JP6945865B2 - Cas protein expression cassette - Google Patents

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Description

本発明は、CRISPR/Casシステムによる植物ゲノム編集において用いられるCasタンパク質発現カセット、該発現カセットを用いた植物ゲノム編集方法等に関する。 The present invention relates to a Cas protein expression cassette used in plant genome editing by a CRISPR / Cas system, a plant genome editing method using the expression cassette, and the like.

ガイドRNAとCasタンパク質との組合せにより、細胞のゲノム上の特定配列にDNA2本鎖切断を発生させることができる。このDNA切断端ではDNAのランダムな削り込みや付加等の変異が高頻度に起こるため、ガイドRNAとCasタンパク質との組合せにより、容易に遺伝子破壊が可能である。この技術は、CRISPR/Casシステムといわれており、近年、急速に開発・改良が進められている。 The combination of guide RNA and Cas protein can cause DNA double-strand breaks at specific sequences on the cell's genome. Since mutations such as random scraping and addition of DNA occur frequently at this DNA cleavage end, gene disruption can be easily performed by combining a guide RNA and a Cas protein. This technology is called the CRISPR / Cas system, and has been rapidly developed and improved in recent years.

CRISPR/Casシステムは種々の植物に適用可能であり、シロイヌナズナ、ゼニゴケ、イネ、トマト等、分類上多様な植物への適用例が報告されている(非特許文献1〜4)。しかしながら、CRISPR/Casシステムによる植物ゲノム編集においては、生殖細胞を含む花序におけるゲノム編集効率が低いという問題がある。このため、必然的に、変異を次世代に伝える効率も低くなってしまう。 The CRISPR / Cas system can be applied to various plants, and examples of its application to various plants in terms of classification such as Arabidopsis thaliana, liverwort, rice, and tomato have been reported (Non-Patent Documents 1 to 4). However, in plant genome editing by the CRISPR / Cas system, there is a problem that the genome editing efficiency in inflorescences including germ cells is low. For this reason, the efficiency of transmitting the mutation to the next generation is inevitably reduced.

Fauser, F., Schiml, S. and Puchta, H. (2014) Both CRISPR/Cas-based nucleases and nickases can be used efficiently for genome engineering in Arabidopsis thaliana. Plant J.79: 348-359.Fauser, F., Schiml, S. and Puchta, H. (2014) Both CRISPR / Cas-based nucleases and nickases can be used efficiently for genome engineering in Arabidopsis thaliana. Plant J.79: 348-359. Sugano, S.S., Shirakawa, M., Takagi, J., Matsuda, Y., Shimada, T., Hara-Nishimura, I. and Kohchi, T. (2014) CRISPR/Cas9-mediated targeted mutagenesis in the liverwort Marchantia polymorpha L. Plant Cell Physiol. 55: 475-481.Sugano, SS, Shirakawa, M., Takagi, J., Matsuda, Y., Shimada, T., Hara-Nishimura, I. and Kohchi, T. (2014) CRISPR / Cas9-mediated targeted mutagenesis in the liverwort Marchantia polymorpha L. Plant Cell Physiol. 55: 475-481. Endo, M., Mikami, M. and Toki, S. (2015) Multigene knockout utilizing off-target mutations of the CRISPR/Cas9 system in rice. Plant Cell Physiol. 56: 41-47.Endo, M., Mikami, M. and Toki, S. (2015) Multigene knockout utilizing off-target mutations of the CRISPR / Cas9 system in rice. Plant Cell Physiol. 56: 41-47. Brooks, C., Nekrasov, V., Lippman, Z.B. and Van Eck, J. (2014) Efficient gene editing in tomato in the first generation using the clustered regularly interspaced short palindromic repeats/CRISPR-associated9 system. Plant Physiol. 166: 1292-1297.Brooks, C., Nekrasov, V., Lippman, ZB and Van Eck, J. (2014) Efficient gene editing in tomato in the first generation using the clustered regularly interspaced short palindromic repeats / CRISPR-associated9 system. Plant Physiol. 166: 1292-1297.

本発明は、ゲノム編集効率、特にT1世代以降におけるゲノム編集効率がより高い植物ゲノム編集技術を提供することを課題とする。 An object of the present invention is to provide a plant genome editing technique having higher genome editing efficiency, particularly genome editing efficiency after the T1 generation.

本発明者は上記課題に鑑みて鋭意研究した結果、CRISPR/Casシステムにおいて、RPS5Aプロモーターの制御下でCasタンパク質を発現させることにより、上記課題を解決できることを見出した。この知見に基づいてさらに研究を進めた結果、本発明が完成した。 As a result of diligent research in view of the above problems, the present inventor has found that the above problems can be solved by expressing the Cas protein under the control of the RPS5A promoter in the CRISPR / Cas system. As a result of further research based on this finding, the present invention has been completed.

即ち、本発明は、下記の態様を包含する:
項1. RPS5Aプロモーター、及び該プロモーターの制御下に配置されたCasタンパク質コード配列を含む、ポリヌクレオチド.
項2. 前記Casタンパク質がCas9タンパク質である、項1に記載のポリヌクレオチド.
項3. さらにレポータータンパク質発現カセットを含む、項1又は2に記載のポリヌクレオチド.
項4. 前記レポータータンパク質発現カセットが、種子特異的プロモーター、及び該プロモーターの制御下に配置されたレポータータンパク質コード配列を含むポリヌクレオチドである、項3に記載のポリヌクレオチド.
項5. 前記Casタンパク質コード配列の下流に、該コード配列からの転写の終結シグナルを含む、項1〜4のいずれかに記載のポリヌクレオチド
項6. 前記終結シグナルがヒートショックタンパク質終結シグナルである、項5に記載のポリヌクレオチド.
項7. さらに、ガイドRNA発現カセットを含む、項1〜6のいずれかに記載のポリヌクレオチド.
項8. 前記ガイドRNA発現カセットが、crRNAコード配列挿入用サイト、及び該サイトの下流に配置されたtracrRNAコード配列を含むポリヌクレオチドである、項7に記載のポリヌクレオチド.
項9. 項1〜8のいずれかに記載のポリヌクレオチドを含む、ベクター.
項10. 項1〜8のいずれかに記載のポリヌクレオチド、及び請求項9に記載のベクターからなる群より選択される少なくとも1種を含む、植物ゲノム編集用組成物.
項11. 項1〜8のいずれかに記載のポリヌクレオチド、及び請求項9に記載のベクターからなる群より選択される少なくとも1種を含む、植物ゲノム編集用キット.
項12. 項1〜8のいずれかに記載のポリヌクレオチド、及び請求項9に記載のベクターからなる群より選択される少なくとも1種を植物体又は植物細胞に導入する工程を含む、ゲノム編集された植物体又は植物細胞の製造方法.
項13. 項1〜8のいずれかに記載のポリヌクレオチド、及び請求項9に記載のベクターからなる群より選択される少なくとも1種を植物体又は植物細胞に導入する工程を含む、植物ゲノム編集方法.
That is, the present invention includes the following aspects:
Item 1. A polynucleotide comprising the RPS5A promoter and a Cas protein coding sequence located under the control of the promoter.
Item 2. Item 2. The polynucleotide according to Item 1, wherein the Cas protein is a Cas9 protein.
Item 3. Item 2. The polynucleotide according to Item 1 or 2, further comprising a reporter protein expression cassette.
Item 4. Item 3. The polynucleotide according to Item 3, wherein the reporter protein expression cassette is a seed-specific promoter and a polynucleotide containing a reporter protein coding sequence arranged under the control of the promoter.
Item 5. Item 6. The polynucleotide according to any one of Items 1 to 4, which comprises a signal for terminating transcription from the Cas protein coding sequence downstream of the Cas protein coding sequence. Item 5. The polynucleotide according to Item 5, wherein the termination signal is a heat shock protein termination signal.
Item 7. The polynucleotide according to any one of Items 1 to 6, further comprising a guide RNA expression cassette.
Item 8. Item 2. The polynucleotide according to Item 7, wherein the guide RNA expression cassette is a site for inserting a crRNA coding sequence and a polynucleotide containing a tracrRNA coding sequence located downstream of the site.
Item 9. A vector comprising the polynucleotide according to any one of Items 1 to 8.
Item 10. A composition for editing a plant genome, which comprises at least one selected from the group consisting of the polynucleotide according to any one of Items 1 to 8 and the vector according to claim 9.
Item 11. A kit for editing a plant genome, which comprises at least one selected from the group consisting of the polynucleotide according to any one of Items 1 to 8 and the vector according to claim 9.
Item 12. A genome-edited plant body comprising the step of introducing into a plant body or a plant cell at least one selected from the group consisting of the polynucleotide according to any one of Items 1 to 8 and the vector according to claim 9. Or a method for producing plant cells.
Item 13. A method for editing a plant genome, comprising a step of introducing at least one selected from the group consisting of the polynucleotide according to any one of Items 1 to 8 and the vector according to claim 9 into a plant body or a plant cell.

本発明によれば、RPS5Aプロモーターに制御されたCasタンパク質発現カセットを用いることにより、ゲノム編集効率、特にT1世代以降におけるゲノム編集効率がより高い植物ゲノム編集技術を提供することができる。本技術によれば、生殖細胞においてもより高いゲノム編集効率が得られるので、変異を次世代により効率的に伝えることができる。 According to the present invention, by using a Cas protein expression cassette controlled by the RPS5A promoter, it is possible to provide a plant genome editing technique having higher genome editing efficiency, particularly genome editing efficiency after the T1 generation. According to this technique, higher genome editing efficiency can be obtained even in germ cells, so that mutations can be transmitted more efficiently to the next generation.

なお、既にゲノム編集が起こっている生殖細胞からは全細胞がゲノム編集された植物体が得られるので、該生殖細胞においてはCRISPR/Casシステムのために導入された外来DNAは不要である。また、この外来DNAが残ったままであると、オフターゲット効果のリスクも高まる。そこで、ゲノム編集後は、この外来DNAを含まない植物体やその種子を選抜することが重要である。従来、この選抜は、PCR等により外来DNAの有無を調べることによって行われていたので、煩雑且つ低効率であった。 In addition, since a plant body in which all cells have been genome-edited can be obtained from a germ cell in which genome editing has already occurred, the foreign DNA introduced for the CRISPR / Cas system is not required in the germ cell. Also, if this foreign DNA remains, the risk of off-target effects increases. Therefore, after genome editing, it is important to select plants and their seeds that do not contain this foreign DNA. Conventionally, this selection has been performed by examining the presence or absence of foreign DNA by PCR or the like, so that it is complicated and low efficiency.

本発明の好ましい一態様によれば、外来DNAにレポーター遺伝子を組み込んでおくことにより、該レポーター由来のシグナルの有無に基づき、該外来DNAが含まれていない植物体やその種子をより簡便且つより効率的に選抜することが可能である。 According to a preferred embodiment of the present invention, by incorporating a reporter gene into a foreign DNA, a plant or a seed thereof that does not contain the foreign DNA can be more easily and more easily obtained based on the presence or absence of a signal derived from the reporter. It is possible to select efficiently.

p35S-Cas9ベクター(比較例1)、pX2-Cas9ベクター(比較例2)、及びp5A-Cas9(pKIR1.0)ベクター(実施例1)の構造の模式図を示す。LBはアグロバクテリウムによるDNA組換えに用いられる左境界配列を示し、RBはアグロバクテリウムによるDNA組換えに用いられる右境界配列を示し、BastaRは除草剤であるバスタ耐性遺伝子発現カセットを示し、HygRは抗生物質であるハイグロマイシン耐性遺伝子発現カセットを示し、35S promoterは35S遺伝子のプロモーターを示し、WOX2 promoterはWOX2遺伝子のプロモーターを示し、Cas9はN末端にFLAGタグが付加され、且つN末端及びC末端に核移行シグナルが付加されたS. pyogenes由来Cas9タンパク質(FLAG-NLS-Cas9)のコード配列を示し、35sTは35s終結シグナルを示し、hspTはヒートショックタンパク質終結シグナルを示し、OLE-TagRFPはOLEプロモーター及びその制御下に配置されたOLEとRFPとの融合タンパク質のコード配列を示し、HindIIIは制限酵素であるHindIII認識配列を示し、SbfIは制限酵素であるSbfI認識配列を示す。A schematic diagram of the structure of the p35S-Cas9 vector (Comparative Example 1), the pX2-Cas9 vector (Comparative Example 2), and the p5A-Cas9 (pKIR1.0) vector (Example 1) is shown. LB indicates the left border sequence used for DNA recombination by Agrobacterium, RB indicates the right border sequence used for DNA recombination by Agrobacterium, and Basta R indicates the Basta resistance gene expression cassette, which is a herbicide. , Hyg R indicates the antibiotic hyglomycin resistance gene expression cassette, 35S promoter indicates the promoter of the 35S gene, WOX2 promoter indicates the promoter of the WOX2 gene, Cas9 has the FLAG tag added to the N-terminal, and N The coding sequence of the S. pyogenes-derived Cas9 protein (FLAG-NLS-Cas9) with nuclear translocation signals added to the ends and C ends is shown, 35sT shows the 35s termination signal, hspT shows the heat shock protein termination signal, and OLE. -TagRFP indicates the coding sequence of the OLE promoter and the fusion protein of OLE and RFP placed under its control, HindIII indicates the HindIII recognition sequence which is a restriction enzyme, and SbfI indicates the SbfI recognition sequence which is a restriction enzyme. 試験例1で得られた植物体の3つのパターンを示す観察像である。上段の写真は明視野像を示し、下段の写真は自家蛍光像を示す。左側の写真はほぼ全てが緑色である場合を示し、中央の写真は一部のみが緑色である場合を示し、右側の写真は全てが白色である場合を示す。各写真中のバーは2 mmの長さを表す。It is an observation image which shows three patterns of the plant body obtained in Test Example 1. The upper photo shows a bright-field image, and the lower photo shows an autofluorescent image. The photo on the left shows the case where almost all are green, the photo in the center shows the case where only a part is green, and the photo on the right shows the case where all are white. The bars in each photo represent a length of 2 mm. 試験例1で得られた植物体について、子葉(cotyledon)、第一葉(1st leaf)、及び第二葉(2nd leaf)それぞれにおいて対を成す2枚の葉の全体が白色である植物体の割合(縦軸)を示すグラフである。Regarding the plant body obtained in Test Example 1, a plant body in which the entire pair of two leaves in each of the cotyledon, the first leaf (1st leaf), and the second leaf (2nd leaf) is white. It is a graph which shows the ratio (vertical axis). 試験例1で得られた植物体の花序1 mgに含まれる3種の色素(chlorophyll a、chlorophyll b、carotenoid)の量(縦軸)を示すグラフである。カラムから上方に伸びた髭の先端は外れ値を除いた最大値パーセンタイル値を示し、カラムの上端は75パーセンタイル値を示し、カラム中の横線は50パーセンタイル値(中央値)を示し、カラムの下端は25パーセンタイル値を示し、カラムから下方に伸びた髭の先端は外れ値を除いた最小値パーセンタイル値を示す。It is a graph which shows the amount (vertical axis) of 3 kinds of pigments (chlorophyll a, chlorophyll b, carotenoid) contained in 1 mg of the inflorescence of the plant body obtained in Test Example 1. The tip of the whiskers extending upward from the column shows the maximum percentile value excluding outliers, the top edge of the column shows the 75th percentile value, the horizontal line in the column shows the 50th percentile value (median), and the bottom edge of the column. Shows the 25th percentile value, and the tip of the whiskers extending downward from the column shows the minimum percentile value excluding outliers. 試験例2で得られた植物体の写真である。Aは植物体全体の写真であり、BはAの写真の四角で囲まれた領域の拡大写真であり、Cは1つのdouble flowerを移す写真である。A中のバーは5 cmの長さを表し、B中のバーは1 cmの長さを表し、C中のバーは1 mmの長さを表す。It is a photograph of the plant body obtained in Test Example 2. A is a photograph of the entire plant, B is an enlarged photograph of the area surrounded by the square in A's photograph, and C is a photograph of one double flower transferred. The bar in A represents a length of 5 cm, the bar in B represents a length of 1 cm, and the bar in C represents a length of 1 mm. 試験例3で得られた植物体の花粉4分子のDAPI染色像である。各写真右上の数字は、左側が2つの精細胞が観察される成熟花粉の数(na)を示し、右側が1つの精細胞様細胞しか観察されない花粉の数(nb)を示す。各写真中のバーは、10μmの長さを表す。図4C中、白塗り矢尻は正常な精細胞の核を示し、白抜き矢尻は分裂していない精細胞様細胞の核を示す。It is a DAPI-stained image of four pollen molecules of a plant body obtained in Test Example 3. The number on the upper right of each photograph indicates the number of mature pollens (na) in which two sperm cells are observed on the left side, and the number of pollen (nb) in which only one sperm cell-like cell is observed on the right side. The bars in each photo represent a length of 10 μm. In FIG. 4C, the white-painted arrowheads indicate the nuclei of normal sperm cells, and the white arrowheads indicate the nuclei of undivided sperm cell-like cells. 試験例3で得られた植物体の花粉4分子の各パターンの割合を示す。図下方に示されるパターンの表記([na, nb])において、naは2つの精細胞が観察される成熟花粉の数を示し、nb1つの精細胞様細胞しか観察されない花粉の数を示す。図左側の#1〜12はそれぞれ別々の植物体を示し、各#中1〜3はそれぞれ別々の花を示す。図上方の%は、各パターンの割合を示す。The ratio of each pattern of the four pollen molecules of the plant obtained in Test Example 3 is shown. In the pattern notation ([na, nb]) shown at the bottom of the figure, na indicates the number of mature pollens in which two sperm cells are observed, and nb indicates the number of pollen in which only one sperm cell-like cell is observed. # 1 to 12 on the left side of the figure indicate different plants, and 1 to 3 in each # indicate different flowers. The% at the top of the figure indicates the ratio of each pattern. 試験例3で得られた植物体#7又は#10と野生株とを正逆交配した場合の受精率を示す。The fertilization rate when the plant # 7 or # 10 obtained in Test Example 3 and the wild strain are crossed in the forward and reverse directions is shown. 試験例3で得られた植物体#10の、DUO1遺伝子中のガイドRNA標的部位の配列(下段)を示す。上段は、野生株における対応配列を示す。下線はPAM配列を示す。白抜き矢尻はCasタンパク質による切断部位を示す。The sequence of the guide RNA target site in the DUO1 gene of the plant # 10 obtained in Test Example 3 (lower row) is shown. The upper row shows the corresponding sequences in the wild strain. The underline shows the PAM sequence. White arrowheads indicate cleavage sites by Cas protein. 試験例4で得られたT2世代の種子の、アリルアルコール処理後の生存率(縦軸)を示す。カラムから上方に伸びた髭の先端は外れ値を除いた最大値パーセンタイル値を示し、カラムの上端は75パーセンタイル値を示し、カラム中の横線は50パーセンタイル値(中央値)を示し、カラムの下端は25パーセンタイル値を示し、カラムから下方に伸びた髭の先端は外れ値を除いた最小値パーセンタイル値を示す。The survival rate (vertical axis) of the T2 generation seeds obtained in Test Example 4 after allyl alcohol treatment is shown. The tip of the whiskers extending upward from the column shows the maximum percentile value excluding outliers, the top edge of the column shows the 75th percentile value, the horizontal line in the column shows the 50th percentile value (median), and the bottom edge of the column. Shows the 25th percentile value, and the tip of the whiskers extending downward from the column shows the minimum percentile value excluding outliers. pKIR1.1ベクター(実施例3)の構造の模式図を示す。図中の各用語の意味については、図1と同様である。A schematic diagram of the structure of the pKIR1.1 vector (Example 3) is shown. The meaning of each term in the figure is the same as that in FIG. pKI1.1Rベクター(実施例4)の構造の模式図を示す。図中の各用語の意味については、図1と同様である。A schematic diagram of the structure of the pKI1.1R vector (Example 4) is shown. The meaning of each term in the figure is the same as that in FIG. 試験例5で得られたT2世代の種子の、アリルアルコール処理後の生存率(縦軸)を示す。カラムから上方に伸びた髭の先端は外れ値を除いた最大値パーセンタイル値を示し、カラムの上端は75パーセンタイル値を示し、カラム中の横線は50パーセンタイル値(中央値)を示し、カラムの下端は25パーセンタイル値を示し、カラムから下方に伸びた髭の先端は外れ値を除いた最小値パーセンタイル値を示す。The survival rate (vertical axis) of the T2 generation seeds obtained in Test Example 5 after allyl alcohol treatment is shown. The tip of the whiskers extending upward from the column shows the maximum percentile value excluding outliers, the top edge of the column shows the 75th percentile value, the horizontal line in the column shows the 50th percentile value (median), and the bottom edge of the column. Shows the 25th percentile value, and the tip of the whiskers extending downward from the column shows the minimum percentile value excluding outliers. 試験例6において、pKI1.1R GCS1-1755ベクター(実施例4B)を用いた場合に得られたトマトシュートの塩基配列解析結果を示す。標的配列は、pKI1.1R GCS1-1755ベクターが発現するガイドRNAの標的配列(配列番号47)を示す。The results of nucleotide sequence analysis of tomato shoots obtained when the pKI1.1R GCS1-1755 vector (Example 4B) was used in Test Example 6 are shown. The target sequence shows the target sequence (SEQ ID NO: 47) of the guide RNA expressed by the pKI1.1R GCS1-1755 vector.

本明細書中において、「含有」及び「含む」なる表現については、「含有」、「含む」、「実質的にからなる」及び「のみからなる」という概念を含む。 In the present specification, the expressions "contains" and "contains" include the concepts of "contains", "contains", "substantially consists" and "consists of only".

本明細書中において、アミノ酸配列の「同一性」とは、2以上の対比可能なアミノ酸配列の、お互いに対するアミノ酸配列の一致の程度をいう。従って、ある2つのアミノ酸配列の一致性が高いほど、それらの配列の同一性又は類似性は高い。アミノ酸配列の同一性のレベルは、例えば、配列分析用ツールであるFASTAを用い、デフォルトパラメータを用いて決定される。若しくは、Karlin及びAltschulによるアルゴリズムBLAST(KarlinS,Altschul SF.“Methods for assessing the statistical significance of molecular sequence features by using general scoringschemes”Proc Natl Acad Sci USA.87:2264−2268(1990)、KarlinS,Altschul SF.“Applications and statistics for multiple high−scoring segments in molecular sequences.”Proc Natl Acad Sci USA.90:5873−7(1993))を用いて決定できる。このようなBLASTのアルゴリズムに基づいたblastpと呼ばれるプログラムやtblastnと呼ばれるプログラムが開発されている。これらの解析方法の具体的な手法は公知であり、National Center of Biotechnology Information(NCBI)のウェエブサイト(http://www.ncbi.nlm.nih.gov/)を参照すればよい。また、塩基配列の「同一性」も上記に準じて定義される。 As used herein, the term "identity" of an amino acid sequence refers to the degree of coincidence of two or more contrastable amino acid sequences with respect to each other. Therefore, the higher the match between two amino acid sequences, the higher the identity or similarity of those sequences. The level of amino acid sequence identity is determined, for example, using FASTA, a sequence analysis tool, using default parameters. Alternatively, the algorithm BLAST by Karlin and Altschul (KarlinS, Altschul SF. “Methods for assessing the statistical significance of molecular sequence features by using general scoringschemes” Proc Natl Acad Sci USA. 87: 2264-2268 (1990), KarlinS, Altschul SF. It can be determined using “Applications and statistics for multiple high−scoring segments in molecular sequences.” Proc Natl Acad Sci USA. 90: 5873-7 (1993). A program called blastp and a program called tblastn based on such a BLAST algorithm have been developed. Specific methods for these analysis methods are known, and the National Center for Biotechnology Information (NCBI) website (http://www.ncbi.nlm.nih.gov/) can be referred to. In addition, the "identity" of the base sequence is also defined according to the above.

本明細書中において、「保存的置換」とは、アミノ酸残基が類似の側鎖を有するアミノ酸残基に置換されることを意味する。例えば、リジン、アルギニン、ヒスチジンといった塩基性側鎖を有するアミノ酸残基同士で置換されることが、保存的な置換にあたる。その他、アスパラギン酸、グルタミン酸といった酸性側鎖を有するアミノ酸残基;グリシン、アスパラギン、グルタミン、セリン、スレオニン、チロシン、システインといった非帯電性極性側鎖を有するアミノ酸残基;アラニン、バリン、ロイシン、イソロイシン、プロリン、フェニルアラニン、メチオニン、トリプトファンといった非極性側鎖を有するアミノ酸残基;スレオニン、バリン、イソロイシンといったβ−分枝側鎖を有するアミノ酸残基;チロシン、フェニルアラニン、トリプトファン、ヒスチジンといった芳香族側鎖を有するアミノ酸残基同士での置換も同様に、保存的な置換にあたる。 As used herein, "conservative substitution" means that an amino acid residue is replaced with an amino acid residue having a similar side chain. For example, substitution between amino acid residues having a basic side chain such as lysine, arginine, and histidine is a conservative substitution. Other amino acid residues with acidic side chains such as aspartic acid and glutamic acid; amino acid residues with non-charged polar side chains such as glycine, asparagine, glutamine, serine, threonine, tyrosine and cysteine; alanine, valine, leucine, isoleucine, Amino acid residues with non-polar side chains such as proline, phenylalanine, methionine and tryptophan; amino acid residues with β-branched side chains such as threonine, valine and isoleucine; with aromatic side chains such as tyrosine, phenylalanine, tryptophan and histidine Substitution between amino acid residues is also a conservative substitution.

本発明のゲノム編集技術の対象である「植物」は、CRISPR/Casシステムによるゲノム編集が可能な植物である限り特に制限されない。植物としては、例えばコケ植物、シダ植物、裸子植物、被子植物のモクレン類、単子葉類、真正双子葉類(バラ類I、バラ類II、キク類I、キク類II及びそれらの外群)を含む広い範囲の植物を挙げることができる。植物のより具体的な例としては、トマト、ピーマン、トウガラシ、ナス、タバコ等のナス類; キュウリ、カボチャ、メロン、スイカ等のウリ類; キャベツ、ブロッコリー、ハクサイ等の菜類; セルリー、パセリー、レタス等の生菜・香辛菜類; ネギ、タマネギ、ニンニク等のネギ類; ダイズ、ラッカセイ、インゲン、エンドウ、アズキ等の豆類; イチゴ、メロン等のその他果菜類; ダイコン、カブ、ニンジン、ゴボウ等の直根類; サトイモ、キャッサバ、ジャガイモ、バレイショ、サツマイモ、ナガイモ等のイモ類; イネ、トウモロコシ、コムギ、ソルガム、オオムギ、ライムギ、ミナトカモジグサ、ソバ等の穀類; ダイズ、アズキ、リョクトウ、ササゲ、インゲンマメ、ラッカセイ、エンドウ、ソラマメ等のマメ類; アスパラガス、ホウレンソウ、ミツバ等の柔菜類; トルコギキョウ、ストック、カーネーション、キク等の花卉類; ベントグラス、コウライシバ等の芝類; ナタネ、ラッカセイ、セイヨウアブラナ、ナンヨウアブラギリ等の油料作物類; ワタ、イグサ等の繊維料作物類; クローバー、デントコーン、タルウマゴヤシ等の飼料作物類; リンゴ、ナシ、ブドウ、モモ等の落葉性果樹類; ウンシュウミカン、オレンジ、レモン、グレープフルーツ等の柑橘類; サツキ、ツツジ、スギ、ポプラ、パラゴムノキ等の木本類等が挙げられる。 The "plant" that is the subject of the genome editing technique of the present invention is not particularly limited as long as it is a plant that can edit the genome by the CRISPR / Cas system. Plants include, for example, moss plants, ferns, angiosperms, angiosperms, monocotyledons, and eudicots (roses I, roses II, asterids I, asterids II and their outer groups). A wide range of plants can be mentioned. More specific examples of plants include legumes such as tomatoes, peppers, capsicums, eggplants and tobacco; melons such as cucumbers, pumpkins, melons and watermelons; vegetables such as cabbage, broccoli and hakusai; Raw vegetables and spicy vegetables such as lettuce; Negi such as green onions, onions and garlic; Beans such as soybeans, rapeseed, green beans, pea and azuki; Other fruit vegetables such as strawberries and melons; Straight roots; potatoes, potatoes, potatoes, sweet potatoes, rapeseed, etc .; rice, corn, wheat, sorghum, barley, lime tree, minatokamojigusa, buckwheat, etc. Beans such as lacquer, pea, and soybean; soft vegetables such as asparagus, spinach, and honey; flowers such as Turkish ginkgo, stock, carnation, and kiku; turf such as bentgrass and sardine; rapeseed, rapeseed, oilseed rape, rapeseed Oil crops such as oilseed rape; Textile crops such as cotton and igusa; Forage crops such as clover, dent corn and tarumago palm; deciduous fruit trees such as apples, pears, grapes and peaches; Citrus fruits such as grapefruit; woody beans such as satsuki, tsutsuji, sugi, poplar, and rapeseed.

1.ポリヌクレオチド
本発明は、その一態様として、RPS5Aプロモーター、及び該プロモーターの制御下に配置されたCasタンパク質コード配列を含む、ポリヌクレオチド(本明細書において、「本発明のポリヌクレオチド」と示すこともある。)に関する。以下、これについて説明する。
1. 1. Polynucleotide The present invention, in one aspect, also comprises a polynucleotide comprising the RPS5A promoter and a Cas protein coding sequence placed under the control of the promoter (also referred to herein as the "polynucleotide of the invention". There is.) This will be described below.

RPS5Aプロモーターは、RPS5A(Ribosomal Protein S5 A)遺伝子のプロモーターである限り特に制限されない。 The RPS5A promoter is not particularly limited as long as it is a promoter of the RPS5A (Ribosomal Protein S5 A) gene.

RPS5A遺伝子は、本発明のゲノム編集技術の対象である植物由来のRPS5A遺伝子であれば、特に制限されない。各種植物由来のRPS5A遺伝子は公知であり、該遺伝子の例としては、イネ(Oryza sativa)由来RPS5A遺伝子(NCBI Accession Number:XP_015617601)、ミナトカモジグサ(Brachypodium distachyon)由来RPS5A遺伝子(NCBI Accession Number:XM_003578781)、ソルガム(Sorghum bicolor)由来RPS5A遺伝子(NCBI Accession Number:KXG32157)、トウモロコシ(Zea mays)由来RPS5A遺伝子(NCBI Accession Number:NP_001131862)、ジャガイモ(Solanum tuberosum)由来RPS5A遺伝子(NCBI Accession Number:XP_006363855)、トマト(Solanum lycopersicum)由来RPS5A遺伝子(NCBI Accession Number:XP_004250715)、ブドウ(Vitis vinifera)由来RPS5A遺伝子(NCBI Accession Number:CBI29956)、ワタ(Gossypium raimondii)由来RPS5A遺伝子(NCBI Accession Number:XP_012466959)、ダイズ(Glycine max)由来RPS5A遺伝子(NCBI Accession Number:XP_003533901)、キャッサバ(Manihot esculenta)由来RPS5A遺伝子(NCBI Accession Number:OAY40679)、ポプラ(Populus trichocarpa)由来RPS5A遺伝子(NCBI Accession Number:XP_002309278)、インゲンマメ(Phaseolus vulgaris)由来RPS5A遺伝子(NCBI Accession Number:XP_007149885)、リンゴ(Malus domestica)由来RPS5A遺伝子(NCBI Accession Number:XP_008359524)、タルウマゴヤシ(Medicago truncatula)由来RPS5A遺伝子(NCBI Accession Number:XP_013450311)、オレンジ(Citrus sinensis)由来RPS5A遺伝子(NCBI Accession Number:XP_006481676)、セイヨウアブラナ(Brassica napus)由来RPS5A遺伝子(NCBI Accession Number:XP_013689010)、メロン(Cucumis melo)由来RPS5A遺伝子(NCBI Accession Number:XP_008463640)、タバコ(Nicotiana tabacum)由来RPS5A遺伝子(NCBI Accession Number:XP_016481473)、パラゴムノキ(Hevea brasiliensis)由来RPS5A遺伝子(NCBI Accession Number:ADR71286)、ナンヨウアブラギリ(Jatropha curcas)由来RPS5A遺伝子(NCBI Accession Number:XP_012090867)等が挙げられる。 The RPS5A gene is not particularly limited as long as it is a plant-derived RPS5A gene that is the subject of the genome editing technology of the present invention. The RPS5A gene derived from various plants is known, and examples of the gene include the RPS5A gene derived from rice (Oryza sativa) (NCBI Accession Number: XP_015617601) and the RPS5A gene derived from Brachypodium distachyon (NCBI Accession Number: XM_003578781). , Sorghum bicolor-derived RPS5A gene (NCBI Accession Number: KXG32157), corn (Zea mays) -derived RPS5A gene (NCBI Accession Number: NP_001131862), potato (Solanum tuberosum) -derived RPS5A gene (NCBI Accession Number: XP_006363855), tomato (Solanum lycopersicum) -derived RPS5A gene (NCBI Accession Number: XP_004250715), grape (Vitis vinifera) -derived RPS5A gene (NCBI Accession Number: CBI29956), cotton (Gossypium raimondii) -derived RPS5A gene (NCBI Accession Number: XP_012466959), soybean (Glycine) max) -derived RPS5A gene (NCBI Accession Number: XP_003533901), Cassaba (Manihot esculenta) -derived RPS5A gene (NCBI Accession Number: OAY40679), Populus (Populus trichocarpa) -derived RPS5A gene (NCBI Accession Number: XP_002309278), Ingenmame (Phaseolus vul) Derived RPS5A gene (NCBI Accession Number: XP_007149885), apple (Malus domestica) -derived RPS5A gene (NCBI Accession Number: XP_008359524), Tarumago palm (Medicago truncatula) -derived RPS5A gene (NCBI Accession Number: XP_013450311), orange (C) RPS5A gene derived from itrus sinensis (NCBI Accession Number: XP_006481676), RPS5A gene derived from Brassica napus (NCBI Accession Number: XP_013689010), RPS5A gene derived from melon (Cucumis melo) (NCBI Accession Number: XP_008463640), tobacco (Nicotiana) Examples include the RPS5A gene (NCBI Accession Number: XP_016481473) derived from tabacum, the RPS5A gene (NCBI Accession Number: ADR71286) derived from Hevea brasiliensis, and the RPS5A gene (NCBI Accession Number: XP_012090867) derived from Jatropha curcas.

プロモーターは、通常、転写開始点、その上流(5’側)の配列、及び必要に応じてその下流(3’側)の配列を含む。RPS5Aプロモーターとしては、RPS5A遺伝子の転写開始点の塩基を+1、その下流(3´側)が正の値、その上流(5´側)が0又は負の値とした場合、例えば−10000〜+500、好ましくは−5000〜+200、より好ましくは−2000〜+150のDNA領域内の、転写開始点を含む任意のDNA領域が挙げられる。なお、転写開始点が複数存在する場合は、最も転写量の多い転写開始点を選択することができる。RPS5Aプロモーターの長さ(塩基対数:bp)は、例えば500〜10000 bp、好ましくは1000〜5000 bp、より好ましくは1500〜3000 bpの範囲の長さが挙げられる。 The promoter usually comprises a transcription initiation site, its upstream (5'side) sequence, and optionally its downstream (3'side) sequence. As the RPS5A promoter, when the base of the transcription start site of the RPS5A gene is +1 and its downstream (3'side) is a positive value and its upstream (5'side) is 0 or a negative value, for example, -10000 to +500. , Preferably any DNA region within the DNA region of −5000 to +200, more preferably −2000 to +150, including the transcription start site. When there are a plurality of transcription start points, the transfer start point having the largest transfer amount can be selected. The length (base pair number: bp) of the RPS5A promoter includes, for example, a length in the range of 500 to 10000 bp, preferably 1000 to 5000 bp, and more preferably 1500 to 3000 bp.

RPS5Aプロモーターの具体例としては、シロイヌナズナ(Arabidopsis thaliana)由来RPS5A遺伝子のプロモーターの一例として配列番号1で示される塩基配列を含むプロモーター、イネ(Oryza sativa)由来RPS5A遺伝子(NCBI Accession Number:XP_015617601)のプロモーターの一例として配列番号2で示される塩基配列を含むプロモーター、ミナトカモジグサ(Brachypodium distachyon)由来RPS5A遺伝子(NCBI Accession Number:XM_003578781)のプロモーターの一例として配列番号3で示される塩基配列を含むプロモーター、ソルガム(Sorghum bicolor)由来RPS5A遺伝子(NCBI Accession Number:KXG32157)のプロモーターの一例として配列番号4で示される塩基配列を含むプロモーター、トウモロコシ(Zea mays)由来RPS5A遺伝子(NCBI Accession Number:NP_001131862)のプロモーターの一例として配列番号5で示される塩基配列を含むプロモーター、ジャガイモ(Solanum tuberosum)由来RPS5A遺伝子(NCBI Accession Number:XP_006363855)のプロモーターの一例として配列番号6で示される塩基配列を含むプロモーター、トマト(Solanum lycopersicum)由来RPS5A遺伝子(NCBI Accession Number:XP_004250715)のプロモーターの一例として配列番号7で示される塩基配列を含むプロモーター、ブドウ(Vitis vinifera)由来RPS5A遺伝子(NCBI Accession Number:CBI29956)のプロモーターの一例として配列番号8で示される塩基配列を含むプロモーター、ワタ(Gossypium raimondii)由来RPS5A遺伝子(NCBI Accession Number:XP_012466959)のプロモーターの一例として配列番号9で示される塩基配列を含むプロモーター、ダイズ(Glycine max)由来RPS5A遺伝子(NCBI Accession Number:XP_003533901)のプロモーターの一例として配列番号10で示される塩基配列を含むプロモーター、キャッサバ(Manihot esculenta)由来RPS5A遺伝子(NCBI Accession Number:OAY40679)のプロモーターの一例として配列番号11で示される塩基配列を含むプロモーター、ポプラ(Populus trichocarpa)由来RPS5A遺伝子(NCBI Accession Number:XP_002309278)のプロモーターの一例として配列番号12で示される塩基配列を含むプロモーター、インゲンマメ(Phaseolus vulgaris)由来RPS5A遺伝子(NCBI Accession Number:XP_007149885)のプロモーターの一例として配列番号13で示される塩基配列を含むプロモーター、リンゴ(Malus domestica)由来RPS5A遺伝子(NCBI Accession Number:XP_008359524)のプロモーターの一例として配列番号14で示される塩基配列を含むプロモーター、タルウマゴヤシ(Medicago truncatula)由来RPS5A遺伝子(NCBI Accession Number:XP_013450311)のプロモーターの一例として配列番号15で示される塩基配列を含むプロモーター等が挙げられる。 Specific examples of the RPS5A promoter include a promoter containing the base sequence shown in SEQ ID NO: 1 as an example of a promoter of the RPS5A gene derived from Arabidopsis thaliana, and a promoter of the RPS5A gene (NCBI Accession Number: XP_015617601) derived from rice (Oryza sativa). As an example, a promoter containing the base sequence shown in SEQ ID NO: 2, a promoter containing the base sequence shown in SEQ ID NO: 3 as an example of a promoter of the RPS5A gene (NCBI Accession Number: XM_003578781) derived from Brachypodium distachyon, Sorgham ( As an example of the promoter of the RPS5A gene (NCBI Accession Number: KXG32157) derived from Sorghum bicolor, as an example of the promoter containing the base sequence shown in SEQ ID NO: 4, and as an example of the promoter of the RPS5A gene (NCBI Accession Number: NP_001131862) derived from corn (Zea mays). Derived from potato (Solanum tuberosum), a promoter containing the base sequence shown in SEQ ID NO: 5 As an example of the promoter of the RPS5A gene (NCBI Accession Number: XP_006363855), the promoter containing the base sequence shown in SEQ ID NO: 6 is derived from tomato (Solanum lycopersicum). As an example of the promoter of the RPS5A gene (NCBI Accession Number: XP_004250715), the promoter containing the base sequence shown in SEQ ID NO: 7, and as an example of the promoter of the RPS5A gene (NCBI Accession Number: CBI29956) derived from grape (Vitis vinifera), in SEQ ID NO: 8. As an example of the promoter of the RPS5A gene (NCBI Accession Number: XP_012466959) derived from cotton (Gossypium raimondii), which contains the base sequence shown, the promoter containing the base sequence shown by SEQ ID NO: 9, the RPS5A gene (NCBI) derived from soybean (Glycine max) Accession Number: XP_003533901) One of the promoters Populus trichocarpa, a promoter containing the base sequence shown in SEQ ID NO: 10, as an example of the promoter of the RPS5A gene (NCBI Accession Number: OAY40679) derived from Cassaba (Manihot esculenta), which contains the base sequence shown in SEQ ID NO: 10. ) Derived RPS5A gene (NCBI Accession Number: XP_002309278) as an example of the promoter containing the base sequence shown in SEQ ID NO: 12, Phaseolus vulgaris (NCBI Accession Number: XP_007149885) as an example of the promoter As an example of the promoter of the apple (Malus domestica) -derived RPS5A gene (NCBI Accession Number: XP_008359524), the promoter containing the base sequence shown in 13 is the promoter containing the base sequence shown in SEQ ID NO: 14, RPS5A derived from Medicago truncatula. An example of a promoter of a gene (NCBI Accession Number: XP_013450311) is a promoter containing the base sequence shown in SEQ ID NO: 15.

RPS5Aプロモーターは、細胞内において内在性RPS5A遺伝子の発現を制御しているプロモーターと同等程度の発現制御能を有する限りにおいて、塩基配列の変異(例えば、置換、欠失、挿入、付加等)を有していてもよい。この場合、変異を有するプロモーターの塩基配列は、細胞内において内在性RPS5A遺伝子の発現を制御しているプロモーターの対応塩基配列と、例えば70%以上、好ましくは80%以上、より好ましくは90%以上、さらに好ましくは95%以上、よりさらに好ましくは97%以上、特に好ましくは99%以上の同一性を有する。変異の部位は、例えば公知の発現制御エレメント(例えば基本転写因子結合領域、各種アクチベーター結合領域等)以外の部位であることが望ましい。なお、発現制御エレメントのコンセンサス配列は既に公知であり、各種データベース上で容易に探索することができる。このようなデータベースとしては、例えばplantpromoterdb(http://ppdb.agr.gifu-u.ac.jp/ppdb/cgi-bin/index.cgi)等が挙げられる。 The RPS5A promoter has mutations in the base sequence (eg, substitution, deletion, insertion, addition, etc.) as long as it has the same level of expression control ability as the promoter that controls the expression of the endogenous RPS5A gene in the cell. You may be doing it. In this case, the base sequence of the promoter having the mutation is, for example, 70% or more, preferably 80% or more, more preferably 90% or more with the corresponding base sequence of the promoter that controls the expression of the endogenous RPS5A gene in the cell. , More preferably 95% or more, even more preferably 97% or more, and particularly preferably 99% or more identity. It is desirable that the mutation site is a site other than, for example, a known expression control element (for example, a basal transcription factor binding region, various activator binding regions, etc.). The consensus sequence of the expression control element is already known and can be easily searched on various databases. Examples of such a database include plantpromoterdb (http://ppdb.agr.gifu-u.ac.jp/ppdb/cgi-bin/index.cgi).

Casタンパク質コード配列は、Casタンパク質のアミノ酸配列をコードする塩基配列である限り特に制限されない。 The Cas protein coding sequence is not particularly limited as long as it is a base sequence encoding the amino acid sequence of the Cas protein.

Casタンパク質は、CRISPR/Casシステムにおいて用いられるものであれば特に制限されず、例えばガイドRNAと複合体を形成した状態でゲノムDNAの標的部位に結合し、該標的部位を切断できるものを各種使用することができる。Casタンパク質としては、各種生物由来のものが知られており、例えばS. pyogenes由来のCas9タンパク質(II型)、S. solfataricus由来のCas9タンパク質(I-A1型)、S. solfataricus由来のCas9タンパク質(I-A2型)、H. walsbyl由来のCas9タンパク質(I-B型)、E. coli由来のCas9タンパク質(I-E型)、E. coli由来のCas9タンパク質(I-F型)、P. aeruginosa由来のCas9タンパク質(I-F型)、S. Thermophilus由来のCas9タンパク質(II-A型)、S. agalactiae由来のCas9タンパク質(II-A型)、S. aureus由来のCas9タンパク質、N. meningitidis由来のCas9タンパク質、T. denticola由来のCas9タンパク質、F. novicida由来のCpf1タンパク質(V型)等が挙げられる。これらの中でも、好ましくはCas9タンパク質が挙げられ、より好ましくはストレプトコッカス属に属する細菌が内在的に有するCas9タンパク質が挙げられる。各種Casタンパク質のアミノ酸配列、及びそのコード配列の情報は、NCBI等の各種データベース上で容易に得ることができる。 The Cas protein is not particularly limited as long as it is used in the CRISPR / Cas system, and for example, various proteins capable of binding to a target site of genomic DNA in a complex form with a guide RNA and cleaving the target site are used. can do. As Cas protein, those derived from various organisms are known, for example, Cas9 protein derived from S. pyogenes (type II), Cas9 protein derived from S. solfataricus (type I-A1), Cas9 protein derived from S. solfataricus. (I-A2 type), H. walsbyl-derived Cas9 protein (IB type), E. coli-derived Cas9 protein (IE type), E. coli-derived Cas9 protein (IF type), P. aeruginosa-derived Cas9 protein (IF type), S. Thermophilus-derived Cas9 protein (II-A type), S. agalactiae-derived Cas9 protein (II-A type), S. aureus-derived Cas9 protein, N. meningitidis-derived Cas9 protein, T Examples include Cas9 protein derived from denticola and Cpf1 protein (V type) derived from F. novicida. Among these, Cas9 protein is preferably mentioned, and more preferably Cas9 protein inherently possessed by a bacterium belonging to the genus Streptococcus is mentioned. Information on the amino acid sequences of various Cas proteins and their coding sequences can be easily obtained on various databases such as NCBI.

Casタンパク質は、野生型の2本鎖切断型Casタンパク質であってもよいし、ニッカーゼ型Casタンパク質であってもよい。2本鎖切断型Casタンパク質は、通常、標的鎖の切断に関与するドメイン(RuvCドメイン)及び非標的鎖の切断に関与するドメイン(HNHドメイン)を含む。ニッカーゼ型Casタンパク質としては、例えば2本鎖切断型Casタンパク質のこれら2つのドメインの内のいずれかのドメインにおいて、その切断活性を損なわせる(例えば、その切断活性を1/2、1/5、1/10、1/100、1/1000以下にする)変異を有するタンパク質が挙げられる。このような変異としては、例えば2本鎖切断型Casタンパク質がS. pyogenes由来のCas9タンパク質(アミノ酸配列は配列番号16)である場合であれば、例えばN末端から10番目のアミノ酸(アスパラギン酸)のアラニンへの変異(D10A:RuvCドメイン内の変異)、N末端から840番目のアミノ酸(ヒスチジン)のアラニンへの変異(H840A:HNHドメイン内の変異)、N末端から863番目のアミノ酸(アスパラギン)のアラニンへの変異(N863A:HNHドメイン内の変異)、N末端から762番目のアミノ酸(グルタミン酸)のアラニンへの変異(E762A:RuvCIIドメイン内の変異)、N末端から986番目のアミノ酸(アスパラギン酸)のアラニンへの変異(D986A:RuvCIIIドメイン内の変異)等が挙げられる。 The Cas protein may be a wild-type double-stranded Cas protein or a nickase-type Cas protein. Double-strand break Cas proteins typically include a domain involved in the cleavage of the target strand (RuvC domain) and a domain involved in the cleavage of the non-target strand (HNH domain). As the nickase-type Cas protein, for example, in any of these two domains of the double-stranded cleaved Cas protein, its cleaving activity is impaired (for example, its cleaving activity is reduced to 1/2, 1/5, Proteins with mutations (to 1/10, 1/100, 1/1000 or less) can be mentioned. Such mutations include, for example, if the double-stranded Cas protein is a Cas9 protein derived from S. pyogenes (amino acid sequence is SEQ ID NO: 16), for example, the 10th amino acid from the N-terminal (aspalanoic acid). Alanine (D10A: mutation in RuvC domain), amino acid 840th from N-terminal (histidine) to alanine (H840A: mutation in HNH domain), amino acid 863th from N-terminal (asparagin) Alanine mutation (N863A: mutation in HNH domain), N-terminal 762th amino acid (glutamic acid) alanine mutation (E762A: RuvCII domain mutation), N-terminal 986th amino acid (aspartic acid) ) To alanine (D986A: mutation in the RuvCIII domain) and the like.

Casタンパク質は、その活性を損なわない限りにおいて、アミノ酸配列の変異(例えば、置換、欠失、挿入、付加等)を有していてもよい。この観点から、Casタンパク質は、野生型2本鎖切断型Casタンパク質、又は該野生型2本鎖切断型Casタンパク質に基づくニッカーゼ型Casタンパク質のアミノ酸配列と、例えば85%以上、好ましくは90%以上、より好ましくは95%以上、さらに好ましくは98%以上の同一性を有するアミノ酸配列からなり、且つその活性(ガイドRNAと複合体を形成した状態でゲノムDNAの標的部位に結合し、該標的部位を切断する活性)を有するタンパク質であってもよい。或いは、同様の観点から、Casタンパク質は、野生型2本鎖切断型Casタンパク質、又は該野生型2本鎖切断型Casタンパク質に基づくニッカーゼ型Casタンパク質のアミノ酸配列に対して1若しくは複数個(例えば2〜100個、好ましくは2〜50個、より好ましくは2〜20個、さらに好ましくは2〜10個、よりさらに好ましくは2〜5個、特に好ましくは2個)のアミノ酸が置換、欠失、付加、又は挿入(好ましくは保存的置換)されたアミノ酸配列からなり、且つその活性(ガイドRNAと複合体を形成した状態でゲノムDNAの標的部位に結合し、該標的部位を切断する活性)を有するタンパク質であってもよい。なお、上記「活性」は、in vitro又はin vivoにおいて、公知の方法に従って又は準じて評価することができる。 The Cas protein may have a mutation in the amino acid sequence (eg, substitution, deletion, insertion, addition, etc.) as long as its activity is not impaired. From this point of view, the Cas protein is, for example, 85% or more, preferably 90% or more, with the amino acid sequence of the wild-type double-stranded Cas protein or the nickase-type Cas protein based on the wild-type double-stranded Cas protein. , More preferably 95% or more, still more preferably 98% or more identity, and its activity (binding to a target site of genomic DNA in a complex with a guide RNA, said target site It may be a protein having an activity of cleaving). Alternatively, from the same viewpoint, the Cas protein may be one or more (for example, one or more) with respect to the amino acid sequence of the wild-type double-stranded Cas protein or the nickase-type Cas protein based on the wild-type double-stranded Cas protein. Substitutions or deletions of 2 to 100, preferably 2 to 50, more preferably 2 to 20, even more preferably 2 to 10, even more preferably 2 to 5, particularly preferably 2) amino acids , Addition or insertion (preferably conservative substitution), and its activity (activity to bind to a target site of genomic DNA in a complex with a guide RNA and cleave the target site) It may be a protein having. The above "activity" can be evaluated in vitro or in vivo according to or according to a known method.

Casタンパク質は、上記「活性」を有する限りにおいて、公知のタンパク質タグ、シグナル配列、酵素タンパク質等のタンパク質が付加されたものであってもよい。タンパク質タグとしては、例えばビオチン、Hisタグ、FLAGタグ、Haloタグ、MBPタグ、HAタグ、Mycタグ、V5タグ、PAタグ等が挙げられる。シグナル配列としては、例えば核移行シグナル等が挙げられる。酵素タンパク質としては、例えば、各種ヒストン修飾酵素、脱アミノ酵素等が挙げられる。 The Cas protein may be a protein to which a protein such as a known protein tag, signal sequence, or enzyme protein is added, as long as it has the above-mentioned "activity". Examples of protein tags include biotin, His tag, FLAG tag, Halo tag, MBP tag, HA tag, Myc tag, V5 tag, PA tag and the like. Examples of the signal sequence include a nuclear localization signal and the like. Examples of the enzyme protein include various histone-modifying enzymes and deamination enzymes.

本発明のポリヌクレオチドにおいて、Casタンパク質コード配列は、RPS5Aプロモーターの制御下に配置されている。換言すれば、Casタンパク質コード配列は、該配列の転写がRPS5Aプロモーターによって制御されるように配置されている。具体的な配置の態様としては、例えばRPS5Aプロモーターの3´側直下にCasタンパク質コード配列が配置されている態様(例えば、RPS5Aプロモーター3´末端の塩基からCasタンパク質コード配列の5´末端の塩基までの間の塩基対数(bp)が、例えば100 bp以下、好ましくは50 bp以下である態様)が挙げられる。 In the polynucleotide of the invention, the Cas protein coding sequence is located under the control of the RPS5A promoter. In other words, the Cas protein coding sequence is arranged such that transcription of the sequence is regulated by the RPS5A promoter. As a specific arrangement mode, for example, the Cas protein coding sequence is arranged immediately below the 3'side of the RPS5A promoter (for example, from the base at the 3'end of the RPS5A promoter to the base at the 5'end of the Cas protein coding sequence. The number of base pairs (bp) between them is, for example, 100 bp or less, preferably 50 bp or less).

本発明のポリヌクレオチドは、さらにレポータータンパク質発現カセットを含むことが好ましい。本発明のポリヌクレオチドがレポータータンパク質発現カセットを含む場合、該レポーター由来のシグナルの有無に基づき、該ポリヌクレオチドが含まれていない植物体や種子を簡便且つ効率的に選抜することが可能になる。 The polynucleotide of the present invention preferably further comprises a reporter protein expression cassette. When the polynucleotide of the present invention contains a reporter protein expression cassette, plants and seeds that do not contain the polynucleotide can be easily and efficiently selected based on the presence or absence of a signal derived from the reporter.

レポータータンパク質発現カセットは、本発明のゲノム編集技術の対象である植物内でレポータータンパク質を発現可能なポリヌクレオチドである限り特に制限されない。該発現カセットの典型例としては、プロモーター、及び該プロモーターの制御下に配置されたレポータータンパク質コード配列を含むポリヌクレオチドが挙げられる。 The reporter protein expression cassette is not particularly limited as long as it is a polynucleotide capable of expressing the reporter protein in a plant that is the subject of the genome editing technique of the present invention. Typical examples of the expression cassette include a promoter and a polynucleotide containing a reporter protein coding sequence arranged under the control of the promoter.

レポータータンパク質発現カセットのプロモーターとしては、特に制限されず、例えばCaMV35Sプロモーター、UBQ(ユビキチン)プロモーター、NOSプロモーター等の器官非特異的な恒常性プロモーター; OLE1プロモーター等の器官特異的プロモーター等が挙げられる。これらの中でも、好ましくはOLE1プロモーター等の種子特異的プロモーターが挙げられ、より好ましくはOLE1プロモーターが挙げられる。 The promoter of the reporter protein expression cassette is not particularly limited, and examples thereof include organ-nonspecific constitutive promoters such as CaMV35S promoter, UBQ (ubiquitin) promoter, and NOS promoter; and organ-specific promoters such as OLE1 promoter. Among these, a seed-specific promoter such as the OLE1 promoter is preferably mentioned, and a seed-specific promoter such as the OLE1 promoter is more preferable.

レポータータンパク質コード配列は、レポータータンパク質のアミノ酸配列をコードする塩基配列である限り特に制限されない。 The reporter protein coding sequence is not particularly limited as long as it is a base sequence encoding the amino acid sequence of the reporter protein.

レポータータンパク質としては、特に制限されず、例えば特定の基質と反応して発光(発色)する発光(発色)タンパク質、或いは励起光によって蛍光を発する蛍光タンパク質等が挙げられる。発光(発色)タンパク質としては、例えばルシフェラーゼ、βガラクトシダーゼ、クロラムフェニコールアセチルトランスフェラーゼ、βグルクロニダーゼ等が挙げられ、蛍光タンパク質としては、例えばGFP、Azami-Green、ZsGreen、GFP2、HyPer、Sirius、BFP、CFP、Turquoise、Cyan、TFP1、YFP、Venus、ZsYellow、Banana、KusabiraOrange、RFP、DsRed、AsRed、Strawberry、Jred、KillerRed、Cherry、HcRed、mPlum等が挙げられる。また、レポータータンパク質には、発光(発色)タンパク質や蛍光タンパク質と、他のタンパク質(例えば種子特異的タンパク質)との融合タンパク質や、発光(発色)タンパク質や蛍光タンパク質に公知のタンパク質タグ、公知のシグナル配列等が付加されてなるタンパク質も包含される。 The reporter protein is not particularly limited, and examples thereof include a luminescent (color-developing) protein that reacts with a specific substrate to emit light (color-developing), a fluorescent protein that emits fluorescence by excitation light, and the like. Examples of luminescent (color-developing) proteins include luciferase, β-galactosidase, chloramphenicol acetyltransferase, β-glucuronidase, etc., and examples of fluorescent proteins include GFP, Azami-Green, ZsGreen, GFP2, HyPer, Sirius, BFP, etc. Examples include CFP, Turquoise, Cyan, TFP1, YFP, Venus, ZsYellow, Banana, KusabiraOrange, RFP, DsRed, AsRed, Strawberry, Jred, KillerRed, Cherry, HcRed, mPlum and the like. The reporter protein includes a fusion protein of a luminescent (color-developing) protein or a fluorescent protein and another protein (for example, a seed-specific protein), a protein tag known for the luminescent (color-developing) protein or the fluorescent protein, and a known signal. Proteins to which sequences and the like are added are also included.

「プロモーターの制御下に配置されたレポータータンパク質コード配列」の態様としては、例えばプロモーターの3´側直下にレポータータンパク質コード配列が配置されている態様(例えば、プロモーター3´末端の塩基からレポータータンパク質コード配列の5´末端の塩基までの間の塩基対数(bp)が、例えば100 bp以下、好ましくは50 bp以下である態様)が挙げられる。 As an embodiment of the "reporter protein coding sequence arranged under the control of the promoter", for example, the reporter protein coding sequence is arranged immediately below the 3'side of the promoter (for example, the reporter protein code from the base at the 3'end of the promoter). The number of base pairs (bp) between the bases at the 5'end of the sequence is, for example, 100 bp or less, preferably 50 bp or less).

本発明のポリヌクレオチドは、Casタンパク質コード配列の下流に、該コード配列からの転写の終結シグナルを含むことが好ましい。これにより、Casタンパク質をより効率的に発現させることが可能となり、ひいてはゲノム編集効率をより高めることが可能となる。 The polynucleotide of the present invention preferably contains a transcription termination signal from the Cas protein coding sequence downstream. This makes it possible to express the Cas protein more efficiently, which in turn makes it possible to further increase the efficiency of genome editing.

終結シグナルは、Casタンパク質コード配列からの転写を終結させ(好ましくは、さらにCasタンパク質コード配列から転写されるmRNAにpolyA配列を付加でき)ることができる塩基配列である限り特に制限されない。終結シグナルとしては、例えば、ヒートショックタンパク質終結シグナル(HspT: Heat shock protein Terminator)、NosT (Noparin synthase Terminator)、35sT (CaMV35S Terminator)等が挙げられる。これらの中でも、ゲノム編集効率の観点から、好ましくはヒートショックタンパク質終結シグナルが挙げられる。 The termination signal is not particularly limited as long as it is a base sequence capable of terminating transcription from the Cas protein coding sequence (preferably, a polyA sequence can be added to the mRNA transcribed from the Cas protein coding sequence). Examples of the termination signal include heat shock protein terminator (HspT), NosT (Noparin synthase Terminator), 35sT (CaMV35S Terminator) and the like. Among these, heat shock protein termination signals are preferably mentioned from the viewpoint of genome editing efficiency.

「Casタンパク質コード配列の下流に」とは、特に制限されないが、例えばCasタンパク質コード配列の3´末端の塩基から終結シグナルの5´末端の塩基までの間の塩基対数(bp)が、例えば500 bp以下、好ましくは200 bp以下である態様が挙げられる。 "Downstream of the Cas protein coding sequence" is not particularly limited, but for example, the base pair number (bp) between the 3'end base of the Cas protein coding sequence and the 5'end base of the termination signal is, for example, 500. An embodiment of bp or less, preferably 200 bp or less can be mentioned.

本発明のポリヌクレオチドは、さらにガイドRNA発現カセットを含むことが好ましい。Casタンパク質発現カセットとガイドRNA発現カセットが同一分子(ポリヌクレオチド)内に存在していることによって、両方とも細胞内に導入する効率をより高めることができ、ひいてはゲノム編集効率をより高めることが可能である。 The polynucleotide of the present invention preferably further comprises a guide RNA expression cassette. Since the Cas protein expression cassette and the guide RNA expression cassette are present in the same molecule (polynucleotide), the efficiency of introduction into cells can be further increased, and thus the efficiency of genome editing can be further enhanced. Is.

ガイドRNA発現カセットは、本発明のゲノム編集技術の対象である植物内でガイドRNAを発現させる目的で用いられるポリヌクレオチドである限り特に制限されない。該発現カセットの典型例としては、プロモーター、及び該プロモーターの制御下に配置されたガイドRNA全体又は一部のコード配列を含むポリヌクレオチドが挙げられる。 The guide RNA expression cassette is not particularly limited as long as it is a polynucleotide used for the purpose of expressing guide RNA in a plant that is the subject of the genome editing technique of the present invention. Typical examples of the expression cassette include a promoter and a polynucleotide containing a coding sequence of all or part of a guide RNA arranged under the control of the promoter.

ガイドRNA発現カセットのプロモーターとしては、特に制限されず、pol II系プロモーターを使用することもできるが、比較的短いRNAの転写をより正確に行わせるという観点から、pol III系プロモーターが好ましい。pol II系プロモーターとしては、例えばCaMV35Sプロモーター、RPS5Aプロモーター、UBQプロモーター、NOSプロモーター等が挙げられる。pol III系プロモーターとしては、例えばU6-snRNA(例えばU6.1-snRNA、U6.26-snRNA等)プロモーター、U3-snRNAプロモーター等が挙げられる。 The promoter of the guide RNA expression cassette is not particularly limited, and a pol II promoter can be used, but a pol III promoter is preferable from the viewpoint of more accurately transcribing a relatively short RNA. Examples of the pol II promoter include the CaMV35S promoter, RPS5A promoter, UBQ promoter, NOS promoter and the like. Examples of the pol III promoter include a U6-snRNA (for example, U6.1-snRNA, U6.26-snRNA, etc.) promoter, a U3-snRNA promoter, and the like.

ガイドRNAコード配列は、ガイドRNAをコードする塩基配列である限り特に制限されない。 The guide RNA coding sequence is not particularly limited as long as it is a base sequence encoding the guide RNA.

ガイドRNAは、CRISPR/Casシステムにおいて用いられるものであれば特に制限されず、例えばゲノムDNAの標的部位に結合し、且つCasタンパク質と結合することにより、Casタンパク質をゲノムDNAの標的部位に誘導可能なものを各種使用することができる。 The guide RNA is not particularly limited as long as it is used in the CRISPR / Cas system, and for example, the Cas protein can be induced to the target site of the genomic DNA by binding to the target site of the genomic DNA and binding to the Cas protein. Various things can be used.

本明細書において、標的部位とは、PAM(Proto-spacer Adjacent Motif)配列及びその5´側に隣接する17〜30塩基長(好ましくは18〜25塩基長、より好ましくは19〜22塩基長、特に好ましくは20塩基長)程度の配列からなるDNA鎖(標的鎖)とその相補DNA鎖(非標的鎖)からなる、ゲノムDNA上の部位である。 In the present specification, the target site is a PAM (Proto-spacer Adjacent Motif) sequence and a 17 to 30 base length (preferably 18 to 25 base length, more preferably 19 to 22 base length) adjacent to the 5'side thereof. Particularly preferably, it is a site on genomic DNA consisting of a DNA strand (target strand) consisting of a sequence having a length of about 20 bases) and its complementary DNA strand (non-target strand).

PAM配列は、利用するCasタンパク質の種類によって異なる。例えば、S. pyogenes由来のCas9タンパク質(II型)に対応するPAM配列は5´-NGGであり、S. solfataricus由来のCas9タンパク質(I-A1型)に対応するPAM配列は5´-CCNであり、S. solfataricus由来のCas9タンパク質(I-A2型)に対応するPAM配列は5´-TCNであり、H. walsbyl由来のCas9タンパク質(I-B型)に対応するPAM配列は5´-TTCであり、E. coli由来のCas9タンパク質(I-E型)に対応するPAM配列は5´-AWGであり、E. coli由来のCas9タンパク質(I-F型)に対応するPAM配列は5´-CCであり、P. aeruginosa由来のCas9タンパク質(I-F型)に対応するPAM配列は5´-CCであり、S. Thermophilus由来のCas9タンパク質(II-A型)に対応するPAM配列は5´-NNAGAAであり、S. agalactiae由来のCas9タンパク質(II-A型)に対応するPAM配列は5´-NGGであり、S. aureus由来のCas9タンパク質に対応するPAM配列は、5´-NGRRT又は5´-NGRRNであり、N. meningitidis由来のCas9タンパク質に対応するPAM配列は、5´-NNNNGATTであり、T. denticola由来のCas9タンパク質に対応するPAM配列は、5´-NAAAACである。 The PAM sequence depends on the type of Cas protein used. For example, the PAM sequence corresponding to the Cas9 protein (type II) derived from S. pyogenes is 5'-NGG, and the PAM sequence corresponding to the Cas9 protein (type I-A1) derived from S. solfataricus is 5'-CCN. Yes, the PAM sequence corresponding to the Cas9 protein (I-A2 type) derived from S. solfataricus is 5'-TCN, and the PAM sequence corresponding to the Cas9 protein (IB type) derived from H. walsbyl is 5'-TTC. Yes, the PAM sequence corresponding to the E. coli-derived Cas9 protein (IE type) is 5'-AWG, and the PAM sequence corresponding to the E. coli-derived Cas9 protein (IF type) is 5'-CC. The PAM sequence corresponding to the Cas9 protein (IF type) derived from P. aeruginosa is 5'-CC, and the PAM sequence corresponding to the Cas9 protein (II-A type) derived from S. Thermophilus is 5'-NNAGAA. The PAM sequence corresponding to the Cas9 protein derived from S. agalactiae (type II-A) is 5'-NGG, and the PAM sequence corresponding to the Cas9 protein derived from S. aureus is 5'-NGRRT or 5'-NGRRN. The PAM sequence corresponding to the Cas9 protein derived from N. meningitidis is 5'-NNNNGATT, and the PAM sequence corresponding to the Cas9 protein derived from T. denticola is 5'-NAAAAC.

ガイドRNAはゲノムDNAの標的部位への結合に関与する配列(crRNA(CRISPR RNA)配列といわれることもある)を有しており、このcrRNA配列が、非標的鎖のPAM配列相補配列を除いてなる配列に相補的(好ましくは、相補的且つ特異的)に結合することにより、ガイドRNAはゲノムDNAの標的部位に結合することができる。 The guide RNA has a sequence (sometimes called a crRNA (CRISPR RNA) sequence) involved in the binding of genomic DNA to the target site, and this crRNA sequence excludes the PAM sequence complementary sequence of the non-target strand. By binding complementaryly (preferably complementaryly and specifically) to the sequence, the guide RNA can bind to the target site of genomic DNA.

なお、「相補的」に結合とは、完全な相補関係(AとT、及びGとC)に基づいて結合する場合のみならず、ストリンジェントな条件でハイブリダイズすることができる程度の相補関係に基づいて結合する場合も包含される。ストリンジェントな条件は、Berger and Kimmel (1987, Guide to Molecular Cloning Techniques Methods in Enzymology, Vol. 152, Academic Press, San Diego CA) に教示されるように、複合体或いはプローブを結合する核酸の融解温度(Tm)に基づいて決定することができる。例えばハイブリダイズ後の洗浄条件として、通常「1×SSC、0.1%SDS、37℃」程度の条件を挙げることができる。かかる条件で洗浄してもハイブリダイズ状態を維持するものであることが好ましい。特に制限されないが、より厳しいハイブリダイズ条件として「0.5×SSC、0.1%SDS、42℃」程度、さらに厳しいハイブリダイズ条件として「0.1×SSC、0.1%SDS、65℃」程度の洗浄条件を挙げることができる。 It should be noted that "complementary" binding is not limited to the case of binding based on a complete complementary relationship (A and T, and G and C), but also a complementary relationship to the extent that hybridization can be performed under stringent conditions. The case of combining based on is also included. Stringent conditions are the melting temperature of the nucleic acid that binds the complex or probe, as taught by Berger and Kimmel (1987, Guide to Molecular Cloning Techniques Methods in Enzymology, Vol. 152, Academic Press, San Diego CA). It can be determined based on (Tm). For example, as cleaning conditions after hybridization, conditions of about "1 x SSC, 0.1% SDS, 37 ° C." can be mentioned. It is preferable that the hybrid state is maintained even after washing under such conditions. Although not particularly limited, cleaning conditions of "0.5 x SSC, 0.1% SDS, 42 ° C" are listed as stricter hybridization conditions, and "0.1 x SSC, 0.1% SDS, 65 ° C" are listed as stricter hybridization conditions. Can be done.

具体的には、crRNA配列の内、標的配列に結合する配列は、標的鎖と例えば90%以上、好ましくは95%以上、より好ましくは98%以上、さらに好ましくは99%以上、特に好ましくは100%の同一性を有する。なお、ガイドRNAの標的部位への結合には、crRNA配列の内、標的配列に結合する配列の3´側の12塩基が重要であるといわれている。このため、crRNA配列の内、標的配列に結合する配列が、標的鎖と完全同一ではない場合、標的鎖と異なる塩基は、crRNA配列の内、標的配列に結合する配列の3´側の12塩基以外に存在することが好ましい。 Specifically, among the crRNA sequences, the sequence that binds to the target sequence is, for example, 90% or more, preferably 95% or more, more preferably 98% or more, still more preferably 99% or more, and particularly preferably 100% or more of the target chain. Has% identity. It is said that 12 bases on the 3'side of the sequence that binds to the target sequence are important for the binding of the guide RNA to the target site. Therefore, if the sequence that binds to the target sequence in the crRNA sequence is not exactly the same as the target strand, the base different from the target strand is 12 bases on the 3'side of the sequence that binds to the target sequence in the crRNA sequence. It is preferable that it exists in other than.

ガイドRNAは、Casタンパク質との結合に関与する配列(tracrRNA(trans-activating crRNA)配列といわれることもある)を有しており、このtracrRNA配列が、Casタンパク質に結合することにより、Casタンパク質をゲノムDNAの標的部位に誘導することができる。 The guide RNA has a sequence involved in binding to the Cas protein (sometimes referred to as a tracrRNA (trans-activating crRNA) sequence), and this tracrRNA sequence binds to the Cas protein to bind the Cas protein. It can be directed to a target site of genomic DNA.

tracrRNA配列は、特に制限されない。tracrRNA配列は、典型的には、複数(通常、3つ)のステムループを形成可能な50〜100塩基長程度の配列からなるRNAであり、利用するCasタンパク質の種類に応じてその配列は異なる。tracrRNA配列としては、利用するCasタンパク質の種類に応じて、公知の配列を各種採用することができる。 The tracrRNA sequence is not particularly limited. The tracrRNA sequence is typically an RNA consisting of a sequence having a length of about 50 to 100 bases capable of forming a plurality of (usually three) stem loops, and the sequence varies depending on the type of Cas protein used. .. As the tracrRNA sequence, various known sequences can be adopted depending on the type of Cas protein to be used.

ガイドRNAは、通常、上記したcrRNA配列とtracr RNA配列を含む。ガイドRNAの態様は、crRNA配列とtracr RNA配列を含む一本鎖RNA(sgRNA)であってもよいし、crRNA配列を含むRNAとtracrRNA配列を含むRNAとが相補的に結合してなるRNA複合体であってもよい。 The guide RNA usually includes the crRNA sequence and the tracr RNA sequence described above. The mode of the guide RNA may be a single-strand RNA (sgRNA) containing a crRNA sequence and a tracr RNA sequence, or an RNA complex in which an RNA containing a crRNA sequence and an RNA containing a tracrRNA sequence are complementarily linked. It may be a body.

「プロモーターの制御下に配置されたガイドRNA全体又は一部のコード配列」の態様としては、例えばプロモーターの3´側直下にガイドRNA全体又は一部のコード配列が配置されている態様(例えば、プロモーター3´末端の塩基からレポータータンパク質コード配列の5´末端の塩基との間の塩基対数(bp)が、例えば100 bp以下、好ましくは50 bp以下である態様)が挙げられる。 As an embodiment of "the coding sequence of the whole or a part of the guide RNA arranged under the control of the promoter", for example, the coding sequence of the whole or a part of the guide RNA is arranged just below the 3'side of the promoter (for example, The number of base pairs (bp) between the base at the 3'end of the promoter and the base at the 5'end of the reporter protein coding sequence is, for example, 100 bp or less, preferably 50 bp or less).

ガイドRNAの発現カセットの具体例としては、例えばガイドRNAがcrRNA配列とtracr RNA配列を含む一本鎖RNA(sgRNA)である場合は、プロモーター、並びにそのプロモーターの制御下に配置されたcrRNAコード配列挿入用サイト及び該サイトの下流に配置されたtracrRNAコード配列を含むポリヌクレオチドや、プロモーター、及びそのプロモーターの制御下に配置されたsgRNAコード配列を含むポリヌクレオチド等が挙げられる。別の例として、ガイドRNAがcrRNA配列を含むRNAとtracrRNA配列を含むRNAとが相補的に結合してなるRNA複合体である場合は、ガイドRNAの発現カセットの典型例としては、プロモーター、及びそのプロモーターの制御下に配置された「crRNA配列を含むRNA」コード配列(或いは、crRNAコード配列挿入用サイト)を含む発現カセット(crRNA発現カセット)と、プロモーター、及びそのプロモーターの制御下に配置された「tracrRNA配列を含むRNA」コード配列を含む発現カセット(tracrRNA発現カセット)との組合せが挙げられる。 As a specific example of the expression cassette of the guide RNA, for example, when the guide RNA is a single-stranded RNA (sgRNA) containing a crRNA sequence and a tracr RNA sequence, the promoter and the crRNA coding sequence arranged under the control of the promoter are used. Examples thereof include a polynucleotide containing a tracrRNA coding sequence arranged at the insertion site and downstream of the site, a promoter, and a polynucleotide containing an sgRNA coding sequence arranged under the control of the promoter. As another example, when the guide RNA is an RNA complex in which an RNA containing a crRNA sequence and an RNA containing a tracrRNA sequence are complementarily bound, a promoter and a typical example of an expression cassette of the guide RNA are used. An expression cassette (crRNA expression cassette) containing an "RNA containing a crRNA sequence" coding sequence (or a site for inserting a crRNA coding sequence) placed under the control of the promoter, a promoter, and a promoter, and a promoter placed under the control of the promoter. In addition, a combination with an expression cassette (tracrRNA expression cassette) containing an "RNA containing a tracrRNA sequence" coding sequence can be mentioned.

crRNAコード配列挿入用サイトは、任意のcrRNAコード配列を含むポリヌクレオチドの挿入に適した配列を有する限りにおいて特に制限されない。該サイトとしては、例えば1又は複数の制限酵素サイトを含む配列が挙げられる。 The site for inserting a crRNA coding sequence is not particularly limited as long as it has a sequence suitable for inserting a polynucleotide containing an arbitrary crRNA coding sequence. Examples of the site include a sequence containing one or more restriction enzyme sites.

本発明のポリヌクレオチドは、上記以外にも、RPS5Aプロモーターの制御下でのCasタンパク質の発現を著しく妨げない限りにおいて、他の配列を含んでいてもよい。他の配列としては、特に制限されず、発現ベクターが含み得る公知の配列を各種採用することができる。このような配列の一例としては、例えば複製起点、薬剤耐性遺伝子等が挙げられる。 In addition to the above, the polynucleotide of the present invention may contain other sequences as long as it does not significantly interfere with the expression of Cas protein under the control of the RPS5A promoter. The other sequence is not particularly limited, and various known sequences that can be contained in the expression vector can be adopted. Examples of such a sequence include an origin of replication, a drug resistance gene, and the like.

薬剤耐性遺伝子としては、例えばクロラムフェニコール耐性遺伝子、テトラサイクリン耐性遺伝子、ネオマイシン耐性遺伝子、エリスロマイシン耐性遺伝子、スペクチノマイシン耐性遺伝子、カナマイシン耐性遺伝子、ハイグロマイシン耐性遺伝子、ピューロマイシン耐性遺伝子等が挙げられる。 Examples of the drug resistance gene include a chloramphenicol resistance gene, a tetracycline resistance gene, a neomycin resistance gene, an erythromycin resistance gene, a spectinomycin resistance gene, a canamycin resistance gene, a hyglomycin resistance gene, a puromycin resistance gene and the like.

本発明のポリヌクレオチドをアグロバクテリウム法により植物体又は植物細胞に導入する場合、本発明のポリヌクレオチドは、通常、上述の各配列(RPS5Aプロモーター及び該プロモーターの制御下に配置されたCasタンパク質コード配列、並びに必要に応じてレポータータンパク質発現カセット、転写の終結シグナル、ガイドRNA発現カセット、他の配列等)を含む配列Aに加えて、左境界領域及び右境界領域を含む。左境界領域は配列Aの左側に配置され、右境界領域は配列Aの右側に配置される。 When the polynucleotide of the present invention is introduced into a plant body or a plant cell by the agrobacterium method, the polynucleotide of the present invention usually contains the above-mentioned sequences (RPS5A promoter and Cas protein code arranged under the control of the promoter). In addition to sequence A containing the sequence and optionally the reporter protein expression cassette, transcription termination signal, guide RNA expression cassette, other sequences, etc.), the left and right border regions are included. The left bounding region is located to the left of array A and the right bounded region is located to the right of array A.

ゲノム編集効率等の観点からは、ガイドRNA発現カセットは、右境界領域の直近に配置されていないことが望ましい。具体的には、ガイドRNA発現カセットの3´末端の塩基から、右境界領域の5´末端の塩基までの塩基長は、例えば50bp、好ましくは100bp、より好ましくは200bp、さらに好ましくは500bpである。 From the viewpoint of genome editing efficiency and the like, it is desirable that the guide RNA expression cassette is not located in the immediate vicinity of the right boundary region. Specifically, the base length from the base at the 3'end of the guide RNA expression cassette to the base at the 5'end of the right boundary region is, for example, 50 bp, preferably 100 bp, more preferably 200 bp, and even more preferably 500 bp. ..

本発明のポリヌクレオチドは、公知の遺伝子工学的手法に従って容易に作製することができる。例えば、PCR、制限酵素切断、DNA連結技術、in vitro転写技術等を利用して作製することができる。 The polynucleotide of the present invention can be easily prepared according to a known genetic engineering technique. For example, it can be prepared by utilizing PCR, restriction enzyme cleavage, DNA ligation technique, in vitro transcription technique and the like.

本発明のポリヌクレオチドはベクターを構成していてもよい。ベクターの種類としては、特に制限されず、例えばアグロバクテリウムベクター; タバコモザイクウイルス、キュウリモザイクウイルス、アフリカキャッサバモザイクウイルス、リンゴ小球形潜在ウイルス、オオムギ斑葉モザイクウイルス、Bean pod mottle virus、Beet curly top virus、Brome mosaic virus、Cabbage leaf curl virus、Cotton leaf crumple virus、シンビジュームモザイクウイルス、ブドウAウイルス、Pea early browning virus、Poplar mosaic virus、ジャガイモXウイルス、Rice tungro bacilliform virus、サテライトタバコモザイクウイルス、Tobacco curly shoot virus、タバコ茎えそウイルス等の植物ウイルスベクター等が挙げられる。また、上記のベクターのように、植物体又は植物細胞への導入に適したベクター以外にも、このようなベクターに本発明のポリヌクレオチドを移し替えるためのベクター(例えば、ゲートウェイ(登録商標)のエントリークローンベクター等)も一例として挙げることができる。 The polynucleotide of the present invention may constitute a vector. The type of vector is not particularly limited, for example, agrobacterium vector; tobacco mosaic virus, cucumber mosaic virus, African cassaba mosaic virus, apple small spherical latent virus, barley spotted leaf mosaic virus, Bean pod mottle virus, Beet curly top. virus, Brome mosaic virus, Cabbage leaf curl virus, Cotton leaf crumple virus, Symbidium mosaic virus, Grape A virus, Pea early browning virus, Poplar mosaic virus, Potato X virus, Rice tungro bacilliform virus, Satellite tobacco mosaic virus, Tobacco curly shoot Examples thereof include plant virus vectors such as virus and tobacco stem virus. In addition to vectors suitable for introduction into plants or plant cells, such as the above-mentioned vectors, vectors for transferring the polynucleotide of the present invention to such vectors (for example, gateway (registered trademark)). Entry clone vector, etc.) can also be mentioned as an example.

2.植物ゲノム編集方法、ゲノム編集された植物体又は植物細胞の製造方法
本発明のポリヌクレオチドや該ポリヌクレオチドを含むベクターを植物体又は植物細胞に導入する工程を含む方法により、これらの植物体又は植物細胞のゲノムを編集することができる。該方法には、本発明のポリヌクレオチドがガイドRNA発現カセットを含まない場合であれば、ガイドRNA発現カセットを含むポリヌクレオチドや該ポリヌクレオチドを含むベクターを導入する工程が含まれていてもよく、また必要に応じてCRISPR/Casシステムにおいて用いられるドナーポリヌクレオチドや該ポリヌクレオチドを含むベクターを導入する工程が含まれていてもよい。
2. Plant Genome Editing Method, Genome-Edited Plant Body or Plant Cell Production Method These plants or plants by a method comprising the step of introducing the polynucleotide of the present invention or a vector containing the polynucleotide into a plant body or plant cell. The genome of the cell can be edited. If the polynucleotide of the present invention does not contain a guide RNA expression cassette, the method may include a step of introducing a polynucleotide containing a guide RNA expression cassette or a vector containing the polynucleotide. If necessary, a step of introducing a donor polynucleotide used in the CRISPR / Cas system or a vector containing the polynucleotide may be included.

導入対象は、植物体又は植物細胞である。植物体における導入部位としては、例えば花(特に、花の中の、卵細胞、花粉等)、葉、根等が挙げられる。ゲノム編集による変異を次世代に伝えるべく、生殖細胞においてより効率的にゲノム編集を行うという観点から、導入対象としては、好ましくは花が挙げられる。 The target of introduction is a plant body or a plant cell. Examples of the introduction site in the plant include flowers (particularly, egg cells, pollen, etc. in flowers), leaves, roots, and the like. From the viewpoint of more efficiently performing genome editing in germ cells in order to transmit mutations due to genome editing to the next generation, flowers are preferably introduced.

導入方法は、特に制限されず、導入する物の種類や導入対象に応じて、適宜選択することができる。導入方法としては、例えばフローラル・ディップ法、フローラル・スプレー法等のアグロバクテリウム法; パーティクル・ガン法; ウイルス媒介性核酸送達等が挙げられる。これらの中でも、簡便性や安全性等の観点から、好ましくはアグロバクテリウム法が挙げられる。 The introduction method is not particularly limited, and can be appropriately selected according to the type of the object to be introduced and the introduction target. Examples of the introduction method include an Agrobacterium method such as a floral dip method and a floral spray method; a particle gun method; and a virus-mediated nucleic acid delivery. Among these, the Agrobacterium method is preferably mentioned from the viewpoint of convenience and safety.

導入対象が植物体である場合は、上記導入工程で得られた植物体(T0世代)から種子を得て、その種子の中から、本発明のポリヌクレオチド等の導入が成功した種子を選抜し、選抜された種子(T1世代)を栽培することにより、より高い効率で(より多くの細胞、組織において)ゲノム編集された植物体を得ることができる。なお、本発明のポリヌクレオチド等の導入が成功した種子は、本発明のポリヌクレオチドが薬剤耐性遺伝子を含む場合であれば、対応する薬剤により選抜することができるし、或いは本発明のポリヌクレオチドがレポーター遺伝子を含む場合であれば、レポーターシグナルの有無に基づいて選抜することができる。 When the introduction target is a plant, seeds are obtained from the plant (T0 generation) obtained in the above introduction step, and seeds in which the polynucleotide of the present invention has been successfully introduced are selected from the seeds. By cultivating selected seeds (T1 generation), genome-edited plants can be obtained with higher efficiency (in more cells and tissues). Seeds in which the polynucleotide of the present invention has been successfully introduced can be selected by the corresponding drug if the polynucleotide of the present invention contains a drug resistance gene, or the polynucleotide of the present invention can be used. If it contains a reporter gene, it can be selected based on the presence or absence of a reporter signal.

本発明のゲノム編集技術によれば、このT1世代において、より高い効率で(より多くの細胞、組織において)ゲノム編集された植物体を得ることができ、生殖細胞においてもより高いゲノム編集効率が得られるので、ゲノム編集による変異をより高い効率で次世代に伝えることができる。 According to the genome editing technology of the present invention, it is possible to obtain a genome-edited plant with higher efficiency (in more cells and tissues) in this T1 generation, and higher genome editing efficiency is also obtained in germ cells. Since it is obtained, the mutation due to genome editing can be transmitted to the next generation with higher efficiency.

このため、例えばT1世代の植物体から種子を得て、その種子の中から、レポーターシグナルの有無等に基づいて本発明のポリヌクレオチドを含まない種子を選抜し、選抜された種子(T2世代)を栽培し、必要に応じて目的のゲノム編集が起こっていることを確認することにより、既にゲノム編集されており且つ本発明のポリヌクレオチドを含まない(すなわち、CRISPR/Casシステムが機能しない状態の、ひいてはオフターゲット効果が抑制された状態の)植物体を、簡便且つ効率的に得ることが可能である。 Therefore, for example, seeds are obtained from a T1 generation plant, and seeds containing no polynucleotide of the present invention are selected from the seeds based on the presence or absence of a reporter signal, and the selected seeds (T2 generation). By cultivating the seeds and confirming that the desired genome editing has occurred as necessary, the genome has already been edited and the polynucleotide of the present invention is not contained (that is, the CRISPR / Cas system is not functioning). As a result, it is possible to easily and efficiently obtain a plant (in a state where the off-target effect is suppressed).

3.植物ゲノム編集用組成物、植物ゲノム編集用キット
本発明のポリヌクレオチド及び該ポリヌクレオチドを含むベクターは、植物ゲノム編集用組成物として利用することもできるし、或いは植物ゲノム編集用キットとして利用することもできる。
3. 3. Composition for editing plant genome, kit for editing plant genome The polynucleotide of the present invention and a vector containing the polynucleotide can be used as a composition for editing plant genome, or as a kit for editing plant genome. You can also.

植物ゲノム編集用組成物は、本発明のポリヌクレオチドを含有する限りにおいて特に制限されず、必要に応じてさらに他の成分を含んでいてもよい。他の成分としては、薬学的に許容される成分であれば特に限定されるものではないが、例えば基剤、担体、溶剤、分散剤、乳化剤、緩衝剤、安定剤、賦形剤、結合剤、崩壊剤、滑沢剤、増粘剤、保湿剤、着色料、香料、キレート剤等が挙げられる。本発明のポリヌクレオチドがガイドRNA発現カセットを含まない場合であれば、植物ゲノム編集用組成物は、必要に応じて、ガイドRNA発現カセットを含むポリヌクレオチドを含んでいてもよい。また、必要に応じて、ドナーポリヌクレオチドを含んでいてもよい。ドナーポリヌクレオチドにより、CRISPR/Casシステムによるノックインが可能となる。 The composition for editing the plant genome is not particularly limited as long as it contains the polynucleotide of the present invention, and may further contain other components if necessary. The other components are not particularly limited as long as they are pharmaceutically acceptable components, but are, for example, bases, carriers, solvents, dispersants, emulsifiers, buffers, stabilizers, excipients, and binders. , Disintegrants, lubricants, thickeners, moisturizers, colorants, fragrances, chelating agents and the like. If the polynucleotide of the present invention does not contain a guide RNA expression cassette, the composition for editing the plant genome may contain a polynucleotide containing a guide RNA expression cassette, if necessary. It may also contain donor polynucleotides, if desired. Donor polynucleotides allow knock-in with the CRISPR / Cas system.

ゲノム編集用キットは、本発明のポリヌクレオチドが含まれている限りにおいて特に制限されず、必要に応じて核酸導入試薬、緩衝液等、本発明のゲノム編集方法の実施に必要な他の材料、試薬、器具等を適宜含んでいてもよい。本発明のゲノム編集方法の実施に必要な他の材料としては、本発明のポリヌクレオチドがガイドRNA発現カセットを含まない場合であれば、ガイドRNA発現カセットを含むポリヌクレオチドが挙げられ、また必要に応じてドナーポリヌクレオチドが挙げられる。ドナーポリヌクレオチドにより、CRISPR/Casシステムによるノックインが可能となる。 The genome editing kit is not particularly limited as long as it contains the polynucleotide of the present invention, and if necessary, other materials necessary for carrying out the genome editing method of the present invention, such as nucleic acid transfer reagents and buffers, Reagents, instruments and the like may be appropriately contained. Other materials necessary for carrying out the genome editing method of the present invention include, if the polynucleotide of the present invention does not contain a guide RNA expression cassette, a polynucleotide containing a guide RNA expression cassette, and if necessary. Donor polynucleotides may be mentioned accordingly. Donor polynucleotides allow knock-in with the CRISPR / Cas system.

以下に、実施例に基づいて本発明を詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例によって限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be described in detail based on examples, but the present invention is not limited to these examples.

比較例1:p35S-Cas9ベクターの作製
35Sプロモーターの制御下にFLAG-NLS-Cas9コード配列が配置されているベクター(p35S-Cas9ベクター:構造の模式図を図1に示す。)を、次のようにして作製した。
Comparative Example 1: Preparation of p35S-Cas9 vector
A vector in which the FLAG-NLS-Cas9 coding sequence was arranged under the control of the 35S promoter (p35S-Cas9 vector: a schematic diagram of the structure is shown in FIG. 1) was prepared as follows.

N末端にFLAGタグが付加され、且つN末端及びC末端に核移行シグナルが付加されたS. pyogenes由来Cas9タンパク質(FLAG-NLS-Cas9:配列番号17)のコード配列(配列番号18)を含むDNAを、プライマーとしてTOPOサイト挿入用配列が付加されたプライマー(Cas9_F(cacc)(配列番号19)及びCas9_R(+stop)(配列番号20))を用い、且つ鋳型DNAとしてpX330-U6-Chimeric_BB-CBh-hSpCas9ベクター(Addgene plasmid # 42230)を用いてPCRにより増幅した。得られたDNA断片を、pENTR/D-TOPO (Thermo Fisher Scientific社製)のTOPOサイトに挿入した。得られたベクター(pENTR/D-TOPO Cas9ベクター)から、FLAG-NLS-Cas9コード配列を含むDNA断片を、ゲートウェイシステムのLR反応により、pFAST-R02ベクター(国際公開第2009/145180号)へと移して、p35S-Cas9ベクターを得た。 Contains the coding sequence (SEQ ID NO: 18) of S. pyogenes-derived Cas9 protein (FLAG-NLS-Cas9: SEQ ID NO: 17) with a FLAG tag added to the N-terminal and a nuclear translocation signal added to the N-terminal and C-terminal. Using DNA as a primer, a primer (Cas9_F (cacc) (SEQ ID NO: 19) and Cas9_R (+ stop) (SEQ ID NO: 20)) to which a TOPO site insertion sequence was added was used, and pX330-U6-Chimeric_BB- was used as a template DNA. It was amplified by PCR using the CBh-hSpCas9 vector (Addgene plasmid # 42230). The obtained DNA fragment was inserted into the TOPO site of pENTR / D-TOPO (manufactured by Thermo Fisher Scientific). From the obtained vector (pENTR / D-TOPO Cas9 vector), a DNA fragment containing the FLAG-NLS-Cas9 coding sequence was transferred to the pFAST-R02 vector (International Publication No. 2009/145180) by the LR reaction of the gateway system. Transferred to obtain the p35S-Cas9 vector.

比較例1A:p35S-Cas9 PDS3ベクターの作製
p35S-Cas9ベクターに、さらにPHYTOENE DESATURASE 3(PDS3)遺伝子を標的としたガイドRNA発現カセットが組み込まれてなるベクター(p35S-Cas9 PDS3ベクター)を、次のようにして作製した。
Comparative Example 1A: Preparation of p35S-Cas9 PDS3 vector
A vector (p35S-Cas9 PDS3 vector) in which a guide RNA expression cassette targeting the PHYTOENE DESATURASE 3 (PDS3) gene was incorporated into the p35S-Cas9 vector was prepared as follows.

U6.26プロモーターを含むDNA(DNA断片1)を、プライマーとしてHindIII認識配列が付加されたフォワードプライマー(U6.26p_F+Hind3+linkr(配列番号21))、及び配列Aが付加されたリバースプライマー(PDS3sgRNA_R(配列番号22))を用い、且つ鋳型DNAとしてU6.26プロモーターを含むベクターをもちいてPCRにより増幅した。 A forward primer (U6.26p_F + Hind3 + linkr (SEQ ID NO: 21)) to which a HindIII recognition sequence has been added as a primer using DNA containing the U6.26 promoter (DNA fragment 1), and a reverse primer to which the sequence A has been added (SEQ ID NO: 21). It was amplified by PCR using PDS3sgRNA_R (SEQ ID NO: 22)) and a vector containing the U6.26 promoter as template DNA.

これとは別に、PDS3遺伝子を標的としたガイドRNAコード配列を含むDNA(DNA断片2)を、プライマーとして配列Bが付加されたフォワードプライマー(PDS3sgRNA_F(配列番号23))、及びHindIII認識配列が付加されたリバースプライマー(sgRNA_R+Hind3+linkr(配列番号24))を用い、且つ鋳型DNAとしてPDS遺伝子を標的としたsgRNAコード配列を含むベクターをもちいてPCRにより増幅した。なお、配列A及び配列Bは互いに相補配列の関係にある。 Separately, a DNA containing a guide RNA coding sequence targeting the PDS3 gene (DNA fragment 2) is added with a forward primer (PDS3sgRNA_F (SEQ ID NO: 23)) to which sequence B is added as a primer, and a HindIII recognition sequence is added. It was amplified by PCR using the reverse primer (sgRNA_R + Hind3 + linkr (SEQ ID NO: 24)) and a vector containing an sgRNA coding sequence targeting the PDS gene as a template DNA. In addition, the sequence A and the sequence B are in a complementary sequence relationship with each other.

DNA断片1及びDNA断片2の混合物を鋳型DNAとして、プライマーとしてHindIII認識配列が付加されたフォワードプライマー(U6.26p_F+Hind3+linkr(配列番号21))、及びHindIII認識配列が付加されたリバースプライマー(sgRNA_R+Hind3+linkr(配列番号24))を用いて、PCRを行った。これにより、配列A及び配列Bの相補性に基づいて、DNA断片1及びDNA断片2が連結してなるDNA断片が増幅される。得られたDNA断片(U6.26p::PDS3sgRNA)を、p35S-Cas9ベクターのHindIIIサイトに挿入して、p35S-Cas9 PDS3ベクターを得た。 Using a mixture of DNA fragment 1 and DNA fragment 2 as template DNA, a forward primer (U6.26p_F + Hind3 + linkr (SEQ ID NO: 21)) to which a HindIII recognition sequence has been added as a primer, and a reverse primer to which a HindIII recognition sequence has been added. PCR was performed using (sgRNA_R + Hind3 + linkr (SEQ ID NO: 24)). As a result, the DNA fragment formed by linking the DNA fragment 1 and the DNA fragment 2 is amplified based on the complementarity of the sequences A and B. The obtained DNA fragment (U6.26p :: PDS3sgRNA) was inserted into the HindIII site of the p35S-Cas9 vector to obtain the p35S-Cas9 PDS3 vector.

比較例2:pX2-Cas9ベクターの作製
WOX2プロモーターの制御下にFLAG-NLS-Cas9コード配列が配置されているベクター(pX2-Cas9ベクター:構造の模式図を図1に示す。)を、次のようにして作製した。
Comparative Example 2: Preparation of pX2-Cas9 vector
A vector in which the FLAG-NLS-Cas9 coding sequence was arranged under the control of the WOX2 promoter (pX2-Cas9 vector: a schematic diagram of the structure is shown in FIG. 1) was prepared as follows.

WOX2プロモーター(配列番号25:Dev. Cell, 2010, 20: 264-270.)を含むDNAを、プライマーとして制限酵素(NotI、NcoI)認識配列が付加されたプライマー(WOX2p_FWD(配列番号26)及びWOX2p_RVS(配列番号27))を用い、且つ鋳型DNAとしてWOX2プロモーターを含むベクター(MU14)を用いて、PCRにより増幅した。得られたDNA断片を、比較例1の中間産物であるpENTR/D-TOPO Cas9ベクターへ、NotIサイト及びNcoIサイト(いずれも(FLAG-NLS-Cas9コード配列の5´側に隣接して存在)を利用して組み込んだ。得られたベクターのAscIサイト(FLAG-NLS-Cas9コード配列の3´側に隣接して存在)へ、ヒートショックタンパク質18.2終結シグナル(Plant Cell Physiol. 2010. 51: 328-332.)をギブソンアセンブリーにより挿入した。得られたベクターから、WOX2プロモーター、FLAG-NLS-Cas9コード配列、及びヒートショックタンパク質18.2終結シグナルを含むDNA断片を、ゲートウェイシステムのLR反応により、pFAST-R01ベクター(国際公開第2009/145180号)へと移して、pX2-Cas9ベクターを得た。 A primer (WOX2p_FWD (SEQ ID NO: 26) and WOX2p_RVS) to which a restriction enzyme (NotI, NcoI) recognition sequence has been added using DNA containing the WOX2 promoter (SEQ ID NO: 25: Dev. Cell, 2010, 20: 264-270.) As a primer (SEQ ID NO: 27)) was used, and a vector containing the WOX2 promoter (MU14) was used as the template DNA for amplification by PCR. The obtained DNA fragment was transferred to the pENTR / D-TOPO Cas9 vector, which is an intermediate product of Comparative Example 1, at the NotI site and the NcoI site (both (existing adjacent to the 5'side of the FLAG-NLS-Cas9 coding sequence)). The heat shock protein 18.2 termination signal (Plant Cell Physiol. 2010. 51: 328) was added to the AscI site of the obtained vector (adjacent to the 3'side of the FLAG-NLS-Cas9 coding sequence). -332.) Was inserted by Gibson assembly. From the obtained vector, a DNA fragment containing the WOX2 promoter, FLAG-NLS-Cas9 coding sequence, and heat shock protein 18.2 termination signal was pFAST by LR reaction of the gateway system. -Transferred to the R01 vector (International Publication No. 2009/145180) to obtain the pX2-Cas9 vector.

比較例2A:pX2-Cas9 PDS3ベクターの作製
pX2-Cas9ベクターに、さらにPHYTOENE DESATURASE 3(PDS3)遺伝子を標的としたガイドRNA発現カセットが組み込まれてなるベクター(pX2-Cas9 PDS3ベクター)を、次のようにして作製した。
Comparative Example 2A: Preparation of pX2-Cas9 PDS3 vector
A vector (pX2-Cas9 PDS3 vector) in which a guide RNA expression cassette targeting the PHYTOENE DESATURASE 3 (PDS3) gene was incorporated into the pX2-Cas9 vector was prepared as follows.

比較例1Aの中間産物であるDNA断片(U6.26p::PDS3sgRNA)を、pUC19ベクターのHindIIIサイトに挿入した。このDNA断片を、得られたベクターを鋳型DNAとして用い、且つプライマーとしてギブソンアセンブリー用配列が付加されたプライマー(U6.26p_F_GbAs(Sbf1)(配列番号28)及びsgRNA_R_GbAs(Sbf1)(配列番号29))を用いて、PCRにより増幅した。得られたDNA断片を、pX2-Cas9ベクターのSbfIサイトへ、ギブソンアセンブリ−により挿入して、pX2-Cas9 PDS3ベクターを得た。 A DNA fragment (U6.26p :: PDS3sgRNA), which is an intermediate product of Comparative Example 1A, was inserted into the HindIII site of the pUC19 vector. Using this DNA fragment as a template DNA, and adding a Gibson assembly sequence as a primer (U6.26p_F_GbAs (Sbf1) (SEQ ID NO: 28) and sgRNA_R_GbAs (Sbf1) (SEQ ID NO: 29)) ) Was amplified by PCR. The obtained DNA fragment was inserted into the SbfI site of the pX2-Cas9 vector by a Gibson assembly to obtain a pX2-Cas9 PDS3 vector.

実施例1:p5A-Cas9(pKIR1.0)ベクターの作製
RPS5Aプロモーターの制御下にFLAG-NLS-Cas9コード配列が配置されているベクター(p5A-Cas9(pKIR1.0)ベクター:構造の模式図を図1に示す。)を、次のようにして作製した。
Example 1: Preparation of p5A-Cas9 (pKIR1.0) vector
A vector in which the FLAG-NLS-Cas9 coding sequence is arranged under the control of the RPS5A promoter (p5A-Cas9 (pKIR1.0) vector: a schematic diagram of the structure is shown in FIG. 1) was prepared as follows. ..

RPS5Aプロモーター(配列番号30:Dev. Cell, 2013, 25: 317-323.)を含むDNAを、プライマーとして制限酵素(NotI、NcoI)認識配列が付加されたプライマー(RPS5Ap_FWD(配列番号31)及びRPS5Ap_RVS(配列番号32))を用い、且つ鋳型DNAとしてRPS5Aプロモーターを含むベクター(DKv39)を用いて、PCRにより増幅した。得られたDNA断片を、比較例1の中間産物であるpENTR/D-TOPO Cas9ベクターへ、NotIサイト及びNcoIサイト(いずれもFLAG-NLS-Cas9コード配列の5´側に隣接して存在)を利用して組み込んだ。得られたベクターのAscIサイト(FLAG-NLS-Cas9コード配列の3´側に隣接して存在)へ、ヒートショックタンパク質18.2終結シグナル(Plant Cell Physiol. 2010. 51: 328-332.)をギブソンアセンブリーにより挿入した。得られたベクター(pENTR/D-TOPO RPS5Ap-Cas9-hspTベクター)から、RPS5Aプロモーター、FLAG-NLS-Cas9コード配列、及びヒートショックタンパク質18.2終結シグナルを含むDNA断片を、ゲートウェイシステムのLR反応により、pFAST-R01ベクター(国際公開第2009/145180号)へと移して、p5A-Cas9(pKIR1.0)ベクターを得た。 A primer (RPS5Ap_FWD (SEQ ID NO: 31) and RPS5Ap_RVS) to which a restriction enzyme (NotI, NcoI) recognition sequence has been added using DNA containing the RPS5A promoter (SEQ ID NO: 30: Dev. Cell, 2013, 25: 317-323.) As a primer. (SEQ ID NO: 32)) and a vector containing the RPS5A promoter (DKv39) as a template DNA was used for amplification by PCR. The obtained DNA fragment was transferred to the pENTR / D-TOPO Cas9 vector, which is an intermediate product of Comparative Example 1, at the Not I site and the Nco I site (both exist adjacent to the 5'side of the FLAG-NLS-Cas9 coding sequence). Used and incorporated. Gibson assembly of heat shock protein 18.2 termination signal (Plant Cell Physiol. 2010. 51: 328-332.) To the AscI site of the obtained vector (located adjacent to the 3'side of the FLAG-NLS-Cas9 coding sequence). Inserted by Lee. From the obtained vector (pENTR / D-TOPO RPS5Ap-Cas9-hspT vector), a DNA fragment containing the RPS5A promoter, FLAG-NLS-Cas9 coding sequence, and heat shock protein 18.2 termination signal was obtained by the LR reaction of the gateway system. The pFAST-R01 vector (International Publication No. 2009/145180) was transferred to obtain a p5A-Cas9 (pKIR1.0) vector.

実施例1A:pKIR1.0 PDS3ベクターの作製
pKIR1.0ベクターに、さらにPHYTOENE DESATURASE 3(PDS3)遺伝子を標的としたガイドRNA発現カセットが組み込まれてなるベクター(pKIR1.0 PDS3ベクター)を、次のようにして作製した。
Example 1A: Preparation of pKIR1.0 PDS3 vector
A vector (pKIR1.0 PDS3 vector) in which a guide RNA expression cassette targeting the PHYTOENE DESATURASE 3 (PDS3) gene was incorporated into the pKIR1.0 vector was prepared as follows.

比較例1Aの中間産物であるDNA断片(U6.26p::PDS3sgRNA)を、pUC19ベクターのHindIIIサイトに挿入した。このDNA断片を、得られたベクターを鋳型DNAとして用い、且つプライマーとしてギブソンアセンブリー用配列が付加されたプライマー(U6.26p_F_GbAs(Sbf1)(配列番号28)及びsgRNA_R_GbAs(Sbf1)(配列番号29))を用いて、PCRにより増幅した。得られたDNA断片を、pKIR1.0ベクターのSbfIサイトへ、ギブソンアセンブリ−により挿入してpKIR1.0 PDS3ベクターを得た。 A DNA fragment (U6.26p :: PDS3sgRNA), which is an intermediate product of Comparative Example 1A, was inserted into the HindIII site of the pUC19 vector. Using this DNA fragment as a template DNA, and adding a Gibson assembly sequence as a primer (U6.26p_F_GbAs (Sbf1) (SEQ ID NO: 28) and sgRNA_R_GbAs (Sbf1) (SEQ ID NO: 29)) ) Was amplified by PCR. The obtained DNA fragment was inserted into the SbfI site of the pKIR1.0 vector by Gibson assembly to obtain the pKIR1.0 PDS3 vector.

実施例1B:pKIR1.0 AGベクターの作製
pKIR1.0ベクターに、さらにAGAMOUS(AG)遺伝子を標的としたガイドRNA発現カセットが組み込まれてなるベクター(pKIR1.0 AGベクター)を、実施例1Aと同様にして作製した。本実施例においては、DNA断片1(比較例1A)に対応するDNA断片を増幅するリバースプライマーとしてAG_sgRNA_R(配列番号33)を用い、DNA断片2(比較例1A)に対応するDNA断片を増幅するフォワードプライマーとしてAG_sgRNA_F(配列番号34)を用いた。
Example 1B: Preparation of pKIR1.0 AG vector
A vector (pKIR1.0 AG vector) in which a guide RNA expression cassette targeting the AGAMOUS (AG) gene was further incorporated into the pKIR1.0 vector was prepared in the same manner as in Example 1A. In this example, AG_sgRNA_R (SEQ ID NO: 33) is used as a reverse primer for amplifying the DNA fragment corresponding to DNA fragment 1 (Comparative Example 1A), and the DNA fragment corresponding to DNA fragment 2 (Comparative Example 1A) is amplified. AG_sgRNA_F (SEQ ID NO: 34) was used as the forward primer.

実施例1C:pKIR1.0 DUO1ベクターの作製
pKIR1.0ベクターに、さらにDUO POLLEN 1(DUO1)遺伝子を標的としたガイドRNA発現カセットが組み込まれてなるベクター(pKIR1.0 DUO1ベクター)を、実施例1Aと同様にして作製した。本実施例においては、DNA断片1(比較例1A)に対応するDNA断片を増幅するリバースプライマーとしてDUO1sgRNA_RVS(配列番号35)を用い、DNA断片2(比較例1A)に対応するDNA断片を増幅するフォワードプライマーとしてDUO1sgRNA_FWD(配列番号36)を用いた。
Example 1C: Preparation of pKIR1.0 DUO1 vector
A vector (pKIR1.0 DUO1 vector) in which a guide RNA expression cassette targeting the DUO POLLEN 1 (DUO1) gene was further incorporated into the pKIR1.0 vector was prepared in the same manner as in Example 1A. In this example, DUO1sgRNA_RVS (SEQ ID NO: 35) is used as a reverse primer for amplifying the DNA fragment corresponding to DNA fragment 1 (Comparative Example 1A), and the DNA fragment corresponding to DNA fragment 2 (Comparative Example 1A) is amplified. DUO1sgRNA_FWD (SEQ ID NO: 36) was used as the forward primer.

実施例1D:pKIR1.0 ADH1-1ベクターの作製
pKIR1.0ベクターに、さらにALCOHOL DEHYDROGENASE 1(ADH1)遺伝子を標的としたガイドRNA(ADH1-1)発現カセットが組み込まれてなるベクター(pKIR1.0 ADH1-1ベクター)を、実施例1Aと同様にして作製した。本実施例においては、DNA断片1(比較例1A)に対応するDNA断片を増幅するリバースプライマーとしてADH1sgRNA1_RVS(配列番号37)を用い、DNA断片2(比較例1A)に対応するDNA断片を増幅するフォワードプライマーとしてADH1sgRNA1_FWD(配列番号38)を用いた。
Example 1D: Preparation of pKIR1.0 ADH1-1 vector
A vector (pKIR1.0 ADH1-1 vector) in which a guide RNA (ADH1-1) expression cassette targeting the ALCOHOL DEHYDROGENASE 1 (ADH1) gene is further incorporated into the pKIR1.0 vector is the same as in Example 1A. Made. In this example, ADH1sgRNA1_RVS (SEQ ID NO: 37) is used as a reverse primer for amplifying the DNA fragment corresponding to DNA fragment 1 (Comparative Example 1A), and the DNA fragment corresponding to DNA fragment 2 (Comparative Example 1A) is amplified. ADH1sgRNA1_FWD (SEQ ID NO: 38) was used as the forward primer.

実施例1E:pKIR1.0 ADH1-2ベクターの作製
pKIR1.0ベクターに、さらにALCOHOL DEHYDROGENASE 1(ADH1)遺伝子を標的としたガイドRNA(ADH1-2:実施例1DのADH1-1とは異なる部位を標的とするガイドRNA)発現カセットが組み込まれてなるベクター(pKIR1.0 ADH1-2ベクター)を、実施例1Aと同様にして作製した。本実施例においては、DNA断片1(比較例1A)に対応するDNA断片を増幅するリバースプライマーとしてADH1sgRNA2_RVS(配列番号39)を用い、DNA断片2(比較例1A)に対応するDNA断片を増幅するフォワードプライマーとしてADH1sgRNA2_FWD(配列番号40)を用いた。
Example 1E: Preparation of pKIR1.0 ADH1-2 vector
A guide RNA (ADH1-2: a guide RNA targeting a site different from ADH1-1 in Example 1D) expression cassette targeting the ALCOHOL DEHYDROGENASE 1 (ADH1) gene is further incorporated into the pKIR1.0 vector. A vector (pKIR1.0 ADH1-2 vector) was prepared in the same manner as in Example 1A. In this example, ADH1sgRNA2_RVS (SEQ ID NO: 39) is used as a reverse primer for amplifying the DNA fragment corresponding to DNA fragment 1 (Comparative Example 1A), and the DNA fragment corresponding to DNA fragment 2 (Comparative Example 1A) is amplified. ADH1sgRNA2_FWD (SEQ ID NO: 40) was used as a forward primer.

実施例2:pKI1.0ベクターの作製
crRNAコード配列挿入用サイト(AarI認識配列を2つ含むサイト)、及び該サイトの下流に配置されたtracrRNAコード配列を含むガイドRNA発現カセットが、実施例1の中間産物であるpENTR/D-TOPO RPS5Ap-Cas9-hspTベクターに組み込まれてなるベクター(pKI1.0ベクター)を、次のようにして作製した。
Example 2: Preparation of pKI1.0 vector
A site for inserting a crRNA coding sequence (a site containing two AarI recognition sequences) and a guide RNA expression cassette containing a tracrRNA coding sequence located downstream of the site are pENTR / D-TOPO, which are intermediate products of Example 1. A vector (pKI1.0 vector) incorporated into the RPS5Ap-Cas9-hspT vector was prepared as follows.

U6.26プロモーターを含むDNA(DNA断片3)を、プライマーとしてNotI認識配列が付加されたフォワードプライマー(U6.26p_FWD+NotI(配列番号41))、及び配列Cが付加されたリバースプライマー(U6.26p_R_(Aar1)(配列番号42))を用い、且つ鋳型DNAとしてU6.26プロモーターを含むベクターをもちいてPCRにより増幅した。 A forward primer (U6.26p_FWD + NotI (SEQ ID NO: 41)) to which a NotI recognition sequence has been added as a primer using DNA containing the U6.26 promoter (DNA fragment 3), and a reverse primer to which the sequence C has been added (U6. 26p_R_ (Aar1) (SEQ ID NO: 42)) was used, and a vector containing the U6.26 promoter was used as the template DNA for amplification by PCR.

これとは別に、crRNAコード配列挿入用サイト、及び該サイトの下流に配置されたtracrRNAコード配列を含むDNA(DNA断片4)を、プライマーとして配列Dが付加されたフォワードプライマー(sgRNA_F_(Aar1)(配列番号43))、及びNotI認識配列とpolyTシグナルが付加されたリバースプライマー(sgRNA+polyT+NotI_RVS(配列番号44))を用い、PCRにより増幅した。なお、配列C及び配列Dは互いに相補配列の関係にある。 Separately from this, a forward primer (sgRNA_F_ (Aar1)) to which sequence D is added using a crRNA coding sequence insertion site and DNA (DNA fragment 4) containing a tracrRNA coding sequence located downstream of the site as a primer. It was amplified by PCR using SEQ ID NO: 43)) and a reverse primer (sgRNA + polyT + NotI_RVS (SEQ ID NO: 44)) to which a NotI recognition sequence and a polyT signal were added. In addition, the sequence C and the sequence D are in a complementary sequence relationship with each other.

DNA断片3及びDNA断片4の混合物を鋳型DNAとして、プライマーとしてNotI認識配列が付加されたフォワードプライマー(U6.26p_FWD+NotI(配列番号41))、及びNotI認識配列とpolyTシグナルが付加されたリバースプライマー(sgRNA+polyT+NotI_RVS(配列番号44))を用いて、PCRを行った。これにより、配列C及び配列Dの相補性に基づいて、DNA断片3及びDNA断片4が連結してなるDNA断片が増幅される。得られたDNA断片(NotI-U6.26p::2×AarI:sgRNA)を、pENTR/D-TOPO RPS5Ap-Cas9-hspTベクターのNotIサイト(RPS5Aプロモーターの5´側に隣接して存在)へ挿入して、pKI1.0ベクターを得た。 Using a mixture of DNA fragment 3 and DNA fragment 4 as template DNA, a forward primer (U6.26p_FWD + NotI (SEQ ID NO: 41)) to which a NotI recognition sequence has been added as a primer, and a reverse primer to which a NotI recognition sequence and a polyT signal have been added. PCR was performed using a primer (sgRNA + polyT + NotI_RVS (SEQ ID NO: 44)). As a result, the DNA fragment formed by linking the DNA fragment 3 and the DNA fragment 4 is amplified based on the complementarity of the sequences C and D. Insert the obtained DNA fragment (NotI-U6.26p :: 2 × AarI: sgRNA) into the NotI site of the pENTR / D-TOPO RPS5Ap-Cas9-hspT vector (located adjacent to the 5'side of the RPS5A promoter). Then, the pKI1.0 vector was obtained.

実施例3:pKIR1.1ベクターの作製
crRNAコード配列挿入用サイト(AarI認識配列を2つ含むサイト)、及び該サイトの下流に配置されたtracrRNAコード配列を含むガイドRNA発現カセットが、pKIR1.0ベクターに組み込まれてなるベクター(pKIR1.1ベクター:構造の模式図を図6Aに示す。)を、次のようにして作製した。
Example 3: Preparation of pKIR1.1 vector
A vector (pKIR1.) In which a site for inserting a crRNA coding sequence (a site containing two AarI recognition sequences) and a guide RNA expression cassette containing a tracrRNA coding sequence located downstream of the site are integrated into the pKIR1.0 vector. 1 vector: A schematic diagram of the structure is shown in FIG. 6A) was prepared as follows.

U6.26プロモーターを含むDNA(DNA断片5)を、プライマーとしてギブソンアセンブリー用配列が付加されたフォワードプライマー(U6.26p_F_GbAs(Sbf1)(配列番号45))、及び配列Cが付加されたリバースプライマー(U6.26p_R_(Aar1)(配列番号42))を用い、且つ鋳型DNAとしてU6.26プロモーターを含むベクターをもちいてPCRにより増幅した。 Using DNA containing the U6.26 promoter (DNA fragment 5) as a primer, a forward primer (U6.26p_F_GbAs (Sbf1) (SEQ ID NO: 45)) to which the Gibson assembly sequence has been added, and a reverse primer to which the sequence C has been added. (U6.26p_R_ (Aar1) (SEQ ID NO: 42)) was used, and a vector containing the U6.26 promoter was used as a template DNA for amplification by PCR.

これとは別に、crRNAコード配列挿入用サイト、及び該サイトの下流に配置されたtracrRNAコード配列を含むDNA(DNA断片6)を、プライマーとして配列Dが付加されたフォワードプライマー(sgRNA_F_(Aar1)(配列番号43))、及びギブソンアセンブリー用配列とpolyTシグナルが付加されたリバースプライマー(sgRNA_R_GbAs(Sbf1)(配列番号46))を用い、PCRにより増幅した。なお、配列C及び配列Dは互いに相補配列の関係にある。 Separately from this, a forward primer (sgRNA_F_ (Aar1)) to which sequence D is added using a crRNA coding sequence insertion site and DNA (DNA fragment 6) containing a tracrRNA coding sequence located downstream of the site as a primer. It was amplified by PCR using SEQ ID NO: 43)) and a reverse primer (sgRNA_R_GbAs (Sbf1) (SEQ ID NO: 46)) to which the Gibson assembly sequence and polyT signal were added. In addition, the sequence C and the sequence D are in a complementary sequence relationship with each other.

DNA断片5及びDNA断片6の混合物を鋳型DNAとして、プライマーとしてギブソンアセンブリー用配列が付加されたフォワードプライマー(U6.26p_F_GbAs(Sbf1)(配列番号45))、及びギブソンアセンブリー用配列とpolyTシグナルが付加されたリバースプライマー(sgRNA_R_GbAs(Sbf1)(配列番号46))を用いて、PCRを行った。これにより、配列C及び配列Dの相補性に基づいて、DNA断片5及びDNA断片6が連結してなるDNA断片が増幅される。得られたDNA断片(GbAs-U6.26p::2×AarI:sgRNA)を、pKIR1.0ベクターのSbfIサイトへ、ギブソンアセンブリーにより挿入して、pKIR1.1ベクターを得た。 A forward primer (U6.26p_F_GbAs (Sbf1) (SEQ ID NO: 45)) to which a Gibson assembly sequence was added as a primer using a mixture of DNA fragment 5 and DNA fragment 6 as template DNA, and a Gibson assembly sequence and polyT signal. PCR was performed using a reverse primer to which was added (sgRNA_R_GbAs (Sbf1) (SEQ ID NO: 46)). As a result, the DNA fragment formed by linking the DNA fragment 5 and the DNA fragment 6 is amplified based on the complementarity of the sequences C and D. The obtained DNA fragment (GbAs-U6.26p :: 2 × AarI: sgRNA) was inserted into the SbfI site of the pKIR1.0 vector by Gibson assembly to obtain a pKIR1.1 vector.

pKIR1.1ベクターは、図6Bに示されるように、crRNAコード配列挿入用サイト(AarI×2)に任意の標的配列を挿入することにより、任意の遺伝子のゲノム編集(例えば、該遺伝子の破壊)に用いることができる。 As shown in FIG. 6B, the pKIR1.1 vector can edit the genome of an arbitrary gene (for example, disrupt the gene) by inserting an arbitrary target sequence into the crRNA coding sequence insertion site (AarI × 2). Can be used for.

試験例1:ゲノム編集試験1(PDS3遺伝子)
p35S-Cas9 PDS3ベクター(比較例1A)、pX2-Cas9 PDS3ベクター(比較例2A)、又はp5A-Cas(pKIR1.0) PDS3ベクター(実施例1A)を、エレクトロポレーション法によりアグロバクテリウム(Agrobacterium tumefaciens GV3101)内に導入した。得られたアグロバクテリウムを用いてフローラルディップ法によりシロイヌナズナ(Arabidopsis thaliana accession Columbia (Col-0))を形質転換した(T0世代)。T0世代から種子(T1世代)を採取し、赤色蛍光を発する種子を選抜した。選抜された種子を発芽させ、定法に従って栽培した。ある細胞においてゲノム編集が成功してPDS3遺伝子が破壊されていれば、その細胞は色素が合成できず、白色を呈する。
Test Example 1: Genome Editing Test 1 (PDS3 gene)
The p35S-Cas9 PDS3 vector (Comparative Example 1A), the pX2-Cas9 PDS3 vector (Comparative Example 2A), or the p5A-Cas (pKIR1.0) PDS3 vector (Example 1A) is subjected to Agrobacterium by electroporation. Introduced in tumefaciens GV3101). The obtained Agrobacterium was used to transform Arabidopsis thaliana accession Columbia (Col-0) by the floral dip method (T0 generation). Seeds (T1 generation) were collected from the T0 generation, and seeds emitting red fluorescence were selected. The selected seeds were germinated and cultivated according to a standard method. If genome editing is successful in a cell and the PDS3 gene is disrupted, the cell cannot synthesize pigment and becomes white.

まず、T1世代植物体の明視野像及び自家蛍光像を観察したところ、ほぼ全てが緑色である場合(図2Aの左側の写真)、一部のみが緑色である場合(図2Aの中央の写真)、及び全てが白色である場合(図2Aの右側の写真)に分けられた。 First, when the bright-field image and the autofluorescent image of the T1 generation plant were observed, almost all of them were green (the photograph on the left side of FIG. 2A), and only some of them were green (the photograph of the center of FIG. 2A). ), And when all are white (photograph on the right side of FIG. 2A).

次に、子葉、第一葉、及び第二葉それぞれにおいて、対を成す2枚の葉の全体が白色である植物体の割合を測定した。結果を図2Bに示す。 Next, in each of the cotyledons, the first leaf, and the second leaf, the proportion of plants in which the entire pair of two leaves was white was measured. The results are shown in FIG. 2B.

図2Bに示されるように、比較例1Aや2Aのベクターを用いて35SプロモーターやWOX2プロモーターでCasタンパク質を発現させた場合(図2B中、p35S-Cas9及びpX2-Cas9)に比べて、実施例1Aのベクターを用いてRPS5AプロモーターでCasタンパク質を発現させた場合(図2B中、p5A-Cas9)の方が、対を成す2枚の葉の全体が白色である植物体の割合が高かった。その差は、より成長が進んだ部位(第一葉及び第二葉)においてより顕著であった。 As shown in FIG. 2B, as compared with the case where the Cas protein was expressed by the 35S promoter or the WOX2 promoter using the vectors of Comparative Examples 1A and 2A (in FIG. 2B, p35S-Cas9 and pX2-Cas9), Examples. When the Cas protein was expressed with the RPS5A promoter using the 1A vector (p5A-Cas9 in FIG. 2B), the proportion of plants in which the entire pair of two leaves was white was higher. The difference was more pronounced at the more developed sites (first and second leaves).

続いて、さらに成長が進んだ部位(花序:inflorescence)における3種の色素の量を測定した。具体的には次のように行った。T1世代植物体を、抽だいを促進するために1.0 mg/LのジベレリンA3を含有する培地に移した。抽だい後、第1花序を集め、その重さを測定した。集めた花序を1 mLのN,N-ジメチルホルムアミド(DMF)に浸し、4℃で一晩の間、暗所下に放置した。得られた溶液について、分光光度計(DeNovix社製)を用いて、3種の色素(クロロフィルa、クロロフィルb、カロテノイド)それぞれを検出する波長(480 nm、647 nm、664 nm)の吸光度を測定した。吸光度から、文献(J. Plant Physiol. 1994. 144: 307-313.)に記載の方法に従って、各色素の量を算出した。結果を図2Cに示す。 Subsequently, the amounts of the three pigments in the further grown site (inflorescence) were measured. Specifically, it was done as follows. T1 generation plants were transferred to medium containing 1.0 mg / L gibberellin A3 to facilitate extraction. After drawing, the first inflorescence was collected and weighed. The collected inflorescences were dipped in 1 mL of N, N-dimethylformamide (DMF) and left in the dark at 4 ° C. overnight. For the obtained solution, the absorbance at wavelengths (480 nm, 647 nm, 664 nm) for detecting each of the three dyes (chlorophyll a, chlorophyll b, carotenoid) was measured using a spectrophotometer (manufactured by DeNovix). bottom. From the absorbance, the amount of each dye was calculated according to the method described in the literature (J. Plant Physiol. 1994. 144: 307-313.). The results are shown in FIG. 2C.

図2Cに示されるように、比較例1Aや2Aのベクターを用いて35SプロモーターやWOX2プロモーターでCasタンパク質を発現させた場合(図2C中、p35S-Cas9及びpX2-Cas9)に比べて、実施例1Aのベクターを用いてRPS5AプロモーターでCasタンパク質を発現させた場合(図2C中、p5A-Cas9)の方が、花序における色素量が顕著に少なかった。 As shown in FIG. 2C, as compared with the case where the Cas protein was expressed by the 35S promoter or the WOX2 promoter using the vectors of Comparative Examples 1A and 2A (in FIG. 2C, p35S-Cas9 and pX2-Cas9), Examples. When the Cas protein was expressed with the RPS5A promoter using the 1A vector (p5A-Cas9 in FIG. 2C), the amount of pigment in the inflorescence was significantly smaller.

以上より、RPS5AプロモーターでCasタンパク質を発現させることにより、T1世代において、より高い効率で(より多くの細胞、組織において)ゲノム編集された植物体を得られることが示された。 From the above, it was shown that by expressing the Cas protein with the RPS5A promoter, a genome-edited plant can be obtained with higher efficiency (in more cells and tissues) in the T1 generation.

試験例2:ゲノム編集試験2(AG遺伝子)
pKIR1.0 AGベクター(実施例1B)を、エレクトロポレーション法によりアグロバクテリウム(Agrobacterium tumefaciens GV3101)内に導入した。得られたアグロバクテリウムを用いてフローラルディップ法によりシロイヌナズナ(Arabidopsis thaliana accession Columbia (Col-0))を形質転換した(T0世代)。T0世代から種子(T1世代)を採取し、赤色蛍光を発する種子を選抜した。選抜された種子を発芽させ、定法に従って栽培した。ある花芽分裂組織においてゲノム編集が成功してAG遺伝子が両方のアレルで破壊されていれば、花の中にさらに花が出てくる(double flower)。
Test Example 2: Genome Editing Test 2 (AG gene)
The pKIR1.0 AG vector (Example 1B) was introduced into Agrobacterium (Agrobacterium tumefaciens GV3101) by the electroporation method. The obtained Agrobacterium was used to transform Arabidopsis thaliana accession Columbia (Col-0) by the floral dip method (T0 generation). Seeds (T1 generation) were collected from the T0 generation, and seeds emitting red fluorescence were selected. The selected seeds were germinated and cultivated according to a standard method. If genome editing is successful in a flower bud meristem and the AG gene is disrupted in both alleles, more flowers will appear in the flower (double flower).

その結果、栽培した13個の植物体の内、1つは開花前に成長が止まってしまったが、12個は、全ての花がdouble flowerであった(図3)。このことから、RPS5AプロモーターでCasタンパク質を発現させることにより、T1世代において、花においても非常に高い効率でゲノム編集された植物体を得られることが示された。 As a result, of the 13 cultivated plants, one stopped growing before flowering, but all 12 flowers were double flowers (Fig. 3). From this, it was shown that by expressing the Cas protein with the RPS5A promoter, in the T1 generation, a genome-edited plant can be obtained with extremely high efficiency even in flowers.

試験例3:ゲノム編集試験3(DUO1遺伝子)
pKIR1.0 DUO1ベクター(実施例1C)を、エレクトロポレーション法によりアグロバクテリウム(Agrobacterium tumefaciens GV3101)内に導入した。得られたアグロバクテリウムを用いてフローラルディップ法によりシロイヌナズナ(Arabidopsis thaliana qrt1-2 (ABRC stock name: CS8846) mutant)を形質転換した(T0世代)。T0世代から種子(T1世代)を採取し、赤色蛍光を発する種子を選抜した。選抜された種子を発芽させ、定法に従って栽培した。
Test Example 3: Genome Editing Test 3 (DUO1 gene)
The pKIR1.0 DUO1 vector (Example 1C) was introduced into Agrobacterium (Agrobacterium tumefaciens GV3101) by the electroporation method. The obtained Agrobacterium was used to transform Arabidopsis thaliana qrt1-2 (ABRC stock name: CS8846) mutant by the floral dip method (T0 generation). Seeds (T1 generation) were collected from the T0 generation, and seeds emitting red fluorescence were selected. The selected seeds were germinated and cultivated according to a standard method.

シロイヌナズナのような被子植物においては、花粉母細胞が花粉四分子に減数分裂し、4つの小胞子それぞれにおいて有糸分裂が起こり、2つの精細胞を有する花粉が形成される。本試験例の形質転換の元となる株(qrt1-2 mutant)においては、花粉4分子が、成熟しても互いに離れることが無い。そして、本試験例のゲノム編集が成功してDUO1遺伝子が破壊されれば、雄原細胞から2つの精細胞への有糸分裂が起こらない。よって、
互いに連結した花粉4分子を観察し、2つの精細胞が観察される成熟花粉の数(na)と、1つの精細胞様細胞しか観察されない花粉の数(nb)とを計測することにより、花粉母細胞においてDUO1遺伝子の破壊が両方のアレルで起きているのか(na=0, nb=4)、片方のアレルでしか起きていないのか(na=2, nb=2)、或いはどちらのアレルにおいても破壊が起きていないのか(na=4, nb=0)を調べることができる。具体的には次のようにして調べた。
In angiosperms such as white indigo plants, pollen mother cells meiosis into four pollen molecules, mitosis occurs in each of the four microspores, and pollen with two sperm cells is formed. In the strain (qrt1-2 mutant) that is the source of transformation in this test example, the four pollen molecules do not separate from each other even when they mature. If the genome editing of this test example is successful and the DUO1 gene is disrupted, mitosis from male progenitor cells to two spermatogonia will not occur. Therefore,
Pollen by observing four pollen molecules linked to each other and measuring the number of mature pollen in which two sperm cells are observed (na) and the number of pollen in which only one sperm cell-like cell is observed (nb). Whether DUO1 gene disruption occurs in both alleles in the mother cell (na = 0, nb = 4), in only one allele (na = 2, nb = 2), or in which allele It is possible to check whether the destruction has occurred (na = 4, nb = 0). Specifically, the investigation was conducted as follows.

T1世代植物体12個それぞれについて、第1花序から3つの花を採取した。各花を100μLの4',6-diamidino-2-phenylindole(DAPI)染色バッファー(1μg/mL DAPI, 0.1% Triton X-100, 1 mM エチレンジアミン四酢酸(EDTA), 0.1 M リン酸ナトリウム(pH 7.0))に浸漬した。短時間の撹拌後、遠心して、沈殿した花粉4分子をスライドガラス上に移した。花粉4分子を顕微鏡(オリンパス社製、BX51N)で観察し、染色像を顕微鏡カメラ(ZEISS社製、Axiocam 506 color)で取得した。 Three flowers were collected from the first inflorescence for each of the 12 T1 generation plants. 100 μL of each flower 4', 6-diamidino-2-phenylindole (DAPI) staining buffer (1 μg / mL DAPI, 0.1% Triton X-100, 1 mM ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA), 0.1 M sodium phosphate (pH 7.0) )) Immersed in. After stirring for a short time, the mixture was centrifuged to transfer 4 precipitated pollen molecules onto a slide glass. Four pollen molecules were observed with a microscope (Olympus, BX51N), and a stained image was acquired with a microscope camera (ZEISS, Axiocam 506 color).

観察された花粉4分子の4つのパターンを図4A−Eに示す。na及びnbが奇数のパターン(図4B及び図4D)は、DUO1遺伝子の破壊とは関係なく、雄原細胞から2つの精細胞への有糸分裂が失敗した場合を示すと考えられる。図4A−Eの各パターンの割合を計測した結果を図4Fに示す。図4示されるように、生殖細胞においてもDUO1遺伝子の破壊が起こっていた。特に、#7と#10の植物体については、採取した3つの花全ての花粉4分子において、非常に高い割合でDUO1遺伝子が破壊されていた。 The four patterns of the four pollen molecules observed are shown in FIGS. 4A-E. Odd patterns of na and nb (FIGS. 4B and 4D) are thought to indicate mitosis failure from male progenitor cells to two spermatogonia, independent of disruption of the DUO1 gene. The result of measuring the ratio of each pattern of FIGS. 4A-E is shown in FIG. 4F. As shown in FIG. 4, disruption of the DUO1 gene also occurred in germ cells. In particular, for the # 7 and # 10 plants, the DUO1 gene was disrupted at a very high rate in the pollen 4 molecules of all three flowers collected.

また、野生株(Arabidopsis thaliana accession Columbia (Col-0))と#7又は#10の植物体とを正逆交配した結果、#10の植物体の方は100%不稔であった(図4G)。このことは、#10の植物体は、DUO1遺伝子が機能していない変異体であることを意味する。 In addition, as a result of forward and reverse crossing of a wild strain (Arabidopsis thaliana accession Columbia (Col-0)) and a plant of # 7 or # 10, the plant of # 10 was 100% sterile (Fig. 4G). ). This means that the # 10 plant is a mutant in which the DUO1 gene is not functioning.

さらに、#10の植物体の第1茎生葉を採取し、DUO1遺伝子中のガイドRNA標的部位の配列を調べた結果、一塩基(T)の挿入が起こっていることが明らかとなった(図4H)。また、メインピーク以外に有意差のあるピークが検出されなかったことから、#10の植物体の第1茎生葉はモザイク状ではないことが示された。 Furthermore, as a result of collecting the first stem fresh leaves of the # 10 plant and examining the sequence of the guide RNA target site in the DUO1 gene, it was clarified that single nucleotide (T) insertion occurred (Fig.). 4H). In addition, no significant difference was detected other than the main peak, indicating that the first stem leaves of the # 10 plant were not mosaic.

以上より、RPS5AプロモーターでCasタンパク質を発現させることにより、T1世代において、生殖細胞においてもゲノム編集された植物体を得られることが示された。 From the above, it was shown that by expressing the Cas protein with the RPS5A promoter, a genome-edited plant can be obtained in germ cells in the T1 generation.

試験例4:ゲノム編集試験4(ADH1遺伝子)
pKIR1.0 ADH1-1ベクター(実施例1D)又はpKIR1.0 ADH1-2ベクター(実施例1E)を、エレクトロポレーション法によりアグロバクテリウム(Agrobacterium tumefaciens GV3101)内に導入した。得られたアグロバクテリウムを用いてフローラルディップ法によりシロイヌナズナ(Arabidopsis thaliana accession Columbia (Col-0))を形質転換した(T0世代)。T0世代から種子(T1世代)を採取し、赤色蛍光を発する種子を選抜した。選抜された種子を発芽させ、定法に従って栽培し、種子(T2世代)を得た。種子を文献(Biochem. Genet. 1988. 26: 105-122.)に記載の方法に従って25 mMアリルアルコールで処理した。その後、種子を蒔き、定法に従って栽培した。種子を蒔いてから7日後に、生存の有無を確認し、生存率を算出した。
Test Example 4: Genome Editing Test 4 (ADH1 gene)
The pKIR1.0 ADH1-1 vector (Example 1D) or the pKIR1.0 ADH1-2 vector (Example 1E) was introduced into Agrobacterium (Agrobacterium tumefaciens GV3101) by the electroporation method. The obtained Agrobacterium was used to transform Arabidopsis thaliana accession Columbia (Col-0) by the floral dip method (T0 generation). Seeds (T1 generation) were collected from the T0 generation, and seeds emitting red fluorescence were selected. The selected seeds were germinated and cultivated according to a standard method to obtain seeds (T2 generation). Seeds were treated with 25 mM allyl alcohol according to the method described in the literature (Biochem. Genet. 1988. 26: 105-122.). After that, seeds were sown and cultivated according to a standard method. Seven days after sowing the seeds, the presence or absence of survival was confirmed and the survival rate was calculated.

ADH1タンパク質は、アリルアルコールをアクロレインと呼ばれる毒性物質に変換する酵素である。よって、試験に供したT2世代の種子においてADH1遺伝子が両方のアレルで破壊されていれば、その種子はアリルアルコール処理後も生存することができる。一方、試験に供したT2世代の種子においてADH1遺伝子が破壊されずに残っていれば、その種子はアリルアルコール処理により生存できなくなる。 The ADH1 protein is an enzyme that converts allyl alcohol into a toxic substance called acrolein. Therefore, if the ADH1 gene is disrupted in both alleles in the T2 generation seeds tested, the seeds can survive after allyl alcohol treatment. On the other hand, if the ADH1 gene remains unbroken in the T2 generation seeds used in the test, the seeds cannot survive due to allyl alcohol treatment.

結果を図5に示す。図5に示されるように、pKIR1.0 ADH1-1ベクターを導入した方のT2世代種子は43%の生存率を、pKIR1.0 ADH1-2ベクターを導入した方のT2世代種子は81%の生存率を示した。一方、野生株の種子の生存率は0%であり、adh1 変異体(GABI-Kat line ID: 924D03.3)の種子の生存率は96%であった。この結果より、RPS5AプロモーターでCasタンパク質を発現させることにより、ゲノム編集による変異を、高い効率で次世代(T2世代)に伝えられることが示された。 The results are shown in FIG. As shown in FIG. 5, the T2 generation seeds introduced with the pKIR1.0 ADH1-1 vector had a survival rate of 43%, and the T2 generation seeds introduced with the pKIR1.0 ADH1-2 vector had an 81% survival rate. It showed the survival rate. On the other hand, the survival rate of the seeds of the wild strain was 0%, and the survival rate of the seeds of the adh1 mutant (GABI-Kat line ID: 924D03.3) was 96%. From this result, it was shown that by expressing the Cas protein with the RPS5A promoter, mutations due to genome editing can be transmitted to the next generation (T2 generation) with high efficiency.

実施例4:pKI1.1Rベクターの作製
pKIR1.1ベクター(図6A)を基に、ガイドRNA発現カセットをRPS5Aプロモーターの上流側に配置したベクター(pKI1.1Rベクター:構造の模式図を図7に示す。)を、次のようにして作製した。
Example 4: Preparation of pKI1.1R vector
Based on the pKIR1.1 vector (Fig. 6A), a vector in which a guide RNA expression cassette is placed upstream of the RPS5A promoter (pKI1.1R vector: a schematic diagram of the structure is shown in Fig. 7) is prepared as follows. Made.

RPS5AプロモーターでCas9タンパク質を発現させるための発現カセット(RPS5Aプロモーターの制御下にFLAG-NLS-Cas9コード配列及びヒートショックタンパク質18.2終結シグナルを持つ)と、ガイドRNA発現カセットの両方を、pENTR/D-TOPO上に持つベクター(pKI1.1)を作製し、それをゲートウェイシステムのLR反応により、pFAST-R01ベクターに移して、pKI1.1Rを作製した。 Both the expression cassette for expressing the Cas9 protein with the RPS5A promoter (having the FLAG-NLS-Cas9 coding sequence and the heat shock protein 18.2 termination signal under the control of the RPS5A promoter) and the guide RNA expression cassette, pENTR / D- A vector (pKI1.1) having on TOPO was prepared, and it was transferred to the pFAST-R01 vector by the LR reaction of the gateway system to prepare pKI1.1R.

pKI1.1の作製では、crRNAコード配列挿入用サイト(AarI認識配列を2つ含むサイト)、及び該サイトの下流に配置されたtracrRNAコード配列を含むガイドRNA発現カセットをもつベクターを鋳型として、NotI認識配列が付加されたフォワードプライマー(U6.26p_FWD+NotI)及びリバースプライマー(sgRNA+polyT+NotI_RVS)を用い、PCRにより増幅した。このPCR産物を、ベクターpENTR/D-TOPO RPS5Ap-Cas9-hspTのNotI部位に挿入することで、ガイドRNA発現カセットをpENTR/D-TOPO RPS5Ap-Cas9-hspT内のRPS5Aプロモーターの上流に挿入し、その産物をpKI1.1とした。
U6.26p_FWD+NotI: CATCGAGCGGCCGCTCGTTGAACAACGGAAACTCGAC(配列番号49)
sgRNA+polyT+NotI_RVS: CATCGAGCGGCCGCAAAAAAAAAAAGCACCGACTCGGT(配列番号50)
In the preparation of pKI1.1, a vector having a site for inserting a crRNA coding sequence (a site containing two AarI recognition sequences) and a guide RNA expression cassette containing a tracrRNA coding sequence located downstream of the site was used as a template for NotI. Amplification was performed by PCR using a forward primer (U6.26p_FWD + NotI) and a reverse primer (sgRNA + polyT + NotI_RVS) to which a recognition sequence was added. By inserting this PCR product into the Not I site of the vector pENTR / D-TOPO RPS5Ap-Cas9-hspT, the guide RNA expression cassette was inserted upstream of the RPS5A promoter in pENTR / D-TOPO RPS5Ap-Cas9-hspT. The product was pKI1.1.
U6.26p_FWD + NotI: CATCGAGCGGCCGCTCGTTGAACAACGGAAACTCGAC (SEQ ID NO: 49)
sgRNA + polyT + NotI_RVS: CATCGAGCGGCCGCAAAAAAAAAAAGCACCGACTCGGT (SEQ ID NO: 50)

pKI1.1Rベクターは、pKIR1.1ベクターと同様には、図6Bに示されるように、crRNAコード配列挿入用サイト(AarI×2)に任意の標的配列を挿入することにより、任意の遺伝子のゲノム編集(例えば、該遺伝子の破壊)に用いることができる。 Similar to the pKIR1.1 vector, the pKI1.1R vector is the genome of any gene by inserting an arbitrary target sequence into the crRNA coding sequence insertion site (AarI × 2) as shown in FIG. 6B. It can be used for editing (eg, disruption of the gene).

実施例4A:pKI1.1R ADH1-2ベクターの作製
ADH1遺伝子を標的としたガイドRNA(ADH1-2:実施例1E)が発現するように、pKI1.1RベクターのcrRNAコード配列挿入用サイト(AarI×2)に標的配列を挿入して、pKI1.1R ADH1-2ベクターを得た。
Example 4A: Preparation of pKI1.1R ADH1-2 vector
Insert the target sequence into the crRNA coding sequence insertion site (AarI × 2) of the pKI1.1R vector so that the guide RNA targeting the ADH1 gene (ADH1-2: Example 1E) is expressed, and pKI1.1R An ADH1-2 vector was obtained.

実施例4B:pKI1.1R GCS1-1755ベクターの作製
トマトGCS1遺伝子を標的としたガイドRNAが発現するように、pKI1.1RベクターのcrRNAコード配列挿入用サイト(AarI×2)に標的配列(target1755:gaacatctgcatcagttggg(配列番号47))を挿入して、pKI1.1R GCS1-1755ベクターを得た。
Example 4B: Preparation of pKI1.1R GCS1-1755 vector The target sequence (target1755:) was placed on the crRNA coding sequence insertion site (AarI × 2) of the pKI1.1R vector so that the guide RNA targeting the tomato GCS1 gene was expressed. gaacatctgcatcagttggg (SEQ ID NO: 47)) was inserted to obtain the pKI1.1R GCS1-1755 vector.

実施例4C:pKI1.1R GCS1-1967ベクターの作製
トマトGCS1遺伝子を標的としたガイドRNAが発現するように、pKI1.1RベクターのcrRNAコード配列挿入用サイト(AarI×2)に標的配列(target1967:gaagtcataagaatgagcca(配列番号48))を挿入して、pKI1.1R GCS1-1967ベクターを得た。
Example 4C: Preparation of pKI1.1R GCS1-1967 vector The target sequence (target1967:) was placed on the crRNA coding sequence insertion site (AarI × 2) of the pKI1.1R vector so that the guide RNA targeting the tomato GCS1 gene was expressed. Gaagtcataagaatgagcca (SEQ ID NO: 48)) was inserted to obtain the pKI1.1R GCS1-1967 vector.

試験例5:ゲノム編集試験5(ADH1遺伝子)
pKI1.1R ADH1-2ベクター(実施例4A)を用いる以外は、試験例4と同様にして試験した。
Test Example 5: Genome Editing Test 5 (ADH1 gene)
The test was carried out in the same manner as in Test Example 4 except that the pKI1.1R ADH1-2 vector (Example 4A) was used.

結果を図8に示す。また、図8に、比較対象として、pKIR1.0 ADH1-2ベクター(実施例1E)を用いた場合の結果(図5)も並べて示す。図8に示されるように、pKI1.1R ADH1-2ベクターを導入した方のT2世代種子は94%の生存率を示した。一方、pKIR1.0 ADH1-2ベクターを導入した方のT2世代種子は81%の生存率であった。このことから、pKI1.1R ADH1-2ベクターのように、ガイドRNA発現カセットが境界領域に隣接していない方が、ゲノム編集効率が高いことが示唆された。 The results are shown in FIG. In addition, FIG. 8 also shows the results (FIG. 5) when the pKIR1.0 ADH1-2 vector (Example 1E) was used as a comparison target. As shown in FIG. 8, the T2 generation seeds into which the pKI1.1R ADH1-2 vector was introduced showed a survival rate of 94%. On the other hand, the T2 generation seeds into which the pKIR1.0 ADH1-2 vector was introduced had an 81% survival rate. This suggests that genome editing efficiency is higher when the guide RNA expression cassette is not adjacent to the border region, as in the pKI1.1R ADH1-2 vector.

試験例6:ゲノム編集試験6(GCS1遺伝子)
pKI1.1R GCS1-1755ベクター(実施例4B)又はpKI1.1R GCS1-1967ベクター(実施例4C)を、エレクトロポレーション法によりアグロバクテリウム(Agrobacterium tumefaciens GV3101)内に導入した。一方で、トマトの葉の断片を採取した。得られたアグロバクテリウムを葉の断片に感染させた後、葉の断片をカルス化させ、そこからシュート(芽)を発生させた。複数の個体(pKI1.1R GCS1-1755ベクターを用いた場合は4個体、pKI1.1R GCS1-1967ベクターを用いた場合は3個体)について、標的部位周辺の塩基配列を調べた結果、全ての個体において、標的配列以降、複数のピークが観察された(一例を図9に示す。)。これは、標的配列内でCasタンパク質による切断が起こり、ランダムな削り込みや付加等が起こったために、標的配列以降は、細胞により塩基配列が異なっていること、すなわちゲノム編集が起こっていることを示す。
Test Example 6: Genome Editing Test 6 (GCS1 Gene)
The pKI1.1R GCS1-1755 vector (Example 4B) or the pKI1.1R GCS1-1967 vector (Example 4C) was introduced into Agrobacterium (Agrobacterium tumefaciens GV3101) by the electroporation method. On the other hand, tomato leaf fragments were collected. After infecting the leaf fragments with the obtained Agrobacterium, the leaf fragments were called and shoots (buds) were generated from the callus. As a result of examining the nucleotide sequences around the target site for multiple individuals (4 individuals when the pKI1.1R GCS1-1755 vector was used and 3 individuals when the pKI1.1R GCS1-1967 vector was used), all the individuals In, a plurality of peaks were observed after the target sequence (an example is shown in FIG. 9). This is because the Cas protein cleaved in the target sequence, and random scraping and addition occurred, so that the base sequence differs depending on the cell after the target sequence, that is, genome editing has occurred. show.

Claims (12)

RPS5Aプロモーター、及び該プロモーターの制御下に配置されたCasタンパク質コード配列を含且つ前記Casタンパク質がCas9タンパク質又はCpf1タンパク質である、ポリヌクレオチド。 RPS5A promoter, and viewed including the Cas protein coding sequence placed under the control of the promoter, and the Cas protein is Cas9 protein or Cpf1 protein, polynucleotide. さらにレポータータンパク質発現カセットを含む、請求項に記載のポリヌクレオチド。 The polynucleotide according to claim 1 , further comprising a reporter protein expression cassette. 前記レポータータンパク質発現カセットが、種子特異的プロモーター、及び該プロモーターの制御下に配置されたレポータータンパク質コード配列を含むポリヌクレオチドである、請求項に記載のポリヌクレオチド。 The polynucleotide according to claim 2 , wherein the reporter protein expression cassette is a seed-specific promoter and a polynucleotide containing a reporter protein coding sequence arranged under the control of the promoter. 前記Casタンパク質コード配列の下流に、該コード配列からの転写の終結シグナルを含む、請求項1〜のいずれかに記載のポリヌクレオチド The polynucleotide according to any one of claims 1 to 3 , which comprises a signal for terminating transcription from the Cas protein coding sequence downstream of the Cas protein coding sequence. 前記終結シグナルがヒートショックタンパク質終結シグナルである、請求項に記載のポリヌクレオチド。 The polynucleotide according to claim 4 , wherein the termination signal is a heat shock protein termination signal. さらに、ガイドRNA発現カセットを含む、請求項1〜のいずれかに記載のポリヌクレオチド。 The polynucleotide according to any one of claims 1 to 5 , further comprising a guide RNA expression cassette. 前記ガイドRNA発現カセットが、crRNAコード配列挿入用サイト、及び該サイトの下流に配置されたtracrRNAコード配列を含むポリヌクレオチドである、請求項に記載のポリヌクレオチド。 The polynucleotide according to claim 6 , wherein the guide RNA expression cassette is a site for inserting a crRNA coding sequence and a polynucleotide containing a tracrRNA coding sequence located downstream of the site. 請求項1〜7のいずれかに記載のポリヌクレオチドを含む、ベクター。 A vector comprising the polynucleotide according to any one of claims 1 to 7. 請求項1〜のいずれかに記載のポリヌクレオチド、及び請求項に記載のベクターからなる群より選択される少なくとも1種を含む、植物ゲノム編集用組成物。 A composition for editing a plant genome, which comprises at least one selected from the group consisting of the polynucleotide according to any one of claims 1 to 7 and the vector according to claim 8. 請求項1〜のいずれかに記載のポリヌクレオチド、及び請求項に記載のベクターからなる群より選択される少なくとも1種を含む、植物ゲノム編集用キット。 A kit for editing a plant genome, which comprises at least one selected from the group consisting of the polynucleotide according to any one of claims 1 to 7 and the vector according to claim 8. 請求項1〜のいずれかに記載のポリヌクレオチド、及び請求項に記載のベクターからなる群より選択される少なくとも1種を植物体又は植物細胞に導入する工程を含む、ゲノム編集された植物体又は植物細胞の製造方法。 A genome-edited plant comprising the step of introducing into a plant or a plant cell at least one selected from the group consisting of the polynucleotide according to any one of claims 1 to 7 and the vector according to claim 8. A method for producing body or plant cells. 請求項1〜のいずれかに記載のポリヌクレオチド、及び請求項に記載のベクターからなる群より選択される少なくとも1種を植物体又は植物細胞に導入する工程を含む、植物ゲノム編集方法。 A method for editing a plant genome, comprising a step of introducing at least one selected from the group consisting of the polynucleotide according to any one of claims 1 to 7 and the vector according to claim 8 into a plant body or a plant cell.
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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6614622B2 (en) * 2018-04-17 2019-12-04 国立大学法人名古屋大学 Plant genome editing method
WO2021250058A2 (en) * 2020-06-12 2021-12-16 Bayer Aktiengesellschaft CRISPR-Cas12a DIRECTED RANDOM MUTAGENESIS AGENTS AND METHODS
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CN113281521B (en) * 2021-05-19 2022-07-22 河南大学 Gateway binary plasmid vector for rapidly identifying plant stress particle associated protein, and construction method and application thereof
CA3229239A1 (en) * 2021-08-20 2023-02-23 Gra&Green Inc. Polynucleotide including site-specific nuclease expression cassette
CN114480391B (en) * 2022-01-26 2024-03-29 中国科学技术大学 Promoter for improving CRISPR/Cas9 system gene editing efficiency and application thereof

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105177038B (en) * 2015-09-29 2018-08-24 中国科学院遗传与发育生物学研究所 A kind of CRISPR/Cas9 systems of efficient fixed point editor Plant Genome

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