス数を計測し、それぞれ増殖率又は再生率を算出した。
亜硝酸ナトリウム選抜により選抜され、かつ上記<6>で行ったPCRにより導入遺伝子断片の増幅が確認された再生植物体を、亜硝酸ナトリウム0.8g/Lを含有するMS培地(1/2MS salts and vitamins,15g/L sucrose,2.5mM MES,3g/L ゲランガム,pH 5.7)に移植し発根させた。その後1〜2ヶ月ごとに新しい亜硝酸ナトリウム0.8g/Lを含有するMS培地に継代した。継代中に発生した分げつは分離し、同系統として継代・維持した。約1年後、当該系統から5個体の植物個体ついて、前記<6>と同様にしてPCRを行ったところ、1個体において増幅DNA断片が確認され、導入遺伝子が安定して維持されていることが確認された。PCR増幅産物の電気泳動の結果を図3に示す。図中、矢印を付したバンドが増幅DNA断片であり、「C」は、ポジティブコントロール(プラスチド形質転換ベクターを鋳型として得られたPCR産物)を流したレーンである。
<1> イネプラスチドへの遺伝子導入及び形質転換細胞の選抜
イネ品種日本晴とイネ品種コシヒカリのプラスチドへPSR1遺伝子を導入し、亜硝酸ナトリウムを用いて形質転換体を選抜した。具体的には以下の通りに行った。なお、再分化培地として用いたMS−NK培地(Nishimura et al., Nature Protocols, 2006, Vol.1, p.2796-2802)は、元々、硝酸態窒素を含有している。イネ品種日本晴の野生型は、亜硝酸ナトリウム濃度を400mg/L含有させたMS−NK培地中でも再分化可能であったが、イネ品種コシヒカリの野生型は、亜硝酸還元酵素が弱く、亜硝酸ナトリウムを添加していないMS−NK培地でも再分化できなかった。
Claims (6)
- (a)植物組織に、亜硝酸の毒性を消去するタンパク質をコードする遺伝子を導入する工程と、
(b)前記工程(a)において前記遺伝子が導入された植物組織を、野生型の植物細胞は増殖又は植物体再生が抑制される濃度の亜硝酸態窒素を含有する培地で培養し、プラスチドゲノムに前記遺伝子が導入されたプラスチド形質転換体を選抜する工程と、
を有し、
前記遺伝子が亜硝酸還元酵素遺伝子であることを特徴とする、プラスチド形質転換体の製造方法。 - 前記プラスチドが、葉緑体、白色体、アミロプラスト、エチオプラスト、エライオプラスト、プロテイノプラスト、又は原色素体(プロプラスチド)である、請求項1に記載のプラスチド形質転換体の製造方法。
- 前記工程(a)において、前記植物組織に、さらに1種又は2種以上のその他の外来遺伝子を導入する、請求項1又は2に記載のプラスチド形質転換体の製造方法。
- 前記工程(b)において選抜されたプラスチド形質転換体から、植物体を形成する、請求項1〜3のいずれか一項に記載のプラスチド形質転換体の製造方法。
- 請求項3に記載のプラスチド形質転換体の製造方法を行い、製造されたプラスチド形質転換体又は前記プラスチド形質転換体から形成された植物体から、前記外来遺伝子がコードするタンパク質を回収することを特徴とする、タンパク質の製造方法。
- 亜硝酸還元酵素遺伝子がプラスチドゲノムに導入された、プラスチド形質転換体を、亜硝酸含有培地で培養する、プラスチド形質転換体の培養方法。
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