JP7503134B2 - 物理的及び化学的突然変異誘発植物のm1世代突然変異を同定する方法、と突然変異体を取得する方法、及びイネの突然変異同定用のタイピングプライマー、突然変異遺伝子及び使用 - Google Patents
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得られたM1世代の植物を個体植物に分けて植え、植えた後の各個体植物の葉を取り、各個体植物の葉を混合するステップ(b)と、
抽出された混合プールのDNAに対して、ターゲット遺伝子領域の高深度ターゲットシーケンスを実行するステップ(d)と、
高深度ターゲットシーケンス結果をターゲット遺伝子領域の関連配列と比較し、高深度ターゲットシーケンス結果で、集団DNAサンプルのターゲット遺伝子領域にターゲットSNP及び/又はIndelが存在するかどうかを同定するステップ(e)と、を含む。
すべての植物を検出するためのデジタルPCR(すなわち、Digital PCR、dPCR)同定方法e1と、
KASPタイピング方法による各個体植物のタイピング同定e2と、
一世代シーケンス方法による各個体植物の同定e3と、を含む。
まず、デジタルPCR同定方法を使用して、高深度ターゲットシーケンス結果での集団DNAを検出し、集団DNAサンプルのターゲット遺伝子領域にターゲットSNP及び/又はIndelがあるかどうかを同定し、存在する場合に、次のステップ(2)を実行し、存在しない場合に終了するステップ(1)と、
紫外線突然変異誘発、X線突然変異誘発、ガンマ線突然変異誘発、ベータ線突然変異誘発、アルファ線突然変異誘発、高エネルギー粒子突然変異誘発、宇宙線突然変異誘発、および微小重力突然変異誘発が含まれる、Indel突然変異を起こしやすい物理的突然変異誘発方法と、
日本晴イネのOsRR22遺伝子配列と比較すると、前記イネOsRR22-7突然変異遺伝子は、4140861-4140867位置(RAP_Locus)の5番目のエクソンに[CGGCTTT/-]7個bpの欠失があるという塩基欠失セグメントを含む。
FAM 5-’GAAGGTGACCAAGTTCATGCTGAAGAACCTGCACCCGTCCT-’3、
HEX 5-’GAAGGTCGGAGTCAACGGATTGAAGAACCTGCACCCGTCAC-’3、
イネOsRR22-1突然変異遺伝子を同定または取得するためのプライマーペア2
FAM 5-’GAAGGTGACCAAGTTCATGCTCAGGCACCATGAGTTATCCCT-’3、
HEX 5-’GAAGGTCGGAGTCAACGGATTCAGGCACCATGAGTTATCCCC-’3、
イネOsRR22-7突然変異遺伝子を同定または取得するプライマーペア3
FAM 5-’GAAGGTGACCAAGTTCATGCTGCAAGCTCCTGAAGTCCGAA-’3、
HEX 5-’GAAGGTCGGAGTCAACGGATTCAAGCTCCTGAAGTCCGCG-’3、
COMMON 5-’TTCTGCTGCTCTTCCATCTTTCA-’3と、を含むプライマーペアのいずれか1つが含まれる。
本発明は、高深度ターゲットシーケンス技術を、ターゲットシーケンス技術、デジタルPCR技術およびKASPジェノタイピング技術の1つまたは複数と創造的に組み合わせ、且つそれを突然変異誘発育種のための突然変異スクリーニングの分野に創造的に移し、突然変異誘発M1世代では、ターゲット遺伝子突然変異のハイスループットで正確な選択を実現でき、ターゲット遺伝子突然変異を含むキメラ個体植物を正確に特定することができる。本発明の技術的解決手段は、一世代の繁殖に必要な時間と費用を節約するだけでなく、一世代の繁殖後に集団数が大幅に増加すると、土地、人員、突然変異の選択にかかるコストが高すぎるという問題を解決し、革新的な生殖質の同定と取得には、著しい進歩意義を有する。
図1に示されるような本発明の物理的及び化学的突然変異誘発植物M1世代の突然変異のハイスループットターゲット同定方法および突然変異体の取得方法は、具体的には、以下のステップを含む。
32FAM 5-’GAAGGTGACCAAGTTCATGCTGAAGAACCTGCACCCGTCCT-’3
(SEQ ID NO.1に示すように、下線部分は蛍光標識プライマーを示す)、
32HEX 5-’GAAGGTCGGAGTCAACGGATTGAAGAACCTGCACCCGTCAC-’3
(SEQ ID NO.2に示すように、下線部分は蛍光標識プライマーを示す)、
32COMMON 5-’GCATGGAAAGAAACTGAACAAAGAT-’3(SEQ ID NO.3に示す)、
26FAM 5-’GAAGGTGACCAAGTTCATGCTCAGGCACCATGAGTTATCCCT-’3
(SEQ ID NO.4に示すように、下線部分は蛍光標識プライマーを示す)、
26HEX 5-’GAAGGTCGGAGTCAACGGATTCAGGCACCATGAGTTATCCCC-’3
(SEQ ID NO.5に示すように、下線部分は蛍光標識プライマーを示す)、
26COMMON 5-’TGTTATCAGTAAATGGAGAGACAAAGAC-’3(SEQ ID NO.6に示す)、
34FAM 5-’GAAGGTGACCAAGTTCATGCTGCAAGCTCCTGAAGTCCGAA-’3
(SEQ ID NO.7に示すように、下線部分は蛍光標識プライマーを示す)、
34HEX 5-’GAAGGTCGGAGTCAACGGATTCAAGCTCCTGAAGTCCGCG-’3
(SEQ ID NO.8に示すように、下線部分は蛍光標識プライマーを示す)、
34COMMON 5-’TTCTGCTGCTCTTCCATCTTTCA-’3(SEQ ID NO.9に示す)。
(2)KASPタイピングシステム5μl
FAM-X 10μM 0.15μl
HEX-Y 10μM 0.15μl
COMMON 10μM 0.3μl
KASP MIX 2.5μl
サンプルDNA 10ng-100ng
H2O 5μlまで水を補充し
図1に示されるような本発明の物理的及び化学的突然変異誘発植物M1世代の突然変異のハイスループットターゲット同定方法および突然変異体の取得方法は、具体的には以下のステップを含む。
72FAM 5-’GAAGGTGACCAAGTTCATGCTGAAGCCTCTTGATGAAGCAGCATG-’3
(SEQ ID NO.10に示すように、下線部分は蛍光標識プライマーを示す)、
72HEX 5-’GAAGGTCGGAGTCAACGGATTGAAGCCTCTTGATGAAGCAGCATA-’3
(SEQ ID NO.11に示すように、下線部分は蛍光標識プライマーを示す)、
72COMMON 5-’CAACATCGTCCTGACAAATGGAAT-’3(SEQ ID NO.12に示す)。
図1に示されるような本発明の物理的及び化学的突然変異誘発植物M1世代の突然変異のハイスループットターゲット同定方法および突然変異体の取得方法は、具体的には以下のステップを含む。
261FAM 5-’GAAGGTGACCAAGTTCATGCTtcctagcactatataaaccccctc-’3
(SEQ ID NO.13に示すように、下線部分は蛍光標識プライマーを示す)、
261HEX 5-’GAAGGTCGGAGTCAACGGATTtcctagcactatataaaccccctA-’3
(SEQ ID NO.14に示すように、下線部分は蛍光標識プライマーを示す)、
261COMMON 5-’cttgagtttgctttgcttgaaggc-’3(SEQ ID NO.15に示す)、
385FAM 5-’GAAGGTGACCAAGTTCATGCTGGCTCAGTGTTTATATAGTTGGAGAC-’3
(SEQ ID NO.16に示すように、下線部分は蛍光標識プライマーを示す)、
385HEX 5-’GAAGGTCGGAGTCAACGGATTggctcagtgtttatatagttggaga-’3
(SEQ ID NO.17に示すように、下線部分は蛍光標識プライマーを示す)、
385COMMON 5-’gaaaaaaaagcaaaggttagatatgca-’3(SEQ ID NO.18に示す)。
上記の実施例1で得られたイネOsNramp5-18変異遺伝子であって、それはSEQ ID NO.19に示すヌクレオチド配列を有する。北京Qing科新業生物技術有限公司の検出結果から、該イネのOsNramp5-18変異遺伝子は、OsNramp5遺伝子の8875646-8875663位置(RAP_Locus)に[CCTACGTGGCAATTCACA/-]の18個bpの欠失があり、該欠失には9番目のエクソンにある1bpの開始塩基がある。
(2)F1種子集団を播種した後、個体植物を選択して再発親イネ華占と交雑して、BC1F1種子を得た。
(3)BC1F1種子を播種し、個体植物に分けてBC1F1集団DNAを抽出し、実施例1で設計されたKASPタイピングプライマーマーカーを使用した前景選択を行い、イネOsNramp5-18変異遺伝子を含む個体植物に対して背景選択を行い、前記再発する親との背景類似性が最も高い個体植物を選択し戻し交配を続けて、BC2F1種子を得た。
上記の実施例1で得られたイネOsRR22-1変異遺伝子であって、それはSEQ ID NO.20に示すヌクレオチド配列を有する。北京Qing科新業生物技術有限公司の検出結果から、該イネのOsRR22-1変異遺伝子は、イネOsRR22遺伝子の3番目のエクソン[G/-]1個bp(4138902位置)の欠失遺伝子型である。
(2)F1種子集団を播種した後、個体植物を選択して再発親イネ華占と交雑して、BC1F1種子を得た。
(3)BC1F1種子を播種し、個体植物に分けてBC1F1集団DNAを抽出し、実施例1で設計されたKASPタイピングプライマーマーカーを使用した前景選択を行い、イネOsRR22-1変異遺伝子を含む個体植物に対して背景選択を行い、前記再発する親との背景類似性が最も高い個体植物を選択し戻し交配を続けて、BC2F1種子を得た。
上記の実施例1で得られたイネOsRR22-7変異遺伝子であって、それはSEQ ID NO.21に示すヌクレオチド配列を有する。北京Qing科新業生物技術有限公司の検出結果から、該イネOsRR22-7変異遺伝子は、イネOsRR22遺伝子の5番目のエクソン[CGGCTTT/-]にある7個bp(4140861-4140867位置)の欠失遺伝子型である。
(2)F1種子集団を播種した後、個体植物を選択して再発親イネ華占と交雑して、BC1F1種子を得た。
(3)BC1F1種子を播種し、個体植物に分けてBC1F1集団DNAを抽出し、実施例1で設計されたKASPタイピングプライマーマーカーを使用した前景選択を行い、イネOsRR22-7変異遺伝子を含む個体植物に対して背景選択を行い、前記再発する親との背景類似性が最も高い個体植物を選択し戻し交配を続けて、BC2F1種子を得た。
(4)BC2F1種子を播種し、個体植物に分けてBC2F1集団DNAを抽出し、実施例1で設計されたKASPタイピングプライマーマーカーを使用した前景選択を行い、イネOsRR22-7変異遺伝子を含む個体植物に対して背景選択を行い、前記再発する親との背景類似性が最も高い個体植物を選択し戻し交配を続けて、BC3F1種子を得た。
図1に示されるような本発明の物理的及び化学的突然変異誘発ソルガム植物M1世代の突然変異のハイスループットターゲット同定方法および突然変異体の取得方法は、具体的には以下のステップを含む。
3.各集団のDNAを1つのシーケンスサンプルとして使用して、ALS遺伝子(GenBank: LN898467.1)遺伝子のエクソン領域でターゲット高深度シーケンスを実行し、シーケンス深度>5000×であった。
6.集団サンプル68番号のDNAに存在するSNP遺伝子型によると、KASPタイピングプライマーを次のように設計した。
68FAM 5-’GAAGGTGACCAAGTTCATGCTagcatgtgttgcctatgatccctag-’3
68HEX 5-’GAAGGTCGGAGTCAACGGATTagcatgtgttgcctatgatccctaA-’3
68COMMON 5-’tcaatacacagtcctgccatcacc-’3。
9.68-F-8個体植物に混合収穫された種子を、育苗した後に個体に移植し、そして、上記のステップ6で設計されたKASPプライマーを使用して、個体植物をタイピングし、最終的に68-F-8のM2集団でイミダゾリノン除草剤耐性表現型を持つソルガムが得られた。
図1に示されるような本発明の物理的及び化学的突然変異誘発ソルガム植物M1世代の突然変異のハイスループットターゲット同定方法および突然変異体の取得方法は、具体的には以下のステップを含む。
2.345 M1世代の20,000の種子を育苗した後の植物を個体植物に分けて、移植した。96株を1つの集団、各集団に8行、各行に12株、100の集団、合計9600株を移植し、かつ各集団に1~100の番号を付けた。
4.各集団のDNAを1つのシーケンスサンプルとして使用して、ZmTMS5遺伝子エクソン領域でターゲット高深度シーケンスを実行し、シーケンス深度>5000×であった。
7.54番号の集団サンプルにDNAの欠失変異遺伝子型によると、KASPタイピングプライマーを次のように設計した。
38FAM 5-’GAAGGTGACCAAGTTCATGCTCGAGTCCACTGTGGAGGTTCC-’3
38HEX 5-’GAAGGTCGGAGTCAACGGATTCGAGTCCACTGTGGAGGTTCT-’3
38COMMON 5-’ACCCCTCGATCTCTATACGGTG-’3
Claims (10)
- 物理的及び化学的突然変異誘発植物のM1世代突然変異をハイスループットターゲット同定しM2突然変異体を取得する方法であって、
非致死量の物理的及び化学的突然変異誘発によって植物を突然変異誘発して植物材料M1世代を得るステップ(a)と、
得られたM1世代の植物を個体植物に分けて植え、植えた後の各個体植物の葉を取り、各個体植物の葉を混合するステップ(b)と、
混合後のすべての葉から混合プールDNAを抽出するステップ(c)と、
抽出された混合プールのDNAに対して、ターゲット遺伝子領域の高深度ターゲットシーケンスを実行するステップ(d)と、
高深度ターゲットシーケンス結果をターゲット遺伝子領域の関連配列と比較し、高深度ターゲットシーケンス結果で、集団DNAサンプルのターゲット遺伝子領域にターゲットSNP及び/又はIndelが存在するかどうかを同定するステップ(e)と、
ステップ(e)の結果に対して、デジタルPCR同定方法により、ターゲットSNP及び/又はIndelが存在する集団DNAサンプルを検証するステップ(e1)と、
ステップ(e1)で検証されたターゲットSNP及び/又はIndelが存在する集団DNAサンプルの突然変異遺伝子型に従って、KASPタイピングプライマーを設計し、設計されたKASPタイピングプライマーを使用して、ステップ(e1)で検証された集団DNAサンプル中の個体植物をタイピングし、ターゲット遺伝子の突然変異を伴うM1世代の個体植物を得るステップと、
前記ターゲット遺伝子の突然変異を伴うM1世代の個体植物ごとに、各穗の対応する葉のDNAを抽出して、前記KASPタイピングプライマーを利用してDNA同定を行い、前記ターゲット遺伝子の突然変異を含む穗を選択し、前記穗を含む種子を混合収集するステップ(f)と、
混合収集された種子を混合播種した後、個体植物から葉を抽出し、前記KASPタイピングプライマーを利用してDNA同定を行って、最終的にターゲット遺伝子表現型を持つM2個体植物を取得するステップ(g)と、
を含むことを特徴とする物理化学的突然変異誘発植物のM1世代突然変異をハイスループットターゲット同定しM2突然変異体を取得する方法。 - 前記ターゲット遺伝子領域の関連配列は、イネのOsNramp5遺伝子の遺伝子配列であり、OsNramp5遺伝子の8875646-8875663の位置では、9番目のエクソンに位置する開始塩基に[CCTACGTGGCAATTCACA/-]18個bpの欠失があることに対して、前記KASPタイピングプライマーには
FAM 5-’GAAGGTGACCAAGTTCATGCTGAAGAACCTGCACCCGTCCT-’3、
HEX 5-’GAAGGTCGGAGTCAACGGATTGAAGAACCTGCACCCGTCAC-’3、
COMMON 5-’GCATGGAAAGAAACTGAACAAAGAT-’3という配列が含まれていることを特徴とする請求項1に記載の方法。 - 前記ターゲット遺伝子領域の関連配列は、イネのOsRR22遺伝子の遺伝子配列であり、OsRR22遺伝子の4138902位置では、3番目のエクソン内に[G/-]1個bpの欠失があることに対して、前記KASPタイピングプライマーには
FAM 5-’GAAGGTGACCAAGTTCATGCTCAGGCACCATGAGTTATCCCT-’3、
HEX 5-’GAAGGTCGGAGTCAACGGATTCAGGCACCATGAGTTATCCCC-’3、
COMMON 5-’TGTTATCAGTAAATGGAGAGACAAAGAC-’3という配列が含まれていることを特徴とする請求項1に記載の方法。 - 前記ターゲット遺伝子領域の関連配列は、イネのOsRR22遺伝子の遺伝子配列であり、OsRR22遺伝子の4140861-4140867位置では、5番目のエクソン内に[CGGCTTT/-]7個bpの欠失があることに対して、前記KASPタイピングプライマーには
FAM 5-’GAAGGTGACCAAGTTCATGCTGCAAGCTCCTGAAGTCCGAA-’3、
HEX 5-’GAAGGTCGGAGTCAACGGATTCAAGCTCCTGAAGTCCGCG-’3、
COMMON 5-’TTCTGCTGCTCTTCCATCTTTCA-’3という配列が含まれていることを特徴とする請求項1に記載の方法。 - 前記ステップ(a)の非致死量とは、半致死量の上下20%の範囲内で量を制御することを指すことを特徴とする請求項1~4のいずれか一項に記載の方法。
- 前記ステップ(a)の物理的及び化学的突然変異誘発方法は、紫外線突然変異誘発、X線突然変異誘発、ガンマ線突然変異誘発、ベータ線突然変異誘発、アルファ線突然変異誘発、高エネルギー粒子突然変異誘発、宇宙線突然変異誘発、および微小重力突然変異誘発が含まれる物理的突然変異誘発方法と、エチルメチルシクロエート突然変異誘発、硫酸ジエチル突然変異誘発、エチレンイミン突然変異誘発が含まれるアルキル化剤突然変異誘発、アジド突然変異誘発、塩基類似体突然変異誘発、塩化リチウム突然変異誘発、抗生物質突然変異誘発、挿入色素突然変異誘発が含まれる化学的突然変異誘発方法との1つまたは複数の組み合わせを含むことを特徴とする請求項1~4のいずれか一項に記載の方法。
- 前記ステップ(b)において、得られたM1世代の植物を個体植物に分けて植える場合、任意の数の植物を1つの集団として、各集団を単位で番号付け、次のステップcでは、各集団の葉を1つの遠心分離管で混合してDNAを抽出することを特徴とする請求項1~4のいずれか一項に記載の方法。
- 前記1つの集団内の任意の株数は、48株、96株、または192株であり、
そのうちの各個体植物から葉をとるとき、いずれも同じ個体植物の異なる部分から同じ量の葉を選択し、
次のステップ(d)では、48株の単一集団の高深度ターゲットシーケンスのシーケンス深度は2000を超え、
96株の単一集団の高深度ターゲットシーケンスのシーケンス深度は5000を超え、
192株の単一集団の高深度ターゲットシーケンスのシーケンス深度は10000を超える
ことを特徴とする請求項7に記載の方法。 - 前記ステップ(d)において、前記ターゲット遺伝子領域は、ターゲット遺伝子のエキソン領域またはターゲット遺伝子の非コード領域を含み、
前記高深度ターゲットシーケンスには、マルチプレックスPCR増幅に基づくターゲットキャプチャテクノロジー、液相プローブキャプチャーハイブリダイゼーションに基づくターゲットキャプチャーテクノロジー、または第3世代シーケンス単一分子ターゲットシーケンステクノロジーが含まれ、
前記高深度ターゲットシーケンスのシーケンス深度は、各集団内の個体植物の数に応じて決定される
ことを特徴とする請求項1~4のいずれか一項に記載の方法。 - 前記ターゲット遺伝子はイネOsNramp5遺伝子またはイネOsRR22遺伝子であることを特徴とする請求項1に記載の方法。
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Methods in Molecular Biology,2014年,p.75-86,DOI:10.1007/978-1-4939-0446-4_7 |
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