JP6990904B2 - Parthenogenetic fruit set induction method using tissue- and time-specific promoters - Google Patents

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Description

本発明は、組織及び時期特異的プロモーターを用いた単為結果性の着果誘導方法に関する。 The present invention relates to a parthenogenetic method of inducing fruit set using a tissue- and time-specific promoter.

形質転換植物の作製においては、多くの場合、目的遺伝子を植物体内で発現誘導するために、構成的プロモーターであるCaMV由来の35Sプロモーターが使用されている。一方で、植物の特定の発達段階や特定の組織に特異的な発現を誘導するプロモーターも単離されており、限定された発現が望ましい形質転換植物の作出のために利用されている。例えば、トマトから単離されたE8遺伝子のプロモーターは、目的遺伝子を果実の追熟時期特異的に発現誘導することが知られている(非特許文献1)。また赤熟期果実だけでなく緑熟期果実においてもプロモーター活性を有する果実特異的プロモーターも単離されている(特許文献1)。 In the production of transformed plants, the 35S promoter derived from CaMV, which is a constitutive promoter, is often used to induce the expression of the target gene in the plant body. On the other hand, promoters that induce specific developmental stages of plants and specific tissues have also been isolated, and have been utilized for the production of transformed plants for which limited expression is desirable. For example, it is known that the promoter of the E8 gene isolated from tomato induces the expression of the target gene specifically at the ripening time of the fruit (Non-Patent Document 1). In addition, fruit-specific promoters having promoter activity have been isolated not only in red-ripened fruits but also in green-ripened fruits (Patent Document 1).

一方、トマトは自家受粉植物であるが、施設栽培では、受粉を補助する風や虫が排除されてしまうため、受粉率が低下し着果率が下がることが知られている。そのため花房の植物ホルモン処理により単為結果及び果実肥大を促進する方法が広く使用されている。またマルハナバチやバイブレーターを使用した受粉促進法もよく用いられている。しかし植物ホルモン処理やバイブレーターによる受粉促進処理は膨大な労力が必要であり、作業性が著しく低下する。マルハナバチを用いる方法は作業性は良いが、マルハナバチの活動温度域が限定されるため、夏季及び冬季は施設内の温度管理のコストや労力が増大するという問題がある。また受粉・受精に基づく着果では、夏季や冬季の花粉稔性の低下により年間を通した安定な生産量の確保が難しいという問題もある。そこで、季節等の環境要因の影響を少なくしてより少ない労力及びコストで安定的な栽培を可能とするために、トマト植物においてより高い作業効率で単為結果を誘導する技術の開発が求められている。 On the other hand, tomato is a self-pollinating plant, but it is known that in facility cultivation, the wind and insects that assist pollination are eliminated, so that the pollination rate decreases and the fruit set rate decreases. Therefore, a method of promoting parthenogenetic results and fruit enlargement by phytohormonal treatment of flower clusters is widely used. In addition, pollination promotion methods using bumblebees and vibrators are also often used. However, plant hormone treatment and pollination promotion treatment with a vibrator require enormous labor, and workability is significantly reduced. The method using bumblebees has good workability, but since the activity temperature range of bumblebees is limited, there is a problem that the cost and labor of temperature control in the facility increase in summer and winter. In addition, in fruit set based on pollination and fertilization, there is also a problem that it is difficult to secure a stable production amount throughout the year due to a decrease in pollen fertility in summer and winter. Therefore, in order to reduce the influence of environmental factors such as seasons and enable stable cultivation with less labor and cost, it is required to develop a technique for inducing parthenogenetic results with higher work efficiency in tomato plants. ing.

トマト植物の単為結果を誘導するための比較的最近の技術としては、非植物ホルモン性の着果促進剤を使用する方法や、単為結果性遺伝子をトマト植物に導入する方法(例えば、特許文献2)などがある。しかし着果促進剤を使用する方法は作業性の点で依然として課題がある。また単為結果性遺伝子を導入して作出された従来の単為結果性トマト品種の多くは、果実の品質の点で問題がある。そのため、単為結果性と共に好ましい果実特性を有するトマト品種の開発が望まれている。特許文献3では所定のアミノ酸変異の導入により単為結果性を示すトマトの作出について開示されているが、その変異型トマト植物においては葉型に明瞭な変化が生じる。トマト植物に単為結果を誘導しつつ、外観を含めて表現型の望ましくない変化を抑制できる方法も求められている。 Relatively recent techniques for inducing parthenocarpy in tomato plants include the use of non-phytohormonal fruit set promoters and the introduction of parthenocarpy genes into tomato plants (eg, patents). Document 2) and so on. However, the method of using a fruit set accelerator still has a problem in terms of workability. In addition, many of the conventional parthenogenetic tomato varieties produced by introducing a parthenogenetic gene have problems in terms of fruit quality. Therefore, it is desired to develop tomato varieties having favorable fruit characteristics as well as parthenogenicity. Patent Document 3 discloses the production of tomatoes showing parthenocarpy by introducing a predetermined amino acid mutation, but in the mutant tomato plant, a clear change in leaf type occurs. There is also a need for a method that can induce parthenogenetic results in tomato plants while suppressing unwanted changes in phenotype, including appearance.

さらに、トマト植物だけでなく、他の多くの栽培植物においても、より低い労力及びコストで安定的な果実生産を可能にする単為結果誘導方法の開発が望まれている。 Furthermore, it is desired to develop a parthenogenetic method that enables stable fruit production not only in tomato plants but also in many other cultivated plants with lower labor and cost.

国際公開WO 2012/131919International release WO 2012/131919 国際公開WO 2009/005343International release WO 2009/005343 国際公開WO 2017/022859International release WO 2017/022859

Deikmanら, EMBO J., 7:3315-3320 (1988)Deikman et al., EMBO J., 7: 3315-3320 (1988)

本発明は、単為結果性の着果誘導に適したプロモーターを提供することを課題とする。本発明はまた、単為結果性植物を提供することを課題とする。 An object of the present invention is to provide a promoter suitable for parthenogenetic fruit set induction. It is also an object of the present invention to provide parthenogenetic plants.

本発明者らは、上記課題を解決するため鋭意検討を重ねた結果、雌蕊を含む植物生殖器官において時期及び組織特異的発現を誘導する、単為結果性の着果誘導に適したプロモーターを見出し、それを用いて単為結果誘導性遺伝子の発現を誘導でき、また単為結果性植物を作製できること、その結果、単為結果性植物における栄養器官の表現型の望ましくない変化を抑制できることを見出し、本発明を完成するに至った。 As a result of diligent studies to solve the above problems, the present inventors have found a promoter suitable for parthenocarpy fruit set induction that induces time and tissue-specific expression in plant reproductive organs including female buds. We found that it can be used to induce the expression of parthenocarpy-inducible genes and to produce parthenocarpy plants, resulting in the suppression of undesired changes in the phenotype of nutritional organs in parthenocarpy plants. , The present invention has been completed.

すなわち、本発明は以下を包含する。
[1]配列番号1又は2で示される塩基配列に対して80%以上の同一性を有する塩基配列からなる、植物生殖器官に特異的なプロモーターDNA。
[2]雌蕊においてプロモーター活性を示す、上記[1]に記載のプロモーターDNA。
[3]上記[1]又は[2]に記載のプロモーターDNAとその制御下に配置された遺伝子とを含む、DNA構築物。
[4]前記遺伝子が、単為結果誘導性遺伝子である、上記[3]に記載のDNA構築物。
[5]単為結果誘導性遺伝子が、IAA9遺伝子の発現を抑制するRNAi構築物をコードする、上記[4]に記載のDNA構築物。
[6]上記[1]若しくは[2]に記載のプロモーターDNA又は上記[3]に記載のDNA構築物を含む、発現ベクター。
[7]上記[4]又は[5]に記載のDNA構築物を含む、発現ベクター。
[8]上記[3]~[5]のいずれかに記載のDNA構築物又は上記[6]若しくは[7]に記載の発現ベクターを含む、形質転換細胞。
[9]上記[3]に記載のDNA構築物、又はそのDNA構築物を含む発現ベクターが導入された、形質転換植物。
[10]上記[4]若しくは[5]に記載のDNA構築物又は上記[7]に記載の発現ベクターが導入された、単為結果性の形質転換植物。
[11]植物がナス科植物である、上記[9]又は[10]に記載の形質転換植物。
[12]ナス科植物がトマトである、上記[11]に記載の形質転換植物。
[13]上記[4]若しくは[5]に記載のDNA構築物又は上記[7]に記載の発現ベクターを植物細胞に導入し、得られた形質転換細胞から植物体を再生し、生育させて単為結果を確認することを含む、単為結果性の形質転換植物の作製方法。
[14]上記[3]~[5]のいずれかに記載のDNA構築物又は上記[6]若しくは[7]に記載の発現ベクターを植物細胞に導入し、得られた形質転換細胞から植物体を再生し、開花させることを含む、植物生殖器官に特異的な遺伝子発現を誘導する方法。
[15]上記[3]~[5]のいずれかに記載のDNA構築物又は上記[6]若しくは[7]に記載の発現ベクターを植物細胞に導入し、得られた形質転換細胞から植物体を再生し、開花及び着果させ、前記DNA構築物又は発現ベクター中の遺伝子に由来する遺伝子産物又はその活性により生成された有機化合物を、果実から取得することを含む、有機化合物の組換え生産方法。
That is, the present invention includes the following.
[1] A promoter DNA specific to a plant reproductive organ, comprising a base sequence having 80% or more identity with respect to the base sequence represented by SEQ ID NO: 1 or 2.
[2] The promoter DNA according to the above [1], which exhibits promoter activity in the pistil.
[3] A DNA construct comprising the promoter DNA according to the above [1] or [2] and a gene arranged under the control thereof.
[4] The DNA construct according to [3] above, wherein the gene is a parthenogenetic inducible gene.
[5] The DNA construct according to [4] above, wherein the parthenogenetic inducible gene encodes an RNAi construct that suppresses the expression of the IAA9 gene.
[6] An expression vector containing the promoter DNA according to the above [1] or [2] or the DNA construct according to the above [3].
[7] An expression vector comprising the DNA construct according to [4] or [5] above.
[8] A transformed cell containing the DNA construct according to any one of the above [3] to [5] or the expression vector according to the above [6] or [7].
[9] A transformed plant into which the DNA construct according to the above [3] or an expression vector containing the DNA construct has been introduced.
[10] A parthenogenetic transformed plant into which the DNA construct described in [4] or [5] above or the expression vector described in [7] above has been introduced.
[11] The transformed plant according to the above [9] or [10], wherein the plant is a Solanaceae plant.
[12] The transformed plant according to the above [11], wherein the Solanaceae plant is tomato.
[13] The DNA construct described in the above [4] or [5] or the expression vector described in the above [7] is introduced into a plant cell, and the plant body is regenerated and grown from the obtained transformed cell. A method for producing a parthenocarpy transformed plant, which comprises confirming the result.
[14] The DNA construct according to any one of the above [3] to [5] or the expression vector according to the above [6] or [7] is introduced into a plant cell, and the plant body is obtained from the obtained transformed cell. A method of inducing gene expression specific to a plant reproductive organ, including regeneration and flowering.
[15] The DNA construct according to any one of the above [3] to [5] or the expression vector according to the above [6] or [7] is introduced into a plant cell, and the plant body is obtained from the obtained transformed cell. A method for recombinant production of an organic compound, which comprises regenerating, flowering and fruiting, and obtaining an organic compound produced by a gene product derived from a gene in the DNA construct or expression vector or an activity thereof from a fruit.

本発明のプロモーターを用いれば、雌蕊(例えば子房)等の生殖器官に特異的に外来遺伝子の発現を誘導することが可能になる。また本発明のプロモーターを用いた方法により、植物の単為結果を誘導することができ、単為結果性植物を作製することができる。 By using the promoter of the present invention, it becomes possible to specifically induce the expression of a foreign gene in a reproductive organ such as a pistil (for example, an ovary). Further, by the method using the promoter of the present invention, parthenogenetic results of plants can be induced, and parthenogenetic plants can be produced.

図1は、様々な発達段階の栄養器官又は生殖器官におけるSolyc03g007780遺伝子(図1A)及びSolyc02g067760遺伝子(図1B)の発現に関するRT-PCR解析の結果を示す図である。図中、1 DBAは開花日1日前(1 Day Before Anthesis)を表す。DAAは開花後日数(Day After Anthesis)を表す。0 DAAは開花日である。子葉、葉、茎、及び根の日数は発芽日(1日目)からの日数である。FIG. 1 is a diagram showing the results of RT-PCR analysis on the expression of the Solyc03g007780 gene (FIG. 1A) and the Solyc02g067760 gene (FIG. 1B) in vegetative or reproductive organs at various stages of development. In the figure, 1 DBA represents 1 Day Before Anthesis. DAA represents the number of days after flowering (Day After Anthesis). 0 DAA is the flowering date. The number of days for cotyledons, leaves, stems, and roots is the number of days from the germination day (day 1). 図2は、GUS染色によるプロモーター活性解析に用いたベクターのT-DNA構造を模式的に示す図である。Solyc03g007780若しくはSolyc02g067760由来のプロモーター、又は35Sプロモーターを、プロモーターとして用いた。FIG. 2 is a diagram schematically showing the T-DNA structure of the vector used for the promoter activity analysis by GUS staining. A promoter derived from Solyc03g007780 or Solyc02g067760, or the 35S promoter was used as the promoter. 図3は、様々な器官におけるGUS染色によるプロモーター活性解析の結果を示す写真である。pSolyc03g007780-GUSはSolyc03g007780由来プロモーター、pSolyc02g067760-GUSはSolyc02g067760由来プロモーターの制御下にあるGUS遺伝子を導入した形質転換体を示す。p35S-GUSは35Sプロモーターの制御下にあるGUS遺伝子を導入した形質転換体を示す。WTは野生型(非形質転換体)を示す。WT(非処理)は、染色処理を行っていない野生型の各器官である。葉及び根は発芽後30日目のもの、3-4mmのつぼみは開花5日目前のもの、花は開花当日(開花0日後)のもの、果実は開花日から18日後及び40日後のものである。これらの18日後の果実は肥大期(中期)果実、40日後の果実は赤熟期果実である。FIG. 3 is a photograph showing the results of promoter activity analysis by GUS staining in various organs. pSolyc03g007780-GUS shows the Solyc03g007780-derived promoter, and pSolyc02g067760-GUS shows the transformant into which the GUS gene is introduced under the control of the Solyc02g067760-derived promoter. p35S-GUS represents a transformant into which the GUS gene has been introduced under the control of the 35S promoter. WT shows wild type (non-transformant). WT (untreated) is a wild-type organ that has not been stained. Leaves and roots are 30 days after germination, 3-4 mm buds are 5 days before flowering, flowers are on the day of flowering (0 days after flowering), and fruits are 18 and 40 days after flowering. be. The fruits after 18 days are hypertrophic (middle) fruits, and the fruits after 40 days are red ripening fruits. 図4は、開花日の葯及び異なる発達段階の子房におけるGUS染色によるプロモーター活性解析の結果を示す写真である。FIG. 4 is a photograph showing the results of promoter activity analysis by GUS staining in anthers on flowering days and ovaries at different developmental stages. 図5は、組織及び時期特異的SlIAA9発現抑制用ベクターのT-DNA構造を模式的に示す図である。FIG. 5 is a diagram schematically showing the T-DNA structure of a tissue- and time-specific SlIAA9 expression-suppressing vector. 図6は、RNAi誘導にSolyc03g007780由来プロモーター又はSolyc02g067760由来プロモーターを用いた形質転換トマト植物(Solyc03g007780-IAA9 RNAi及びSolyc02g067760-IAA9 RNAi)において得られた単為結果果実の写真である。FIG. 6 is a photograph of parthenocarpy fruits obtained in transformed tomato plants (Solyc03g007780-IAA9 RNAi and Solyc02g067760-IAA9 RNAi) using the Solyc03g007780-derived promoter or the Solyc02g067760-derived promoter for RNAi induction. 図7は、形質転換トマト植物の草型を示す写真である。図7AはRNAi誘導にSolyc03g007780由来プロモーターを用いた形質転換トマト植物#4-17、#4-23、及び#4-25、並びに野生型(WT)及びiaa9-3を示す。図7BはRNAi誘導にSolyc02g067760由来プロモーターを用いた形質転換トマト植物#6-10及び#6-18、並びに野生型(WT)及びiaa9-3を示す。FIG. 7 is a photograph showing the plant type of a transformed tomato plant. FIG. 7A shows transformed tomato plants # 4-17, # 4-23, and # 4-25, as well as wild type (WT) and iaa9-3, using Solyc 03g007780-derived promoters for RNAi induction. FIG. 7B shows transformed tomato plants # 6-10 and # 6-18 using a promoter derived from Solyc02g067760 for RNAi induction, as well as wild type (WT) and iaa9-3. 図8は、形質転換トマト植物の葉型を示す写真である。FIG. 8 is a photograph showing a leaf type of a transformed tomato plant. 図9は、形質転換トマト植物の葉の数(図9A)及び花房数(図9B)を示す図である。FIG. 9 is a diagram showing the number of leaves (FIG. 9A) and the number of flower clusters (FIG. 9B) of the transformed tomato plant. 図10は、形質転換トマト植物における果実の発達状態を示す写真である。「WT pol」は人工授粉を行った野生型植物、「unpol」は人工授粉せず除雄した植物を表す。DAAは開花後日数(Day After Anthesis)を表す。FIG. 10 is a photograph showing the developmental state of fruits in a transformed tomato plant. "WT pol" represents a wild-type plant that has been artificially pollinated, and "un pol" represents a plant that has been sterilized without artificial pollination. DAA represents the number of days after flowering (Day After Anthesis). 図11は、形質転換トマト植物の子房の直径の経時的変化を示す図である。FIG. 11 is a diagram showing changes over time in the diameter of the ovary of a transformed tomato plant. 図12は、子房におけるSlIAA9発現抑制を示す図である。FIG. 12 is a diagram showing suppression of SlIAA9 expression in the ovary. 図13は、胚珠におけるSlIAA9発現抑制を示す図である。FIG. 13 is a diagram showing suppression of SlIAA9 expression in ovules.

以下、本発明を詳細に説明する。 Hereinafter, the present invention will be described in detail.

本発明は、植物の生殖器官、具体的には雌蕊及びその近傍器官に特異的な遺伝子発現を誘導可能なプロモーターに関する。本発明のプロモーターは、組織及び時期特異的なプロモーター活性を有し、具体的には雌蕊を含む植物生殖器官に特異的なプロモーター活性を示す。本発明のプロモーターは、開花前後、具体的には花芽成熟期~果実肥大期初期(花芽成熟期、開花期、及び果実肥大期初期)に遺伝子発現を誘導することができる。本発明において「花芽成熟期」とは、個々の花について、花芽の形態(花弁、雌蕊、雄蕊等)が形成された後であって開花前の、花芽の成熟(生理的発達)が進行する時期を指す。「開花期」とは、個々の花について、つぼみが開き始めた時点から、着果して果実の肥大を開始するまでの時期を指す。「果実肥大期初期」とは、個々の花及び果実について、開花及び着果後、果実の肥大の初期段階(果実発達初期)を指し、本発明においては果実肥大期の最初の1/3の期間を言う。果実肥大期初期は、例えば、トマトにおいては典型例でおおむね開花後10日までを指すが、栽培条件や品種により変動し得る。ここで、単為結果の誘導には、着果時期の植物生殖器官において単為結果誘導性遺伝子が発現することが重要である。「着果時期」とは、個々の花について受粉による着果が可能な時期を指し、トマトの場合、以下に限定するものではないが、典型的には開花からその5日後(開花の120時間後)までである。本発明のプロモーターは、花芽成熟期~果実肥大期初期の植物生殖器官、特に着果時期の植物生殖器官において遺伝子発現を誘導することができる点で優れている。本発明に係るプロモーターは、雌蕊(葯など)、特に着果時期の雌蕊(子房、胚珠、胎座など)において、プロモーター活性を示すことができる。 The present invention relates to a promoter capable of inducing gene expression specific to a plant reproductive organ, specifically a pistil and its neighboring organs. The promoter of the present invention has tissue- and time-specific promoter activity, and specifically exhibits promoter activity specific to plant reproductive organs including pistil. The promoter of the present invention can induce gene expression before and after flowering, specifically from the flower bud maturation stage to the early fruit hypertrophy stage (flower bud maturation stage, flowering stage, and early fruit hypertrophy stage). In the present invention, the "flower bud maturation stage" refers to the progress of flower bud maturation (physiological development) after the flower bud morphology (petals, pistils, stamens, etc.) is formed for each flower and before flowering. Refers to the time. The "flowering period" refers to the period from the time when the buds begin to open to the time when the fruits set and the fruit begins to grow. "Early fruit hypertrophy period" refers to the initial stage of fruit enlargement (early fruit development) after flowering and fruit set for each flower and fruit, and in the present invention, the first one-third of the fruit hypertrophy period. Say the period. In the early stage of fruit enlargement, for example, in tomatoes, it generally refers to up to 10 days after flowering, but it may vary depending on cultivation conditions and varieties. Here, in order to induce parthenogenesis, it is important that the parthenogenetic gene is expressed in the plant reproductive organs at the time of fruit set. "Fruit-bearing time" refers to the time when individual flowers can be pollinated, and in the case of tomatoes, it is not limited to the following, but is typically 5 days after flowering (120 hours after flowering). Until later). The promoter of the present invention is excellent in that it can induce gene expression in plant reproductive organs from the flower bud maturation stage to the early stage of fruit hypertrophy, particularly in the plant reproductive organs at the fruit set stage. The promoter according to the present invention can exhibit promoter activity in pistils (anthers, etc.), particularly in pistils (ovules, ovules, placenta, etc.) at the time of fruit set.

より具体的には、本発明に係るプロモーターは、配列番号1又は2で示される塩基配列に対して80%以上の同一性を有する塩基配列からなるプロモーターDNAである。好ましい実施形態では、この本発明に係るプロモーターは、植物生殖器官に特異的なプロモーターDNAであり、特に雌蕊を含む植物生殖器官においてプロモーター活性を示す。本発明に係るプロモーターは、好ましくは、花芽成熟期~果実肥大期初期においてプロモーター活性を示すことができる。 More specifically, the promoter according to the present invention is a promoter DNA consisting of a base sequence having 80% or more identity with respect to the base sequence represented by SEQ ID NO: 1 or 2. In a preferred embodiment, the promoter according to the present invention is a promoter DNA specific for a plant reproductive organ and exhibits promoter activity particularly in a plant reproductive organ including a pistil. The promoter according to the present invention is preferably capable of exhibiting promoter activity from the flower bud maturation stage to the early stage of fruit hypertrophy.

本発明において「配列番号1又は2で示される塩基配列に対して80%以上の同一性を有する塩基配列」は、配列番号1又は2で示される塩基配列に対してアラインメントした場合に配列番号1又は2の全長配列と比較してその全長配列が80%以上、より好ましくは90%以上、さらに好ましくは95%以上、さらに好ましくは97%以上、特に好ましくは99%以上(例えば99.5%以上又は99.9%以上、100%以下)の同一性を有する塩基配列を指す。なお塩基配列のアラインメントは、例えば多重整列プログラムClustal W(Thompson, J.D. et al, (1994) Nucleic Acids Res. 22, p.4673-4680;日本DNAデータバンク(DDBJ)や欧州バイオインフォマティクス研究所(EBI)のウェブサイト等から利用できる)をデフォルト設定で用いて行うことができるが、手作業で行ってもよい。 In the present invention, the "base sequence having 80% or more identity with the base sequence represented by SEQ ID NO: 1 or 2" is the base sequence represented by SEQ ID NO: 1 or 2, when aligned with the base sequence. Or, the full-length sequence is 80% or more, more preferably 90% or more, further preferably 95% or more, further preferably 97% or more, particularly preferably 99% or more (for example, 99.5% or more) or more than the full-length sequence of 2. Refers to a base sequence having 99.9% or more and 100% or less) identity. The base sequence alignment is, for example, the multiple alignment program Clustal W (Thompson, JD et al, (1994) Nucleic Acids Res. 22, p.4673-4680; DNA Data Bank of Japan (DDBJ) and European Bioinformatics Institute (EBI). ) Can be used with the default settings), but it may also be done manually.

あるいは本発明に係るプロモーターは、配列番号1又は2で示される塩基配列において例えば1~50個、より好ましくは1~10個、さらに好ましくは1~5個の塩基が欠失、置換及び/又は付加された塩基配列からなる、植物生殖器官に特異的なプロモーターDNAであってもよい。 Alternatively, the promoter according to the present invention is deleted, substituted and / or deleted from, for example, 1 to 50, more preferably 1 to 10, and even more preferably 1 to 5 bases in the base sequence represented by SEQ ID NO: 1 or 2. It may be a promoter DNA consisting of an added base sequence and specific to a plant reproductive organ.

本発明において「植物生殖器官」又は「生殖器官」は、花及びそれに含まれる器官等(例えば、雄蕊並びにそれに含まれる葯及び花粉等、雌蕊及びそれに含まれる子房(胚珠、胎座などを含む)等、また花弁、萼など)並びに果実(例えば果肉)を指す。本発明に係る植物生殖器官に特異的なプロモーターは、果実類植物において、栄養器官と比較して、植物生殖器官において顕著に強いプロモーター活性を有する。本発明に係る植物生殖器官に特異的なプロモーターは、植物生殖器官において、他の植物組織(例えば葉、茎、根などの栄養器官)と比較して、典型的には2倍以上、好ましくは10倍以上、より好ましくは100倍以上高い遺伝子発現量をもたらす。本発明のプロモーターは、植物生殖器官(例えば雌蕊)において強力なプロモーター活性を有する一方、栄養器官では殆ど又は全くプロモーター活性を有しないことが好ましく、また花芽成熟期~果実肥大期初期以外の時期の生殖器官でも殆ど又は全くプロモーター活性を有しないことが好ましい。なお「植物生殖器官に特異的なプロモーター」は、全ての生殖器官においてプロモーター活性を有するものに限定されず、少なくとも一部の生殖器官においてプロモーター活性を有するものを包含する。 In the present invention, the "plant reproductive organ" or "reproductive organ" includes flowers and organs contained therein (for example, stamens and anthers and pollen contained therein, pistils and ovules contained therein (ovules, placenta, etc.). ) Etc., as well as petals, calyxes, etc.) and fruits (eg, flesh). The promoter specific to the plant reproductive organ according to the present invention has significantly stronger promoter activity in the plant reproductive organ as compared with the nutritional organ in fruit plants. The promoter specific to the plant reproductive organ according to the present invention is typically more than twice, preferably more than twice, in the plant reproductive organ as compared with other plant tissues (for example, nutritional organs such as leaves, stems and roots). It results in a gene expression level that is 10-fold or more, more preferably 100-fold or more. The promoter of the present invention preferably has strong promoter activity in plant reproductive organs (for example, female buds), while it preferably has little or no promoter activity in vegetative organs, and during periods other than the flower bud maturation stage to the early stage of fruit hypertrophy. It is preferable that the reproductive organ also has little or no promoter activity. The "promoter specific to a plant reproductive organ" is not limited to a promoter having promoter activity in all reproductive organs, and includes a promoter having promoter activity in at least some reproductive organs.

本発明に係るプロモーターは、雌蕊においてプロモーター活性を有することが好ましい。本発明に係るプロモーターはまた、雌蕊に加えてその近傍の生殖器官においてもプロモーター活性を有することが好ましい。一実施形態では、本発明に係るプロモーター、例えば、配列番号1で示される塩基配列に対して80%以上の同一性を有する塩基配列からなる、植物生殖器官に特異的なプロモーターは、雌蕊においてプロモーター活性を示すことが好ましく、雌蕊(とりわけ子房)、果実(特に肥大期初期の果実、例えば果肉)、及び雄蕊(例えば花粉や葯)においてプロモーター活性を有することがさらに好ましい。配列番号1で示される塩基配列に対して80%以上の同一性を有する塩基配列からなるプロモーターは、花芽成熟期~果実肥大期初期の植物生殖器官に特異的にプロモーター活性を示すことが好ましい。一実施形態では、本発明に係るプロモーター、例えば、配列番号2で示される塩基配列に対して80%以上の同一性を有する塩基配列からなる、植物生殖器官に特異的なプロモーターは、雌蕊においてプロモーター活性を示すことが好ましく、雌蕊(とりわけ子房)、雄蕊(例えば葯又は花粉)、花弁、及び萼においてプロモーター活性を有することがさらに好ましい。配列番号2で示される塩基配列に対して80%以上の同一性を有する塩基配列からなるプロモーターは、花芽成熟期~果実肥大期初期の植物生殖器官に特異的にプロモーター活性を示すことが好ましく、主として花芽成熟期及び開花期に植物生殖器官におけるプロモーター活性を示すことが好ましい。本発明において「プロモーター活性」とは、その制御下にある(典型的には当該プロモーターのすぐ下流に配置されている)遺伝子の発現を誘導できる能力を意味する。「遺伝子の発現を誘導する」とは、目的の遺伝子からの転写産物(mRNA)生成を誘発することを意味する。 The promoter according to the present invention preferably has promoter activity in the pistil. The promoter according to the present invention also preferably has promoter activity not only in the pistil but also in the reproductive organ in the vicinity thereof. In one embodiment, a promoter according to the present invention, for example, a promoter specific to a plant reproductive organ consisting of a base sequence having 80% or more identity with respect to the base sequence shown in SEQ ID NO: 1, is a promoter in a pistil. It is preferable to exhibit activity, and it is more preferable to have promoter activity in pistils (particularly ovary), fruits (particularly fruits in the early stage of hypertrophy, such as flesh), and stamens (eg, pollen and anthers). It is preferable that the promoter consisting of a base sequence having 80% or more identity with respect to the base sequence shown in SEQ ID NO: 1 exhibits promoter activity specifically for plant reproductive organs from the flower bud maturation stage to the early stage of fruit hypertrophy. In one embodiment, a promoter according to the present invention, for example, a promoter specific to a plant reproductive organ consisting of a promoter having 80% or more identity with respect to the promoter set forth in SEQ ID NO: 2, is a promoter in a pistil. It is preferable to exhibit activity, and it is more preferable to have promoter activity in pistils (particularly ovary), stamens (eg, anthers or pollen), petals, and calyxes. It is preferable that a promoter consisting of a base sequence having 80% or more identity with the base sequence shown in SEQ ID NO: 2 exhibits promoter activity specifically for plant reproductive organs from the flower bud maturation stage to the early stage of fruit enlargement. It is preferable to show promoter activity in plant reproductive organs mainly during the flower bud maturation stage and the flowering stage. In the present invention, "promoter activity" means the ability to induce the expression of a gene under its control (typically located immediately downstream of the promoter). By "inducing gene expression" is meant inducing transcript (mRNA) production from the gene of interest.

本発明に係るプロモーターは、雌蕊やその近傍器官を含む生殖器官に特異的に強力なプロモーター活性を有するが、典型例では、トマトの雌蕊やその近傍器官を含む生殖器官特異的に強力なプロモーター活性を有する。本発明に係るプロモーターが活性を示すトマトは、後述するような任意のトマト系統・品種又はそれらの派生株であってよく、限定するものではないが、例えば、トマト品種のマイクロトムやマネーメーカーが挙げられる。 The promoter according to the present invention has a strong promoter activity specifically for a reproductive organ including a pistil and its neighboring organs, but in a typical example, a strong promoter activity specifically for a reproductive organ including a pistil and its neighboring organs of tomato. Has. The tomato in which the promoter according to the present invention is active may be any tomato line / variety as described later or a derivative strain thereof, and is not limited, but for example, a tomato variety Microtom or a money maker. Can be mentioned.

本発明に係る特に好ましいプロモーターは、配列番号1又は2で示される塩基配列からなるDNAである。この配列番号1及び2で示される塩基配列のそれぞれからなるDNAは、いずれもトマト由来のプロモーターであり、開花前後(着果時期を含む、花芽成熟期~果実肥大期初期)の雌蕊及びその近傍器官(生殖器官)において強力に遺伝子発現を誘導することができる。 A particularly preferable promoter according to the present invention is a DNA consisting of the base sequence represented by SEQ ID NO: 1 or 2. The DNA consisting of each of the nucleotide sequences shown in SEQ ID NOs: 1 and 2 is a promoter derived from tomato, and is a pistil before and after flowering (including the fruit set time, from the flower bud maturation stage to the early stage of fruit enlargement) and its vicinity. Gene expression can be strongly induced in an organ (reproductive organ).

本発明に係るプロモーターは、合成核酸であってもよいし、植物から単離した核酸であってもよい。本発明に係るプロモーターは、被子植物、例えば果実類植物由来であってもよく、好ましい例としてナス科(例えばトマト)植物由来であってもよい。由来となるトマトとしては、限定するものではないが、例えば、トマト品種のマイクロトムやマネーメーカーが挙げられる。本発明に係るプロモーターは、人工塩基を含む核酸であってもよい。 The promoter according to the present invention may be a synthetic nucleic acid or a nucleic acid isolated from a plant. The promoter according to the present invention may be derived from angiosperms, for example, fruit plants, and may be preferably derived from Solanaceae (eg, tomato) plants. The tomatoes from which the tomatoes are derived include, but are not limited to, tomato varieties such as microtoms and money makers. The promoter according to the present invention may be a nucleic acid containing an artificial base.

本発明に係るプロモーターは、例えば後述の実施例のようにトマト等の任意の果実類植物のゲノムを鋳型としたPCR増幅により単離することもできるし、それらゲノムの制限酵素処理断片に対して当該プロモーターDNA又はその一部をプローブとしてハイブリダイズさせることにより取得することもできる。得られたプロモーターDNAは、常法により抽出及び精製することが好ましい。またプロモーターの塩基配列情報(例えば配列番号1又は2)に基づいて設計し化学合成したDNA断片をつなぎ合わせることにより本発明に係るプロモーターを構築することもできる。 The promoter according to the present invention can be isolated by PCR amplification using the genome of any fruit plant such as tomato as a template, as in the examples described later, or for restriction enzyme-treated fragments of the genome. It can also be obtained by hybridizing the promoter DNA or a part thereof as a probe. The obtained promoter DNA is preferably extracted and purified by a conventional method. Further, the promoter according to the present invention can be constructed by joining DNA fragments designed and chemically synthesized based on the base sequence information of the promoter (for example, SEQ ID NO: 1 or 2).

本発明に係るプロモーターはまた、いったん得られたプロモーターDNAの塩基配列を部位特異的突然変異誘発法等の変異導入法を用いて改変することにより作製してもよい。変異導入には、Kunkel法、Gapped duplex法等の公知の手法又はこれに準ずる方法を採用することができる。これらの変異導入は、例えば市販の部位特異的突然変異誘発キット(以下に限定するものではないが、例えばLA PCR in vitro Mutagenesis Kit、PrimeSTAR(R) Mutagenesis Basal Kit、TransformerTM Site-Directed Mutagenesis Kit(いずれもTAKARA BIO INC.社製))などを用いて当業者であれば容易に行うことができる。 The promoter according to the present invention may also be prepared by modifying the base sequence of the promoter DNA once obtained by using a mutagenesis method such as a site-specific mutagenesis method. For the introduction of the mutation, a known method such as the Kunkel method or the Gapped duplex method or a method similar thereto can be adopted. These mutagenesis can be, for example, commercially available site-directed mutagenesis kits (for example, but not limited to, LA PCR in vitro Mutagenesis Kit, PrimeSTAR (R) Mutagenesis Basal Kit, Transformer TM Site-Directed Mutagenesis Kit ( Both can be easily performed by those skilled in the art using TAKARA BIO INC.)).

得られたプロモーターDNAについては、目的のプロモーターを取得できたかどうかを確認するため、塩基配列決定を行うことが好ましい。塩基配列決定はマキサム-ギルバート法、ジデオキシ法、次世代シークエンシング法(NGS)等の任意の手法により行うことができるが、通常は自動塩基配列決定装置を用いて行えばよい。 It is preferable to sequence the obtained promoter DNA in order to confirm whether or not the desired promoter can be obtained. Nucleotide sequence determination can be performed by any method such as Maxam-Gilbert method, dideoxy method, next-generation sequencing method (NGS), etc., but usually it may be performed using an automatic base sequence determination device.

本発明では、本発明に係るプロモーターを任意のベクターに組み込むことにより、植物生殖器官に特異的な発現ベクターを作製することができる。したがって本発明は、本発明に係るプロモーターを含むベクター、特に発現ベクターも提供する。 In the present invention, an expression vector specific to a plant reproductive organ can be prepared by incorporating the promoter according to the present invention into an arbitrary vector. Therefore, the present invention also provides a vector containing the promoter according to the present invention, particularly an expression vector.

本発明はまた、本発明に係るプロモーターDNAとその制御下に配置された発現対象の遺伝子とを含む、DNA構築物も提供する。そのようなDNA構築物は、典型的には、本発明に係るプロモーターDNAとその下流に連結された遺伝子とを含むDNA構築物である。本発明において「DNA構築物」とは、2以上の機能単位(遺伝子、プロモーター、ターミネーター、LB、RBなど)を含む、自律複製能を有しないDNA、例えば、遺伝子発現カセットやT-DNAをいう。本発明に係るDNA構築物は、プロモーターDNAとその制御下に配置された遺伝子に加えて、ターミネーター、LB、RB、制限酵素部位等をさらに含んでもよい。T-DNAは5'末端のRB配列と3'末端のLB配列に挟まれたDNAであり、アグロバクテリウム媒介形質転換法により植物ゲノムに組み込むことができる。本発明は、本発明に係るプロモーターDNAとその制御下に配置された遺伝子とを含むDNA構築物を含む発現ベクターも提供する。本発明に係るプロモーターは、各種ターミネーター(限定するものではないが、植物ターミネーターがより好ましい)と組み合わせて発現ベクター又はDNA構築物中で用いてもよい。本発明に係る発現ベクター及びDNA構築物は、インバーテッドリピート配列を含んでいてもよい。 The present invention also provides a DNA construct containing the promoter DNA according to the present invention and a gene to be expressed under the control thereof. Such a DNA construct is typically a DNA construct containing the promoter DNA according to the invention and a gene linked downstream thereof. In the present invention, the "DNA construct" refers to a DNA having two or more functional units (gene, promoter, terminator, LB, RB, etc.) and having no autonomous replication ability, for example, a gene expression cassette or T-DNA. The DNA construct according to the present invention may further contain a terminator, LB, RB, restriction enzyme site, etc., in addition to the promoter DNA and the gene arranged under the control thereof. T-DNA is DNA sandwiched between the RB sequence at the 5'end and the LB sequence at the 3'end, and can be integrated into the plant genome by the Agrobacterium-mediated transformation method. The present invention also provides an expression vector containing a DNA construct containing the promoter DNA according to the present invention and a gene arranged under the control thereof. The promoter according to the present invention may be used in an expression vector or DNA construct in combination with various terminators (preferably, but not limited to, plant terminators). The expression vector and DNA construct according to the present invention may contain an inverted repeat sequence.

本発明に係るプロモーター又はDNA構築物を組み込むベクターは、宿主細胞中で複製可能なものであれば特に限定されず、例えば、プラスミドDNA、ファージDNA、ウイルスベクター(レトロウイルスベクター、アデノウイルスベクター等)等が挙げられる。本発明に係るプロモーター又はDNA構築物を組み込むベクターは、好ましくは植物発現用ベクターである。植物発現用ベクターとしては、アグロバクテリウム媒介形質転換法を用いて植物を形質転換する場合には、アグロバクテリウムと他の宿主細胞(大腸菌など)の両方で複製可能なバイナリーベクターなどの、アグロバクテリウム媒介形質転換法に適した発現ベクターを用いることが好ましい。本発明で用いるベクターは、RNAiコンストラクト作製用ベクター(例えば、RNAiコンストラクト作製用Gateway(R)バイナリーベクター)であってもよい。そのような植物発現用ベクターとしては、例えば、pBI101、pBI121、pBIN19、pSMAB704、pCAMBIA、pGreen、pBI-sense, antisense等が挙げられる。 The vector into which the promoter or DNA construct according to the present invention is incorporated is not particularly limited as long as it can be replicated in a host cell, and for example, plasmid DNA, phage DNA, viral vector (retroviral vector, adenoviral vector, etc.) and the like. Can be mentioned. The vector incorporating the promoter or DNA construct according to the present invention is preferably a vector for plant expression. Vectors for plant expression include Agro, such as binary vectors that can replicate in both Agrobacterium and other host cells (such as E. tumef) when transforming plants using Agrobacterium-mediated transformation. It is preferable to use an expression vector suitable for the bacterium-mediated transformation method. The vector used in the present invention may be a vector for making RNAi constructs (for example, a Gateway (R) binary vector for making RNAi constructs). Examples of such a vector for plant expression include pBI101, pBI121, pBIN19, pSMAB704, pCAMBIA, pGreen, pBI-sense, antisense and the like.

本発明に係るプロモーター又はDNA構築物を含む発現ベクターは常法により作製することができる。例えば、既存の植物発現用ベクター中のプロモーターを、本発明に係るプロモーターで置換することによって、本発明に係るプロモーター又はDNA構築物を含む発現ベクターを作製してもよい。あるいは、例えば、そのプロモーターを含むDNA断片(例えばDNA構築物)の末端を適当な制限酵素で切断し、ベクターDNAの制限酵素部位又はマルチクローニングサイトに挿入し連結することにより、ベクター中に本発明に係るプロモーターを組み込むこともできる。本発明に係る発現ベクターは、本発明に係るプロモーター又はDNA構築物をGateway(R)クローニング法によりベクターに組み込むことによって作製してもよい。 The expression vector containing the promoter or DNA construct according to the present invention can be prepared by a conventional method. For example, an expression vector containing the promoter or DNA construct according to the present invention may be prepared by substituting the promoter in the existing vector for plant expression with the promoter according to the present invention. Alternatively, for example, the end of a DNA fragment (eg, a DNA construct) containing the promoter is cleaved with an appropriate restriction enzyme and inserted into a restriction enzyme site or multicloning site of the vector DNA and ligated to form the present invention in the vector. Such promoters can also be incorporated. The expression vector according to the present invention may be prepared by incorporating the promoter or DNA construct according to the present invention into the vector by the Gateway (R) cloning method.

本発明に係るDNA構築物及び発現ベクターは、目的の遺伝子にコードされる遺伝子産物(RNAやタンパク質)を植物生殖器官(例えば雌蕊や子房)に特異的に発現させるためのツールとして好適に使用できる。本発明に係るDNA構築物及び発現ベクターは、植物生殖器官に特異的な遺伝子発現誘導用のものであってよい。本発明に係る発現ベクターは、本発明に係るプロモーターの制御下に発現対象の遺伝子を含み得る。本発明に係る発現ベクターは、典型的には、本発明に係るプロモーターDNAの下流に連結された発現対象の遺伝子(外来遺伝子)を含んでもよい。 The DNA construct and expression vector according to the present invention can be suitably used as a tool for specifically expressing a gene product (RNA or protein) encoded by a gene of interest in a plant reproductive organ (for example, pistil or ovary). .. The DNA construct and expression vector according to the present invention may be for inducing gene expression specific to a plant reproductive organ. The expression vector according to the present invention may contain a gene to be expressed under the control of the promoter according to the present invention. The expression vector according to the present invention may typically contain a gene to be expressed (foreign gene) linked downstream of the promoter DNA according to the present invention.

本発明に係る発現ベクター又はDNA構築物に含まれる発現対象の遺伝子は特に限定されず、転移RNA(tRNA)、リボソームRNA(rRNA)、核内小分子RNA(snRNA)、核小体低分子RNA(snoRNA)、shRNA(短鎖ヘアピンRNA)、短鎖干渉RNA(siRNA)、マイクロRNA(miRNA)、ガイドRNA(gRNA)などの非翻訳RNAをコードする遺伝子であってもよいし、任意のタンパク質をコードする遺伝子であってもよい。発現対象の遺伝子は、2種以上のタンパク質の融合タンパク質をコードする遺伝子であってもよい。発現対象の遺伝子は、一個でもよいし、2個以上でもよい。本発明に係る発現ベクターは植物生殖器官、例えば雌蕊における遺伝子発現を誘導することから、発現対象の遺伝子は、好ましくは、生殖器官(例えば雌蕊、子房、果実、雄蕊、花粉、葯、花弁、萼等)での発現、蓄積、及び/又は生産が望まれる遺伝子産物(RNA又はタンパク質)をコードする核酸である。 The gene to be expressed contained in the expression vector or DNA construct according to the present invention is not particularly limited, and is limited to translocated RNA (tRNA), ribosome RNA (rRNA), intranuclear small molecule RNA (snRNA), and nuclear body small molecule RNA ( It may be a gene encoding untranslated RNA such as snoRNA), shRNA (short hairpin RNA), short interfering RNA (siRNA), microRNA (miRNA), guide RNA (gRNA), or any protein. It may be the encoding gene. The gene to be expressed may be a gene encoding a fusion protein of two or more kinds of proteins. The gene to be expressed may be one or two or more. Since the expression vector according to the present invention induces gene expression in a plant reproductive organ, for example, a female bud, the gene to be expressed is preferably a reproductive organ (for example, female bud, ovary, fruit, stamen, pollen, anther, petal, etc. A nucleic acid encoding a gene product (RNA or protein) whose expression, accumulation, and / or production in stamens, etc. is desired.

本発明における発現対象の遺伝子は、任意の生物(例えば、植物、動物、真菌若しくは細菌)又はウイルスに由来するものであってよく、また人工的に作製したものであってもよい。本発明に係る発現対象の遺伝子は、宿主植物と同じ植物系統又は同じ植物種の別の系統から取得した遺伝子であっても、他の種に由来する遺伝子であってもよく、いずれの場合も外来遺伝子の範囲に含まれる。本発明において「(発現対象の)遺伝子」は、天然に生じる遺伝子に限定されず、ペプチド、ポリペプチド、タンパク質、又はRNAをコードする任意の核酸を意味する。 The gene to be expressed in the present invention may be derived from any organism (for example, plant, animal, fungus or bacterium) or virus, or may be artificially produced. The gene to be expressed according to the present invention may be a gene obtained from the same plant line as the host plant or another line of the same plant species, or a gene derived from another species, and in any case. It is included in the range of foreign genes. In the present invention, the "gene (of expression)" is not limited to a naturally occurring gene, but means any nucleic acid encoding a peptide, polypeptide, protein, or RNA.

本発明で用いる発現対象の遺伝子は、例えば、リコピン(リコペン)、β-カロテン、α-カロテン、ルテイン、アスタキサンチン、ゼアキサンチン、β-クリプトキサンチン等のカロテノイドの生合成に関与するカロテノイド合成酵素(フィトエン合成酵素、フィトエン不飽和化酵素、ζ-カロテン不飽和化酵素、カロテンイソメラーゼ、リコペンβ-シクラーゼ、リコペンε-シクラーゼ、β-カロテン水酸化酵素、α-カロテン水酸化酵素、ε-カロテン水酸化酵素、ゼイノキサンチン水酸化酵素、カロテノイドオキシゲナーゼ、カロテノイド水酸化酵素など)、ビタミン合成酵素(L-グロノラクトン(L-GulL)酸化酵素、アルドノラクトナーゼ、L-ガラクトノラクトン(L-GalL)脱水素酵素、L-ガラクトース脱水素酵素、リボフラビン合成酵素など)、アミノ酸合成酵素(グルタミン合成酵素、グルタミン酸合成酵素、アミノ基転移酵素、GABA合成酵素(グルタミン酸デカルボキシラーゼ)、アミノ酸ラセマーゼなど)、ポリフェノール合成酵素(ポリケタイド合成酵素、クルクミン合成酵素など)等の、栄養成分の合成に関与するペプチド又はタンパク質をコードする遺伝子であってよい。 The gene to be expressed in the present invention is, for example, a carotenoid synthase (phytoen synthesis) involved in the biosynthesis of carotenoids such as lycopene (lycopene), β-carotene, α-carotene, lutein, astaxanthin, zeaxanthin, and β-cryptoxanthin. Enzyme, Phytoen Desaturation Enzyme, ζ-Caroten Desaturation Enzyme, Caroten Isomelase, Ricopen β-Cyclolase, Ricopen ε-Cyclase, β-Caroten Hydroxylase, α-Caroten Hydroxylase, ε-Caroten Hydroxide, Zeinoxanthin hydroxylase, carotenoid oxygenase, carotenoid hydroxylase, etc.), Vitamin synthase (L-glonolactone (L-GulL) oxidase, aldonolactonase, L-galactonolactone (L-GalL) dehydrogenase , L-galactose dehydrogenase, riboflavin synthase, etc.), Amino acid synthase (glutamine synthase, glutamic acid synthase, amino group transfer enzyme, GABA synthase (glutamic acid decarboxylase), amino acid racemase, etc.), Polyphenol synthase (polyquetide) It may be a gene encoding a peptide or protein involved in the synthesis of a nutritional component, such as a synthase, curcumin synthase, etc.).

本発明で用いる発現対象の遺伝子はまた、例えば、種々のヒト又は家畜用ワクチン抗原、サイトカイン(例えば、インターフェロン、インターロイキン等)、酵素(例えば人工ヌクレアーゼ、DNAポリメラーゼ、RNAポリメラーゼ、アミログリコシダーゼ、アミラーゼ、インベルターゼ、イソアミラーゼ、プロテアーゼ、パパイン、ペプシン、レンニン、セルラーゼ、ペクチナーゼ、リパーゼ、ラクターゼ、グルコースオキシダーゼ、リゾチーム、グルコースイソメラーゼ、キモトリプシン、トリプシン、チトクローム、セアプローゼ、セラチオペプチダーゼ、ヒアルロニダーゼ、ブロメライン、ウロキナーゼ、ヘモコアグラーゼ、サーモライシン、ウレアーゼ等)、ホルモンタンパク質(例えばインスリン、グルカゴン、セクレチン、ガストリン、コレシストキニン、オキシトシン、バソプレッシン、成長ホルモン、甲状腺刺激ホルモン、プロラクチン、黄体形成ホルモン、濾胞刺激ホルモン、副腎皮質刺激ホルモン、甲状腺刺激ホルモン放出ホルモン、黄体形成ホルモン放出ホルモン、副腎皮質刺激ホルモン放出ホルモン、成長ホルモン放出ホルモン、ソマトスタチン等)、オピオイドペプチド(エンドルフィン、エンケファリン、ダイノルフィン等)、血液凝固因子(フィブリノーゲン、プロトロンビン等)、プロテアーゼインヒビター(SSI等)等の薬理活性を有する任意のペプチド又はタンパク質をコードする遺伝子であってもよい。 The genes to be expressed used in the present invention are also, for example, various human or domestic vaccine antigens, cytokines (eg, interferon, interleukin, etc.), enzymes (eg, artificial nucleases, DNA polymerases, RNA polymerases, amyloglycosidases, amylases, etc.). Invertase, isoamylase, protease, papaine, pepsin, rennin, cellulase, pectinase, lipase, lactase, glucose oxidase, lysoteam, glucose isomerase, chymotrypsin, trypsin, cytochrome, seaprose, seratiopeptidase, hyaluronidase, bromeline, urokinase, hemocoagulase. , Urease, etc.), Hormonal proteins (eg insulin, glucagon, secretin, gastrin, cholecystkinin, oxytocin, vasopressin, growth hormone, thyroid stimulating hormone, prolactin, luteinizing hormone, follicular stimulating hormone, adrenal cortex stimulating hormone, thyroid stimulating hormone Release hormone, luteinizing hormone-releasing hormone, adrenal cortex stimulating hormone-releasing hormone, growth hormone-releasing hormone, somatostatin, etc.), opioid peptide (endolphin, enkephalin, dynorfin, etc.), blood coagulation factor (fibrinogen, prothrombin, etc.), protease inhibitor ( It may be a gene encoding any peptide or protein having pharmacological activity such as SSI).

本発明で用いる発現対象の遺伝子はまた、RNA干渉を誘導するためのRNAi構築物をコードするものであってよい。RNAi構築物は、ヘアピンループを有し二本鎖RNAを形成可能なインバーテッドリピート配列を含む、長鎖二本鎖RNAやshRNA(small hairpin RNA)などの干渉RNAであってもよい。長鎖二本鎖RNAやshRNAは細胞内でDicerにより切断され、siRNAを生成することができる。本発明において、RNAi構築物は、遺伝子を導入する対象植物の生殖器官(例えば雌蕊)、典型的には花芽成熟期~果実肥大期初期(例えば着果時期)の生殖器官において発現する遺伝子の配列の少なくとも一部と相同な配列を有することが好ましい。 The gene to be expressed as used in the present invention may also encode an RNAi construct for inducing RNA interference. The RNAi construct may be interfering RNA such as long double-stranded RNA or shRNA (small hairpin RNA) that contains inverted repeat sequences that have hairpin loops and are capable of forming double-stranded RNA. Long-chain double-stranded RNA and shRNA can be cleaved intracellularly by Dicer to produce siRNA. In the present invention, the RNAi construct is a sequence of genes expressed in the reproductive organ of the target plant into which the gene is introduced (for example, pistil), typically the reproductive organ from the flower bud maturation stage to the early stage of fruit hypertrophy (for example, fruit set time). It is preferable to have a sequence homologous to at least a part.

一実施形態では、本発明で用いる発現対象の遺伝子は、単為結果誘導性遺伝子であることが好ましい。単為結果誘導性遺伝子については後述する。 In one embodiment, the gene to be expressed used in the present invention is preferably a parthenogenetic gene. Parthenogenetic inducible genes will be described later.

本発明に係る発現ベクター又はDNA構築物は、ベクターが細胞内に保持されていることを示す選択マーカー遺伝子やレポーター遺伝子、制限酵素部位又はマルチクローニングサイト、ベクター内に簡単に正しい向きで遺伝子を挿入するためのポリリンカー、ポリA付加配列、分泌シグナル配列、精製用のヒスチジンタグ配列、追加のプロモーター等の有用な配列を必要に応じてさらに含んでもよい。選択マーカー遺伝子としては、例えばジヒドロ葉酸還元酵素遺伝子、ハイグロマイシン耐性遺伝子、アンピシリン耐性遺伝子、カナマイシン耐性遺伝子、ネオマイシン耐性遺伝子、クロラムフェニコール耐性遺伝子(CAT遺伝子)等が挙げられる。 The expression vector or DNA construct according to the present invention easily inserts a gene into a selection marker gene or reporter gene indicating that the vector is retained in a cell, a restriction enzyme site or a multicloning site, or a vector in the correct orientation. Additional useful sequences such as a polylinker for, a polyA addition sequence, a secretory signal sequence, a histidine tag sequence for purification, an additional promoter, etc. may be further included as needed. Examples of the selectable marker gene include a dihydrofolate reductase gene, a hyglomycin resistance gene, an ampicillin resistance gene, a canamycin resistance gene, a neomycin resistance gene, and a chloramphenicole resistance gene (CAT gene).

本発明では、本発明に係る発現ベクター又はDNA構築物を宿主細胞に導入することにより形質転換体(形質転換細胞、形質転換植物など)を作製することができる。本発明に係る発現ベクターを宿主細胞へ導入し、その発現ベクターが形質転換体において染色体外(細胞質など)で維持されるようにしてもよい。あるいは、本発明に係る発現ベクター又はDNA構築物を、宿主細胞(好ましくは、植物細胞)へ導入し、プロモーター及びその制御下の発現対象の遺伝子を含むDNA(例えばT-DNAなどのDNA構築物)を、宿主細胞のゲノム中に組み込んでもよい。宿主細胞には、大腸菌、枯草菌、アグロバクテリウム等の細菌、酵母細胞、昆虫細胞、動物細胞(例えば、哺乳動物細胞)、植物細胞等のいずれを使用してもよい。本発明においては、植物細胞、特に被子植物細胞、より好ましくは果実類植物の細胞、さらに好ましくはナス科植物、特に好ましくはトマトの細胞を宿主細胞として使用することができる。宿主細胞は、任意の組織由来であってよく、葉や果実由来の細胞であってもよい。本発明は、本発明に係る発現ベクター又はDNA構築物を含む形質転換細胞も提供する。 In the present invention, a transformant (transformed cell, transformed plant, etc.) can be prepared by introducing the expression vector or DNA construct according to the present invention into a host cell. The expression vector according to the present invention may be introduced into a host cell so that the expression vector is maintained extrachromosomally (cytoplasm, etc.) in the transformant. Alternatively, the expression vector or DNA construct according to the present invention is introduced into a host cell (preferably a plant cell), and a DNA containing the promoter and the gene to be expressed under its control (for example, a DNA construct such as T-DNA) is introduced. , May be integrated into the genome of the host cell. As the host cell, any of bacteria such as Escherichia coli, bacillus and agrobacterium, yeast cells, insect cells, animal cells (for example, mammalian cells), plant cells and the like may be used. In the present invention, plant cells, particularly angiosperms, more preferably fruit plant cells, more preferably eggplant family plants, and particularly preferably tomato cells can be used as host cells. The host cell may be derived from any tissue and may be a cell derived from leaves or fruits. The present invention also provides transformed cells containing the expression vector or DNA construct according to the present invention.

本発明では、本発明に係る発現ベクター又はDNA構築物を植物に導入することにより形質転換植物を作製することができる。 In the present invention, a transformed plant can be prepared by introducing the expression vector or DNA construct according to the present invention into a plant.

本発明に係る発現ベクター又はDNA構築物を導入する植物としては、特に限定されないが、被子植物が好ましく、果実類植物がより好ましい。具体的には、限定するものではないが、例えば、トマト(Solanum lycopersicum)、リンゴ(Malus)、バナナ(Musa)、洋ナシ(Pyrus communis)、イチゴ(Fragaria L.)、メロン(Cucumis melo)、キウイフルーツ(Actinidia deliciosa)、モモ(Amygdalus persica)、ブルーベリー(Vaccinium myrtillus)、ブドウ(Vitis)、またグレープフルーツ(Citrus X paradisi)、オレンジ(Citrus sinensis)、温州みかん(Citrus unshiu)などのカンキツ類(Citrus)等の植物が挙げられる。 The plant into which the expression vector or DNA construct according to the present invention is introduced is not particularly limited, but angiosperms are preferable, and fruit plants are more preferable. Specifically, but not limited to, for example, tomato (Solanum lycopersicum), apple (Malus), banana (Musa), pear (Pyrus communis), strawberry (Fragaria L.), melon (Cucumis melo), etc. Citrus such as kiwi fruit (Actinidia deliciosa), peach (Amygdalus persica), blueberry (Vaccinium myrtillus), grape (Vitis), grapefruit (Citrus X paradisi), orange (Citrus sinensis), and Wenzhou citrus (Citrus unshiu). And other plants.

本発明ではナス科[トマト(Solanum lycopersicum)、ナス(Solanum melongena)、ピーマン(Capsicum annuum var. grossum)、特にトマト植物に本発明に係る発現ベクター又はDNA構築物を導入することがより好ましい。好ましいトマト植物としては、以下に限定するものではないが、ソラナム・リコペルシカム(Solanum lycopersicum)、ソラナム・セラシフォルメ(Solanum cerasiforme; Lycopersicon cerasiformeとも称される)、ソラナム・ピムピネリフォリウム(Solanum pimpinellifolium; Lycopersicon pimpinellifoliumとも称される)、ソラナム・チーズマニイ(Solanum cheesmanii; Lycopersicon cheesmaniiとも称される)、ソラナム・パルビフロルム(Solanum parviflorum; Lycopersicon parviflorumとも称される)、ソラナム・クミエレウスキィ(Solanum chmielewskii; Lycopersicon chmielewskiiとも称される)、ソラナム・ヒルストゥム(Solanum hirsutum; Lycopersicon hirsutumとも称される)、ソラナム・ペンネリィ(Solanum Lycopersicon pennelliiとも称される)、ソラナム・ペルビアヌム(Solanum pennellii; Lycopersicon peruvianumとも称される)、ソラナム・チレンセ(Solanum chilense; Lycopersicon chilenseとも称される)、ソラナム・リコペルシコイデス(Solanum lycopersicoides)及びソラナム・ハブロカイネス(Solanum habrochaites)等に属するトマト系統・品種又はそれらの派生株が挙げられるが、これらに限定されない。トマトの一例である野生型トマト品種マイクロトム(Solanum lycopersicum cv. Micro-Tom)(Scott JW, Harbaugh BK (1989) Micro-Tom A miniature dwarf tomato. Florida Agr. Expt. Sta. Circ. 370, p.1-6)を用いることもできる。マイクロトムは市販されており、またTomato Genetics Resource Center(TGRC)(米国)からアクセッション番号LA3911の下で入手することもできる。野生型トマト品種マイクロトムは、矮性(約10~20 cm)であり、葉や果実が小さく、従来トマト品種との交雑も可能である。野生型トマト品種マイクロトムについては全ゲノム配列が決定されている(Kobayashi M, et al., (2014)Plant Cell Physiol. 2014 Feb;55(2):445-454)。 In the present invention, it is more preferable to introduce the expression vector or DNA construct according to the present invention into Solanaceae [Tomato (Solanum lycopersicum), Eggplant (Solanum melongena), Peanuts (Capsicum annuum var. Grosum), especially tomato plants. Preferred tomato plants include, but are not limited to, Solanum lycopersicum, Solanum cerasiforme (also known as Lycopersicon cerasiforme), and Solanum pimpinellifolium; Lycopersicon pimp. Solanum cheesmanii (also known as Lycopersicon cheesmanii), Solanum parviflorum (also known as Lycopersicon parviflorum), Solanum chmielewskii (also known as Lycopersicon chmielew) , Solanum hirsutum (also known as Lycopersicon hirsutum), Solanum Lycopersicon pennellii (also known as Solanum Lycopersicon pennellii), Solanum pennellii (also known as Lycopersicon peruvianum), Solanum chilense (also known as Lycopersicon peruvianum) ; Lycopersicon chilense), Solanum lycopersicoides, Solanum habrochaites, etc. include, but are not limited to, tomato strains / varieties or derivatives thereof. Solanum lycopersicum cv. Micro-Tom (Scott JW, Harbaugh BK (1989) Micro-Tom A miniature dwarf tomato. Florida Agr. Expt. Sta. Circ. 370, p. 1-6) can also be used. Microtoms are commercially available and are also available from the Tomato Genetics Resource Center (TGRC) (USA) under accession number LA3911. The wild-type tomato variety Microtom is dwarf (about 10 to 20 cm), has small leaves and fruits, and can be crossed with conventional tomato varieties. The entire genome sequence of the wild-type tomato variety Microtom has been determined (Kobayashi M, et al., (2014) Plant Cell Physiol. 2014 Feb; 55 (2): 445-454).

なお本明細書において派生株とは、元の植物と他の植物系統・品種との1回以上の交配を経て又は変異誘発若しくは変異導入を経て得られた子孫植物を指す。 In the present specification, the derivative strain refers to a progeny plant obtained by one or more mating of the original plant with another plant line / variety, or by mutagenesis or mutagenesis.

本発明に係る発現ベクター又はDNA構築物を植物に導入する方法としては、植物の形質転換に一般的に用いられる方法、例えばアグロバクテリウム媒介形質転換法、ウィスカー法、パーティクルガン法、エレクトロポレーション法、ポリエチレングリコール(PEG)法、マイクロインジェクション法、プロトプラスト融合法等を用いることができる。植物形質転換法の詳細は、田部井 豊 編、形質転換プロトコール[植物編]、(2012)化学同人」などの一般的な教科書の記載や、Sun, H.J., et al., (2006) A highly efficient transformation protocol for Micro-Tom, a model cultivar of tomato functional genomics. Plant Cell Physiol. 47, 426-431等の文献を参照すればよい。 As a method for introducing the expression vector or DNA construct according to the present invention into a plant, a method generally used for plant transformation, for example, an Agrobacterium-mediated transformation method, a whisker method, a particle gun method, or an electroporation method. , Polyethylene glycol (PEG) method, microinjection method, protoplast fusion method and the like can be used. For details on plant transformation methods, see general textbooks such as Yutaka Tabei, Transformation Protocol [Plants], (2012) Kagaku-Dojin, and Sun, HJ, et al., (2006) A highly efficient. References should be made to documents such as transformation protocol for Micro-Tom, a model cultivar of tomato functional genomics. Plant Cell Physiol. 47, 426-431.

アグロバクテリウム法を用いる場合は、アグロバクテリウム法に適したベクターを用いて作製した本発明に係る発現ベクターを、適当なアグロバクテリウム、例えばアグロバクテリウム・ツメファシエンス(Agrobacterium tumefaciens)にエレクトロポレーション法などにより導入し、得られた組換えアグロバクテリウムを植物の細胞、カルス、又は子葉切片等に常法により感染させればよい。好適なアグロバクテリウムとしては、限定するものではないが、GV2260、GV3101、C58、C58C1Rif(R)、EHA101、EHA105、AGL1、LBA4404等の株を利用することができる。組換えアグロバクテリウムの感染により、発現ベクター又はDNA構築物に含まれるT-DNAを、植物細胞のゲノムに組み込むことができる。 When the Agrobacterium method is used, the expression vector according to the present invention prepared by using a vector suitable for the Agrobacterium method is electroporated into a suitable Agrobacterium, for example, Agrobacterium tumefaciens. It may be introduced by a method or the like, and the obtained recombinant Agrobacterium may be infected with a plant cell, callus, leaflet section or the like by a conventional method. Suitable Agrobacterium includes, but is not limited to, strains such as GV2260, GV3101, C58, C58C1Rif (R) , EHA101, EHA105, AGL1 and LBA4404. Infection with recombinant Agrobacterium allows T-DNA contained in expression vectors or DNA constructs to be integrated into the genome of plant cells.

パーティクルガン法やエレクトロポレーション法では、本発明に係る発現ベクターやDNA構築物を直接、植物細胞内に導入することができる。本発明に係る発現ベクターやDNA構築物の細胞への導入には、植物の細胞、カルス、葉や子葉などに由来する組織切片、又はプロトプラストを用いてもよい(Christou P, et al., Bio/technology (1991) 9: 957-962)。例えばパーティクルガン法では、核酸送達装置(例えばPDS-1000(BIO-RAD社)等)を製造業者の説明書に従って使用して、本発明に係る発現ベクター又はDNA構築物をまぶした金属粒子をこのような試料に打ち込むことにより、植物細胞内に導入させ、形質転換植物細胞を得ることができる。操作条件は、例えば450~2000psi程度の圧力、4~12cm程度の距離で行うことができる。 In the particle gun method and the electroporation method, the expression vector and DNA construct according to the present invention can be directly introduced into plant cells. For the introduction of the expression vector or DNA construct according to the present invention into cells, tissue sections derived from plant cells, callus, leaves, leaflets, etc., or protoplasts may be used (Christou P, et al., Bio / technology (1991) 9: 957-962). For example, in the particle gun method, a nucleic acid delivery device (eg, PDS-1000 (BIO-RAD), etc.) is used according to the manufacturer's instructions to obtain metal particles sprinkled with the expression vector or DNA construct according to the present invention. By driving into a simple sample, it can be introduced into plant cells to obtain transformed plant cells. The operating conditions can be, for example, a pressure of about 450 to 2000 psi and a distance of about 4 to 12 cm.

次いで、本発明に係る発現ベクター又はDNA構築物を導入して得られた形質転換植物細胞(子葉切片等の組織を包含する)から、植物体を再生することができる。形質転換植物細胞を、例えば従来知られている植物組織培養法に従って選択培地で培養し、生存したカルスを再分化培地(適当な濃度の植物ホルモン(オーキシン、サイトカイニン、ジベレリン、アブシジン酸、エチレン、ブラシノライド等)を含む)で培養することにより、本発明に係る発現ベクター又はDNA構築物を導入した形質転換細胞から植物体を再生させればよい。このようにして形質転換植物を取得できる。本発明は、このような形質転換植物の作製方法も提供する。 Then, the plant can be regenerated from the transformed plant cells (including tissues such as cotyledon sections) obtained by introducing the expression vector or DNA construct according to the present invention. Transformed plant cells are cultured in a selective medium according to, for example, a conventionally known plant tissue culture method, and surviving callus is subjected to a redifferentiation medium (appropriate concentrations of plant hormones (auxin, cytokinin, diberelin, absidiic acid, ethylene, brush). Plants may be regenerated from transformed cells into which the expression vector or DNA construct according to the present invention has been introduced by culturing in (including nolide etc.). In this way, the transformed plant can be obtained. The present invention also provides a method for producing such a transformed plant.

本発明に係る発現ベクター又はDNA構築物の導入により、本発明に係るプロモーター及びその制御下にある遺伝子が細胞又は植物中に確実に導入されたか否かの確認は、PCR法、サザンハイブリダイゼーション法、ノーザンハイブリダイゼーション法、ウェスタンブロット法等を利用して行うことができる。例えば、形質転換体の細胞、器官又は組織(例えば、形質転換植物の葉)から抽出したDNA又はゲノムDNAについて、本発明に係る発現ベクター又はDNA構築物中のプロモーターや組み込んだ発現対象の遺伝子に特異的なプライマーを用いてPCR増幅を行えばよい。その増幅産物についてアガロースゲル電気泳動、ポリアクリルアミドゲル電気泳動又はキャピラリー電気泳動等を行い、臭化エチジウム、SYBR Green液等により染色し、そして増幅産物を明瞭なバンドとして検出することにより、目的のプライマーや遺伝子の導入を確認することができる。あるいは、マイクロプレート等の固相にPCR増幅産物を結合させ、蛍光又は酵素反応等により増幅産物を確認することもできる。増幅産物について塩基配列決定することにより導入の確認を行ってもよい。作製した形質転換体について、導入した発現対象の遺伝子の遺伝子産物について活性を確認することも好ましい。 The PCR method, Southern hybridization method, etc. can be used to confirm whether or not the promoter and the gene under its control according to the present invention have been reliably introduced into cells or plants by introducing the expression vector or DNA construct according to the present invention. It can be carried out by using a Northern hybridization method, a Western blotting method, or the like. For example, DNA or genomic DNA extracted from transformant cells, organs or tissues (eg, leaves of transformed plants) is specific to the promoter or integrated gene to be expressed in the expression vector or DNA construct according to the present invention. PCR amplification may be performed using a typical primer. The amplified product is subjected to agarose gel electrophoresis, polyacrylamide gel electrophoresis, capillary electrophoresis, etc., stained with ethidium bromide, SYBR Green solution, etc., and the amplified product is detected as a clear band to detect the desired primer. And the introduction of genes can be confirmed. Alternatively, the PCR amplification product can be bound to a solid phase such as a microplate, and the amplification product can be confirmed by fluorescence, enzymatic reaction, or the like. The introduction may be confirmed by determining the base sequence of the amplified product. It is also preferable to confirm the activity of the prepared transformant with respect to the gene product of the introduced gene to be expressed.

好ましい実施形態では、植物において本発明に係るプロモーターを遺伝子発現誘導に用いることにより、発現対象の遺伝子の発現が生殖器官(例えば雌蕊、又は葯などの雄蕊)特異的に強力に誘導され、その遺伝子産物(干渉RNA、mRNA、rRNA等のRNA、及び/又はタンパク質)が高度に生産される。本発明では、本発明に係るプロモーターにより、少なくとも一部の生殖器官において、組織及び時期特異的遺伝子発現が誘導される。本発明に係る形質転換植物では、葉、茎、根等の栄養組織では、本発明に係るプロモーターの制御下にある発現対象の遺伝子の発現が実質的に又は全く誘導されないことが好ましい。例えば、本発明に係る形質転換トマトでも、葉、茎、根等の栄養組織において、本発明に係るプロモーターの制御下にある遺伝子の発現は実質的に又は全く誘導されないことが好ましい。 In a preferred embodiment, by using the promoter according to the present invention in a plant for inducing gene expression, the expression of the gene to be expressed is strongly induced specifically in a reproductive organ (for example, a female bud or a male bud such as an anther), and the gene is strongly induced. Products (RNAs such as interfering RNA, mRNA, rRNA, and / or proteins) are highly produced. In the present invention, the promoter according to the present invention induces tissue and time-specific gene expression in at least some reproductive organs. In the transformed plant according to the present invention, it is preferable that the expression of the gene to be expressed under the control of the promoter according to the present invention is substantially or not induced in the nutrient tissues such as leaves, stems and roots. For example, even in the transformed tomato according to the present invention, it is preferable that the expression of the gene under the control of the promoter according to the present invention is substantially or not induced in the nutritional tissues such as leaves, stems and roots.

したがって本発明は、本発明に係る発現ベクター又はDNA構築物を植物細胞に導入し、得られた形質転換細胞から植物体を再生し、開花させることを含む、植物生殖器官(特に雌蕊)に特異的な遺伝子発現を誘導する方法も提供する。本発明の方法は、少なくとも一部の生殖器官において、組織及び時期特異的遺伝子発現を誘導するものであってもよい。好ましい実施形態では、配列番号1で示される塩基配列からなるプロモーター又はその上記変異配列(例えば塩基配列に対して80%以上の同一性を有する塩基配列)からなるプロモーターを植物における遺伝子発現誘導に用いる場合、雌蕊、及び雄蕊に特異的な発現が誘導される。好ましい別の実施形態では、配列番号2で示される塩基配列からなるプロモーター又はその上記変異配列(例えば塩基配列に対して80%以上の同一性を有する塩基配列)からなるプロモーターを植物における遺伝子発現誘導に用いる場合、雌蕊、並びに雄蕊、花弁、萼を含む近傍器官に特異的な発現が誘導される。 Accordingly, the present invention is specific for plant reproductive organs (particularly female buds), which comprises introducing the expression vector or DNA construct according to the present invention into plant cells and regenerating and flowering the plant body from the obtained transformed cells. Also provided are methods of inducing gene expression. The method of the invention may induce tissue and time-specific gene expression in at least some reproductive organs. In a preferred embodiment, a promoter consisting of the base sequence represented by SEQ ID NO: 1 or a promoter consisting of the above-mentioned mutant sequence (for example, a base sequence having 80% or more identity with respect to the base sequence) is used for inducing gene expression in a plant. In the case, expression specific to female buds and male buds is induced. In another preferred embodiment, a promoter consisting of the base sequence represented by SEQ ID NO: 2 or a promoter consisting of the above-mentioned mutant sequence (for example, a base sequence having 80% or more identity with respect to the base sequence) is used to induce gene expression in a plant. When used in, specific expression is induced in the promoter, as well as in neighboring organs including promoters, petals, and promoters.

本発明では、単為結果誘導性遺伝子を本発明に係るプロモーターの制御下に含む発現ベクター又はDNA構築物を植物に導入することにより、生殖細胞、好ましくは花芽成熟期~果実肥大期初期の生殖器官特異的に単為結果誘導性遺伝子の発現を誘導し、その結果、単為結果を誘導することができる。単為結果誘導性遺伝子とは、果実類植物において単為結果を誘導する機能を有する遺伝子である。単為結果誘導性遺伝子は、核酸又はポリヌクレオチドであり、好ましくはDNAである。単為結果誘導性遺伝子は、タンパク質又はRNAi構築物などのRNAをコードするものであってよい。単為結果誘導性遺伝子は、例えば、着果を抑制するための遺伝子の機能を抑制するものであってよい。単為結果誘導性遺伝子の好ましい例は、IAA9(Indole acetic acid 9)遺伝子の機能を抑制する遺伝子である。単為結果誘導性遺伝子の別の例として、IAA9以外のIAAファミリー遺伝子の機能を抑制する遺伝子、DELLA遺伝子の機能を抑制する遺伝子、SlETR1(Solanum lycopersicum ETHYLEN RECEPTOR 1; Solyc12g011330)遺伝子の機能を抑制する遺伝子、SlARF7 (Solanum lycopersicum AUXIN RESPONSE FACTOR 7; Solyc07g042260)遺伝子の機能を抑制する遺伝子、SlAGL6 (Solanum lycopersicum AGAMOUS LIKE 6; Solyc01g093960) 遺伝子の機能を抑制する遺伝子、SlAGL11 (Solanum lycopersicum AGAMOUS LIKE 11; Solyc11g028020) 遺伝子の機能を抑制する遺伝子、SlVAS1-like (Solanum lycopersicum VAS1 like; Solyc03g120450) 遺伝子の機能を抑制する遺伝子なども挙げられる。 In the present invention, by introducing an expression vector or DNA construct containing a parthenocarpy-inducing gene under the control of the promoter according to the present invention into a plant, germ cells, preferably reproductive organs from the flower bud maturation stage to the early stage of fruit hypertrophy. The expression of a parthenocarpy-inducible gene can be specifically induced, and as a result, the parthenocarpy can be induced. The parthenogenetic gene is a gene having a function of inducing parthenogenetic results in fruit plants. The parthenogenetic gene is a nucleic acid or polynucleotide, preferably DNA. The parthenogenetic gene may encode RNA such as a protein or RNAi construct. The parthenogenetic gene may be, for example, one that suppresses the function of the gene for suppressing fruit set. A preferred example of a parthenogenetic inducible gene is a gene that suppresses the function of the IAA9 (Indole acetic acid 9) gene. As another example of a participatory result-inducing gene, a gene that suppresses the function of IAA family genes other than IAA9, a gene that suppresses the function of the DELLA gene, and a gene that suppresses the function of the SlETR1 (Solanum lycopersicum ETHYLEN RECEPTOR 1; Solyc12g011330) gene. Gene, SlARF7 (Solanum lycopersicum AUXIN RESPONSE FACTOR 7; Solyc07g042260) Gene that suppresses gene function, SlAGL6 (Solanum lycopersicum AGAMOUS LIKE 6; Solyc01g093960) Gene that suppresses gene function, SlAGL11 (Solanum) A gene that suppresses the function of SlVAS1-like (Solanum lycopersicum VAS1 like; Solyc03g120450) gene that suppresses the function of the gene can also be mentioned.

目的の遺伝子の機能を抑制する単為結果誘導性遺伝子は、目的の遺伝子の発現を抑制することができるRNA構築物をコードするものであってよい。そのようなRNA構築物は、目的の遺伝子に対する長鎖二本鎖RNAやshRNA、siRNA、miRNAなどの干渉RNAであってよい。好ましい実施形態では、IAA9遺伝子の機能を抑制する遺伝子は、IAA9遺伝子の発現を抑制するRNA構築物をコードするものである。IAA9遺伝子の塩基配列(CDS配列)の例を配列番号23に、その塩基配列にコードされるIAA9タンパク質のアミノ酸配列を配列番号24に示す。IAA9遺伝子は、例えば、配列番号23で示される塩基配列からなる遺伝子又はその相同遺伝子であってよい。IAA9遺伝子は、配列番号23で示される塩基配列に対して典型的には80%以上、好ましくは90%以上、より好ましくは95%以上、特に好ましくは99%、例えば99.5%以上の配列同一性を有する塩基配列からなる遺伝子であってよい。本発明のIAA9遺伝子はまた、例えば配列番号24で示されるアミノ酸配列に対して典型的には90%以上、好ましくは95%以上、より好ましくは99%以上、例えば99.5%以上の配列同一性を有するアミノ酸配列をコードする遺伝子であってよい。IAA9遺伝子は、オーキシンシグナル伝達経路において負の調節因子として働く、転写抑制活性を有するタンパク質をコードする。IAA9遺伝子の発現を抑制するRNA構築物をコードする遺伝子は、配列番号22で示される塩基配列からなるDNA及びその相補配列からなるDNAを含むものであってもよいし、配列番号22で示される塩基配列の部分配列からなるDNA及びその相補配列からなるDNAを含むものであってもよい。このようなRNA構築物をコードする遺伝子は、配列番号22で示される塩基配列の連続した15塩基以上、例えば15~30塩基の塩基配列及びその相補配列を含むものであってもよい。RNA構築物をコードする遺伝子はまた、配列番号22で示される塩基配列の連続した30~715塩基の塩基配列及びその相補配列を含むものであってもよい。 The parthenocarpy-inducible gene that suppresses the function of the gene of interest may encode an RNA construct that can suppress the expression of the gene of interest. Such RNA constructs may be long double-stranded RNAs or interfering RNAs such as shRNAs, siRNAs, miRNAs, etc. for the gene of interest. In a preferred embodiment, the gene that suppresses the function of the IAA9 gene encodes an RNA construct that suppresses the expression of the IAA9 gene. An example of the base sequence (CDS sequence) of the IAA9 gene is shown in SEQ ID NO: 23, and the amino acid sequence of the IAA9 protein encoded by the base sequence is shown in SEQ ID NO: 24. The IAA9 gene may be, for example, a gene consisting of the base sequence represented by SEQ ID NO: 23 or a homologous gene thereof. The IAA9 gene typically has 80% or more, preferably 90% or more, more preferably 95% or more, particularly preferably 99%, for example, 99.5% or more sequence identity with respect to the nucleotide sequence shown in SEQ ID NO: 23. It may be a gene consisting of a base sequence having. The IAA9 gene of the present invention also typically has 90% or more, preferably 95% or more, more preferably 99% or more, for example 99.5% or more sequence identity to the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 24. It may be a gene encoding an amino acid sequence having. The IAA9 gene encodes a protein with transcriptional repressive activity that acts as a negative regulator in the auxin signaling pathway. The gene encoding the RNA construct that suppresses the expression of the IAA9 gene may contain a DNA consisting of the base sequence shown by SEQ ID NO: 22 and a DNA consisting of a complementary sequence thereof, or the base shown by SEQ ID NO: 22. It may contain DNA consisting of a partial sequence of the sequence and DNA consisting of a complementary sequence thereof. The gene encoding such an RNA construct may contain a continuous 15 or more bases of the base sequence shown in SEQ ID NO: 22, for example, a base sequence of 15 to 30 bases and a complementary sequence thereof. The gene encoding the RNA construct may also contain a contiguous 30-715 base sequence of the base sequence set forth in SEQ ID NO: 22 and a complementary sequence thereof.

本発明において「単為結果」とは、植物において、受粉及び受精が起こらない場合に、種子形成を伴わずに子房や花托等が肥大し、無種子の果実を生じることをいう。本発明において「単為結果性」とは、受粉及び受精が起こらない場合に、植物ホルモン処理や特定の物理的刺激などの人為的な単為結果誘導処理を必要とせずに、植物が単為結果を生じる性質(能力)をいう。 In the present invention, the "parthenocarpy" means that when pollination and fertilization do not occur in a plant, the ovary, the tentacles, etc. are enlarged without seed formation, and seedless fruits are produced. In the present invention, "parthenocarpy" means that when pollination and fertilization do not occur, the plant is parthenogenetic without the need for artificial parthenogenetic treatments such as phytohormonal treatment or specific physical stimuli. The property (ability) that produces the result.

本発明に係るプロモーターの制御下に含む発現ベクター又はDNA構築物を導入した形質転換植物は、受粉しない場合に単為結果性を示すとともに、受粉させた場合には有種子果(種子の入った果実)を形成できることが好ましい。 Transformed plants introduced with an expression vector or DNA construct contained under the control of the promoter according to the present invention show parthenocarpy when not pollinated, and seeded fruits (fruits containing seeds) when pollinated. ) Can be formed.

本発明に係るプロモーターの制御下に含む発現ベクター又はDNA構築物を導入した形質転換植物は、好ましい実施形態では、生殖器官で組織及び時期を限定した遺伝子発現を引き起こすことにより、遺伝子導入や遺伝子改変による望ましくない表現型の変化を抑制することができる。好ましい例では、本発明に係る形質転換植物では、野生型と比較して、栄養組織の表現型(例えば、草型、葉型、葉枚数、花房数など)の変化を抑制することができる。 A transformed plant into which an expression vector or DNA construct contained under the control of the promoter according to the present invention has been introduced is, in a preferred embodiment, by gene transfer or gene modification by causing tissue and timed gene expression in the reproductive organs. Undesirable phenotypic changes can be suppressed. In a preferred example, the transformed plant according to the present invention can suppress changes in the phenotype of the vegetative tissue (for example, plant type, leaf type, number of leaves, number of flower clusters, etc.) as compared with the wild type.

一方、好ましい実施形態では、本発明に係るプロモーターの制御下に含む発現ベクター又はDNA構築物を導入した形質転換植物は、野生型と比較して、増加した糖度及び/又は酸度を有する果実を形成することができる。 On the other hand, in a preferred embodiment, the transformed plant into which the expression vector or DNA construct contained under the control of the promoter according to the present invention is introduced forms a fruit having an increased sugar content and / or acidity as compared with the wild type. be able to.

本発明は、単為結果誘導性遺伝子を本発明に係るプロモーターの制御下に含む発現ベクター又はDNA構築物を植物細胞に導入し、得られた形質転換細胞から植物体を再生し、生育させて単為結果を確認することを含む、単為結果性の形質転換植物の作製方法も提供する。単為結果の確認は、無種子果実の形成を観察することによって行うことができる。本発明に係る単為結果性の形質転換植物の作製方法は、得られた形質転換植物を自家交配し、子孫植物を得るステップを含んでもよい。自家交配によって得られた子孫植物のゲノム中に導入された核酸、すなわち本発明に係るプロモーターとその制御下にある単為結果誘導性遺伝子の存在を常法により確認し、ホモ接合体を選択してもよい。 In the present invention, an expression vector or DNA construct containing a parthenocarpy-inducing gene under the control of the promoter according to the present invention is introduced into a plant cell, and the plant body is regenerated and grown from the obtained transformed cell. Also provided are methods of producing parthenocarpy transformed plants, including confirming the results. Parthenogenetic results can be confirmed by observing the formation of seedless fruits. The method for producing a parthenocarpy transformed plant according to the present invention may include a step of self-mating the obtained transformed plant to obtain a progeny plant. The presence of the nucleic acid introduced into the genome of the progeny plant obtained by self-mating, that is, the promoter according to the present invention and the parthenocarpy-inducible gene under its control was confirmed by a conventional method, and homozygotes were selected. You may.

本発明はまた、上記の外来遺伝子を本発明に係るプロモーターの制御下に含む発現ベクター又はDNA構築物を植物細胞に導入し、得られた形質転換細胞から植物体を再生し、開花及び着果させ、前記DNA構築物又は発現ベクター中の遺伝子に由来する遺伝子産物又はその活性により生成された産物(有機化合物)を、果実から取得することを含む、有機化合物の組換え生産方法も提供する。この方法により、植物の果実において、様々な遺伝子産物又はその活性により生成された産物(有機化合物)を合成・蓄積させ、製造することができる。DNA構築物又は発現ベクター中の遺伝子に由来する遺伝子産物は、当該遺伝子がコードするタンパク質(例えば、酵素)、ポリぺプチド(ペプチドも含む)、又はRNAである。遺伝子産物の活性により生成される産物(有機化合物)は、例えば、適切な基質から、当該遺伝子産物(例えば、酵素)の活性に基づく反応により、好ましくは果実中で生産される。遺伝子産物又はその活性により生成された産物(有機化合物)の果実からの取得は、化合物の様々な分離方法や単離精製方法(例えば、遠心分離、クロマトグラフィーなど)を用いて行うことができる。 The present invention also introduces an expression vector or DNA construct containing the above-mentioned foreign gene under the control of the promoter according to the present invention into plant cells, and regenerates the plant body from the obtained transformed cells to flower and set fruit. Also provided is a method for recombinant production of an organic compound, which comprises obtaining a gene product derived from a gene in the DNA construct or expression vector or a product (organic compound) produced by the activity thereof from a fruit. By this method, various gene products or products (organic compounds) produced by their activities can be synthesized and accumulated in the fruits of plants to produce them. A gene product derived from a gene in a DNA construct or expression vector is a protein (eg, enzyme), polypeptide (including peptide), or RNA encoded by the gene. The product (organic compound) produced by the activity of the gene product is preferably produced in the fruit, for example, from a suitable substrate by a reaction based on the activity of the gene product (eg, an enzyme). Acquisition of the gene product or the product produced by its activity (organic compound) from the fruit can be carried out using various separation methods and isolation and purification methods of the compound (eg, centrifugation, chromatography, etc.).

本発明において用いるDNAの調製、PCR、ベクター中へのライゲーション、細胞の形質転換、DNA塩基配列決定、プライマーの合成、突然変異誘発、タンパク質の抽出などの分子生物学的・生化学的実験操作は、基本的には通常の実験書の記載に従って行うことができる。そのような実験書としては、例えば、Molecular Cloning: A laboratory manual (Third Edition) (2001) Eds., Sambrook, J. & Russell, DW. Cold Spring Harbor Laboratory Pressや、Molecular Cloning: A laboratory manual (Fourth Edition), (2012) Eds., Michael R. Green & Sambrook, J., Cold Spring Harbor Laboratory Pressを挙げることができる。 Molecular biological and biochemical experimental operations such as DNA preparation, PCR, ligation into vectors, cell transformation, DNA sequencing, primer synthesis, mutagenesis, and protein extraction used in the present invention are performed. , Basically, it can be carried out according to the description of a normal experiment book. Such experimental books include, for example, Molecular Cloning: A laboratory manual (Third Edition) (2001) Eds., Sambrook, J. & Russell, DW. Cold Spring Harbor Laboratory Press and Molecular Cloning: A laboratory manual (Fourth). Edition), (2012) Eds., Michael R. Green & Sambrook, J., Cold Spring Harbor Laboratory Press.

以下、実施例を用いて本発明をさらに具体的に説明する。但し、本発明の技術的範囲はこれら実施例に限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples. However, the technical scope of the present invention is not limited to these examples.

[実施例1]RNA-seqデータからの候補遺伝子の選抜
トマト(Solanum lycopersicum)品種マイクロトム(Micro-Tom)の様々な組織のRNAシークエンシング(RNA-seq)データを取得し、それを比較して、栄養組織では発現せず、雌蕊特異的発現を示す候補遺伝子を選抜した。まず、マイクロトムの様々な組織や発達段階のサンプル(100mg以下)を採取し、RNeasy Plant Mini Kit(Qiagen, USA)を用いてトータルRNAを抽出した。サンプルとしては、2~2.5mmのつぼみの雌蕊;3~4mmのつぼみの雌蕊及び雄蕊;開花1日前のつぼみの雌蕊及び雄蕊;開花日の花の雌蕊、雄蕊、萼片及び花弁;開花5日後の花の雌蕊;直径5mmの子房;緑熟期果実の果肉;赤熟期果実の果肉;播種の一週間後の実生の根、胚軸及び子葉;播種の3週間後の植物体の本葉を用いた。
[Example 1] Selection of candidate genes from RNA-seq data RNA-seqing (RNA-seq) data of various tissues of tomato (Solanum lycopersicum) varieties Micro-Tom were obtained and compared. Therefore, candidate genes that were not expressed in trophic tissues and showed specific expression of tomatoes were selected. First, samples of various tissues and developmental stages of Microtom (100 mg or less) were collected, and total RNA was extracted using the RNeasy Plant Mini Kit (Qiagen, USA). As a sample, pistil and cotyledon of 2 to 2.5 mm bud; pistil and cotyledon of bud of 3 to 4 mm; pistil and cotyledon of bud 1 day before flowering; pistil, cotyledon, cotyledon and petal of flower on flowering day; 5 days after flowering Flower pistil; ovary 5 mm in diameter; flesh of green ripening fruit; flesh of red ripening fruit; seedling root, embryo axis and cotyledon 1 week after sowing; true leaf of plant 3 weeks after sowing Was used.

なお「緑熟期果実」とは、緑熟期にある比較的未熟な果実を指す。農業分野では、果実の肥大が完了した時期を緑熟期と呼ぶ。緑熟期の果実は、一般的には緑色、緑白色又は黄白色であり、まだ色づいていない。緑熟期以降、果実が熟していく期間を追熟期といい、この時期に果実の甘味や芳香が増し、果肉が柔らかくなるなどの変化が起こる。トマトでは、緑熟期及びブレーカー期(黄色果実)を経て(樹上で又は収穫後に)追熟させて得られる完熟した完熟果実(完熟果)は、赤熟期果実(赤熟果)と呼ばれる。同様に色づき成熟した他の果実類の完熟果実も赤熟期果実又は熟果と呼ばれる。 The "green ripe fruit" refers to a relatively immature fruit in the green ripe stage. In the agricultural field, the period when fruit enlargement is completed is called the green ripening period. Fruits in the green ripening stage are generally green, greenish white or yellowish white and have not yet been colored. After the green ripening period, the period during which the fruit ripens is called the ripening period, during which the sweetness and aroma of the fruit increase and the flesh becomes softer. In tomatoes, the ripe ripe fruit (ripe fruit) obtained by ripening (on the tree or after harvesting) through the green ripening stage and the breaker stage (yellow fruit) is called the red ripe fruit (red ripe fruit). .. Similarly, ripe fruits of other colored and mature fruits are also called red-ripened fruits or ripe fruits.

得られたトータルRNAサンプルについて、DNA-free RNA KitTM(Zymo Research, USA)を用いてゲノムDNA(gDNA)の除去を行った。得られたRNA溶液について、マイクロプレートリーダーSafire(Tecan, Switzerland)を使用し、OD260値を測定しRNA量を算出した。続いて、TruSeq RNA Sample Prep Kit v2(Illumina)を用いてcDNAライブラリーを作製した。 Genomic DNA (gDNA) was removed from the obtained total RNA sample using DNA-free RNA Kit TM (Zymo Research, USA). For the obtained RNA solution, the OD260 value was measured and the amount of RNA was calculated using a microplate reader Safire (Tecan, Switzerland). Subsequently, a cDNA library was prepared using TruSeq RNA Sample Prep Kit v2 (Illumina).

次に、次世代シークエンサーIllumina Genome Analyzer IIx system及びIllumina HiSeq 2000を用い、片側36塩基又は100塩基のシークエンシングによるRNA-seqを実施した。獲得したリードデータからDenovoアセンブラABySS 1.2.6を用いてコンティグを作成した。雌蕊と他の器官の組織の間で、獲得された300塩基以上のコンティグを比較し、雌蕊特異的に確認されるコンティグを選抜した。続いて、BLASTサーチにより、選抜したコンティグをコードするトマトの遺伝子を特定した。選抜された候補遺伝子は、Solyc03g007780及びSolyc02g067760であった。 Next, RNA-seq was performed by sequencing 36 bases or 100 bases on each side using the next-generation sequencer Illumina Genome Analyzer IIx system and Illumina HiSeq 2000. A contig was created using the Denovo assembler ABySS 1.2.6 from the acquired read data. The contigs of 300 bases or more obtained were compared between the pistil and the tissues of other organs, and the contigs confirmed specifically for the pistil were selected. Subsequently, a BLAST search identified the tomato gene encoding the selected contig. The candidate genes selected were Solyc03g007780 and Solyc02g067760.

なおSolyc03g007780遺伝子及びSolyc02g067760遺伝子は、トマト品種マイクロトム(Micro-Tom)から単離されたものである。 The Solyc03g007780 gene and the Solyc02g067760 gene were isolated from the tomato variety Micro-Tom.

[実施例2]トータルRNA抽出及びRT-qPCR発現解析
実施例1で選抜した候補遺伝子について、RT-PCR発現解析を行った。まず、実施例1と同様の方法で、異なる発達段階の栄養器官又は生殖器官(葉、茎、根、花の器官、肥大期果実、緑熟期果実、ブレーカー期果実及び赤熟期果実)のサンプルからmRNAを抽出した。サンプルとしては、具体的には、7日目の子葉、茎、及び根;30日目の植物体の葉、茎及び根;1mmの花芽;2mmの花芽;2mmのつぼみの雄蕊;3~4mmのつぼみの雄蕊;5~6mmのつぼみの雄蕊;開花1日前のつぼみの雄蕊;開花日の花の雄蕊;開花1日後の花の雄蕊;開花2日後の花の雄蕊;5~6mmのつぼみの花弁;開花1日前のつぼみの花弁;開花日の花弁;開花1日後の花弁;開花2日後の花弁;3~4mmのつぼみの萼片;5~6mmのつぼみの萼片;開花1日前のつぼみの萼片;開花日の花の萼片;開花1日後の花の萼片;開花2日後の花の萼片;開花3日後の花の萼片;開花4日後の萼片;2mmのつぼみの子房;3~4mmのつぼみの子房;5~6mmのつぼみの子房;開花1日前のつぼみの子房;開花日の花の子房;開花1日後の花の子房;開花2日後、3日後、4日後、6日後、12日後、18日後、24日後、30日後、36日後、及び42日後の果実を用いた。1mmの花芽は開花12日前、2mmの花芽(つぼみ)は開花9日前、3~4mmのつぼみは開花5日前、5~6mmのつぼみは開花3日前に相当する。開花2日後~24日後の果実が肥大期果実(開花2日後~6日後の果実は肥大期初期果実)、開花30日後の果実が緑熟期果実、開花36日後の果実がブレーカー期果実、開花42日後の果実が赤熟期果実に相当した。
[Example 2] Total RNA extraction and RT-qPCR expression analysis The candidate genes selected in Example 1 were subjected to RT-PCR expression analysis. First, in the same manner as in Example 1, of nutritional organs or reproductive organs (leaves, stems, roots, flower organs, hypertrophic fruits, green ripening fruits, breaker ripening fruits and red ripening buds) of different developmental stages. MRNA was extracted from the sample. Samples include: day 7 leaflets, stems and roots; day 30 plant leaves, stems and roots; 1 mm flower buds; 2 mm flower buds; 2 mm bud buds; 3-4 mm Bud buds; 5-6 mm bud buds; bud buds 1 day before flowering; flower buds on flowering day; flower buds 1 day after flowering; flower buds 2 days after flowering; flower petals 5-6 mm Petals of buds 1 day before flowering; Petals of flowering day 1; Petals 1 day after flowering; Petals 2 days after flowering; 3-4 mm buds of buds; 5-6 mm buds of buds; Flower pieces on the day of flowering; Flower pieces 1 day after flowering; Flower pieces 2 days after flowering; Flower pieces 3 days after flowering; Flower pieces 4 days after flowering; 2 mm bud ovary; 3-4 mm buds Ovary; 5-6 mm bud ovary; bud ovary 1 day before flowering; flower ovary on flowering day; flower ovary 1 day after flowering; 2 days, 3 days, 4 days, 6 days after flowering , 12 days, 18 days, 24 days, 30 days, 36 days, and 42 days later were used. 1 mm flower buds are 12 days before flowering, 2 mm flower buds (buds) are 9 days before flowering, 3-4 mm buds are 5 days before flowering, and 5-6 mm buds are 3 days before flowering. Fruits 2 to 24 days after flowering are bloated fruits (fruits 2 to 6 days after flowering are early fruits of bloating), fruits 30 days after flowering are green ripening fruits, fruits 36 days after flowering are breaker fruits, and flowering. The fruits after 42 days corresponded to the red ripe fruits.

抽出したRNA溶液をDNase処理した後、常法によりcDNAを合成した。具体的には、2μgのDNase処理済みトータルRNAからSuperScript(R) VILOTM MasterMix(Life Technologies, USA)を用いて、逆転写反応によりファーストストランドcDNAを作製した。 After DNase treatment of the extracted RNA solution, cDNA was synthesized by a conventional method. Specifically, fast-strand cDNA was prepared by reverse transcription reaction using SuperScript (R) VILO TM MasterMix (Life Technologies, USA) from 2 μg of DNase-treated total RNA.

続いて、作製したファーストストランドcDNAを鋳型として、各遺伝子を増幅する定量PCRを行った。各遺伝子の増幅に使用したプライマーセット及び推定増幅サイズを表1に示す。 Subsequently, quantitative PCR was performed to amplify each gene using the prepared fast-strand cDNA as a template. Table 1 shows the primer set and estimated amplification size used for amplification of each gene.

Figure 0006990904000001
Figure 0006990904000001

対照(リファレンス遺伝子)として、SAND遺伝子を増幅する定量PCRも行った。PCR反応は総量25μlで行った。PCR反応液組成は、プライマーセットの各プライマー(10μM) 1μl、cDNA 3 μl、SYBR Premix Ex Taq(TAKARA) 12.5μl、及び滅菌水 7.5μlとした。PCR反応は、94℃で30秒の熱変性の後、94℃で5秒の変性、60℃で30秒のアニーリング及び伸長を1サイクルとして40サイクル行う熱サイクル条件で実施した。遺伝子Solyc03g007780及びSolyc02g067760のそれぞれの発現量(mRNA相対量)を図1に示した。 As a control (reference gene), quantitative PCR was also performed to amplify the SAND gene. The PCR reaction was performed with a total volume of 25 μl. The composition of the PCR reaction solution was 1 μl of each primer (10 μM), 3 μl of cDNA, 12.5 μl of SYBR Premix Ex Taq (TAKARA), and 7.5 μl of sterile water. The PCR reaction was carried out under thermal cycle conditions in which 40 cycles of heat denaturation at 94 ° C. for 30 seconds, denaturation at 94 ° C. for 5 seconds, annealing and elongation at 60 ° C. for 30 seconds were performed as one cycle. The expression levels (relative amount of mRNA) of the genes Solyc03g007780 and Solyc02g067760 are shown in FIG.

図1から分かるように、2つの遺伝子Solyc03g007780及びSolyc02g067760の発現パターンには多少の違いがみられるが、いずれも雌蕊(子房など)で発現が認められた。Solyc03g007780遺伝子は、開花前後の子房及び果実で特に強く発現していた。一方、Solyc02g067760遺伝子は、開花前後の雌蕊組織に加えてその近傍器官(雄蕊、花弁、萼)で強く発現していた。概ね開花3日前から開花6日後までの間でRNAレベルでの発現が観察されたが、この時期は花芽成熟期~果実肥大期初期に該当する。いずれの遺伝子についても、生殖器官以外の器官ではRNAレベルの発現は認められなかった。すなわち遺伝子Solyc03g007780及びSolyc02g067760は、雌蕊及びその近傍器官(生殖器官)において組織及び時期特異的に発現することが示された。 As can be seen from FIG. 1, although there are some differences in the expression patterns of the two genes Solyc03g007780 and Solyc02g067760, expression was observed in the pistil (ovary, etc.). The Solyc03g007780 gene was particularly strongly expressed in the ovary and fruit before and after flowering. On the other hand, the Solyc02g067760 gene was strongly expressed in the pistil tissue before and after flowering as well as in the nearby organs (stamens, petals, calyxes). Expression at the RNA level was observed from about 3 days before flowering to 6 days after flowering, which corresponds to the flower bud maturation stage to the early fruit hypertrophy stage. No RNA-level expression was observed in any of the genes in organs other than the reproductive organs. That is, it was shown that the genes Solyc03g007780 and Solyc02g067760 are expressed tissue- and time-specifically in the pistil and its neighboring organs (reproductive organs).

選抜された2つの遺伝子Solyc03g007780及びSolyc02g067760を、以下の実施例において、プロモーターを取得するための候補遺伝子として用いた。 Two selected genes, Solyc03g007780 and Solyc02g067760, were used as candidate genes for obtaining a promoter in the following examples.

[実施例3]BLAST解析
選抜された候補遺伝子の機能を調べる目的で、NCBI(National Center for Biotechnology Information, U.S.A.)のBLASTNプログラムを用いて配列解析を行った。
[Example 3] BLAST analysis For the purpose of investigating the function of the selected candidate gene, sequence analysis was performed using the BLASTN program of NCBI (National Center for Biotechnology Information, USA).

このBLAST解析の結果、Solyc03g007780では、シロイヌナズナ(Arabidopsis thaliana)やイネ(Oryza sativa)において相同な配列を有する遺伝子が発見されなかった一方で、タバコ類(Nicotiana attenuate; GenBankアクセッション番号OIT38151, Nicotiana tabacum; GenBankアクセッション番号AAB18190)で高い相同性を示し保存されたシステイン残基を有するタンパク質をコードする遺伝子が発見された。またSolyc03g007780によりコードされるタンパク質のアミノ酸配列の解析からシステインリッチペプチド様の遺伝子であることが示された。 As a result of this BLAST analysis, in Solyc03g007780, no gene having a homologous sequence was found in white inuna (Arabidopsis thaliana) and rice (Oryza sativa), while tobacco (Nicotiana emitter; GenBank accession number OIT38151, Nicotiana tabacum; A gene encoding a protein with highly homologous and conserved cysteine residues was discovered in GenBank accession number AAB18190). In addition, analysis of the amino acid sequence of the protein encoded by Solyc 03g007780 showed that it was a cysteine-rich peptide-like gene.

Solyc02g067760は、GenBankアクセッション番号XM_004233282で示されるトマト遺伝子(Solanum lycopersicum myb-related protein 305-like)に対する相同性を示した。Solyc02g067760遺伝子はまた、GenBankアクセッション番号EU374207に示されたペチュニアの遺伝子(Petunia x hybrida EMISSION OF BENZENOID II (PhEOBII))、及びGenBankアクセッション番号XM_019369866で示されるタバコ類の遺伝子(Nicotiana attenuata myb-related protein 305-like)との相同性を有し、それらの遺伝子ホモログである可能性が示唆された。他にはトウガラシ(Capsicum annuum; GenBankアクセッション番号XM_016703603)、アサガオ(Ipomoea nil; GenBankアクセッション番号XM_019305811)、ワタ類(Gossypium hirsutum; GenBankアクセッション番号XM_016857435)、キュウリ(Cucumis sativus; GenBankアクセッション番号XM_004141047)、テンサイ(Beta vulgaris; GenBankアクセッション番号XM_010679560)、インゲンマメ(Phaseolus vulgaris; GenBankアクセッション番号XM_007150957)メロン(Cucumis melo; GenBankアクセッション番号XM_008445303)、タンジン(Salvia miltiorrhiza; GenBankアクセッション番号KF059392)、ナデシコ類(Silene littorea; GenBankアクセッション番号KT954912)、オレンジ(Citrus sinensis; GenBankアクセッション番号XM_006470245)、シロイヌナズナ(Arabidopsis thaliana; GenBankアクセッション番号NM_123399)等でもSolyc02g067760と相同性の高いタンパク質をコードする遺伝子が見つかった。 Solyc02g067760 showed homology to the tomato gene (Solanum lycopersicum myb-related protein 305-like) indicated by GenBank accession number XM_004233282. The Solyc02g067760 gene is also a petunia gene (Petunia x hybrida EMISSION OF BENZENOID II (PhEOBII)) indicated by GenBank accession number EU374207, and a tobacco gene (Nicotiana attenuata myb-related protein) indicated by GenBank accession number XM_019369866. It has homology with 305-like), suggesting that it may be a gene homologue of them. Others include capsicum annuum (GenBank accession number XM_016703603), asagao (Ipomoea nil; GenBank accession number XM_019305811), cotton (Gossypium hirsutum; GenBank accession number XM_016857435), cucumber (Cucumis sativus; GenBank accession number) ), Tensai (Beta vulgaris; GenBank accession number XM_010679560), Ingenmame (Phaseolus vulgaris; GenBank accession number XM_007150957) Melon (Cucumis melo; GenBank accession number XM_008445303), Tanjin (Salvia miltiorrhiza; A gene encoding a protein highly homologous to Solyc02g067760 was found in species (Silene littorea; GenBank accession number KT954912), orange (Citrus sinensis; GenBank accession number XM_006470245), and white inunazuna (Arabidopsis thaliana; GenBank accession number NM_123399). rice field.

[実施例4]プロモーターの単離
プロモーター解析を行うため、2つの遺伝子Solyc03g007780及びSolyc02g067760のそれぞれから、以下のようにしてプロモーター領域の単離を試みた。
[Example 4] Isolation of promoter In order to perform promoter analysis, we attempted to isolate the promoter region from each of the two genes Solyc03g007780 and Solyc02g067760 as follows.

(1)ゲノムDNAの抽出
ゲノムDNA(gDNA)は、トマト(品種マイクロトム)の葉から抽出した。具体的には、まず約100mgの葉を液体窒素下で冷やしたエッペンドルフチューブ内で破砕し、粉状にした。この粉末サンプルから、Maxwell(R) 16 System DNA Purification Kit(Promega, USA)及びMaxwell(R) 16 Instrument(Promega, USA)を使用してgDNAを抽出した。得られたDNA抽出物について、ナノドロップ2000c(Thermo Fisher, USA)を使用し、OD260値を測定し、ゲノムDNA量を算出した。
(1) Extraction of genomic DNA Genomic DNA (gDNA) was extracted from the leaves of tomato (variety Microtom). Specifically, about 100 mg of leaves were first crushed into powder in an Eppendorf tube cooled under liquid nitrogen. From this powder sample, gDNA was extracted using the Maxwell (R) 16 System DNA Purification Kit (Promega, USA) and the Maxwell (R) 16 Instrument (Promega, USA). For the obtained DNA extract, the OD260 value was measured using Nanodrop 2000c (Thermo Fisher, USA), and the amount of genomic DNA was calculated.

(2)プロモーターの単離及び塩基配列決定
プロモーター領域をクローニングするため、上記(1)で調製した栽培品種マイクロトムのゲノムDNAを鋳型として、各遺伝子の上流配列をターゲットとしたプライマーセット及びフェデリティーの高いKOD Plus Neo(TOYOBO, Japan)を使用したPCRにより、翻訳開始点から約2 kb上流域を増幅した。この増幅に使用したプライマーは、Solyc03g007780については、5'側に制限酵素BlnI(AvrII)の認識配列5'-CCTAGG-3'を付加したプライマーpro007780-F-1(5'-CCTAGGACGGAGTGTGCCACATAAGAC-3';配列番号9)及び3'側に制限酵素XhoIの認識配列5'-CTCGAG-3'と制限酵素SalIの認識配列5'-GTCGAC-3'を付加したプライマーpro007780-R-1(5'-GTCGACCTCGAGAGCTTTTTTTTTTTCCCTTCTCAC-3';配列番号10)である。またSolyc02g067760について増幅に使用したプライマーは、5'側に制限酵素SalIの認識配列5'-GTCGAC-3'と制限酵素BlnI(AvrII)の認識配列5'-CCTAGG-3'を付加したプライマーpro067760-F-1(5'-GTCGACCCTAGGGTTCCTAGCTTTGACACACAAGAG-3';配列番号11)及び3’側に制限酵素XhoIの認識配列5'-CTCGAG-3'と制限酵素BamHIの認識配列5'-GGATCC-3'を付加したプライマーpro067760-R-1(5'-GGATCCCTCGAGGTAGAGAGAGGAAGATGAGAGA-3';配列番号12)である。PCR反応は総量50 μlで行った。その反応液組成は、プライマーセットの各プライマー(10 μM)1 μl、ゲノムDNA 1 μl(30 ng)、10x PCRバッファー 5 μl、dNTPs 5 μl、MgCl2 3 μl、KOD-Plus-ポリメラーゼ酵素1 μl、及び滅菌水33 μlとした。PCR反応は、98℃で5分の熱変性の後、98℃で30秒の変性、60℃で30秒のアニーリング、68℃で1分の伸長を1サイクルとして28サイクル、最後に68℃で3分の伸長を行う熱サイクル条件で実施した。
(2) Isolation of promoter and determination of nucleotide sequence In order to clone the promoter region, a primer set and federity targeting the upstream sequence of each gene using the genomic DNA of the cultivated cultivar Microtom prepared in (1) above as a template. Approximately 2 kb upstream from the start of translation was amplified by PCR using the high KOD Plus Neo (TOYOBO, Japan). For Solyc03g007780, the primer used for this amplification was the primer pro007780-F-1 (5'-CCTAGGACGGAGTGTGCCACATAAGAC-3') to which the recognition sequence 5'-CCTAGG-3' of the restriction enzyme BlnI (AvrII) was added. Primer pro007780-R-1 (5'-GTCGACCTCGAGAGCTTTTTTTTTTTCCCTTCTCAC) with the restriction enzyme XhoI recognition sequence 5'-CTCGAG-3'and the restriction enzyme SalI recognition sequence 5'-GTCGAC-3' added to SEQ ID NO: 9) and 3'side. -3'; SEQ ID NO: 10). The primer used for amplification of Solyc02g067760 was the primer pro067760- with the restriction enzyme SalI recognition sequence 5'-GTCGAC-3'and the restriction enzyme BlnI (AvrII) recognition sequence 5'-CCTAGG-3' added to the 5'side. F-1 (5'-GTCGACCCTAGGGTTCCTAGCTTTGACACACAAGAG-3'; SEQ ID NO: 11) and restriction enzyme XhoI recognition sequence 5'-CTCGAG-3'and restriction enzyme BamHI recognition sequence 5'-GGATCC-3' were added to the 3'side. Primer pro067760-R-1 (5'-GGATCCCTCGAGGTAGAGAGGAAGATGAGAGA-3'; SEQ ID NO: 12). The PCR reaction was performed with a total volume of 50 μl. The composition of the reaction solution was 1 μl of each primer (10 μM) of the primer set, 1 μl (30 ng) of genomic DNA, 5 μl of 10x PCR buffer, 5 μl of dNTPs, 2 3 μl of MgCl, and 1 μl of KOD-Plus-polymerase enzyme. , And 33 μl of sterile water. The PCR reaction consists of 28 cycles of heat denaturation at 98 ° C for 5 minutes, denaturation at 98 ° C for 30 seconds, annealing at 60 ° C for 30 seconds, extension at 68 ° C for 1 minute, and finally at 68 ° C. It was carried out under the thermal cycle condition of stretching for 3 minutes.

反応後のPCR産物をSYBR Safe DNA Gel Stain(Invitrogen, USA)を添加したアガロースゲル電気泳動により分画し、目的サイズのDNA断片をアガロースゲルから切り出し、Wizard(R) SV Gel and PCR Clean-Up System(Promega, USA)を使用し精製した。精製したDNAに10x PCRバッファー、0.2mM dATP、及びrTaqを加えて72℃で10分反応させることでDNA断片の両端にデオキシリボアデノシン(dA)を付加した。dAを付加したDNA断片を、TAクローニングによりpCR2.1ベクター(Invitrogen, USA)へサブクローニングした。なおpCR2.1ベクターはアンピシリン耐性遺伝子及びカナマイシン耐性遺伝子を選択マーカーとして含んでいる。得られたプラスミドベクター内にクローン化されたDNA断片の塩基配列を常法により決定した。作製したプラスミドベクターをそれぞれpCR2.1-pro007780ベクター及びpCR2.1-pro067760ベクターと名付けた。配列が確認されたpCR2.1-pro007780ベクターから、制限酵素HindIII及びSalIを用いてプロモーターを切り出し、同じ酵素で直鎖化したpBI101 GUSベクターにT4 DNAリガーゼ(Invitrogen, USA)を用いて導入した。またpCR2.1-pro067760ベクターから制限酵素SalI及びBamHIを用いてプロモーターを切り出し、同じ酵素で直鎖化したpBI101 GUSベクターにT4 DNAリガーゼを用いて導入した。作製したプラスミドベクターをそれぞれpBI101-pro007780ベクター及びpBI101-pro067760ベクターと名付けた。 The PCR product after the reaction was fractionated by agarose gel electrophoresis supplemented with SYBR Safe DNA Gel Stain (Invitrogen, USA), and DNA fragments of the desired size were excised from the agarose gel and Wizard (R) SV Gel and PCR Clean-Up. Purified using System (Promega, USA). Deoxyriboadenosine (dA) was added to both ends of the DNA fragment by adding 10x PCR buffer, 0.2 mM dATP, and rTaq to the purified DNA and reacting at 72 ° C. for 10 minutes. The dA-added DNA fragment was subcloned into the pCR2.1 vector (Invitrogen, USA) by TA cloning. The pCR2.1 vector contains an ampicillin resistance gene and a kanamycin resistance gene as selectable markers. The base sequence of the DNA fragment cloned in the obtained plasmid vector was determined by a conventional method. The prepared plasmid vectors were named pCR2.1-pro007780 vector and pCR2.1-pro067760 vector, respectively. Promoters were excised from the pCR2.1-pro007780 vector whose sequence was confirmed using the restriction enzymes HindIII and SalI, and introduced into the pBI101 GUS vector linearized with the same enzyme using T4 DNA ligase (Invitrogen, USA). In addition, promoters were excised from the pCR2.1-pro067760 vector using the restriction enzymes SalI and BamHI, and introduced into the pBI101 GUS vector linearized with the same enzyme using T4 DNA ligase. The prepared plasmid vectors were named pBI101-pro007780 vector and pBI101-pro067760 vector, respectively.

これらのベクター中にクローン化したSolyc03g007780及びSolyc02g067760に由来するプロモーター領域の塩基配列を、配列番号1(Solyc03g007780のプロモーター配列)及び配列番号2(Solyc02g067760のプロモーター配列)に示す。 The nucleotide sequences of the promoter regions derived from Solyc03g007780 and Solyc02g067760 cloned in these vectors are shown in SEQ ID NO: 1 (promoter sequence of Solyc03g007780) and SEQ ID NO: 2 (promoter sequence of Solyc02g067760).

pBI101-pro007780ベクター及びpBI101-pro067760ベクター、並びに後述の実施例5で対照として使用したCaMV由来35Sプロモーターの制御下にGUS遺伝子を含む発現ベクターpBI121中の、T-DNAの構造を図2に模式的に示す。 The structure of T-DNA in the pBI101-pro007780 vector, the pBI101-pro067760 vector, and the expression vector pBI121 containing the GUS gene under the control of the CaMV-derived 35S promoter used as a control in Example 5 described later is schematically shown in FIG. Shown in.

[実施例5]プロモーター領域の活性評価
実施例2で雌蕊を含む生殖器官特異的に発現が確認された遺伝子Solyc03g007780及びSolyc02g067760の各プロモーターについて、GUS遺伝子発現活性を利用して活性評価を行った。まず、実施例4で作製した、pBI101ベクターのGUS遺伝子上流に各プロモーターが挿入されたpBI101-pro007780ベクター及びpBI101-pro067760ベクターを、エレクトロポレーションによりアグロバクテリウム・ツメファシエンス(Agrobacterium tumefaciens)GV2260株に導入した。次いで、組換えアグロバクテリウムを、抗生物質カナマイシンを50 mg/Lで添加したLB寒天培地上で選抜した。
[Example 5] Evaluation of activity of promoter region The activity of each promoter of Solyc03g007780 and Solyc02g067760, whose expression was confirmed specifically for reproductive organs including pistil in Example 2, was evaluated using the GUS gene expression activity. First, the pBI101-pro007780 vector and the pBI101-pro067760 vector in which each promoter was inserted upstream of the GUS gene of the pBI101 vector prepared in Example 4 were introduced into the Agrobacterium tumefaciens GV2260 strain by electroporation. did. Recombinant Agrobacterium was then selected on LB agar medium supplemented with the antibiotic kanamycin at 50 mg / L.

得られた組換えアグロバクテリウムを用いて、Sunら(Plant Physiol., 114:1547-1556, 2006)の方法により、マイクロトムの形質転換体を作製した。また対照として、35Sプロモーターの制御下にGUS遺伝子を含む発現ベクターpBI121を導入した組換えアグロバクテリウムを用いて、同様にマイクロトムの形質転換体を作製した。より具体的に説明すると、まず、組換えアグロバクテリウムを、抗生物質カナマイシンを50 mg/Lで添加したLB培地中で一晩振とう培養した。この培養液を3000 rpmで10分間、室温で遠心し、上清を除去した。集菌したペレットを洗浄した後、アセトシリンゴン200 μMとメルカプトエタノール10 μMを添加したMS液体焙地にOD600値が0.1になる濃度で懸濁した。このアグロバクテリウム菌液に、無菌播種後7日目の無菌マイクロトム子葉の切片を浸漬させた。これによりアグロバクテリウムを感染させたトマト子葉切片を、1.5 mg/Lゼアチンを添加したMS培地で3日間共存培養した。その後、培養切片を、1 mg/Lゼアチン、100 mg/Lカナマイシンを添加した選抜MS培地に移し、2週間毎に培地を交換しながら培養し、続いて、伸びたシュートを50 mg/Lカナマイシンを添加した発根MS培地に移し、根を形成させた。 Using the obtained recombinant Agrobacterium, a transformant of Microtom was prepared by the method of Sun et al. (Plant Physiol., 114: 1547-1556, 2006). As a control, a recombinant Agrobacterium into which an expression vector pBI121 containing the GUS gene was introduced under the control of the 35S promoter was used to prepare a transformant of Microtom in the same manner. More specifically, first, recombinant Agrobacterium was cultured with shaking overnight in LB medium supplemented with the antibiotic kanamycin at 50 mg / L. The culture was centrifuged at 3000 rpm for 10 minutes at room temperature to remove the supernatant. After washing the collected pellets, they were suspended in MS liquid roasted land supplemented with 200 μM of acetosyringone and 10 μM of mercaptoethanol at a concentration of 0.1 OD600 value. A section of sterile microtom cotyledons 7 days after sterile seeding was immersed in this Agrobacterium solution. As a result, Agrobacterium-infected tomato cotyledon sections were co-cultured for 3 days in MS medium supplemented with 1.5 mg / L zeatin. Then, the culture section was transferred to a selective MS medium supplemented with 1 mg / L zeatin and 100 mg / L kanamycin, cultured while changing the medium every two weeks, and then the elongated shoots were 50 mg / L kanamycin. Was transferred to the rooted MS medium to which the above was added, and roots were formed.

発根MS培地で根を形成した再分化個体の葉から、実施例4に記載した方法に従ってゲノムDNAを抽出した。このゲノムDNAを鋳型にして、PCRによりGUS遺伝子を増幅した。使用したプライマーは、GUS-F(5'-CCGGGTGAAGGTTATCTCTATG-3';配列番号13)及びGUS-R(5'-CATGACGACCAAAGCCAGTA-3';配列番号14)である。PCR反応は総量50 μlで行った。その反応液組成は、各プライマー(10μM)1μl、ゲノムDNA 1 μl、10x PCRバッファー5 μl、2.5mM dNTPs 4.0 μl、ポリメラーゼ酵素Ex-Taq(5U/μl)0.4 μl、及び滅菌水38.6μlとした(10x PCRバッファー、dNTPs、ポリメラーゼ酵素はTAKARA Taq Hot Start Versionのものを使用)。PCR反応は、95℃で3分の熱変性の後、94℃で30秒の変性、60℃で30秒のアニーリング、72℃で1分の伸長を1サイクルとして35サイクル、最後に72℃で5分の伸長行う熱サイクル条件で実施した。得られたPCR産物10 μlをアガロースゲルで電気泳動し、増幅産物を確認し、GUS遺伝子の増幅が確認された再分化個体を形質転換体として選抜した。 Genomic DNA was extracted from the leaves of the redifferentiated individuals rooted in the rooted MS medium according to the method described in Example 4. Using this genomic DNA as a template, the GUS gene was amplified by PCR. The primers used were GUS-F (5'-CCGGGTGAAGGTTATCTCTATG-3'; SEQ ID NO: 13) and GUS-R (5'-CATGACGACCAAAGCCAGTA-3'; SEQ ID NO: 14). The PCR reaction was performed with a total volume of 50 μl. The composition of the reaction solution was 1 μl of each primer (10 μM), 1 μl of genomic DNA, 5 μl of 10x PCR buffer, 4.0 μl of 2.5 mM dNTPs, 0.4 μl of polymerase enzyme Ex-Taq (5U / μl), and 38.6 μl of sterile water. (10x PCR buffer, dNTPs, polymerase enzyme used from TAKARA Taq Hot Start Version). The PCR reaction consists of 35 cycles of heat denaturation at 95 ° C for 3 minutes, denaturation at 94 ° C for 30 seconds, annealing at 60 ° C for 30 seconds, extension at 72 ° C for 1 minute, and finally at 72 ° C. It was carried out under the thermal cycle condition of 5 minutes extension. 10 μl of the obtained PCR product was electrophoresed on an agarose gel, the amplified product was confirmed, and the redifferentiated individual in which the amplification of the GUS gene was confirmed was selected as a transformant.

さらに、後述の実施例で生育調査に用いるために、NPTIIプロープを用いたサザンブロッティング解析により、組換え構築物が1コピー導入された系統を選択した。NPTIIプローブはDIG DNA Labeling Kit(Roche、Switzerland)とNTPII増幅用プライマーセット(配列番号20及び配列番号21のプライマー)を用いて合成した。 Furthermore, a line into which one copy of the recombinant construct was introduced was selected by Southern blotting analysis using an NPTII probe for use in the growth survey in the examples described later. The NPTII probe was synthesized using the DIG DNA Labeling Kit (Roche, Switzerland) and the NTPII amplification primer set (primers of SEQ ID NO: 20 and SEQ ID NO: 21).

このようにして作製した形質転換体当代については、さらにGUS染色によるプロモーターの組織別発現誘導活性の解析を行った。このGUS染色に基づく発現解析は、X-Gluc(5-ブロモ-4-クロロ-3-インドリル-β-D-グルクロン酸)を基質として用いるJeffersonらの方法(EMBO J., 6:3901-3907, 1987)に若干の変更を加えて行った。具体的には、染色のバックグラウンドを減らすために、反応液の50 mM リン酸バッファー(pH 7.0)を100 mM リン酸バッファー(pH 8.0)に変更した反応液(1 mM X-Gluc、0.5 mM フェリシアン化カリウム、0.5 mM フェロシアン化カリウム、100 mM リン酸バッファー(pH8.0))を使用した。赤熟期果実では上記反応液を用いてもバックグラウンドのシグナルが検出されたことから、さらにバックグラウンドを減らすべく、赤熟期果実についてはKosugiらの方法(Plant Sci., 70:133-140, 1990)に従って終濃度で20%のメタノールを加えた上記反応液を用いた染色も行った。染色は、上記反応液に形質転換トマトから採取した各組織を浸し、15分間減圧して染色液を組織に浸透させ、37℃で、一晩(16時間)、又は6時間(20%メタノールを加えた反応液のみ)インキュベートすることにより行った。インキュベート後、70%エタノールでサンプルを洗浄することにより反応を停止させた。 For the transformant generation thus prepared, the tissue-specific expression-inducing activity of the promoter by GUS staining was further analyzed. The expression analysis based on this GUS staining was performed by Jefferson et al. (EMBO J., 6: 3901-3907) using X-Gluc (5-bromo-4-chloro-3-indrill-β-D-glucuronic acid) as a substrate. , 1987) with some changes. Specifically, in order to reduce the background of staining, the reaction solution (1 mM X-Gluc, 0.5 mM) in which the 50 mM phosphate buffer (pH 7.0) of the reaction solution was changed to 100 mM phosphate buffer (pH 8.0) was used. Potassium ferricyanide, 0.5 mM potassium ferricyanide, 100 mM phosphate buffer (pH 8.0)) was used. Since the background signal was detected in the red-ripe fruits even when the above reaction solution was used, the method of Kosugi et al. (Plant Sci., 70: 133-140) was used for the red-ripe fruits in order to further reduce the background. , 1990), and staining with the above reaction solution to which 20% methanol was added at the final concentration was also performed. Staining is performed by immersing each tissue collected from the transformed tomato in the above reaction solution, reducing the pressure for 15 minutes to allow the stain solution to permeate the tissue, and at 37 ° C. overnight (16 hours) or 6 hours (20% methanol). Only the added reaction solution) was performed by incubation. After incubation, the reaction was stopped by washing the sample with 70% ethanol.

その結果の例を図3及び図4に示す。Solyc03g007780及びSolyc02g067760由来のプロモーターは形質転換植物において活性を示した。Solyc03g007780及びSolyc02g067760由来プロモーターを用いた形質転換体の栄養器官(葉、根)では、GUS染色が全く観察されず、3-4mmのつぼみについてもGUS染色は肉眼では観察されなかった(図3)。Solyc03g007780由来プロモーターを用いた場合、生殖器官特異的にGUS染色が観察され、特に花の雌蕊で強いGUS染色が観察された(図3)。図4には、Solyc03g007780由来プロモーターを用いた発現誘導の結果として、開花日の雄蕊(花粉)、並びに開花日から開花4日後までの子房内の胚珠や胚珠付近の胎座及び子房壁でGUS染色が示されている。一方、Solyc02g067760由来プロモーターを用いた場合、生殖器官特異的にGUS染色が観察され、特に雌蕊(子房)及びその近傍器官(雄蕊、花弁、及び萼)で強いGUS染色が観察された(図3、4)。図4には、Solyc02g067760由来プロモーターを用いた発現誘導の結果として、開花日の花粉を含む雄蕊全体及び開花日~開花4日後の子房全体でGUS染色が示されている。対照的に、35Sプロモーターを用いた場合には、試験した全ての組織でGUS染色が観察された。野生型(WT)ではGUS染色は観察されなかった。この結果は、実施例2のRT-qPCR発現解析の結果を裏付けるものであった。 Examples of the results are shown in FIGS. 3 and 4. Promoters derived from Solyc03g007780 and Solyc02g067760 showed activity in transformed plants. No GUS staining was observed in the vegetative organs (leaves, roots) of the transformants using the Solyc03g007780 and Solyc02g067760-derived promoters, and no GUS staining was observed in the 3-4 mm buds (Fig. 3). When the promoter derived from Solyc03g007780 was used, GUS staining was observed specifically in the reproductive organs, and strong GUS staining was observed especially in the pistil of the flower (Fig. 3). In FIG. 4, as a result of expression induction using the promoter derived from Solyc03g007780, the stamens (pollen) on the flowering day, and the ovule in the ovule from the flowering date to 4 days after the flowering, and the placenta and the ovule wall near the ovule. GUS staining is shown. On the other hand, when the Solyc02g067760-derived promoter was used, GUS staining was observed specifically in the reproductive organs, and strong GUS staining was observed especially in the pistil (ovary) and its neighboring organs (stamens, petals, and calyxes) (Fig. 3). 4). FIG. 4 shows GUS staining of the entire stamen containing pollen on the flowering day and the entire ovary from the flowering day to 4 days after flowering as a result of expression induction using the Solyc02g067760-derived promoter. In contrast, when the 35S promoter was used, GUS staining was observed in all tissues tested. No GUS staining was observed in wild type (WT). This result supports the result of RT-qPCR expression analysis of Example 2.

したがって、2つの遺伝子Solyc03g007780及びSolyc02g067760由来のプロモーターは、雌蕊を含む生殖器官特異的に遺伝子発現を誘導し、強いプロモーター活性を有していることが示された。 Therefore, it was shown that the promoters derived from the two genes Solyc03g007780 and Solyc02g067760 induce gene expression specifically in the reproductive organs including the pistil and have strong promoter activity.

従来の植物プロモーターE8は果実の発達後期(追熟期)でのみ機能することが知られている。しかし、以上の結果から、E8プロモーターとは異なり、Solyc03g007780及びSolyc02g067760由来のプロモーターは、雌蕊、特に子房又は果実や、雄蕊などの植物生殖器官において着果時期を含む花芽成熟期~果実肥大期初期に機能できることが明らかとなった。 The conventional plant promoter E8 is known to function only in the late stage of fruit development (ripening stage). However, from the above results, unlike the E8 promoter, the promoters derived from Solyc03g007780 and Solyc02g067760 are from the flower bud maturation stage to the early stage of fruit hypertrophy, including the fruit set time in the pistil, especially the ovary or fruit, and the plant reproductive organs such as stamen. It became clear that it can function.

[実施例6]単離プロモーターを利用したトマト形質転換植物の作製
オーキシンシグナル伝達関連遺伝子であるIAA9(Indole acetic acid 9)は、単為結果性遺伝子であり、そのダウンレギュレーションが単為結果をもたらすことが知られている。本実施例では、実施例4で単離されたSolyc03g007780及びSolyc02g067760由来の各プロモーターの制御下で、IAA9遺伝子の発現を抑制することができるRNAi構築物を発現させ、その効果を調べた。
[Example 6] Preparation of tomato transformed plant using isolated promoter IAA9 (Indole acetic acid 9), which is a gene related to auxin signaling, is a parthenocarpy gene, and its downregulation brings parthenocarpy results. It is known. In this example, RNAi constructs capable of suppressing the expression of the IAA9 gene were expressed under the control of each promoter derived from Solyc03g007780 and Solyc02g067760 isolated in Example 4, and their effects were investigated.

まず、RNAi用のGateway(R)バイナリーベクターであるpBI-sense, antisense-GW(INPLANTA INOVATIONS, Japan)に、Solyc03g007780及びSolyc02g067760由来のプロモーター領域を含むDNA断片を以下のようにして導入した。実施例4で作製したpBI101-pro007780ベクター及びpBI101-pro067760ベクターから、Solyc03g007780及びSolyc02g067760由来のプロモーター領域を、BlnI及びXhoIを用いた制限酵素処理により切り出し、切り出したDNA断片を、35Sプロモーターを除去したpBI-sense, antisenseベクターのGATEWAYカセット上流にライゲーション反応により組み込んだ。 First, a DNA fragment containing promoter regions derived from Solyc03g007780 and Solyc02g067760 was introduced into pBI-sense, antisense-GW (INPLANTA INOVATIONS, Japan), which is a Gateway (R) binary vector for RNAi, as follows. From the pBI101-pro007780 vector and pBI101-pro067760 vector prepared in Example 4, promoter regions derived from Solyc03g007780 and Solyc02g067760 were excised by restriction enzyme treatment using BlnI and XhoI, and the excised DNA fragments were excised from pBI from which the 35S promoter was removed. -Incorporated into the upstream of the GATEWAY cassette of the sense and antisense vectors by ligation reaction.

続いて、IAA9をターゲットとするDNA断片を、以下の方法によりGateway(R)用エントリーベクターpCR8/GW/TOPOベクターへ導入した。初めにトマト(Solanum lycopersicum)IAA9(SlIAA9)の715bpのDNA断片(配列番号22)をPCR反応により増幅した。PCR増幅にはプライマーSlIAA9-F-1(5'-TGGCCACCCATTCGATCTTTTAG-3'; 配列番号15)及びSlIAA9-R-1(5'-ACAAACTCCAATATCAAACGG-3'; 配列番号16)を用いた。反応は総量50 μlで行い、その反応液組成は、プライマーセットの各プライマー(10 μM)1 μl、トマト子房由来のcDNA 2 μl、10x PCRバッファー 5 μl、dNTPs 5 μl、MgCl2 3 μl、KOD-Plus-Neoポリメラーゼ酵素1 μl、及び滅菌水32 μlとした。PCR反応は、98℃で5分の熱変性の後、98℃で30秒の変性、60℃で30秒のアニーリング、68℃で1分の伸長を1サイクルとして28サイクル、最後に68℃で3分の伸長行う熱サイクル条件で実施した。反応後のPCR産物をSYBR Safe DNA Gel Stain(Invitrogen, USA)を添加したアガロースゲル電気泳動により分離し、目的サイズのDNA断片をアガロースゲルから切り出し、Wizard(R) SV Gel and PCR Clean-Up System(Promega, USA)を使用し精製した。精製したDNAサンプルに10x PCRバッファー、0.2mM dATP、及びrTaqを加えて72℃で10分反応させることでDNA断片の両端にdAを付加した。dAを付加したDNA断片を、pCR(R)8/GW/TOPO(R) Vector Kit(Invitrogen, USA)を用い、TAクローニングによりpCR8/GW/TOPOベクターへ導入した。 Subsequently, a DNA fragment targeting IAA9 was introduced into the entry vector pCR8 / GW / TOPO vector for Gateway (R) by the following method. First, a 715 bp DNA fragment (SEQ ID NO: 22) of tomato (Solanum lycopersicum) IAA9 (SlIAA9) was amplified by PCR reaction. Primers SlIAA9-F-1 (5'-TGGCCACCCATTCGATCTTTTAG-3'; SEQ ID NO: 15) and SlIAA9-R-1 (5'-ACAAACTCCAATATCAAACGG-3'; SEQ ID NO: 16) were used for PCR amplification. The reaction was carried out with a total volume of 50 μl, and the composition of the reaction solution was 1 μl of each primer (10 μM) of the primer set, 2 μl of cDNA derived from tomato ovary, 5 μl of 10x PCR buffer, 5 μl of dNTPs, 2 3 μl of MgCl, 1 μl of KOD-Plus-Neo polymerase enzyme and 32 μl of sterile water were used. The PCR reaction consists of 28 cycles of heat denaturation at 98 ° C for 5 minutes, denaturation at 98 ° C for 30 seconds, annealing at 60 ° C for 30 seconds, extension at 68 ° C for 1 minute, and finally at 68 ° C. It was carried out under the thermal cycle condition of extending for 3 minutes. The PCR product after the reaction was separated by agarose gel electrophoresis supplemented with SYBR Safe DNA Gel Stain (Invitrogen, USA), and DNA fragments of the desired size were excised from the agarose gel and Wizard (R) SV Gel and PCR Clean-Up System. Purified using (Promega, USA). 10x PCR buffer, 0.2 mM dATP, and rTaq were added to the purified DNA sample and reacted at 72 ° C. for 10 minutes to add dA to both ends of the DNA fragment. The dA-added DNA fragment was introduced into the pCR8 / GW / TOPO vector by TA cloning using the pCR (R) 8 / GW / TOPO (R) Vector Kit (Invitrogen, USA).

次に、pCR8/GW/TOPOベクター中にクローニングした、SlIAA9をターゲットとするDNA断片を、上記で作製したSolyc03g007780及びSolyc02g067760の各プロモーターを導入したpBI-sense, antisenseベクターへ、LRクロナーゼTM(Invitrogen, USA)を用いたLR反応により導入した。得られたベクターを組織及び時期特異的SlIAA9発現抑制用ベクターとして後述のとおり使用した。図5にこのベクター中のT-DNAの構造を模式的に示す。 Next, the DNA fragment targeting SlIAA9 cloned into the pCR8 / GW / TOPO vector was transferred to the pBI-sense, antisense vector into which the Solyc03g007780 and Solyc02g067760 promoters prepared above were introduced, and LR chronaseTM (Invitrogen, Invitrogen, It was introduced by an LR reaction using USA). The obtained vector was used as a tissue- and time-specific SlIAA9 expression-suppressing vector as described below. FIG. 5 schematically shows the structure of T-DNA in this vector.

作製したSlIAA9発現抑制用ベクターをエレクトロポレーションによりアグロバクテリウム・ツメファシエンスGV2260株に導入し、組換えアグロバクテリウムを、抗生物質カナマイシンを50 mg/Lで添加したLB寒天培地上で選抜した。 The prepared SlIAA9 expression-suppressing vector was introduced into the Agrobacterium tumefaciens GV2260 strain by electroporation, and recombinant Agrobacterium was selected on LB agar medium supplemented with the antibiotic kanamycin at 50 mg / L.

得られた組換えアグロバクテリウムを用いて、Sunら(Plant Physiol., 114:1547-1556, 2006)の方法により、マイクロトムの形質転換体を作製した。具体的には、まず、組換えアグロバクテリウムを、抗生物質カナマイシンを50 mg/Lで添加したLB培地中で一晩振とう培養した。この培養液を3000 rpmで10分間、室温で遠心し、上清を除去した。集菌したペレットを洗浄した後、アセトシリンゴン200 μMとメルカプトエタノール10 μMを添加したMS液体焙地にOD600値が0.1になる濃度で懸濁した。このアグロバクテリウム菌液に、無菌播種後7日目の無菌マイクロトム子葉の切片を浸漬させた。これによりアグロバクテリウムを感染させたトマト子葉切片を、1.5 mg/Lゼアチンを添加したMS培地で3日間共存培養した。その後、培養切片を、1 mg/Lゼアチン、100 mg/Lカナマイシンを添加した選抜MS培地に移して2週間毎に培地を交換しながら培養し、続いて、伸びたシュートを50 mg/Lカナマイシンを添加した発根MS培地に移し、根を形成させた。 Using the obtained recombinant Agrobacterium, a transformant of Microtom was prepared by the method of Sun et al. (Plant Physiol., 114: 1547-1556, 2006). Specifically, first, recombinant Agrobacterium was cultured with shaking overnight in LB medium supplemented with the antibiotic kanamycin at 50 mg / L. The culture was centrifuged at 3000 rpm for 10 minutes at room temperature to remove the supernatant. After washing the collected pellets, they were suspended in MS liquid roasted land supplemented with 200 μM of acetosyringone and 10 μM of mercaptoethanol at a concentration of 0.1 OD600 value. A section of sterile microtom cotyledons 7 days after sterile seeding was immersed in this Agrobacterium solution. As a result, Agrobacterium-infected tomato cotyledon sections were co-cultured for 3 days in MS medium supplemented with 1.5 mg / L zeatin. Then, the culture section was transferred to a selective MS medium supplemented with 1 mg / L zeatin and 100 mg / L kanamycin and cultured while changing the medium every two weeks, and then the elongated shoots were cultivated with 50 mg / L kanamycin. Was transferred to the rooted MS medium to which the above was added, and roots were formed.

発根MS培地で根を形成した再分化個体の葉から、実施例4に記載した方法に従ってゲノムDNAを抽出した。このゲノムDNAを鋳型にして、PCRによりベクター導入の有無を確認した。使用したプライマーは、SlIAA9-R-1(5'-ACAAACTCCAATATCAAACGG-3'; 配列番号16)及びNOST-R-1(5'-CAAGACCGGCAACAGGATT-3'; 配列番号19)である。PCR反応は総量50 μlで行った。その反応液組成は、各プライマー(10μM)1μl、ゲノムDNA 1 μl、10x PCRバッファー5 μl、2.5mM dNTPs 4.0 μl、ポリメラーゼ酵素Ex-Taq(5U/μl)0.4 μl、及び滅菌水38.6μlとした(10x PCRバッファー、dNTPs、ポリメラーゼ酵素はTAKARA Taq Hot Start Versionのものを使用)。PCR反応は、95℃で3分の熱変性の後、94℃で30秒の変性、60℃で30秒のアニーリング、72℃で1分の伸長を1サイクルとして35サイクル、最後に72℃で5分の伸長行う熱サイクル条件で実施した。得られたPCR産物10 μlを1.0%アガロースゲルで電気泳動し、増幅産物を確認し、ベクターの増幅が確認された再分化個体を形質転換(トランスジェニック)植物として選抜した。それぞれの核酸構築物について40系統以上の形質転換植物を得た。さらに、NPTIIプロープを用いたサザンブロッティング解析により、核酸構築物(上記SlIAA9発現抑制用ベクター由来のT-DNA)が1コピー導入された系統を選抜した。DNAプローブはDIG DNA Labeling Kit(Roche、Switzerland)とNTPII増幅用プライマーセット(配列番号20及び配列番号21のプライマー)を用いたPCR増幅により合成した。 Genomic DNA was extracted from the leaves of the redifferentiated individuals rooted in the rooted MS medium according to the method described in Example 4. Using this genomic DNA as a template, the presence or absence of vector introduction was confirmed by PCR. The primers used were SlIAA9-R-1 (5'-ACAAACTCCAATATCAAACGG-3'; SEQ ID NO: 16) and NOST-R-1 (5'-CAAGACCGGCAACAGGATT-3'; SEQ ID NO: 19). The PCR reaction was performed with a total volume of 50 μl. The composition of the reaction solution was 1 μl of each primer (10 μM), 1 μl of genomic DNA, 5 μl of 10x PCR buffer, 4.0 μl of 2.5 mM dNTPs, 0.4 μl of polymerase enzyme Ex-Taq (5U / μl), and 38.6 μl of sterile water. (10x PCR buffer, dNTPs, polymerase enzyme used from TAKARA Taq Hot Start Version). The PCR reaction consists of 35 cycles of heat denaturation at 95 ° C for 3 minutes, denaturation at 94 ° C for 30 seconds, annealing at 60 ° C for 30 seconds, extension at 72 ° C for 1 minute, and finally at 72 ° C. It was carried out under the thermal cycle condition of 5 minutes extension. 10 μl of the obtained PCR product was electrophoresed on a 1.0% agarose gel, the amplified product was confirmed, and the redifferentiated individual in which the amplification of the vector was confirmed was selected as a transformed (transgenic) plant. More than 40 lines of transformed plants were obtained for each nucleic acid construct. Furthermore, by Southern blotting analysis using an NPTII probe, a strain into which one copy of the nucleic acid construct (T-DNA derived from the above-mentioned SlIAA9 expression-suppressing vector) was introduced was selected. The DNA probe was synthesized by PCR amplification using a DIG DNA Labeling Kit (Roche, Switzerland) and a primer set for NTPII amplification (primers of SEQ ID NO: 20 and SEQ ID NO: 21).

得られたこれら1コピー系統を自家交配(自殖)し、ホモ系統(T2世代)を獲得した。 These 1-copy lines obtained were self-mated (self-fertilized) to obtain homozygous lines (T2 generation).

ホモ系統(T2世代)において、定量的RT-PCR法を用いてSlIAA9の発現抑制を確認した。まず、実施例2と同様の方法を用いて、形質転換体(4-17系統、4-23系統、4-25系統、6-10系統、6-18系統)の開花日、開花2日後、4日後の子房からtotal RNAを抽出した。また、野生型及びSolyc03g007780由来プロモーター系統(4-17系統、4-23系統、4-25系統)の開花2日後の胚珠からtotal RNAを抽出した。なお、胚珠は実体顕微鏡下でピンセットを用いて単離した。抽出したtotal RNAをDNase処理後、常法によりcDNA合成した。具体的には、PrimeScript II 1st strand cDNA Synthesis Kit(Takara bio, Japan)を用いて、逆転写反応によりファーストストランドcDNAを作製した。 In the homozygous line (T2 generation), suppression of SlIAA9 expression was confirmed using quantitative RT-PCR method. First, using the same method as in Example 2, the flowering date of the transformants (4-17 line, 4-23 line, 4-25 line, 6-10 line, 6-18 line), 2 days after flowering, Total RNA was extracted from the ovary after 4 days. In addition, total RNA was extracted from the ovules of wild-type and Solyc 03g007780-derived promoter lines (4-17 line, 4-23 line, 4-25 line) 2 days after flowering. The ovules were isolated using tweezers under a stereomicroscope. The extracted total RNA was treated with DNase and then cDNA was synthesized by a conventional method. Specifically, the PrimeScript II 1st strand cDNA Synthesis Kit (Takara bio, Japan) was used to prepare fast-strand cDNA by reverse transcription reaction.

作製したファーストストランドcDNAを用い、形質転換体におけるSlIAA9遺伝子の発現抑制を確認した。使用したプライマーは、SlIAA9-F-2(5'-CTCAGGCTCGGTCTACCTG-3';配列番号17)及びSlIAA9-R-2(5'-CCTCTGAGAATCCATCCATAGC-3'; 配列番号18)である。内在性コントロールとしてSAND遺伝子を用いた。SAND遺伝子に対するプライマーはSAND-F-1(5'-TTGCTTGGAGGAACAGACG-3'; 配列番号3)及びSAND-F-1(5'-GCAAACAGAACCCCTGAATC-3'; 配列番号4)である。PCR反応は総量25μlで行った。その反応液組成は、各プライマー(10μM)1μl、cDNA 3 μl、12.5μl SYBR Premix Ex Taq II mix、及び滅菌水7.5μlとした。PCR反応は、94℃で30秒の熱変性の後、95℃で5秒の変性、60℃で30秒のアニーリング及び伸長を1サイクルとして40サイクル行う熱サイクル条件で実施した。 Using the prepared fast-strand cDNA, suppression of the expression of the SlIAA9 gene in the transformant was confirmed. The primers used were SlIAA9-F-2 (5'-CTCAGGCTCGGTCTACCTG-3'; SEQ ID NO: 17) and SlIAA9-R-2 (5'-CCTCTGAGAATCCATCCATAGC-3'; SEQ ID NO: 18). The SAND gene was used as an endogenous control. Primers for the SAND gene are SAND-F-1 (5'-TTGCTTGGAGGAACAGACG-3'; SEQ ID NO: 3) and SAND-F-1 (5'-GCAAACAGAACCCCTGAATC-3'; SEQ ID NO: 4). The PCR reaction was performed with a total volume of 25 μl. The composition of the reaction solution was 1 μl of each primer (10 μM), 3 μl of cDNA, 12.5 μl SYBR Premix Ex Taq II mix, and 7.5 μl of sterile water. The PCR reaction was carried out under thermal cycle conditions in which 40 cycles of heat denaturation at 94 ° C. for 30 seconds, denaturation at 95 ° C. for 5 seconds, annealing and elongation at 60 ° C. for 30 seconds were performed as one cycle.

発現解析の結果、Solyc03g007780由来プロモーター2系統(4-23系統、4-25系統)及びSolyc02g0677602系統(6-10系統、6-18系統)では野生型と比較して、子房におけるSlIAA9発現の抑制傾向が確認された(図12)。また、4-17系統についてもSlIAA9による着果制御に重要とされる胚珠での発現抑制が確認された(図13)。 As a result of expression analysis, two promoter lines derived from Solyc03g007780 (4-23 line, 4-25 line) and Solyc02g0677602 line (6-10 line, 6-18 line) suppressed SlIAA9 expression in ovary compared with wild type. A tendency was confirmed (Fig. 12). In addition, suppression of expression in ovules, which is important for fruit set control by SlIAA9, was also confirmed for the 4-17 strain (Fig. 13).

[実施例7]形質転換植物の生育、単為結果性、及び果実品質の調査
実施例6で作製した形質転換ホモ系統(T2世代)について、生育調査を行った。形質転換ホモ系統(T2世代)としては、Solyc03g007780由来のプロモーターを用いた形質転換系統(4-17, 4-23及び4-25系統)、並びにSolyc02g067760のプロモーターを用いた形質転換系統(6-10及び6-18系統)を用いた。
[Example 7] Investigation of growth, parthenogeneticity, and fruit quality of transformed plants A growth investigation was conducted on the transformed homozygous strain (T2 generation) prepared in Example 6. As the transformed homozygous line (T2 generation), a transformed line using a promoter derived from Solyc03g007780 (4-17, 4-23 and 4-25 lines) and a transformed line using a promoter of Solyc02g067760 (6-10). And 6-18 strains) were used.

対照として、野生型マイクロトム(WT)、及びiaa9-3変異系統についても同様に生育調査を行った。iaa9-3変異系統は、EMS突然変異誘発により作製された、内在性IAA9遺伝子において237番目の塩基TがAに置換する単一変異を有しているマイクロトム変異体系統であり、その変異によりIAA9遺伝子に終止コドンが生じ、79アミノ酸のみのタンパク質を産生するようになった結果、IAA9遺伝子の機能を欠損している(Saito et al., Plant Cell Physiol. (2011) 52(2): 283-296)。iaa9-3変異系統や他のIAA9ダウンレギュレーション系統は、葉や葉柄の融合の他、単為結果などを示す(Wang et al., The Plant Cell, Vol.17, p.2676-2692; Saito et al., Plant Cell Physiol. (2011) 52(2): p.283-296)。またトマト形質転換法自体が遺伝子発現や植物表現型に及ぼす影響を排除するための比較例として、Azygous系統(AZ)を使用した。このAZ系統は形質転換体の自殖後に導入遺伝子が抜けた系統である。さらに、IAA9をターゲットとするDNA断片を、構成的発現を誘導する35Sプロモーターの制御下に組み込んだSlIAA9発現抑制用ベクターを作製し、実施例6と同様の方法でアグロバクテリウム法により導入したマイクロトム形質転換系統についても、同様に調査を行った。 As a control, wild-type microtoms (WT) and iaa9-3 mutant strains were similarly investigated for growth. The iaa9-3 mutant strain is a microtom mutant strain having a single mutation in which the 237th base T is replaced with A in the endogenous IAA9 gene, which was created by EMS mutagenesis. The IAA9 gene has a stop codon that produces a protein with only 79 amino acids, resulting in a loss of IAA9 gene function (Saito et al., Plant Cell Physiol. (2011) 52 (2): 283). -296). The iaa9-3 mutant line and other IAA9 downregulated lines show parthenocarpy as well as leaf and petiole fusion (Wang et al., The Plant Cell, Vol.17, p.2676-2692; Saito et. al., Plant Cell Physiol. (2011) 52 (2): p.283-296). In addition, the Azygous strain (AZ) was used as a comparative example for eliminating the effects of the tomato transformation method itself on gene expression and plant phenotype. This AZ strain is a strain in which the transgene was removed after the transformant self-fertilized. Furthermore, a vector for suppressing SlIAA9 expression was prepared by incorporating a DNA fragment targeting IAA9 under the control of the 35S promoter that induces constitutive expression, and the micro was introduced by the Agrobacterium method in the same manner as in Example 6. The Tom transformed line was also investigated in the same manner.

これらの植物を以下の条件で栽培した。まず、ろ紙を敷いたシャーレ上に植物の種子を播種し、25℃で1週間生育させた後、実生を75 x 75 x 65 mmサイズのロックウール(Grodan、The Netherlands)へ移植した。移植した植物は、大塚ハウス1号及び大塚ハウス2号(OTSUKA, Japan)を混合した液肥を施用し、電気伝導率(EC)1.8 dS/m以下、16時間/8時間(明期/暗期)、光強度300 μmol m-2 s-1、25℃の条件下で栽培した。 These plants were cultivated under the following conditions. First, plant seeds were sown on a petri dish lined with filter paper, grown at 25 ° C for 1 week, and then the seedlings were transplanted into 75 x 75 x 65 mm sized rock wool (Grodan, The Netherlands). For the transplanted plants, liquid fertilizer mixed with Otsuka House No. 1 and Otsuka House No. 2 (OTSUKA, Japan) was applied, and the electrical conductivity (EC) was 1.8 dS / m or less, 16 hours / 8 hours (light / dark period). ), Light intensity 300 μmol m -2 s -1 , cultivated under the condition of 25 ℃.

それぞれの植物を人工授精により自家交配し、得られた果実を調べた。生育調査の結果、形質転換系統はいずれも、自殖により、野生型(非形質転換植物)と同様の着果率(授粉した花の数に対する、果実を形成した花の数の割合)及び結実率(形成された果実数に対する、有種子果、すなわち種子の入った果実の数の割合)を示した(表2)。一方、IAA9の機能を欠損しているiaa9-3変異系統では、授粉後の着果率と結実率が、野生型や形質転換系統に比べてかなり低い値となった。 Each plant was self-mated by artificial insemination, and the obtained fruits were examined. As a result of the growth survey, all the transformed lines had the same fruit set rate (ratio of the number of flowers that formed fruits to the number of pollinated flowers) and fruit set as in the wild type (non-transformed plants) by self-fertilization. The rate (the ratio of the number of seeded fruits, that is, the fruits containing seeds) to the number of formed fruits was shown (Table 2). On the other hand, in the iaa9-3 mutant strain lacking the function of IAA9, the fruit set rate and the fruit set rate after pollination were considerably lower than those of the wild type and the transformed strain.

Figure 0006990904000002
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一方、形質転換系統及びiaa9-3変異系統の開花1日前の花を選び除雄を行い、人工授粉せずに、48日後に得られた果実(単為結果果実)を収穫し、果実品質の分析に供試した。対照として、野生型については除雄のみ(WT)、又は人工授粉及び除雄(WT pol)を行い、同様に果実を分析した。 On the other hand, the flowers of the transformed line and the iaa9-3 mutant line 1 day before flowering were selected and sterilized, and the fruits obtained 48 days later (parthenocarpy fruits) were harvested without artificial pollination to obtain fruit quality. It was tested for analysis. As a control, for the wild type, only male removal (WT) or artificial pollination and male removal (WT pol) was performed, and the fruits were analyzed in the same manner.

Solyc03g007780由来プロモーターを用いた形質転換系統と、Solyc02g067760由来プロモーターを用いた形質転換系統は、いずれも、iaa9-3変異系統と同様に単為結果性を示した(図6)。野生型は人工授粉により有種子果を形成した。図6に示すとおり、形質転換系統の果実は野生型の果実と同様の形態を示した。 Both the transformed line using the Solyc03g007780-derived promoter and the transformed line using the Solyc02g067760-derived promoter showed parthenogenetic properties similar to the iaa9-3 mutant line (Fig. 6). The wild type formed seeded fruits by artificial pollination. As shown in FIG. 6, the fruits of the transformed line showed the same morphology as the wild-type fruits.

また、Solyc03g007780由来プロモーターを用いた形質転換系統4-17、4-23及び4-25系統は、iaa9-3変異系統と同程度の高い単為結果率を示した(表3)。一方、Solyc02g067760由来プロモーターを用いた形質転換系統6-10及び6-18系統の単為結果率は、iaa9-3変異系統と比較して低かったが、なお40%程度であった(表3)。単為結果率は、人工授粉せず除雄処理を行った花の数に対する、果実を形成した花の数の割合(%)として算出した。 In addition, the transformed lines 4-17, 4-23 and 4-25 using the Solyc03g007780-derived promoter showed the same high parthenogenetic rate as the iaa9-3 mutant line (Table 3). On the other hand, the parthenogenetic rate of the transformed lines 6-10 and 6-18 using the Solyc02g067760-derived promoter was lower than that of the iaa9-3 mutant line, but it was still about 40% (Table 3). .. The parthenocarpy result rate was calculated as the ratio (%) of the number of flowers that formed fruits to the number of flowers that had been subjected to male removal treatment without artificial pollination.

Figure 0006990904000003
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さらに植物体の形態比較を行った。Solyc03g007780由来プロモーター又はSolyc02g067760由来プロモーターを用いたいずれの形質転換系統も、野生型と同様の草型(図7)と葉型(図8)を示した。一方、iaa9-3変異系統と、35Sプロモーターを使用した形質転換系統(p35S-IAA9 RNAi;図8右端)は、やや徒長した草型(図7)とジャガイモ型の葉型(図8)を示した。ジャガイモ型の葉型とは、具体的には、葉身が分かれておらず、単葉になっている葉のことである。 Furthermore, the morphology of plants was compared. Both transformed lines using the Solyc03g007780-derived promoter or the Solyc02g067760-derived promoter showed the same plant type (Fig. 7) and leaf type (Fig. 8) as the wild type. On the other hand, the iaa9-3 mutant line and the transformed line using the 35S promoter (p35S-IAA9 RNAi; right end of Fig. 8) showed a slightly elongated plant type (Fig. 7) and a potato type leaf type (Fig. 8). rice field. The potato-type leaf type is specifically a leaf in which the leaf blades are not separated and are single leaves.

またいずれの形質転換系統も、野生型と同様の葉の枚数及び花房数を示した(図9)。一方、iaa9-3変異系統は形質転換系統や野生型に比べて葉枚数や花房数が有意に減少した(図9)。これらの結果から、上記プロモーターを利用することで、草型、葉型、葉枚数、花房数などの形質には影響をほぼ及ぼすことなく、単為結果を誘導できることが示された。 In addition, all the transformed lines showed the same number of leaves and flower clusters as the wild type (Fig. 9). On the other hand, the number of leaves and the number of flower clusters of the iaa9-3 mutant line were significantly reduced as compared with the transformed line and the wild type (Fig. 9). From these results, it was shown that the use of the above promoter can induce parthenogenetic results with almost no effect on traits such as plant type, leaf type, number of leaves, and number of flower clusters.

また、果実収量を比較した結果を表4に示す。Solyc03g007780由来プロモーターを用いた形質転換系統(4-17、4-23及び4-25系統)は、野生型と比較すると20%程度低い収量性を示したが、iaa9-3変異系統とは同程度の収量性を示した。収穫果実数は、Solyc03g007780由来プロモーターを用いた形質転換系統(4-17、4-23及び4-25系統)では野生型より多かった。Solyc02g067760由来のプロモーターを用いた形質転換系統(6-10及び6-18系統)の果実数は野生型と比較して少なかったが、iaa9-3変異系統よりも多かった。果実の大きさは、両形質転換系統とも小型化し、一方でiaa9-3変異体は果実が大型化した。 Table 4 shows the results of comparing the fruit yields. Transformed strains (4-17, 4-23 and 4-25 strains) using the Solyc03g007780-derived promoter showed a yield that was about 20% lower than that of the wild type, but similar to that of the iaa9-3 mutant strain. The yield was shown. The number of harvested fruits was higher in the transformed lines (4-17, 4-23 and 4-25 lines) using the promoter derived from Solyc03g007780 than in the wild type. The number of fruits of the transformed lines (6-10 and 6-18 lines) using the promoter derived from Solyc02g067760 was lower than that of the wild type, but higher than that of the iaa9-3 mutant line. Fruit size was reduced in both transformants, while the iaa9-3 mutant had larger fruits.

Figure 0006990904000004
Figure 0006990904000004

果実の発達への影響を調べるため、子房のサイズを経時的に測定した。図10に、開花日2日前(-2 DAA)、開花日1日前(-1 DAA)、開花日(0 DAA)、開花2日後(2 DAA)、開花4日後(4 DAA)、開花6日後(6 DAA)、及び開花12日後(12 DAA)の子房又は果実の写真を示す。図11は、各系統の子房(果実)の直径の経時的変化を示す。いずれの形質転換系統も子房(果実)のサイズの経時的増加を示したが、Solyc02g067760由来プロモーターを用いた形質転換系統は、Solyc03g007780由来プロモーターを用いた形質転換系統やiaa9-3変異系統と比較すると、初期段階の増加速度が遅かった。 The size of the ovary was measured over time to investigate its effect on fruit development. In FIG. 10, 2 days before flowering date (-2 DAA), 1 day before flowering date (-1 DAA), flowering date (0 DAA), 2 days after flowering (2 DAA), 4 days after flowering (4 DAA), 6 days after flowering. (6 DAA), and 12 days after flowering (12 DAA), photographs of ovaries or fruits are shown. FIG. 11 shows the change over time in the diameter of the ovary (fruit) of each line. All transformed lines showed an increase in ovary (fruit) size over time, but the transformed lines using the Solyc02g067760-derived promoter were compared with the transformed lines using the Solyc03g007780-derived promoter and the iaa9-3 mutant line. Then, the rate of increase in the initial stage was slow.

収穫した果実について、品質評価を行うため、糖度、酸度、βカロテン含有量、及びリコペン含有量を測定し、比較を行った(表5)。糖度(ここでは、Total Soluble Solids; TSS))は、-80℃で凍結保存していた果実サンプルを乳鉢ですりつぶし、屈折糖度計(PAL-J、アタゴ)を用いて測定した。 The sugar content, acidity, β-carotene content, and lycopene content of the harvested fruits were measured and compared in order to evaluate the quality (Table 5). The sugar content (here, Total Soluble Solids; TSS) was measured by grinding a fruit sample cryopreserved at -80 ° C in a mortar and using a refracting sugar content meter (PAL-J, Atago).

酸度(滴定酸度; TA)は、DALAL (1965)の方法に従い測定した。具体的には、-80℃で凍結保存していた果実サンプルを乳鉢ですりつぶし、すりつぶしたサンプル1gを10mlの蒸留水に溶かし、pH8.1まで0.1N水酸化ナトリウム水溶液を用いて中和滴定を行った。なお、標準液にはシュウ酸水溶液を用いた。 Acidity (titration acidity; TA) was measured according to the method of DALAL (1965). Specifically, the fruit sample that had been cryopreserved at -80 ° C was mashed in a mortar, 1 g of the mashed sample was dissolved in 10 ml of distilled water, and neutralization titration was performed using a 0.1N sodium hydroxide aqueous solution up to pH 8.1. went. An oxalic acid aqueous solution was used as the standard solution.

βカロテン及びリコペンは、Nagata & Yamashita (1992)の方法に従い測定した。具体的には、-80℃で凍結保存していた果実サンプルを乳鉢ですりつぶし、すりつぶしたサンプル300mgからアセトン-ヘキサン(4:6,v/v)抽出溶媒3mlを用いてβカロテン及びリコペンを抽出した。サンプルを静置後、上澄み1mlを分取し、分光光度計(Beckman Coulter DU 640 Spectrophotometer)を用いて663nm、645nm、505nm、453nmの4種類の波長で吸光度を測定した。それぞれの波長の測定値を、以下の式へ代入しβカロテン及びリコペン量を算出した。 β-carotene and lycopene were measured according to the method of Nagata & Yamashita (1992). Specifically, fruit samples that had been cryopreserved at -80 ° C were mashed in a mortar, and β-carotene and lycopene were extracted from 300 mg of the mashed sample using 3 ml of acetone-hexane (4: 6, v / v) extraction solvent. did. After allowing the sample to stand, 1 ml of the supernatant was separated, and the absorbance was measured at four wavelengths of 663 nm, 645 nm, 505 nm, and 453 nm using a spectrophotometer (Beckman Coulter DU 640 Spectrophotometer). The measured values of each wavelength were substituted into the following equations to calculate the amounts of β-carotene and lycopene.

βカロテン (mg/100ml) = 0.216A663 - 1.22A645 - 0.304A505 + 0.452A453
リコペン (mg/100ml) = -0.0458A663 + 0.204A645 + 0.372A505 - 0.0806A453
なおA663、A645、A505及びA453は、それぞれ波長663nm、645nm、505nm及び453nmでの吸光度を指す。
β-carotene (mg / 100ml) = 0.216A 663 --1.22A 645 --0.304A 505 + 0.452A 453
Lycopene (mg / 100ml) = -0.0458A 663 + 0.204A 645 + 0.372A 505 --0.0806A 453
Note that A 663 , A 645 , A 505 and A 453 refer to the absorbance at wavelengths of 663 nm, 645 nm, 505 nm and 453 nm, respectively.

その結果、iaa9-3変異系統、及びいずれの形質転換系統も、野生型に比べて有意に高い糖度を示した。具体的には、野生型 < iaa9-3変異体 < Solyc03g007780由来プロモーター使用形質転換系統 < Solyc02g067760由来プロモーター使用形質転換系統、の順番で高い値となった。酸度についても同様の傾向が見られた。一方、βカロテン及びリコペン含有量については、野生型、形質転換系統、iaa9-3変異系統間で有意な差異は認められなかった。これらの結果から、形質転換系統果実では、糖度及び酸度とも上昇しており、食味が向上していると判断された。 As a result, the iaa9-3 mutant line and all transformed lines showed significantly higher sugar content than the wild type. Specifically, the values were higher in the order of wild type <iaa9-3 mutant <Solyc03g007780-derived promoter-using transformation line <Solyc02g067760-derived promoter-using transformation line. A similar tendency was seen for acidity. On the other hand, regarding the β-carotene and lycopene contents, no significant difference was observed between the wild type, the transformed line, and the iaa9-3 mutant line. From these results, it was judged that in the transformed fruit, both the sugar content and the acidity were increased, and the taste was improved.

Figure 0006990904000005
Figure 0006990904000005

以上の実施例より、Solyc03g007780及びSolyc02g067760由来プロモーターは、生殖器官、特に雌蕊(子房など)及びその近傍器官において組織及び時期特異的な遺伝子発現を誘導できること、さらに、このプロモーターを用いてIAA9遺伝子の発現を当該時期において生殖器官、特に雌蕊(子房など)及びその近傍器官特異的に抑制することにより、他の栄養器官の発達には影響の少ない状態で単為結果性を誘導できること、また糖度及び酸度の双方が野生型に比べて高い、高品質な単為結果果実を生産できることが示された。 From the above examples, the promoters derived from Solyc03g007780 and Solyc02g067760 can induce tissue- and time-specific gene expression in reproductive organs, especially female buds (ovary, etc.) and their neighboring organs, and further, the IAA9 gene can be expressed using this promoter. By specifically suppressing expression in reproductive organs, especially female buds (ovary, etc.) and its neighboring organs at that time, parthenocarpy can be induced with little effect on the development of other nutritional organs, and sugar content. It was shown that high-quality parthenocarpy fruits can be produced, both in terms of acidity and acidity compared to the wild type.

本発明のプロモーターは、従来の追熟期特異的プロモーター等と異なり、生殖器官、特に雌蕊及びその近傍器官において花芽成熟期~果実肥大期初期までの時期特異的に強い発現誘導活性を有するため、従来とは異なる組織及び時期特異的な外来遺伝子の発現誘導のために好適に利用することができる。本発明のプロモーターを用いれば、例えば果実において発達初期段階にピンポイントに外来遺伝子発現を誘導することが可能になる。本発明では、単為結果誘導性遺伝子の発現を、本発明のプロモーターを用いて組織及び時期特異的に制御することにより、他の器官への悪影響を回避しながら単為結果を誘導できる。したがって本発明は、栄養器官における望ましくない表現型の変化が抑制された単為結果性植物の作出のために有利に利用することができる。 Unlike the conventional ripening stage-specific promoters, the promoter of the present invention has a strong expression-inducing activity in the reproductive organs, especially the female buds and their neighboring organs, from the flower bud maturation stage to the early stage of fruit hypertrophy. It can be suitably used for inducing the expression of a foreign gene that is different from the conventional one and is time-specific. By using the promoter of the present invention, for example, it becomes possible to pinpoint the expression of a foreign gene in the early stage of development in a fruit. In the present invention, by controlling the expression of a parthenocarpy-inducing gene in a tissue- and time-specific manner using the promoter of the present invention, parthenocarpy can be induced while avoiding adverse effects on other organs. Therefore, the present invention can be advantageously utilized for the production of parthenogenetic plants in which unwanted phenotypic changes in nutritional organs are suppressed.

配列番号1:Solyc03g007780由来プロモーター
配列番号2:Solyc02g067760由来プロモーター
配列番号3~21:プライマー
配列番号22:IAA9ターゲッティングRNAi構築物
配列番号23:IAA9遺伝子
配列番号24:IAA9タンパク質
SEQ ID NO: 1: Solyc03g007780-derived promoter SEQ ID NO: 2: Solyc02g067760-derived promoter SEQ ID NO: 3-21: Primer SEQ ID NO: 22: IAA9 targeting RNAi construct SEQ ID NO: 23: IAA9 gene SEQ ID NO: 24: IAA9 protein

Claims (9)

配列番号1で示される塩基配列に対して95%以上の同一性を有する塩基配列からなる、植物生殖器官に特異的なプロモーターDNAと、その制御下に配置された単為結果誘導性遺伝子とを含む、DNA構築物。 A promoter DNA specific to a plant reproductive organ, consisting of a base sequence having 95% or more identity with respect to the base sequence shown in SEQ ID NO: 1, and a participatory result-inducing gene arranged under the control thereof. DNA constructs, including. 前記プロモーターが、雌蕊においてプロモーター活性を示す、請求項1に記載のDNA構築物。 The DNA construct according to claim 1, wherein the promoter exhibits promoter activity in the pistil. 単為結果誘導性遺伝子が、IAA9遺伝子の発現を抑制するRNAi構築物をコードする、請求項1又は2に記載のDNA構築物。 The DNA construct according to claim 1 or 2, wherein the parthenocarpy-inducible gene encodes an RNAi construct that suppresses the expression of the IAA9 gene. 請求項1~3のいずれか1項に記載のDNA構築物を含む、発現ベクター。 An expression vector comprising the DNA construct according to any one of claims 1 to 3. 請求項1~3のいずれか1項に記載のDNA構築物又は請求項4に記載の発現ベクターが導入された、単為結果性の形質転換植物。 A parthenocarpy transformed plant into which the DNA construct according to any one of claims 1 to 3 or the expression vector according to claim 4 has been introduced. 植物がナス科植物である、請求項5に記載の形質転換植物。 The transformed plant according to claim 5, wherein the plant is a Solanaceae plant. ナス科植物がトマトである、請求項6に記載の形質転換植物。 The transformed plant according to claim 6, wherein the Solanaceae plant is a tomato. 請求項1~3のいずれか1項に記載のDNA構築物又は請求項4に記載の発現ベクターを植物細胞に導入し、得られた形質転換細胞から植物体を再生し、生育させて単為結果を確認することを含む、単為結果性の形質転換植物の作製方法。 The DNA construct according to any one of claims 1 to 3 or the expression vector according to claim 4 is introduced into a plant cell, and the plant body is regenerated and grown from the obtained transformed cell, resulting in parthenocarpy. A method for producing a parthenocarpy transformed plant, which comprises confirming. 請求項1~3のいずれか1項に記載のDNA構築物又は請求項4に記載の発現ベクターを植物細胞に導入し、得られた形質転換細胞から植物体を再生し、開花させることを含む、植物生殖器官に特異的な遺伝子発現を誘導する方法。 The DNA construct according to any one of claims 1 to 3 or the expression vector according to claim 4 is introduced into a plant cell, and the plant body is regenerated and flowered from the obtained transformed cell. A method of inducing gene expression specific to plant reproductive organs.
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