JPH01501598A - 植物の形質転換 - Google Patents

植物の形質転換

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JPH01501598A
JPH01501598A JP50705587A JP50705587A JPH01501598A JP H01501598 A JPH01501598 A JP H01501598A JP 50705587 A JP50705587 A JP 50705587A JP 50705587 A JP50705587 A JP 50705587A JP H01501598 A JPH01501598 A JP H01501598A
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 植物の形質転換 え見立皇1 本出願は1986年11月3日に、出願されたBuchanan−Wollas tonらの米国特許出願第926゜629号の一部継続出願にあたる。
本発明は、植物細胞への異種DNAの組み込みに関する。
本明細書において「異種DNAJの用語は、DNA(遺伝子または他のDNA) であって、非植物由来のもの、修飾されたもの、合成のもの、興なる株若しくは 種の植物由来のもの、または同じ植物の真なる部位から誘導されたものを京味す る。
最近の農業の生産性は、改良された作物品種の開発によるところが大きい、この ような改良は、古典的植物育種法により、適合性の植物品種を交配して、所望の 改良を行うことにより威されてきた。しかしながら、このような方法には限度が ある0例えば、結果の正確性及び予測性に欠け、育種計画に長期間を要し、そし てまた、互いに交配しうる植物の遺伝子プールに限りがある(例えば、同一種の 遺伝子)ことである。
ある種の天然に存在するバクテリアのプラスミドは、一つのバクテリア細胞から 他の細胞に伝達させうる遺伝子配列を有することが、知られている(tra%r n o b及びoriT部位もその例である)、このtra遺伝子群は、H胞− 細胞接触およびDNAの伝達の接合ブリフジの形成に関与する。m0bDNA配 列は、プラスミドDNAの複製的伝達を可能にするために、該DNAをニックを 生ゼしめて該DNAを広げる何種かの蛋白質をコードする。これらの蛋白質は、 特異的にoriTヌクレオチド配列をその標的として認識し、特定の蛋白質分子 は特定のoriT配列を認識する(Helinski。
p、R−+ et al、(帽1 [バクテリア中のプラスミド(Plasmi ds in Bacteria)。
Plenum Press、New Yorkd中の第521−534頁のGu iney、I)、G−et al。
、(1985):バクテリア接合の間のプラスミドDNAの起源(The Or igin of Plasmid DNA Transfer During  Bacterial Conjugation)を参M)。
11旦11 本発明者らは、バクテリア(特にグラム−陰性)の接合の際に一つのバクテリア 細胞から他のバクテリア細胞へDNAの伝達を促進する適合性oriTおよびm  o bDNA配列は、バクテリア細胞から植物細胞へのDNA(特に所望の異 種遺伝子)の伝達を生じることができ、しかもこの伝達をΔ、tumefaci ensのT−DNA(特にTiボーダーDNA(Ti borderDNA)’ )を用いる公知の技術と類似の技術で行い得ることを見出した。この発見は、広 い範囲の新規且つ有用な植物の住度の可能性を与える。FAえば、この発見は人 。
tumefaciensによることなく、植物細胞の形質転換を可能とし、従っ て、Δ、tumefacien王を感染させることの出来ない植物(例えば、ト ウモロコシその他の穀類のようなある種の単子葉植物ならびにある種の双子0葉 植物)の形質転換の可能性を開いた。この発見は、さらにΔ、tumefaci ensに感染可能な植物をoriTおよびmob@箭をもつがTiボーダーDN Aを持たないベクターを用いて形質転換する可能性を与える。即ち、自己移動可 能な広範な宿主範囲をを、Δ、tumefaciensに感染させることの可能 な任意の植物を形質転換するために、Δ、tumefaciensと一緒に使用 することができる。
従って、本発明はその広い範囲において、oriTDNA配列およびXl1DN Aを含む遺伝子工学操作されたDNA構成物を含む植物に関する。好ましくは、 DNA*Ji!物は、植物の染色体に組み込まれ、そして植物中の該構成物は好 ましくは、oriTDNA配列の第一部分、異種DNA及びoriTDNA配列 の残部をこの順序で有する。他の好ましい態様において、植物中の構成物は、o riT DNA配列の二つの部分の閾にml上 DNA配列をも有する。
本発明の植物は、植物細胞を形質転換条件下で、異種DNAおよびoriT D NA配列を有する第一プラスミドで、およびtJ[o r i T配列と適合性 のmobDNA配列て形質転換して製造することがてき、その際、該mob D NA配列は第一プラス、ミドまたは第ニブラスミドのいずれにより運ばれていて も良(、また第一プラスミドと第ニブラスミドの両者はともにム、tumeユa ciensのTiボーダーDNA由来もしくはこれと同一のDNAを含んていな い。
本明細書において、異種遺伝子で形質転換された植物細胞とは、遺伝子が植物細 胞中に挿入され(必ずしも必須要件てはないが、該植物の染色体への組み込みに より挿入されるのが好ましい)、発現されそして安定に該細胞中に保持されるよ うな植物細胞を意味する0本明細書においては、mob配列によりコードされる 蛋白質が且しユT部位(一般に約100〜500塩基対の長さである)を認識し て、異種遺伝子とoriT配列を有するプラスミドDNAをニックを生じて、植 物細胞へのプラスミドDNAの伝達のための該プラスミドの直線化を行うことが 出来る塵りにおいて、oriT配列とm o b配列とは適合性であるとする。
上記のとおり、適合性mob配列は、oriT配列および14@遺伝子(これら は同じプラスミド上に存在すべきである)と同じプラスミド上に存在してもよく 、または異なるプラスミド上に存在しても良い。
好ましい!!様において、植物は単子葉または双子葉植物であり、g@DNAは 非植物遺伝子、修飾遺伝子、合成遺伝子、および異なる植物株若しくは種の遺伝 子を包含する。
本発明の植物細胞形質転換法における好ましい態様のあるものては、プラスミド 構成成分三種の全てが一つのプラスミド上に存在する0本発明の他の好ましい態 様においては、プラスミドDNAは、バクテリア細胞、好ましくは植物細胞が由 来する根の表面(rhizoplane)または根の細胞間(rhizoint erstices)て増殖可能な種のバクテリア細胞により運ばれる。 rhi zoplane中て増殖できるバクテリアは、植物の根または毛根に直接接触す るバクテリアであり、rhizointerst 1ces中で増殖するベクタ hizoplaneまたはrhizointerstices中で増殖可能な種 のバクテリアを伴うどの植物においても、入手が可能性があり、またそのような バクテリアは実質的に全ての植物種で知られている0例えば、リゾビラふ・メリ ロテ4 (Rhizobium meliloti)は、アルファルファと密接 な関連があることが知られており、リゾビウム・ジ中ボニカム(Rhizobi um a onieum)は大豆に、そしてアゾスビリラム・ブラシレンス(L LL上上土エユユユ■ brasilense)はトウモロコシに関連する、さ らに、アグロバクテリウム・ツメファシェンス(A robacterium  tumefacieni)は、多(の双子葉植物種に関連することが知られてい る。
そのようなバクテリアは、プラスミドDNAの望ましい運び屋である:というの は、そのようなバクテリアは、形質転換において必要な第−B階であるバクテリ アが植物の存在を認識することがてきるようにする(おそらく植物分泌物によっ て)vsrll伝子群を素子群おり、そしてバクテリア細胞の接合に要求される tra211伝子を要求しないからである(何故なら、ここて起こるのはバクテ リアの接合でなくて植物の形質転換だからである)。
植物に密接に関連するバクテリアはまた、有利なことに植物のilnおよび形質 転換を馳ける他の要素も含んでいる回旋性があることである。植物に密接に関連 する全てのバクテリアが必要なり1rWl伝子を含むわけではないから、選択す べきバクテリア種は、植物に関連する種であるだけでなく、Viri伝子をも含 むべきである。もしバクテリアがvir遺伝子を含んていないときは、そefa ciensのTiプラスミドから慣用の手段て誘導されたviri伝子も含んで いなければならない(ヱL工遺伝子群の*msaマフプに関しては、スタフチェ ルおよびネスター(Stacb@l and Ne5ter) (1986)  EMBOJ、5:l445−1454を参Fり、vir遺伝子の必要性の例とし て、本発明者らは、Δ、tumefaciensのvir−株のあるものは、異 種遺伝子、oriT配列およびm o b配列を有し、TiボーダーDNAを欠 くプラスミドを植物へ形質転換させるための宿主として役立てることが出来ない ことを見出した。さらに、リゾビウム・メリロティ (Rhizobium m eliloti)は、植物関連バクテリア種であることが知られているが、異種 遺伝子、oriTならびにmobfi@を有するプラスミドで植物を形質転換す る宿主として作用しないことを、見出した。その理由の少なくとも一部は、リゾ ビウム・メリロティがvir遺伝子を有しないためである。
好ましくは、プラスミドDNAは選択可能マーカー蛋白質をコードするDNA配 列をも含んでおり、本発明の方法は、形質転換体を選択マーカー蛋白質の存在に 基づいて選択する工程も含んている(このマーカー蛋白質自体が異種遺伝子の所 望生産物であってもよい)。
本発明の他のBsおよび利点は、好ましい態様に関する以下の説明および請求の 範囲の記載から明らかにされる。
ましい箭 の 先ず、図面の簡単な説明したのち、好ましい態様の説明を行う。
l且 第1図、¥iI7gおよび第8図は、本発明のプラスミドの概略図である。
第21i!Iハ、第1!i!、j17118!び88m(D”f5ス@ドを製造 するために使用した、中間体遺伝子融合物の概略図である。
第3図および第5W4は、合成T i il−グーDNAを含むプラスミドの概 略図である。
第4′mは、Ti DNAもmob配列およびoriT配列のいずれをも含まな いプラスミドの概略図である。
第6図は、oriT部位およびmob部位を含むPSUP104領域の概略図で ある。
乙り入1ヱ基遣 上記のとおり、本発明のプラスミドは、これから詳述する種々のDNAI[ji !および部位を含んでいる。
マーカー 異種遺伝子を含むプラスミドでの植物細胞の形質転換は、比較的低い碕率で生じ るため、本発明のプラスミドは、好ましくは形質転換体の同定のための選択的マ ーカー蛋白質をコードするDNAgI域を含む。このマーカー蛋白質は、植物細 胞中で発現でき・該蛋白質を発現した植物細胞の表現型を同定できる任意の蛋白 質であってよい・好ましいマーカー蛋白質は、一種またはそれ以上)抗生物質に 対する耐性を与える蛋白質である・現時点で最も好ましいものは、アミノグリコ シド°ホス”ト5yz7エラーセ蛋白質であり、これは力fvイシン−ネオマイ シンおよびG418のような抗生物質を不活性化し、形質転換体の植物細胞は抗 生物質の存在下で増殖てきる。他の例にはクロラムフェニコールに対する耐性を 与えるクロラムフェニコールア、ジルトランスフェラーゼ、メ)Fレキセードに 対する耐性を与えるジヒドロ葉酸リダクターゼ、およびLL上上遺伝子によりコ ードされ抗生物質ヒグロマイシンBに対する耐性を与えるヒグロマイシンーホス ホトランスフェラーゼが含まれる。
除草剤耐性もまた、選択性マーカーとして用いることができる。上記のとおり、 除草剤耐性は選択性マーカーであると同時に、それ自体所望の性質であることが てを、その場合、ベクター中に付加的j!種遺伝子を挿入する必要はない。
現在、世界で市販されている除草剤の多くは、雑草のみならず作物植物、特に葉 が出るまで成長した作物植物に対して、ある程度害を与えるという望ましからぬ 作用ををする。このため、農家では時に、雑草成長前や作物このような作業は、 実際無駄であり(少なくとも雑草は害を及ぼす程度には成長していない)、そし て選択的除草剤の適用法としては不適当である。
本発明のベクターを使用すると、除草剤に非耐性の葉を含めて全ての植物組織中 に、外来遺伝子の発現によって、除草剤耐性を誘発する任意の蛋白質を生産させ ることが出来る。このような葉での発現は、作物植物上に葉が出現した後の期間 を含めて、作物成長の間の何時でも除草剤を適用することを可能とし、従って、 発芽後用除草剤に対する耐性を与えるために特に有用であろう。
耐性を誘発させることのできる市販除草剤の代表例には、2,2−ジクロロプロ ピオン酸(Dalapon)、グリホセー・) (N−ホスホ−メチル グリシ ン;Roundup) 、シアナジン、クロルスルフロン、L−ホスフィノトリ シン、アトラジン、イミダシリン類、および6−クロロ−N−エチル−N−(1 −メチル)−1゜3.5−)リアジン−2,4−ジアミン(Gesaprim5 00L)等が含まれる。
本発明においてベクターがコードする蛋白質が介在する、除草剤耐性が植物中に 誘発されるi構は、次のとおりである。
股l立月 この作用は、酵素により除草剤の分子の置換基を除いて該分子を無毒化するか: 分子を開裂させるか:または分子に置換基を付加して該分子を無毒化することよ りなる。最初に挙げた置換基の除去は、バクテリアのデハロゲナーゼが除草剤ダ ラボン(Dalapon)をその塩iAM子を除去して無毒化する機構である。
デハロゲナーゼの遺伝子を有するバクテリアのプラスミドは単離されており、B eeching at al、(19B3)J、Gen、Microbiol、  」1.2071に記載されている。植物にとって毒性の物質を無毒化するため に置換基を付加する例は、上記したアミノグリコシド・ホスホトランスフェラー ゼによるカナマイシンへのリン酸基の酵素的付加である。
草 標・の 飾 この機構は、除草剤による毒作用を受けない型の除草剤−標的酵素をコードする 突然変j!遺伝子を、植物中へ導入する方法を含む。
lA亘11 この機構は、植物により生産される酵素の量を増加させるため、除草剤の毒性作 用をうける酵素をコードする遺伝子を植物中に導入することを包含する。
種々のバクテリアは、自分自身を除草剤にたいして耐性とするために、解毒ll 1lllを利用する読方を持つ、これらのバクテリアは、除草剤耐性付与遺伝子 の都合よい供給源である。そのような遺伝子は一般にそのようなバクテリア(一 般に土壌バクテリア)から、先ず除草剤を栄養源として増殖できる能力または除 草剤を無毒化する能力で選択することにより、単離てきる。これらのバクテリア 中で、除草剤の無毒化に関与する酵素を特定し、そして該酵素をコードする遺伝 子を、標準的方法で単離する。
ポリアデニル サイト 真核生物(例えば、植物)のメツセンジャーRNAは、効率的転写およびプロセ シングのためには、ポリアデニル化される必要がある。ポリアデニル化のために は、この選択マーカーをコードするDNA領域の3”末端の近くに、ポリアデニ ル化酵素のための認識部位を必要とする。
ブースミド ゛のためのDNA 本発明のプラスミドを植物細胞中に伝達させるためには、自己移動可能もしくは 自己伝達可解バクテリアプラスミド(後者はT r a遺伝子を有し、前者はこ れを持たない)のmobおよびoriT部位から誘導されたDNAまたはこれと 実質的に同一のDNA (ITち、同じようにSaWするに充分似た構造を有す るDNA)を使用する。
前記Guineyらが述べているとおり、これらの部位の接合プラスミドDNA 伝達、特にグラム陰性バクテリアの一つから他への伝達における役割は、良く知 られている。上記のとおり、本発明者らは、oriT−mob系がバクテリアか ら植物へDNAを伝達するためにも有用であることを見出した。
多(の天然プラスミドは、mobおよびoriT配列を有し、その中には、P− タイプ、Q−タイプおよびW−タイプの非相容グループ(incompatib ility group)も含まれる。一つのプラスミドのm o bによりコ ードされる蛋白質は、一般に密接な関係を持つプラスミドのoriT部位のみを !Iaするであろうから〜相容性mobおよびoriT配列を一緒に用いねばな らない、好ましいm o bおよびoriT配列0倶給源ハ、Q−タイプ非相容 性グループのプラスミド%例えばR3FIOIOおよびその誘導体である。ある いはP−タイプのプラスミド、例えば、RK2またはその誘導体も使用できる。
相容性mobおよびoriT配列を得ることのてきる他のプラスミド、は、他の 公知の数百の大型自己伝達性プラスミドである。一般に、これらのプラスミドは 大き過ぎて全体をそのまま本発明に使用することができな゛いので、慣用の技術 でm o bおよびoriT配列を取り出すか、無関係なりNAを取り除き、l 工1Tとm o bを含む小さいプラスミドとして用いる。
R3FIOIOおよびRK?を含めて、数種のプラスミドのoriT部位のヌク レオチド配列は% W t 11 ettsおよびWi 1kins (198 4)Mi crob。
Rev、、48:24−41に記載されている。
11星刀 効率的発現のための、選択マーカー遺伝子および所望異種遺伝子(もしマーカー 遺伝子と異なるとき)の転写は、好ましくは通常植物細胞中で発現する調節遺伝 子、例えば、プロモーター(例えばA robacterium tumefa ciens T−DNAのツバリンシンターゼ(nopaline 5ynth ase)のプロモーターまたはオクトビンシンターゼ(octopine 5y nthase)のプロモーター(O3))のコントロールの下で行われる。他の 適当なプロモーター配列の例には、リブロース・ビホスフェート・カルボキシラ ーゼの小サブユニット遺伝子、ニトレートリダクターゼ遺伝子、グルタミンシン ターゼ遺伝子等のプロモーターおよびカリフラワーモザイクウィルス(CAMV )の353プロモーターおよび19Sプロモーターがある0合成プロモーター、 遺伝子工学で生産されたプロモーターまたは修飾された天然プロモーターも使用 できる。場合によっては、titIBされたプロモーター、例えば植物発生の限 られた期間のみ活性なプロモーターを用いることが好ましいこともあるであろう 0本発明のプラスミドは、構造遺伝子によりコードされる蛋白質の生産による形 質転換植物の代謝エネルギーの無駄な消費をさけるため、通常の状況で使用する 各プロモーターの調節下にある完全な構造遺伝子より小さい配列を有する。
鳴禽 の α 所望異種遺伝子の挿入部位は、エンドヌクレアーゼが該所望X種遺伝子を挿入す るためにφ断することのてきる任意の部位てあってよい、好ましくは、エンドヌ クレアーゼがプラスミドを所望位電のみで切断するよう、プラスミドのユニーク 部位て切断する。
阪LLL!l皇l 所望異種遺伝子は、植物中で発現されることが出来、かつ植物の有用な性質を増 強するかまたは有用な性質を付与する蛋白質をコードする任意の遺伝子である。
そのような遺伝子の例は、除草剤にたいする耐性をコードするもの、トマトのフ ザリウム(fusarium)による萎九のような痛気にたいする耐性をコード するもの、!白質含量または他の植物栄養価を改善することのできる蛋白質をコ ードするもの、および、生物が産生ずる害虫防除成分をコードするもの等である 。もっとも簡単に実施できる修飾は、一種類の蛋白質によって調節される、従っ て一つの遺伝子にコードされる生化学的機能の改善等であるが、一種以上の異種 遺伝子を導入し、植物により複雑な生化学的機能を導入するために、調和的にコ ントロールされた複数の遺伝子を発現させることも可能である。そのような例は 、多酵素経路、例えばエネルギー発注反応、および生合成経路である。
前記のとおり、所望異種遺伝子の転写は、選択マーカー遺伝子の転写と同様に、 好ましくは植物細胞中で通常発現される調節配列のコントロール下に存在させる 。
(さらに、これも前記のとおり、マーカー自体が有用性を持つ時、例えばマーカ ーが植物に除草剤耐性を付与する時は、付加的異種遺伝子の必要は無い、) 異 種遺伝子の調節配列への融合は、慣用の手段により、ベクターへの異種遺伝子の 挿入の前に行う、別法として、遺伝子をベクターに直接挿入し、調節配列は該遺 伝子の挿入の前もしくは後に、該遺伝子の上流に別に挿入することも慣用の方法 で可能である。
ブースミドの 築 第1図を参照すると、本発明のプラスミドpJP18写コントロール下で、抗生 物質カナマイシンおよびG418に対する耐性をコードする、トランスポゾンT  n 5からのアミノグリコシド・ホスホトランスフェラーゼ遺伝子(kan’ 遺伝子):ポリアデニル化部位:宿主範囲の広いプラスミドR3FIOIO(H el 1nski。
E、R,ら(II集)s 5cholz、P、 ら著(1985) 「広宿主範 囲−プラスミドR3FIOIOの複製決定要因(Replication De terminats of the Broad Host−Range Pl asmid R3FIOIO)J ; ’バクテリア中のプラスミド(Plas mids in Bacteria)J、Plenum Press、NewY ork、pp、243−259)からのoriT配列およびmob配列:および it遺伝子の挿入のためのユニークなHindn[または5ai1部位を有する 。プラスミドpJP181は次のようにして、kan’遺伝子をNOSプロモー ターおよびポリアデニル化部位と融合させることから開始して、製造された。
この融合物は、プラスミドpVW104から誘導されたが1後者の造成はBuc hanan−Wol 1anstonら、「植物形質転換ベクター(Plant  Transformation Vector)Jの名称の米国特許出願第8 45547号(本出願人に譲渡された)に記載されている。この融合物は、同じ く上記米国特許出願に記載されているプラスミドpVW125(ATCCNo、 39929)から誘導することも可能である。この融合物は、植物細胞中で選択 マーカーとして使用するためのkan’遺伝子の発現を可能にする。kan’遺 伝子およびNOSプロモーターに結合したボリアテニル化部位を含む、pVWl  04のBc 11−BgIIIフラグメント(第2図)を、p 5U−P 1 04 (R3FIOIOから誘導されたプラスミド)のBamHI部位にクロー ン化して、プラスミドpJP181を得た(第1図)、プラスミドpsUP10 4は、「バクテリアと植物の相互作用の分子遺伝学(MolecularGen etics of the BacteriaI Plant Interac tion)」、Puhlerlg、ベルリン19B3)の中のSimonら(1 9B3)’グラム陰性バクテリアのインビボおよびインビトロ操作のためのベク タープラスミド(VectorPlasmids for in vivo a ndin vitro Manipulations 。
f Gram−Negative Bacteria)」に記載されており、そ してアグリジエネテイクス・コーポレーシッン(Agrigenetics C arporation)から入手可能である。pJP181の構成は、前記Bu chanan−Wol 1astonのpVW144(第3図)と似テイルカ、 pVW114はΔ、tumefaciensのT i D N Aから誘導され た25bpの合成ボーダー配列のシングルコピーを有し、植物細胞の形質転換を 行う事ができる。
後述するバイナリ−形質転換法に使用すると、pJP181はΔ、tumefa ciensの形質転換DNAからの天然または合成りNAが存在しないにも係わ らず、pVW144と同様に、タバコの細胞をカナマイシンにたいして抵抗性に することを見出した。pJP181の植物形質転換就力の機構を検討するため、 psUP104の代わりにpRK290 (ATCCNo、37168:RK2  (ATCCNo−37125)から誘導された)を基本として類似のベクター を造成した。pVW104のBclI−Bgllr7ラグメントおよびpVW1 44のBamHrフラグメント(選択マーカーおよび25bpの合成ボーダー配 列を含んでいる)を別々にpRK290のBgll[部位に挿入して、プラスミ ドpVW170(第4図)およびpVW171(第5図)をそれぞれ製造した。
pVW]70およびpVW171を、バイナリ−形質転換に使用した。pVW1 71は合成ボーダー配列の力によって、タバコ細胞を形質転換することが出来た が、pVW170は形質転換できなかった。従って、発明者らは、pJP181 が植物細胞を形質転換する能力は、このベクター上にR3FIOIOから誘導さ れた(pRK290には存在しない)何んらかの配列が存在するためであ“ると 推定した。R3FIOIOに存在してpRK290には存在しない可能性のある DNA配列は、l工1Tおよびm o b部位の両方を有するものである。 ( PRK290の前駆体であるRK2ttoriTおよびme互の両者を確かに含 んでいるが、pRK290の造成の際にmob配列は除去されている。)、この 仮説の11認は、oriTおよびm o b 6位を含むことが知られているR 3FIOIOの特定のDNAセグメントのみを含むベクターを、下記の記載する ように製造することにより行った。
R3FIOIOのoriTおよびm o b部位は2.9kbのAva Iフラ グメントに含まれていることが知られており、このフラグメントは、oriV配 列(複製の住長起H)および−L」二AB遺伝子の一部をも含むことが知られて いる(第6図参照)、この2.9kbのフラグメントをpVW170のEcoR 1サイトにクローン化しrpvw210 (第7図)およびpVW214(第8 図)を得た。これら二つは挿入物の方向のみの点で異なっている。
PVW210およびpVW214の両プラスミドともに、下記のバイナリ−法で 植物細胞を形質転換することが可能であった。この事実は、psUP104のo riT部位およびmobli位が形質転換に関与することを示唆している。
さ゛に のベクタ一 本発明者らは、R3FIOIOのoriTおよびユヱロマイシンBに対する耐性 遺伝子(hyg”)および/または異なるプロモーターとしてCAMVからの1 93および35Sプロモーターを有する何種かのベクターを作成した。なお、h yg”はOr、itzら(1983)Gene25 : 179−180に記載 されている。これらのベクターはpJP181と同様にして造成したが、J!N 遺伝子で植物を形質転換するために、同様に有用である。
−hFg”遺伝子を用いた造成の全てにおいて、この遺伝子は前記Buchan an−Wollastonらの記載したようにして修飾し、無関係なATGコド ンを除去して用いた*hyg”遺伝子がNOSプロモーターのコントロールの下 にある本発明のベクターp VW206は一前記Buchanan−Wol 1 aitonらの記載したpVW189のBcll−3al175グメントをpS UP104にクローニングして造成した。プラスミドp VW206は、下記バ イナリ−法で植物細胞を形質転換できることが見出された。
CAMVの353プロモーターCHohnら(1982)、、*し/)−)ビフ クス・イン・ミクロパイオル。
イムツル+ (Current Topics in Microbiol、I mmunol、)、96:1.93−236) 、特に、前記Buchanan −Wol 1astonらの記載した0−42kb(F)EcoRI−3aul [Aフラグメント(ヌクレオチド7017−7437 : Ho hnら)を用 いた抽のベクターも造成した。pJP194はkan”遺伝子を353プ0%− ターおよびポリアデニル化部位へ融合させたものを含み、pJP195はhyg ”遺伝子を358.プロモーターおよびポリアデニル化部位へ融合させたものを 含み、両ベクターはpsUP104骨格を持ち、Ti−ボーダー配列を欠いてい る。プラスミドpJP194およびpJP195は、下記バイナリ−法で植物細 胞を形質転換できることが見出された。
さらに別のベクターは、CAMV19Sプロモーター(CM1841株>ヲ11 1イテ造成Lり、 CAMV 19 Sプロモーターの配列は第1表に示した。
このプロモーターを含む129bpフラグメントは、プラスミドPBL101か ら、先ず0.5kbのEcoR1フラグメントを取り出し、次いてMn1lで響 断して単離した。二つのベクターでこのプロモーターフラグメントを用いた=I pSpJP304はkan″遺伝子を19Sプロモーターおよびポリアデニル化 部位へ融合させたものを含み、pJP305はhyg”遺伝子を193プロモー ターおよびポリアデニル化部位へ融合させたものを含む。
宵ベクターはpsUP104骨格を有し、Tiボーダー配列を欠いている。
5sl CAMV 19S プロモーターE プラスミドpJP181はユニークなHi n d nl afi位および5a 11部位を有し、プラスミドpVW210はユニークなりglIIB位を有し、 この中に所望のλ種遺伝子を慣用の手段で挿入できる。プラスミドpVW206 、pJPl 94、pJP195、pJP304#よびpJP305にも、同じ ような部位が存在するか、または標準的技術で作ることが可能である。
1嵐立亙l玉遣 本発明のプラスミドは、バイナリ−同時培養技術で、植物のプロトプラストまた は非−プロトプラスト細胞を形質転換するために用いることができる0次にこの 技術の一例を、Δ、tumefaciensをバクテリア配給システムとして述 べる。oriTおよびm o b遺伝子を有するプラスミド(pJPl 81、 pVW2 ] 0.pVW206、pJP194およびpJP195)を、Δ。
tumefaciensの一株例えばLBA4404に伝達させた。このLBA 4404は同時培養が植物の腫瘍形成を引き起こさないように、T−DNAIi 域を削除したTiプラスミド、pLBA4404を有している。
pLBA4404およびバイナリ−同時培養は、Hoek e m aら(19 83)Nature 303p5913に記載されている。しかしながら、pL BA4404は天然のTivirii能(毒性)を保持しており、少なくとも、 そのある部分は、本発明のハイブリッドプラスミドをA、tumefacien s LBA4404がら植物細胞に伝達するために必須である。このバイブリフ トプラスミドを含むA、tumefaciensを、次いで植物、iimと同時 培養して、このハイブリッドプラスミドを植物細胞に挿入し、プラ、スミドDN Aを植物細胞の染色体に組み込ませる。植物の形質転換は、「クイック・デ4” jプ法(quick dip meth。
d)」て行われるが、この方法は植物の移植片(explant)を、形質転換 用プラスミドを含むバクテリア(例えばA、tumefaciens)の培養物 に浸漬し、次いで感染した植物の部分をカナマイシン耐性について選択する培地 にのせ、再発芽を促す;この方法はHorschら(1985)Science  227.1229に記載されている。
11旦11 形質転換体の選択の後、植物細胞(プロトプラストまたは他の細胞)を、成熟植 物が再生される条件で培養する。そのような方法、例えばカルス培養からのタバ コ植物の再生法は公知である0例えば、「植物組織培養;方法および農業への応 用(Plant Ti5sue Cu1ture= Methods and  Applications in Agriculture)J、Trevor  A、Thorpe編、アカデミツクプレス、ニューヨーク、1981: 特に そのO,L、Gam b o r gおよびJ−P−5hyluk著の頁2】− 24の論文および33頁のチャートを参照、染色体に本発明のベクターの組み込 みDNAを有する、成熟植物が生じ、所望の異種遺伝子の情報が発現される。上 記のとおり、完全に証明されてはいないが、形質転換植物細胞の少なくとも一部 の中で形質転換用プラスミドDNAが植物細胞の染色体中に組み込まれ、その際 、X1iDNAがoriT配列の二つの部分に挟まれて染色体中に組み込まれる と信じられる。バクテリア接合による従来のvr究によれば、一つの細胞から他 の細胞へプラスミドDNAが伝達される前に、oriT配列はニフキングを受け ること、およびDNAの伝達は、そうした。riT配列から開始することが知ら れている。R3F1010の0fiT配列のニフキングを受ける部位は、前記W  i l 1 ettsおよびWilkinsによればR3FIOIOの153 bp配列部分に局在しており、Derbyshireら、M−G−Go、206 :154.1987によれば、その153bp配列の中の5obp配列に存在す る0本発明者らは、同様に、本発明の遺伝子工学ベクターは、植物細胞への伝達 の前に◇riT部位でニフキングを受け、結果として、oriT DNA配列の 残部の前にある異@DNAの隣にoriT DNA配列の一部分を持つ、直1i *DNA分子を生じると考えている。この配列が、形質転換に続いて宿主植物の ゲノムに組み込まれるものと、本発明者らは考えている。
1立里1 他の態様は特許請求の範囲に記載されている0例えば、oriT配列およびm  o b配列は、他の自己移動性プラスミド、例えばプラスミドRK2およびpP Hlから得ることも回旋である。RK2のoriTIi域は前記We11ett sおよびWilkin、sにより記載されており、RK2のmob2i4伝子は tra群(tra cluster)の一つに存在する(前記Guiney参照 )。
他のプロモーター配列、例えば、前記BuchaHaH−Wollastonら の記載したプロモーターを用いることもてきる。
ψ C 国際調査報告 PCT1058770288B 工L rIELDs 5EARC’!!m にOrmFmATION l+*° a+ph市−シ・畠−’am”taI’lIP’Iaつ、−t、−qc、=/n :cpp

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1.oriTのDNA配列および異種遺伝子DNAを含む遺伝子工学操作したD NA構造物を含む植物。 2.遺伝子工学操作したDNA構造物が、oriT DNA配列の第一部分、異 種DNAおよびoriT DNA配列の残りの部分を、この順序で含む請求項1 記載の植物。 3.遺伝子工学操作したDNA構造物が、oriT DNA配列の第一部分とo riT DNA配列の残りの部分との間にmob DNAも含む、請求項1記載 の植物。 4.下記、第一プラスミドド第二プラスミドもアグロバクテリウム・ツメファシ エンス(A.tumefaciens)のTiボーダーDNAから誘導されたD NAまたはTiボーダーDNAと同じDNAを含んではいないことを条件として 、異種DNAおよびoriT DNA配列よりなる第一プラスミドおよび該第一 プラスミドまたはそれと別の第二プラスミド上に存在しoriT配列と相容性の mob DNA配列で形質転換された植物細胞。 5.請求項4記載のに植物細胞を該植物の再発生が生じる条件下で培養する方法 で得られた植物。 6.下記、第一プラスミドも第二プラスミドもアグロバクテリウム・ツメファシ ェンス(A.tumefaciens)のTiボーダーDNAから誘導されたD NAまたはTiボーダーDNAと同じDNAを含んではいないことを条件として 、植物細胞を形質転換条件下で、a)(1)異種遺伝子、および (2)oriT DNA配列、 よりなる第一プラスミド、および b)oriT 配列と相容性であって、第一プラスミドまたは第二プラスミド上 に存在するmob DNA配列、 と接触させる方法により得られに植物細胞。 7.請求項6記載の植物細胞を該植物の再発生が生じる条件下で培養する方法で 得られた植物。 8.異種DNAおよびoriT DNA配列を有し、アグロバクテリウム・ツメ ファシエンス(A.tumefaciens)のTiボーダーDNAから誘導さ れたDNAまたはTiボーダーDNAと実質的に同じDNAを含まないプラスミ ドのDNAを染色体に組み込まれて有する植物。 9.単子葉植物である請求項1、2、3、5、7または8のいずれか1項記載の 植物。 10.双子葉植物である請求項1、2、3、5、7または8のいずれか1項記載 の植物。 11.異種遺伝子が選択マーカーをコードする遺伝子を含む請求項1、2、3、 5、7または8のいずれか1項記載の植物。 13.異種DNAが非植物遺伝子、修飾遺伝子、合成遺伝子、および異なる植物 株または種の遺伝子からなる群から選ぼれる、請求項1記載の植物。 14.下記、第一プラスミドも第二プラスミドもアグロバクテリウム・ツメファ シェンス(A.tumefaciens)のTiボーダーDNAから誘導された DNAまたはTiボーダーDNAと同じDNAを含んではいないことを条件とし て、植物細胞を形質転換条件下で、a)(1)異種遺伝子、および (2)oriT DNA配列、 よりなる第一プラスミド、および b)oriT 配列と容性であって、第一プラスミドまたは第二プラスミド上に 存在するmob DNA配列、 と接触させることよりなる、植物細胞を異種DNAで形質転換する方法。 15.プラスミドDNAの3成分が全て第一プラスミド上に存在する、請求項1 記載の方法。 16.植物細胞が双子葉植物のものである、請求項14記載の方法。 17.プラスミドDNAが植物細胞と接触させるときバクテリア細胞中に存在す る、請求項14記載の方法。 18.バクテリア細胞が、該バクテリアが由来する植物種の根表面(rhizo plane)または根細胞間(rhizointerstice5)で増殖でき るものである、請求項17記載の方法。 19.バクテリア細胞がグラム蔭性であり、植物種か双子素のものである、請求 項17記載の方法。 20.oriT DNA配列およびmob DNA配列が、いずれも同じ天然に 存在するグラム陰性バクテリアのプラスミドに由来する、請求項14記載の方法 。 21.天然に存在するプラスミドが、P−タイプ、Q−タイプまたはW−タィプ のプラスミドである、請求項20記載の方法。 22.天然に存在するプラスミドがRK2またはRSF1010である、請求項 21記載の方法。 23.oriT DNA配列およびmob DNA配列が、異なるプラスミドに 存在する、請求項14記載の方法。 24.プラスミドDNAが選択マーカー蛋白質をコードするDNA配列をさらに 有し、そして形質転換体が該選択マーカーで選択される、請求項14記載の方法 。 25.1)異種DNAおよび 2)oriT DNA配列 を含み、アクロバクテリウム・ツメファシエンス(A.tumefaciens )のTiボーダーDNAから誘導されたDNAまたはTiボーダーDNAと実質 的に同じDNAを含まず、 該異種DNAの転写が、通常植物中で発現される調節配列のコントロールの下で 行われる、プラスミド。 26.oriT 配列と相容性のmob DNA配列をさらに含む、8末項25 記載のプラスミド。
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