JP7292753B2 - Applications of genes that negatively regulate tomato leaf photosynthesis - Google Patents
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Description
本発明は、作物分子遺伝学の分野に属し、トマトの葉の光合成効率を向上させる遺伝子およびその使用に関する。 The present invention belongs to the field of crop molecular genetics, and relates to a gene for improving the photosynthetic efficiency of tomato leaves and its use.
光合成は、緑色植物が光エネルギを利用して二酸化炭素と水を有機物に合成して酸素を放出する過程で、植物の乾燥物質の90%以上が光合成によるもので、作物の収穫量形成の基礎である。地球上で光合成を通じて合成される有機物は年間約2200億トンであり、地球上で最も重要な化学反応である(張立新ら、2016年)。植物による光エネルギの利用がないと、人類社会の生存と持続的な発展は不可能となる。現代分子生物学技術の発展に伴い、光合成の効率を制御するいくつかの新しい遺伝子が迅速に発掘されてきた。例えば、植物PGR5とPGRL1の2つの遺伝子がコードするタンパク質は瞬間に他の色素タンパク質複合体とスーパータンパク質複合体を形成し、スーパー複合体の内部でエネルギを直接伝達して光エネルギの有効利用を大幅に高めた(Munekage et al.2004;DalCorso et al.2008)。中国科学院の李振声の研究チームは、強力な光酸化耐性遺伝子を利用して、「小偃81」などの光合成効率の高い小麦の新品種を選別育成した。Liら(2011)は、稲において葉緑体ロケータタンパク質をコードする新しい遺伝子PHD1をクローニングした。この遺伝子は光合成能力を向上させるだけでなく、稲の分けつや千粒重を促進できる。Yuanら(2018)は、SlARF10がクロロフィルにおいて重要な作用を奏し、この遺伝子を過剰発現することによりトマトの葉と果実の光合成を向上できるとともに、果実における澱粉、果糖、ショ糖の蓄積を増加できることを発見した。Zhangら(2019)は、ベタインアルデヒドデヒドロゲナーゼとコリンオキシダーゼをコードする遺伝子をトマトに転換することにより、遺伝子組み換えトマトの光合成および果実の大きさを顕著に向上できることを発見した。以上より、植物の光合成効率の高い新しい遺伝子を十分に発掘し、作物の光エネルギの効率的な利用を促進することは、作物の生産量を増加させる効果的な手段であることが分かる。 Photosynthesis is the process in which green plants use light energy to synthesize carbon dioxide and water into organic substances and release oxygen. is. About 220 billion tons of organic matter is synthesized annually through photosynthesis on Earth, making it the most important chemical reaction on Earth (Zhang Lixin et al., 2016). Without the use of light energy by plants, the survival and sustainable development of human society would be impossible. With the development of modern molecular biology techniques, several new genes controlling the efficiency of photosynthesis have been rapidly unearthed. For example, proteins encoded by two plant genes, PGR5 and PGRL1, instantaneously form a super-protein complex with other chromoprotein complexes, and directly transmit energy within the super-complex to effectively utilize light energy. significantly enhanced (Munekage et al. 2004; DalCorso et al. 2008). A research team led by Li Zhensheng of the Chinese Academy of Sciences has selected and bred new varieties of wheat with high photosynthetic efficiency, such as Xiaowian 81, by using strong photooxidation-resistant genes. Li et al. (2011) cloned a new gene PHD1 that encodes a chloroplast locator protein in rice. This gene not only improves photosynthetic capacity, but can also promote tillering and 1000-grain weight in rice. Yuan et al. (2018) reported that SlARF10 plays an important role in chlorophyll, and overexpression of this gene can improve photosynthesis in tomato leaves and fruits, as well as increase the accumulation of starch, fructose and sucrose in fruits. discovered. Zhang et al. (2019) found that transgenic tomato photosynthesis and fruit size could be significantly improved by converting genes encoding betaine aldehyde dehydrogenase and choline oxidase into tomatoes. From the above, it can be seen that sufficiently discovering new genes with high photosynthetic efficiency in plants and promoting efficient use of light energy in crops is an effective means for increasing the production of crops.
トマトは栄養が豊富な多果の穂の多いベリーで、適応性が強く、生産量が多く、食感もよく、世界第2位の野菜作物で、消費者に愛されている。葉はトマトの光合成の主要な器官であり、トマトの葉の光合成効率を高めることによって、より良い植物の成長を促進し、果実の収量と品質を高めるため、より高い経済的および社会的利益をもたらすことができる。従って、新しい機能遺伝子を発掘し、遺伝子編集技術を利用して光合成効率の高いトマトの新品種を選んで育成することは比較的速い方法である。 Tomato is a nutritious, multi-eared berry with strong adaptability, high yield and good texture. It is the second largest vegetable crop in the world and is loved by consumers. Leaves are the main organ of photosynthesis in tomato, and by increasing the photosynthetic efficiency of tomato leaves, it promotes better plant growth and increases fruit yield and quality, thus leading to higher economic and social benefits. can bring. Therefore, discovering new functional genes and using gene editing technology to select and breed new tomato cultivars with high photosynthetic efficiency is a relatively quick method.
本発明は、トマトの葉の光合成効率を効果的に向上させ、有機物の合成を促進することを目的とする。 An object of the present invention is to effectively improve the photosynthetic efficiency of tomato leaves and promote the synthesis of organic matter.
上記問題を解決するために、本発明は、トマトの葉の光合成を負に調節する遺伝子の使用を提供する。トマト中でSolyc05g005230遺伝子をノックアウトすることでトマトの葉の光合成効率を向上(効果的に向上)させることができる。
上記遺伝子Solyc05g005230のヌクレオチド配列は、配列番号1に示される。
本発明のトマトの葉の光合成を負に調節する遺伝子の使用の改良において、
Solyc05g005230遺伝子にCRISPR/Cas9で編集される標的sgRNA配列:5’-GATGATCGAGAGGTGCTTAG-3’を設計し、このsgRNA配列に基づいてプライマーを人工合成してCRISPR/Cas9担体中に構築する。
本発明のトマトの葉の光合成を負に調節する遺伝子の使用のさらなる改良において、
上記合成されたプライマーは、
上流:5’-TGATTGATGATCGAGAGGTGCTTAG-3’
下流:5’-AAACCTAAGCACCTCTCGATCATCA-3’
である。
本発明のトマトの葉の光合成を負に調節する遺伝子の使用のさらなる改良において、
遺伝子Solyc05g005230がノックアウトされた植物体5230-KOを取得する。
上記Solyc05g005230遺伝子ノックアウト株5230-KOの葉におけるクロロフィルa、クロロフィルbおよびカロテノイドなどの光合成色素の含有量はいずれも増加(顕著に増加)し、Solyc05g005230遺伝子ノックアウト株5230-KOの葉の純光合成速度、気孔コンダクタンスおよび蒸散作用などの光合成の主な指標はいずれも向上(顕著に向上)する。
この5230-KO植物体におけるSolyc05g005230遺伝子のヌクレオチド配列は配列番号2に示される。
本発明において、トマトの葉光合成を負に調節する遺伝子Solyc05g005230は、そのタンパク質をコードするヌクレオチド配列が配列番号1に示される。
To solve the above problems, the present invention provides the use of genes that negatively regulate tomato leaf photosynthesis. Photosynthetic efficiency of tomato leaves can be improved (effectively improved) by knocking out the Solyc05g005230 gene in tomato.
The nucleotide sequence of the gene Solyc05g005230 is shown in SEQ ID NO:1.
In improving the use of genes that negatively regulate photosynthesis in tomato leaves of the present invention,
A target sgRNA sequence to be edited with CRISPR/Cas9 in the Solyc05g005230 gene is designed: 5′-GATGATCGAGAGGTGCTTAG-3′, primers are artificially synthesized based on this sgRNA sequence and constructed in the CRISPR/Cas9 carrier.
In a further improvement of the use of genes that negatively regulate tomato leaf photosynthesis of the present invention,
The synthesized primers are
Upstream: 5′-TGATTGATGATCGAGAGGTGCTTAG-3′
Downstream: 5'-AAACCTAAGCACCTCTCGATCATCA-3'
is.
In a further improvement of the use of genes that negatively regulate tomato leaf photosynthesis of the present invention,
A plant 5230-KO in which the gene Solyc05g005230 is knocked out is obtained.
The contents of photosynthetic pigments such as chlorophyll a, chlorophyll b and carotenoids in the leaves of the Solyc05g005230 gene knockout strain 5230-KO are all increased (remarkably increased), and the net photosynthetic rate of the leaves of the Solyc05g005230 gene knockout strain 5230-KO, All of the major indicators of photosynthesis, such as stomatal conductance and transpiration, are enhanced (significantly enhanced).
The nucleotide sequence of the Solyc05g005230 gene in this 5230-KO plant is shown in SEQ ID NO:2.
In the present invention, the gene Solyc05g005230 that negatively regulates tomato leaf photosynthesis is shown in SEQ ID NO: 1 as the nucleotide sequence encoding the protein.
本発明は、トマト中でSolyc05g005230遺伝子をノックアウトする方法をさらに提供する。この方法は、以下のステップを含む。
ステップ1):CRISPR/Cas9技術により遺伝子編集の標的sgRNA配列:5’-GATGATCGAGAGGTGCTTAG-3’を設計する。
ステップ2):ステップ1)で得られた配列に基づいて2本のプライマーを合成し、人工アニーリングした後、CRISPR/Cas9担体に構築する。
ステップ3):ステップ2)で得られた担体を野生型トマト品種MicroTomに形質転換することで、対応する遺伝子組み換え植物体を得る。上記遺伝子組み換えトマト植物体からSolyc05g005230遺伝子がノックアウトされた植物体を同定する。
The present invention further provides a method of knocking out the Solyc05g005230 gene in tomato. This method includes the following steps.
Step 1): Design target sgRNA sequence for gene editing by CRISPR/Cas9 technology: 5′-GATGATCGAGAGGTGCTTAG-3′.
Step 2): Two primers are synthesized based on the sequence obtained in step 1), artificially annealed, and then constructed on the CRISPR/Cas9 carrier.
Step 3): Transform the carrier obtained in step 2) into the wild-type tomato cultivar MicroTom to obtain the corresponding genetically modified plant. A plant in which the Solyc05g005230 gene has been knocked out from the genetically modified tomato plant is identified.
本発明の具体的な技術的手段は以下の通りである。
CRISPR/Cas9遺伝子編集技術により、Solyc05g005230遺伝子におけるタンパク質をコードするヌクレオチド配列(配列番号1)に基づいてSolyc05g005230遺伝子を特異的に標的とするsgRNA配列を合成し、対応するCRISPR/Cas9担体に構築し、野生型トマト品種MicroTomに形質転換することで、ゲノムにおけるSolyc05g005230遺伝子を特異的に編集し、遺伝子組み換え植物体を得る。遺伝子組み換え植物体におけるSolyc05g005230遺伝子をPCR増幅およびシーケンシングし、Solyc05g005230遺伝子ノックアウト植物体5230-KOを得る(図1)。5230-KO植物体におけるSolyc05g005230遺伝子の変異配列は配列番号2である。Solyc05g005230遺伝子ノックアウト植物体は、対照品種MicroTomに比べて緑色がより濃く(図3)、その葉における光合成色素の含有量は対照品種よりも顕著に高く(図4)、葉の光合成効率も対照品種よりも高い(図5)。また、Solyc05g005230遺伝子が光合成の調節に関与することを検証するために、本発明者は、この遺伝子の過剰発現担体を構築し、遺伝子組み換え植物体を取得し、同定して過剰発現Solyc05g005230遺伝子株5230-OE(図2)を取得し、対照品種MicroTomに比べ、その植物体が黄変し、葉における光合成色素の含有量が減少し、葉の光合成効率が低下する(図3-5)。これらの結果により、Solyc05g005230遺伝子がトマトの葉の光合成を負に調節することが十分に証明されている。
Specific technical means of the present invention are as follows.
synthesizing an sgRNA sequence specifically targeting the Solyc05g005230 gene based on the protein-encoding nucleotide sequence (SEQ ID NO: 1) in the Solyc05g005230 gene by CRISPR/Cas9 gene editing technology and constructing it into the corresponding CRISPR/Cas9 carrier; By transforming wild-type tomato cultivar MicroTom, the Solyc05g005230 gene in the genome is specifically edited to obtain a transgenic plant. The Solyc05g005230 gene in the transgenic plant is PCR amplified and sequenced to obtain the Solyc05g005230 gene knockout plant 5230-KO (Fig. 1). The mutated sequence of the Solyc05g005230 gene in the 5230-KO plant is SEQ ID NO:2. The Solyc05g005230 gene knockout plant has a darker green color than the control cultivar MicroTom (Fig. 3), its leaf photosynthetic pigment content is significantly higher than that of the control cultivar (Fig. 4), and the leaf photosynthetic efficiency is also higher than that of the control cultivar. (Fig. 5). In addition, in order to verify that the Solyc05g005230 gene is involved in the regulation of photosynthesis, the present inventor constructed an overexpression carrier for this gene, obtained a transgenic plant, and identified the overexpressed Solyc05g005230
光合成を負に調節する新しい機能遺伝子を発見した。遺伝子編集技術により、Solyc05g005230遺伝子のみがノックアウトされた植物体が得られるとともに、トマト植物体の光合成が顕著に向上する。 We discovered a new functional gene that negatively regulates photosynthesis. Gene-editing technology yields a plant in which only the Solyc05g005230 gene is knocked out, and significantly improves the photosynthesis of the tomato plant.
以下の図2、図4および図5における「**」は、野生型対照MicroTomと比較してt検定に非常に有意な差(P<0.01)が存在することを示す。 The '**' in Figures 2, 4 and 5 below indicates that there is a highly significant difference (P<0.01) in the t-test compared to the wild-type control MicroTom.
以下、図面を参照しながら本発明の具体的な実施形態をさらに詳しく説明する。 Specific embodiments of the present invention will be described in more detail below with reference to the drawings.
<ステップ1 Solyc05g005230遺伝子ノックアウト変異体の構築>
Solyc05g005230遺伝子のコーディング配列(配列番号1)に基づいて、CRISPR/Cas9ターゲット解析ソフトウェア(http://crispr.mit.edu/)により改良し、Solyc05g005230遺伝子にCRISPR/Cas9で編集されるsgRNA配列:5’-GATGATCGAGAGGTGCTTAG-3’(1番目の塩基はもともとTであったが、遺伝子ノックアウトの効率を向上させるためにGに置換した)を設計し、この配列に応じて対応する以下のプライマーを合成した。
上流:5’-TGATTGATGATCGAGAGGTGCTTAG-3’
下流:5’-AAACCTAAGCACCTCTCGATCATCA-3’
CRISPR/Cas9キット(Biogle,China)により対応するCRISPR/Cas9担体を構築した。構築は製品マニュアルに従って操作した。
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Based on the coding sequence of the Solyc05g005230 gene (SEQ ID NO: 1), improved by CRISPR/Cas9 target analysis software (http://crispr.mit.edu/) and CRISPR/Cas9 edited into the Solyc05g005230 gene sgRNA sequence: 5 '-GATGATCGAGAGGTGCTTAG-3' (the first base was originally a T, but was replaced with a G to improve the efficiency of gene knockout), and the corresponding primers below were synthesized according to this sequence. .
Upstream: 5′-TGATTGATGATCGAGAGGTGCTTAG-3′
Downstream: 5'-AAACCTAAGCACCTCTCGATCATCA-3'
Corresponding CRISPR/Cas9 carriers were constructed by CRISPR/Cas9 kit (Biogle, China). The construction was operated according to the product manual.
<ステップ2 トマトへのSolyc05g005230遺伝子ノックアウト担体の移転的形質転換>
ステップ1で構築されたCRISPR/Cas9担体をトマト品種MicroTomへ形質転換し、ゲノムにおけるSolyc05g005230遺伝子を特異的に編集した。遺伝子組み換え方法は、Kimuraらによって提出された方法(Kimura S et al,CHS Protoc,2008)により、対応する遺伝子組み換えトマト植物体を得た。
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The CRISPR/Cas9 carrier constructed in
<ステップ3 遺伝子組み換えトマトの葉のゲノムDNAの抽出>
トマトの葉を0.1g取り、液体窒素で研磨した後、600μl抽出液(15.76gのTris-cl,29.22gのNacl,15.0gのSDS粉末に1Lになるまで超純水を加え、pH=8.0に調節した)を加え、65℃で60minインキュベートし、200μlのKAC(5mol/L)を加え、均一に混合した後、氷浴で10分間冷却した後、500μlクロロホルムを加え、均一に混合し、10000rpmで5min遠心分離し、上清を取り、500μlイソプロパノールを加え、均一に混合し、12000rpmで3分間遠心分離し、上清を捨て、75%エタノールで沈殿を洗浄し、12000rpmで3分間遠心分離し、上清を捨て、逆さまにしてDNAを15分間乾燥させた後、30μl純水を加えてDNAを溶解した。
<Step 3 Extraction of genomic DNA from genetically modified tomato leaves>
After taking 0.1 g of tomato leaves and polishing them with liquid nitrogen, add ultrapure water to 600 μl of extract (15.76 g of Tris-cl, 29.22 g of NaCl, 15.0 g of SDS powder until the volume becomes 1 L). , adjusted to pH=8.0), incubated at 65° C. for 60 min, added 200 μl of KAC (5 mol/L), mixed uniformly, cooled in an ice bath for 10 minutes, and added 500 μl of chloroform. , Mix evenly, centrifuge at 10000 rpm for 5 min, remove the supernatant, add 500 μl isopropanol, mix evenly, centrifuge at 12000 rpm for 3 minutes, discard the supernatant, wash the precipitate with 75% ethanol, After centrifugation at 12,000 rpm for 3 minutes, the supernatant was discarded, and the DNA was dried by turning it upside down for 15 minutes, 30 μl of pure water was added to dissolve the DNA.
<ステップ4 Solyc05g005230遺伝子のノックアウト標的のPCR増幅およびシーケンシング>
Solyc05g005230遺伝子をPCR増幅したプライマー(上流:5’-GAAAGCAGAATCGAACCC-3’、下流:5’-CATAATCCAACCATAAACAA-3’)を合成し、遺伝子組み換えトマト植物体およびその対照品種MicroTomのゲノムDNAをテンプレートとし、ハイフィデリティTaq酵素PrimeSTAR(登録商標)HS DNA Polymerase(TaKaRa、日本)を用いてSolyc05g005230遺伝子をPCR増幅した。
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Primers (upstream: 5'-GAAAGCAGAATCGAACCC-3', downstream: 5'-CATAATCCAACCATAAAACAA-3') were synthesized by PCR-amplifying the Solyc05g005230 gene by PCR. The Solyc05g005230 gene was PCR amplified using the Fidelity Taq enzyme PrimeSTAR® HS DNA Polymerase (TaKaRa, Japan).
PCR増幅システムは、PrimeSTAR HS(Premix)25μl;上、下流プライマー(10μM):各1μl;テンプレートDNA:2μl(<200ng);無菌水:21μlであった。PCR増幅プログラムは、予備変性:95℃、5min;変性:98℃、10sec;アニーリング:55℃、15秒;伸長:72℃、60秒;30×サイクル;伸長:72℃、5分間であった。
PCR生成物をシーケンシング分析した結果、Solyc05g005230遺伝子のノックアウト株5230-KOが成功に得られた。つまり、Solyc05g005230遺伝子のコーディング領域に14個の塩基が欠失することで、この遺伝子にフレームシフト変異が発生した。5230-KO植物体におけるSolyc05g005230遺伝子のヌクレオチド配列は、配列番号2に示される。
The PCR amplification system was PrimeSTAR HS (Premix) 25 μl; upper and lower primers (10 μM): 1 μl each; template DNA: 2 μl (<200 ng); sterile water: 21 μl. The PCR amplification program was pre-denaturation: 95°C, 5 min; denaturation: 98°C, 10 sec; annealing: 55°C, 15 sec; extension: 72°C, 60 sec; .
Sequencing analysis of the PCR product yielded a successful Solyc05g005230 gene knockout strain 5230-KO. Thus, a 14-base deletion in the coding region of the Solyc05g005230 gene caused a frameshift mutation in this gene. The nucleotide sequence of the Solyc05g005230 gene in the 5230-KO plant is shown in SEQ ID NO:2.
<ステップ5 トマトの葉の総RNA抽出およびcDNA逆転写>
RNeasy Plant Mini Kit(QIAGEN,ドイツ)により、製品マニュアルに従ってトマト野生型品種MicroTomの葉の総RNAを抽出し、PrimeScriptTM 1st Strand cDNA Synthesis Kit(TaKaRa,日本)によりcDNAに逆転写した。
<Step 5 Tomato leaf total RNA extraction and cDNA reverse transcription>
Total RNA was extracted from leaves of tomato wild-type cultivar MicroTom according to the product manual using RNeasy Plant Mini Kit (QIAGEN, Germany) and reverse transcribed into cDNA using PrimeScript ™ 1st Strand cDNA Synthesis Kit (TaKaRa, Japan).
<ステップ6 Solyc05g005230遺伝子のPCRクローニング>
PrimeSTAR(登録商標)HS DNA Polymerase(TaKaRa,日本)によりSolyc05g005230遺伝子をPCR増幅した。反応系の配合は製品マニュアルに従って操作する。ステップ5で得られたcDNA,PCR増幅のプログラムは、予備変性:95℃、5min;変性:98℃、10sec;アニーリング:55℃、15秒;伸長:72℃、30秒;30×サイクル;伸長:72℃、5分間であった。
PCRプライマー:
上流プライマー:5’-cggggtaccATGTATCAACAAAACCAGGAGTAC-3’
下流プライマー:5’-aactgcagTTACTGCCAATAATATAGTTTCCT-3’
注:下線が引かれた文字は制限酵素の認識配列である。
<Step 6 PCR cloning of Solyc05g005230 gene>
The Solyc05g005230 gene was PCR amplified with PrimeSTAR® HS DNA Polymerase (TaKaRa, Japan). The formulation of the reaction system is operated according to the product manual. cDNA obtained in step 5, the program for PCR amplification is: pre-denaturation: 95°C, 5 min; denaturation: 98°C, 10 sec; annealing: 55°C, 15 sec; extension: 72°C, 30 sec; : 72°C for 5 minutes.
PCR primers:
Upstream primer: 5'- cggggtacc ATGTATCAACAAAACCAGGAGTAC-3'
Downstream primer: 5'- aactgcag TTACTGCCAATAATATAGTTTCCT-3'
Note: Underlined letters are restriction enzyme recognition sequences.
<ステップ7 Solyc05g005230遺伝子の過剰発現担体の構築>
制限酵素Kpn IおよびPst I(TaKaRa,日本)によりpCAMBIA1300-2×35S担体を二重消化した。反応系には、Kpn IおよびPst I:各1μl;4μlのBuffer(製品付属品);15μlのpCAMBIA1300-2×35S担体プラスミドが含まれ、ddH2Oで40μlまで補充し、37℃で酵素で4h処理した。AxyPrep PCRクリーニングキット(Axygen,米国)を用いて製品マニュアルに従って酵素切断産物を精製した。同じ方法によりSolyc05g005230遺伝子の増幅生成物を精製した。Promega社(米国)製のT4リガーゼキットにより、酵素で切断され、精製された担体とPCR生成物とを接続した。接続系には、酵素で切断された担体プラスミド1μl、遺伝子酵素切断断片2μl、T4リガーゼ0.5μl、Buffer1μlが含まれ、ddH2Oで10μlまで補充し、4℃で一晩(12時間)静置した。反応生成物を熱励起によりJM109コンピテントセルを変換し、陽性クローンを得た後、担体に挿入された断片の配列(配列番号1)を確認するためにバイオテクノロジー企業にシーケンシング分析してもらい、Solyc05g005230遺伝子の発現担体を得た。
<Step 7 Construction of carrier for overexpression of Solyc05g005230 gene>
The pCAMBIA1300-2×35S carrier was double digested with restriction enzymes Kpn I and Pst I (TaKaRa, Japan). Reactions contained Kpn I and Pst I: 1 μl each; 4 μl Buffer (supplied with the product) ; Treated for 4 h. The enzymatic cleavage products were purified using the AxyPrep PCR cleaning kit (Axygen, USA) according to the manufacturer's manual. The amplification product of the Solyc05g005230 gene was purified by the same method. Enzymatically cleaved and purified carriers and PCR products were ligated by T4 ligase kit from Promega (USA). The ligation system contained 1 μl of enzyme-cleaved carrier plasmid, 2 μl of gene enzyme cleavage fragment, 0.5 μl of T4 ligase, 1 μl of Buffer, supplemented to 10 μl with ddH 2 O and incubated overnight (12 hours) at 4°C. placed. After converting the reaction products into JM109 competent cells by thermal excitation and obtaining positive clones, sequencing analysis was performed by a biotechnology company to confirm the sequence of the fragment inserted into the carrier (SEQ ID NO: 1). , Solyc05g005230 gene expression carriers were obtained.
<ステップ8 Solyc05g005230遺伝子過剰発現担体のトマトへの形質転換>
ステップ7で得られたSolyc05g005230遺伝子の発現担体をトマト野生型品種MicroTomに形質転換した。遺伝子組み換え方法は、Kimuraらの方法(Kimura S et al,CHS Protoc,2008)を採用した。対応するこの遺伝子組み換えトマト植物体、すなわち、Solyc05g005230遺伝子過剰発現植物体5230-OEを得た。
<Step 8 Transformation of Solyc05g005230 gene overexpression carrier into tomato>
The expression carrier for the Solyc05g005230 gene obtained in step 7 was transformed into tomato wild-type cultivar MicroTom. For the genetic recombination method, the method of Kimura et al. (Kimura S et al, CHS Protoc, 2008) was adopted. The corresponding transgenic tomato plant, namely Solyc05g005230 gene overexpressing plant 5230-OE, was obtained.
<ステップ9 Solyc05g005230遺伝子過剰発現植物体のRT-PCR同定>
ステップ5に記載の方法によりステップ8で得られた遺伝子組み換えトマト(5230-OE)葉の組織の総RNAを抽出し、cDNAであるTB cDNAに逆転写した。
PCRプライマーの合成
上流プライマー:5’-GTGCTTAGTGGTTGGGATGG-3’
下流プライマー:5’-CCTTCTCCCAAATCTTGGTTC-3’
<Step 9 RT-PCR identification of Solyc05g005230 gene overexpressing plant>
Total RNA of the transgenic tomato (5230-OE) leaf tissue obtained in step 8 was extracted by the method described in step 5 and reverse transcribed into cDNA, TB cDNA.
Synthesis of PCR primers Upstream primer: 5'-GTGCTTAGTGGTTGGGATGG-3'
Downstream primer: 5'-CCTTTCCCCAAATCTTGGTTC-3'
Real time PCR増幅: TB GreenTMPremix Ex TaqTMキット(TaKaRa)を用いて以下のように操作した。混合系にTB cDNA 2μL、Green Premix Ex Taq 10μL、上下流プライマー(濃度がいずれも10μM)それぞれ1μL、ddH2O 5.6μL、ROX Reference Dye 0.4μLを加えた。StepOne PlusTMReal-Time PCR System(Applied Biosystems)により、PCRを実行した。実行プログラムは、予備変性:95℃、30s;95℃、5s;60℃、30s;40×サイクルであった。得られたデータに対してt検定により有意差の分析を行った。
結果を図2に示す。野生型品種MicroTomに比べ、過剰発現系5230-OE植物体におけるSolyc05g005230遺伝子の発現量は顕著に増加した(アップレギュレーション)。
Real time PCR amplification: TB Green ™ Premix Ex Taq ™ kit (TaKaRa) was used as follows. To the mixed system were added 2 μL of TB cDNA, 10 μL of Green Premix Ex Taq, 1 μL each of upstream and downstream primers (concentration of both is 10 μM), 5.6 μL of ddH 2 O, and 0.4 μL of ROX Reference Dye. PCR was performed by the StepOne Plus ™ Real-Time PCR System (Applied Biosystems). The running program was predenaturation: 95° C., 30 s; 95° C., 5 s; 60° C., 30 s; 40× cycles. The obtained data were analyzed for significant difference by t-test.
The results are shown in FIG. The expression level of the Solyc05g005230 gene in the overexpression line 5230-OE plant was remarkably increased (up-regulation) compared to the wild-type cultivar MicroTom.
<ステップ10 トマトの葉の光合成色素の測定>
以上得られたSolyc05g005230遺伝子ノックアウト株5230-KO、過剰発現株5230-OEおよびその野生型対照品種MicroTomを25℃、16時間照明、8時間暗黒の条件で温室で栽培した。約45日成長した後、各品種からランダムに6株選択し、各株から3つの葉を選択し、主脈を取り除き、小さく切り、0.1g秤量し、3mLの80%(v/w)アセトンに浸漬し、28℃、暗所で48時間抽出した。抽出溶液を取り、UV分光光度計(NanoDrop 2000C)により波長664nm、647nm、470nmでの数値をそれぞれ測定した。そして、Amon(1949)の方法によりクロロフィルa、クロロフィルbおよびカロテノイドの含有量を計算した。算式は以下の通りである。
クロロフィルa=(13.71×OD664-2.85×OD647)×V/W
クロロフィルb=(22.39×OD647-5.42×OD664)×V/W
カロテノイド=(1000×OD470-3.27×クロロフィルa-104×クロロフィルb)/229
式中、Vは抽出液の体積(3mL)であり、Wは葉の質量0.1gであり、OD664、OD647およびOD470はそれぞれUV分光光度計により波長664nm、647nm、470nmで測定した数値(単位:mg/g)である。測定結果に対してt検定により変異体と野生型対照との有意差を分析した。
結果を図4に示す。対照品種MicroTomに比べ、Solyc05g005230遺伝子ノックアウト株5230-KOの葉のクロロフィルa、クロロフィルbおよびカロテノイドはいずれも顕著に増加し、過剰発現株5230-OEの葉のクロロフィルa、クロロフィルbおよびカロテノイドはいずれも顕著に減少した。
<
The Solyc05g005230 gene knockout strain 5230-KO, the overexpressing strain 5230-OE, and their wild-type control cultivar MicroTom obtained above were cultivated in a greenhouse at 25° C. under the conditions of 16 hours of illumination and 8 hours of darkness. After about 45 days of growth, randomly select 6 plants from each cultivar, select 3 leaves from each plant, remove the main vein, cut into small pieces, weigh 0.1 g and add 3 mL of 80% (v/w) acetone. and extracted at 28° C. in the dark for 48 hours. The extracted solution was taken, and numerical values at wavelengths of 664 nm, 647 nm and 470 nm were measured with a UV spectrophotometer (NanoDrop 2000C). The contents of chlorophyll a, chlorophyll b and carotenoids were then calculated by the method of Amon (1949). The formula is as follows.
Chlorophyll a = (13.71 x OD 664 -2.85 x OD 647 ) x V/W
Chlorophyll b = (22.39 x OD 647 -5.42 x OD 664 ) x V/W
carotenoid = (1000 x OD470 - 3.27 x chlorophyll a - 104 x chlorophyll b)/229
where V is the volume of the extract (3 mL), W is the leaf mass of 0.1 g, OD 664 , OD 647 and OD 470 were measured by UV spectrophotometer at wavelengths 664 nm, 647 nm and 470 nm, respectively. It is a numerical value (unit: mg/g). Measured results were analyzed for significant differences between mutants and wild-type controls by t-test.
The results are shown in FIG. Compared to the control variety MicroTom, chlorophyll a, chlorophyll b and carotenoids in the leaves of the Solyc05g005230 gene knockout strain 5230-KO are all significantly increased, and chlorophyll a, chlorophyll b and carotenoids in the leaves of the overexpression strain 5230-OE are all decreased significantly.
<ステップ11 トマトの葉の光合成測定>
ステップ10と同様に栽培し、約45日成長した後、各品種から6株ランダムに選択し、Li-6400(Li-COR,米国)光合成測定器により、その葉の純光合成速度、細胞間隙CO2濃度、気孔コンダクタンスおよび蒸散作用を測定した。光合成測定器が15min自動予熱した後、順に環境オプション、H2OおよびCO2パラメータ、混合ファン、温度、外部光源オプションを設定し、記録ファイルを新規作成し、葉の面積Sおよび気孔率Kを設定し、トマトの葉を挟み、データが安定した後、純光合成速度、細胞間隙CO2濃度、気孔コンダクタンスおよび蒸散速度の数値を読みだした。測定結果に対してt検定により変異体と野生型対照との有意差を分析した。
結果を図5に示す。対照品種MicroTomに比べ、Solyc05g005230遺伝子ノックアウト株5230-KOの葉の純光合成速度、気孔コンダクタンスおよび蒸散作用はいずれも顕著に向上し、過剰発現株5230-OEの葉の純光合成速度、気孔コンダクタンスおよび蒸散作用はいずれも低下した。
<Step 11 Measurement of photosynthesis of tomato leaves>
Cultivated in the same manner as in
The results are shown in FIG. Compared to the control cultivar MicroTom, the net photosynthetic rate, stomatal conductance and transpiration of the leaves of the Solyc05g005230 gene knockout strain 5230-KO were all significantly improved, and the net photosynthetic rate, stomatal conductance and transpiration of the leaves of the overexpressing strain 5230-OE were significantly improved. Both effects were reduced.
以上の説明は、本発明のいくつかの具体的な実施例に過ぎない。本発明は以上の実施例に限定されず、種々の変形を含む。当業者は、本発明に開示の内容からすべての変形を直接導出または推測することができ、いずれも本発明の保護範囲に含まれるべきである。 The above descriptions are only some specific examples of the present invention. The present invention is not limited to the above examples, and includes various modifications. A person skilled in the art can directly derive or conjecture all variations from the content disclosed in the present invention, which should fall within the protection scope of the present invention.
Claims (6)
トマト中でSolyc05g005230遺伝子をノックアウトすることでトマトの葉の光合成効率を向上させることができ、
前記遺伝子Solyc05g005230のヌクレオチド配列は配列番号1に示されることを特徴とする、使用。 Use of the Solyc05g005230 gene to negatively regulate tomato leaf photosynthesis, comprising:
Photosynthetic efficiency of tomato leaves can be improved by knocking out the Solyc05g005230 gene in tomato,
Use, characterized in that the nucleotide sequence of said gene Solyc05g005230 is shown in SEQ ID NO:1.
このsgRNA配列に基づいて、プライマーを人工合成してCRISPR/Cas9担体中に構築することを特徴とする、請求項1に記載の使用。 In the Solyc05g005230 gene, designing sgRNA against CRISPR/Cas9 edited target sequence : 5′-GATGATCGAGAGGTGCTTAG-3′,
Use according to claim 1, characterized in that, based on this sgRNA sequence, primers are artificially synthesized and built into the CRISPR/Cas9 carrier.
上流:5’-TGATTGATGATCGAGAGGTGCTTAG-3’
下流:5’-AAACCTAAGCACCTCTCGATCATCA-3’
であることを特徴とする、請求項2に記載の使用。 The synthesized primer is
Upstream: 5′-TGATTGATGATCGAGAGGTGCTTAG-3′
Downstream: 5'-AAACCTAAGCACCTCTCGATCATCA-3'
3. Use according to claim 2, characterized in that
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