JPH0576373A - 耐性遺伝子 - Google Patents

耐性遺伝子

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JPH0576373A
JPH0576373A JP3281936A JP28193691A JPH0576373A JP H0576373 A JPH0576373 A JP H0576373A JP 3281936 A JP3281936 A JP 3281936A JP 28193691 A JP28193691 A JP 28193691A JP H0576373 A JPH0576373 A JP H0576373A
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dna
plant
gene
plants
resistance gene
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JP3281936A
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Peter Dr Schreier
ペーター・シユライアー
Thomas Herget
トーマス・ハーゲツト
Jeff Schell
ジエフ・シエル
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Bayer AG
Max Planck Gesellschaft zur Foerderung der Wissenschaften eV
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Bayer AG
Max Planck Gesellschaft zur Foerderung der Wissenschaften eV
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【構成】 本発明は植物から単離した新規耐性遺伝子に
おいて、病原体により特異的に誘発することができ、以
下の配列のcDNAに対応するDNA配列を含むことを
特徴とする遺伝子に関する。 【表1】 【効果】 植物病原体に対する耐性の増加した植物を得
る方法を開発した。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】本発明は植物から単離した新規耐性遺伝
子、及びベクター、宿主生物、及び植物の形質転換、な
らびに有害生物(pest)に対する耐性が増加した植
物の製造へのその利用に関する。
【0002】多くの植物が有害生物(pest)に対す
る耐性の生来の可能性を備えている。これらの耐性の機
構は耐性遺伝子により調節される。それは生物的刺激
(例えば有害生物(pest)による攻撃)、又は非生
物的刺激(例えばUV光)により活性化される。ほとん
どの場合これらの耐性の機構はまだ十分に知られていな
い。最初に有害生物(pest)により活性化され、植
物のゲノムに挿入して後者にすでに存在する有害生物
(pest)に対する耐性をさらに増加させることので
きる耐性遺伝子を得る要求がある。有害生物(pes
t)により特異的に誘発されるそのような耐性遺伝子は
これまで知られていない。
【0003】ここで植物から新規耐性遺伝子が単離さ
れ、これらの耐性遺伝子は忌避物質を全く、あるいは不
十分な量しか製造しない、又はその製造が遅すぎて間に
合わないような植物の遺伝物質(ゲノム)に挿入するこ
とができ、その方法でそのような植物の有害生物(pe
st)(病原体)に対する耐性を増加させることができ
る。
【0004】新規耐性遺伝子は病原菌により特異的に誘
発することができ、以下の配列のcDNAに対応するD
NA配列を持つことを特徴とする:
【0005】
【表3】
【0006】上記cDNAに完全に、又は基本的に対応
する配列を含む新種の耐性遺伝子が発見できたことは驚
くべきことである。このcDNA配列は新規配列であ
り、その存在を予想することはできなかった。
【0007】さらに新規耐性遺伝子が基本的に病原体
(有害生物(pest))、又は病原体の細胞壁フラグ
メント(エリシター)により活性化されるが、他の従来
の生物的、及び非生物的誘発物が実質的に効果がないこ
とは驚くべきことと言わねばならない。従って新規耐性
遺伝子はトランスジェニック植物における有害生物(p
est)に対する耐性の増加に非常に適している。
【0008】上記cDNAに対応するDNA配列を持つ
耐性遺伝子はcDNAに相補的なDNA配列を含み、m
RNAに転写され、このmRNAが鋳型として使用され
た後に上記cDNAを製造することができる。本発明の
耐性遺伝子はその発現が病原体により特異的に誘発さ
れ、上記cDNAとハイブリッド形成する遺伝子であ
る。
【0009】耐性遺伝子は植物を攻撃する有害生物(p
est)を撃退する、又は破壊するのに適した、又はそ
のような有害生物(pest)の蔓延を防ぐ物質の形成
を植物中に引き起こす核酸(DNA)を意味するものと
理解される。そのような物質は酵素、特にヒドラーゼで
あることが好ましく、好ましいヒドラーゼはN−アセチ
ル−D−グルコサミン ポリマー、又はN−アセチル−
D−グルコサミンを含むポリマー(キチナーゼ)のβ
(1−4)結合を切断することができるヒドラーゼであ
る。
【0010】これらの核酸はその本来の環境(植物)か
ら単離した形態で、又はプラスミド、ファージ、あるい
はコスミドなどのベクター中に組み込まれた形態で存在
することができ、又は細菌DNAなどの原核DNA、あ
るいは植物DNAなどの真核DNA中に”外部”DN
A、又は”付加”DNAとして含まれることもできる。
耐性遺伝子は又、さらにその発端、及び/又は末端に遺
伝子の機能と抵触しない、あるいはあまり抵触しないD
NA配列を含む耐性遺伝子を意味すると理解される。”
遺伝子ユニット”とも言われるこれらのDNA配列は、
アラチス ヒポガエア(Arachis hypoga
ea)懸濁細胞系からの抽出などによりゲノムDNAを
得た時にそれを、例えばBamH1,XbaI又はHi
ndIIIなどの制限酵素を用いて切断することにより
切り出して形成する(Rolfs,Fritzemei
er,Kindl(1981))。
【0011】耐性遺伝子(又は遺伝子ユニット)は植物
のゲノム中に含まれる形態で((イントロンなどの)非
コード配列を含む”ゲノム”形)、又は逆転写酵素/ポ
リメラーゼを用いてmRNAを経て得ることができるc
DNA(”複写”DNA)に対応する形態で(もはやイ
ントロンを含まない形態で)存在することができる。耐
性遺伝子は部分的に合成された、又は完全に合成された
形態で存在することもできる。
【0012】本発明の耐性遺伝子(又は遺伝子ユニッ
ト)において、それが基本的に機能する忌避物質の形成
に悪影響を与えない、又はそれを妨げない限り基本的に
同様の作用をするDNA配列、又はDNAによりDNA
配列を置換することができる。又それは、それぞれの場
合に遺伝子(又は遺伝子ユニット)の取り扱いに適応し
たDNA配列(例えば”リンカー”)を末端に持つこと
もできる。
【0013】本明細書に関して、”外部”DNAは、特
定の原核、又は真核ゲノムに自然には存在しないが人間
の操作の結果ゲノム中に挿入されたDNAを意味すると
理解される。”付加”DNAは実際に特定の原核、又は
真核ゲノムに自然に存在するが、人間の操作の結果さら
に追加してゲノム中に挿入されたDNAである。1片又
はそれ以上の”外部”DNA、又は”付加”DNAを、
問題の場合の必要性、及び性質に依存して挿入すること
ができる。
【0014】すでに述べた通り、耐性遺伝子はヒドラー
ゼを形成する遺伝子を意味すると理解するのが好まし
く、シチナーゼ−型のヒドラーゼが特に好ましい。
【0015】本発明の耐性遺伝子は単子葉、及び双子葉
植物から誘導する。本発明の好ましい耐性遺伝子は双子
葉植物、特にナス科(Solanaceae)、及びマ
メ科(Leguminosae)、特に好ましくはピー
ナッツ(Arachis hypogaea)から単離
することができる耐性遺伝子である。上記のcDNAを
プローブとして使用し、通常の方法で植物を耐性遺伝子
の存在に関して調べることができる。
【0016】本発明の特に好ましい耐性遺伝子は上記c
DNAに対応するDNA配列を含み、病原体(特に菌・
カビ、又は菌・カビの細胞壁のフラグメント)、好まし
くはフィトフトラ メガスペルマ(Phytophth
ora megasperma)、又はその細胞壁フラ
グメントから誘導でき、中でも特にアラチス ヒポガエ
ア(Arachis hypogaea)(ピーナッ
ツ)から単離することができる耐性遺伝子である。
【0017】これらの遺伝子、又はその必須部分は約2
−3kbpの3DNAフラグメント上(HindIII
を用いた切断の場合)、又は約5及び約23kbp間の
フラグメント上(XbaI又はBamHIを用いた切断
の場合)にある。
【0018】本発明の耐性遺伝子は、以下のcDNA配
列をプローブとして用い、分子生物学において一般的に
周知の方法を用いて例えばピーナッツなどの植物中で探
索、単離、精製、及び検出することができる:
【0019】
【表4】
【0020】この目的のために、問題の植物のDNAを
単離し、サザン法により有用な制限エンドヌクレアーゼ
を決定する(このDNAが消化される場合のフラグメン
トの大きさが2kb以上で28kb以下であり、均一な
大きさのフラグメントを与える制限ヌクレアーゼが好ま
しい)。得られたフラグメントをその大きさに従って分
離する。上記のcDNAとハイブリッド形成するフラグ
メントを、特定の植物の部分的遺伝子ライブラリとして
適したベクター中にクローニングする。プラークハイブ
リッド法を用いて対応するベクター中の耐性遺伝子をc
DNAにより単離する。単離物から得た核酸を用いて、
直接植物の形質転換を行う。通常の方法を用いて単離物
から所望の遺伝子を単離し、それを例えばアグロバクテ
リウムツメファシエンス(Agrobacterium
tumefaciens)を用いて他の形質転換法に
使用することもできる。
【0021】一般に、上記cDNAを用いて単離した耐
性遺伝子は病原体により特異的に誘発することができ
る。しかし植物の性質に依存して、誘発に必要なシグナ
ル鎖が機能しない、又は存在しない場合もあり得る。耐
性の徴候は植物、又は植物の一部を病原体、又はその細
胞壁フラグメントと共に培養することにより調べること
ができる。特異的誘発性は通常の方法で(例えばノザン
分析)上記のcDNAを用いて検出することができる。
【0022】例として本方法をピーナッツ耐性遺伝子の
場合につき、以下に説明する:アラチス ヒポガエア
(Arachis hypogaea)懸濁細胞系(R
olfs等、1981)からデオキシリボ核酸DNAを
単離し、各場合につき1アリコートを制限エンドヌクレ
アーゼ、好ましくは酵素HindIII又はMboIを
用いて切断する。その後DNAを沈降遠心を用いて、又
はゲル電気泳動を用いてフラグメントの大きさにより分
離する(Sambrook,Fritsch and
Maniatis,1989)。約10kbまでの大き
さのフラグメント(HindIII)、又は約10−2
0kb(MboI)のフラグメントを含むフラクション
をラムダベクター(ラムダ ZAP II、又はラムダ
FIX II;Stratagen GmbH,Hei
delberg)にクローニングする。
【0023】この方法により、本発明の意味の耐性遺伝
子を含むピーナッツの遺伝子ライブラリの一部が確立さ
れる。これらの耐性遺伝子を含むベクターはpR3−7
にクローニングしたcDNAプローブを用いて明確に同
定し、さらに精製することができる。耐性遺伝子を含む
精製核酸を、直接DNA形質転換、又は好ましくはアグ
ロバクテリウム ツメファシエンス(Agrobact
eriumtumefaciens)を用いた他の形質
転換法によりタバコ、又は他の植物に転換する。
【0024】他の植物からの耐性遺伝子の単離にも類似
の方法を適用することができる。
【0025】基本的に同様の方法で作用する(プローブ
としての適用性を保持している)DNA配列を含み、上
記のcDNA配列は本発明の一部である。それはDNA
合成において周知の方法を用いて得ることができる、又
はプラスミドpR3−7から通常の方法により、Eco
RI又はHindIIIを用いて消化し、その後約17
0kbのフラグメントを単離することにより得ることが
できる。このcDNAに対応する、すなわち例えばやは
り非コード配列(イントロン)を含み、基本的に同様の
方法で作用するDNA配列も本発明の他の一部である。
【0026】プラスミドpR3−7は出発プラスミドp
UC19を含み、その切断部位に上記cDNAをスムー
ズ末端を経てクローニングしてある。cDNAは例えば
EcoRI及びHindIIIを用いて完全に切り出す
ことができ、cDNAには5’−末端(位置−1)、及
び3’−末端で以下に示す配列が側面を接している(小
文字中で側面への接触は終わる):
【0027】
【表5】
【0028】このDNA配列は本発明の一部である。こ
れは本発明の遺伝子の位置探索のプローブとして(cD
NAの場合)直接使用することができる。フランキング
配列のないcDNA配列を得ることが必要な場合、PC
R反応(ポリメラーゼ連鎖反応)及び合成オリゴヌクレ
オチド 5’ATC TCG TTC AAG TCG
GCGCT3’及び 5’CCG CAG TCC A
GG CCG CCGTT3’の両方を用いた合成によ
り、又は別法として完全に合成により製造することもで
きる。
【0029】プラスミドpR3−7を含む大腸菌株RG
−2は、Budapest Treaty on th
e International Recogniti
onof the Deposit of Micro
organisms for the Purpose
of Patent Proceduresの規則と
一致し、Deutsche Sammlung von
Mikroorganismen[German C
ollection of Microorganis
ms](DSM)、Mascheroder Weg
1b、D−3300 Braunschweg,Fed
eral RepublicofGermanyに預託
し(預託日:1990年8月28日)、預託番号はDS
M6149である。
【0030】この株(E.coli K12)及びプラ
スミドを含むその変異株も本発明の一部である。
【0031】必要量のcDNA(場合によってはフラン
キング配列と共に)は周知の方法による株の増殖、及び
単離により周知の方法で容易に得ることができる。
【0032】本発明による植物からの耐性遺伝子は病原
体により特異的に誘発することができ、上記で限定した
cDNAに対応するDNA配列を含む。これはDNA配
列とcDNAの間に異なる程度の相同性があり、この相
同性は上記のcDNAをプローブとして耐性遺伝子を単
離するのに十分であることを意味する。
【0033】従って本発明は病原体により特異的に誘発
され、上記cDNAをプローブとして用いて単離するこ
とができる、植物からの耐性遺伝子に関する。
【0034】本発明の耐性遺伝子のように機能的に完全
な遺伝子は、制限部分(特にプロモーター)、及び問題
の蛋白質をコードする構造遺伝子から成る。
【0035】遺伝子の両部分は互いに独立して使用する
ことができる。例えば制限部分の下流に異なるDNA配
列(耐性遺伝子から逸脱する)を配置し、植物ゲノムに
挿入した後に発現するよう計画することができる。数種
の単離プロモーターしか知られておらず、病原体により
特異的に活性化することができ、植物中で活性になるこ
とができるプロモーターはこれまで得られていないの
で、やはり本発明の一部である本発明の耐性遺伝子のプ
ロモーターは、病原体に対する耐性の増加したトランス
ジェニック植物の製造の有用な道具となる。
【0036】同様に、構造耐性遺伝子の上流に”外部”
制限部分を配置することができる。これは、特定の植物
中である種の制限遺伝子(例えばオートロガス植物遺伝
子)のみが十分活性になることができる場合に有利であ
る。従って構造耐性遺伝子は上記配列のDNA(cDN
A)と同様に独立して使用することができる有用な単位
を与え、すでに説明した通り、同様に本発明の一部であ
る。本発明の耐性遺伝子は通常の方法で制限部分と構造
遺伝子に分離することができる。本発明の完全な耐性遺
伝子(又は遺伝子ユニット)を使用するのが好ましい。
【0037】通常の方法を用いて、耐性遺伝子(又は遺
伝子ユニット)、あるいはその部分を1個又はそれ以上
の複写(例えば直列)の状態で、好ましくは1個の複写
の状態で、”外部”又は”付加”DNAとして原核(好
ましくは細菌)、又は真核(好ましくは植物)DNAに
挿入することができる。このようにして”修正”し、例
えば植物又は植物細胞の形質転換に使用することがで
き、形質転換の後、植物又は植物細胞に含まれる組み替
えDNAは本発明の一部である。
【0038】修正DNAと同様に、耐性遺伝子(又は遺
伝子ユニット)、及び/又はその一部、上記配列をもつ
cDNA、及びこのcDNAに対応するゲノムDNA
は、トランスジェニック植物細胞、及び植物と同様にベ
クター(特にプラスミド、コスミド、又はファージ)、
形質転換微生物(好ましくは細菌、特に大腸菌のような
グラム陰性バクテリア)中に、又はDNAそのものの中
に、”外部”又は”付加”DNAとして含むことができ
る。そのようなベクター、形質転換微生物(これもこれ
らのベクターを含むことができる)はトランスジェニッ
ク植物細胞及び植物ならびにDNAそのものと同様に本
発明の一部である。
【0039】本発明の耐性遺伝子を用いてそれに対する
耐性を得ることができる、又は耐性を増加することがで
きる有害生物(pest)は、ヒドラーゼ、特にシチナ
ーゼ型のヒドラーゼによりそれが植物に損傷を与えるの
を防ぐことができる有害生物(pest)であることが
好ましい。特に挙げることができる有害生物(pes
t)は、昆虫及びダニなどの節足動物、線虫、ならびに
植物病原菌及びバクテリアなどの有害微生物である。有
害微生物、特に植物病原菌を特に強調する。
【0040】有害な昆虫には特に以下の目からの昆虫が
含まれる:直翅類、ハサミムシ類、シロアリ類、アザミ
ウマ類、異翅類、同翅類、鱗翅類、甲虫類、膜翅類、及
び双翅類。
【0041】有害なダニには特に:タルソネムス種(T
arsonemus spp.)、パノニクス種(Pa
nonychus spp.)、及びテトラニクス種
(Tetranychus spp.)が含まれる。
【0042】有害な線虫には特に:プラチレンクス種
(Pratylenchus spp.)、ヘテロデラ
種(Heterodera spp.)、及びメロイド
ジン種(Meloidogyne spp.)が含まれ
る。
【0043】有害微生物には特に以下の植物病原菌が含
まれる:ネコブカビ類(Plasmodiophoromycetes)、卵菌
類(Oomycetes)、ツボカビ類(Chytridiomycetes)、
接合菌類(Zygomycetes)、子嚢菌類(Ascomycetes)、
坦子菌類(Basidiomycetes)及び不完全菌類(Deuterom
ycetes)の防除に使用される。
【0044】植物病原菌には特にシュードモナス科(Ps
eudomonadaceae)、リゾビウム科(Rhizobiaceae)、エン
テロバクテリア科(Enterobacteriaceae)、コリネバク
テリウム科(Corynabacteriaceae)、及びストレプトミ
セス科(Streptomycetaceae)が含まれる。
【0045】上記の属名に属する菌・カビ性の病気の原
因となるいくつかの微生物を例として挙げるが、これら
に限定するものではない:キサントモナス(Xanthomona
s)種、例えばキサントモナス カンペスツリス(Xanth
omonas campestris) pv. オリザエ(oryzae);シュー
ドモナス(Pseudomonas)種、例えばシュードモナス
シリンガエ(Pseudomonas syringae)pv. ラクリマン
ス(lachrymans);エルウィニア(Erwinia)種、例え
ばエルウィニア アミロボラ(Erwinia amylovora);
ピチウム(Pythium)種、例えばピチウム ウルチマム
(Pythium ultimum);フィトフトラ(Phytophthora)
種、例えばフィトフトラ インフェスタンス(Phytophto
ra infestans);シュードペロノスポラ(Pseudoperonos
pora)種、例えばシュードペロノスポラヒュミリ(Pseud
operonospora humili)又はシュードペロノスポラ クベ
ンシス(Pseudoperonospora cubensis);プラスモパラ
(Plasmopara)種、例えばプラスモパラ ヴィチコラ(Pl
asmopara viticola);ペロノスポラ(Peronospora)
種、例えばペロノスポラ ピシ(Peronospora pisi)又
はP.ブラシカエ(P.brassicae);エリシフェ(Erysiph
e)種、例えばエリシフェ グラミニス(Erysiphe grami
nis);スフェロテカ(Sphaerotheca)種、例えばスフェ
ロテカ フリギネア(Sphaerotheca fuliginea);ポド
スフェラ(Podosphaera)種、例えばポドスフェラ ロイ
コトリチャ(Podosphaera leucotricha);ヴェンチュリ
ア(Venturia)、例えばヴェンチュリア インエクアリ
ス(Venturiainaequalis);ピレノフォラ(Pyrenophor
a)種、例えばピレノフォラ テレス(Pyrenophora tere
s)又はP.グラミネア(P.graminea)(コニディア(Co
nidia)型:ドレチュスレラ(drechslera)、syn:ヘルミン
トスポリウム(Helminthosporium));ウロミセス(Uromy
ces)種、例えばウロミセス アペンディクラツス(Urom
yces appendiculatus);プクシニア(Puccinia)種、例
えばプクシニア レコンディタ(Puccinia recondit
a);チレチア(Tilletia)種、例えばチレチア カリエ
ス(Tilletia caries);ウスチラゴ(Ustilago)種、例
えばウスチラゴ ヌダ(Ustilago nuda)又はウスチラゴ
アヴェナエ(Ustilago avenae);ペリクラリア(Pelli
cularia)種、例えばペリクラリア ササキイ(Pellicul
ariasasakii);ピリクラリア(Pyricularia)種、例え
ばピリクラリアオリザエ(Pyricularia oryzae);フサ
リウム(Fusarium)種、例えばフサリウム クルモルム
(Fusarium culmorum);ハイイロカビ(Botrytis)種、
例えばボツリチス シネレア(Botrytis cinerea);セ
プトリア(Septoria)種、例えばセプトリア ノドルム(S
eptorianodorum);レプトスフェリア(Leptosphaeria)
種、例えばレプトスフェリア ノドルム(Leptosphaeria
nodorum);セルコスポラ(Cercospora)種、例えばセ
ルコスポラ カネッセンス(Cercosporacanescens);ア
ルテルナリア(Alternaria)種、例えばアルテルナリア
ブラシカエ(Alternaria brassicae)及びシュードセ
ルコスポレラ(Pseudocercosporella)種、例えばシュー
ドセルコスポレラ ヘルポトリポイデス(Pseudocerco s
porellaherpotrichoides)。ヘルミントスポリウムカル
ボヌム(Helmithosporium carbonum)も挙げることがで
きる。
【0046】本発明の耐性遺伝子(又は遺伝子ユニッ
ト)を挿入する(形質転換)ことにより上記の有害生物
(pest)に対する耐性を与えることができる、又は
耐性を増加させることができる植物には、実際すべての
植物が含まれる。耐性を備える必要があるのは当然森林
植物などの作物植物、例えばもみ、とうひ、ドーグラス
もみ、松、からまつ、ぶな、及びオーク、ならびに食物
や材料を与える植物、例えば穀類(特に小麦、ライ麦、
大麦、からす麦、きび、米、及びとうもろこし)、じゃ
がいも、パルスなどのまめ類、及び特にアルファルフ
ァ、大豆、野菜(特にキャベツ、及びトマト)、果物
(特にりんご、なし、チェリー、ぶどう、柑橘類、パイ
ナップル、及びバナナ)、油やし、お茶の木、ココアの
木、及びコーヒーの木、タバコ、サイザル、及び綿、な
らびに薬用植物、例えばインドジャボク、及びジギタリ
スである。特に好ましいものとして挙げることができる
作物植物はじゃがいも、トマト、ぶどうの木、及び豆で
ある。本発明の耐性遺伝子を植物のゲノム中に”外部”
DNAの形態で挿入するのが好ましい。
【0047】すでに述べた通り、本発明の耐性遺伝子
(又は遺伝子ユニット)の1個又はそれ以上の複写を自
然の植物のゲノム中に、(ゲノムの同一、又は異なる部
位に)、好ましくは核ゲノム中に挿入する。異なる耐性
遺伝子を互いに組み合わせることもできる。
【0048】すでに本発明の耐性遺伝子を持つ植物の場
合、1個又はそれ以上の本発明の耐性遺伝子を挿入する
と、非常に耐性が増加した挙動を示す。場合によっては
本発明の構造遺伝子のみを使用し、それぞれの植物から
単離した制限DNA要素の上流への挿入も可能である。
【0049】本発明の形質転換植物細胞、及び植物の増
加した耐性は、農業及び森林経営、装飾用樹木及び薬用
植物の栽培、及び植物の繁殖に重要である。
【0050】従って本発明は有害生物(pest)に対
する耐性の増加したトランスジェニック植物細胞(原形
質体を含む)、及び植物(植物の一部、又は種子を含
む)の製造法において、(a)本発明の1種類かそれ以
上の耐性遺伝子(又は遺伝子ユニット)、及び/又は耐
性遺伝子(又は遺伝子ユニット)の一部、及び/又は本
発明に従って修正した組み替えDNAを植物細胞(原形
質体を含む)のゲノムに挿入し、場合によっては(b)
有害生物(pest)に対する耐性の増加した形質転換
植物細胞(原形質体を含む)から完全なトランスジェニ
ック植物を再生し、場合によっては(c)得られる親世
代、又はそこから誘導した下位世代のトランスジェニッ
ク植物から、植物の所望の部分(種子を含む)を得るこ
とを特徴とする方法にも関する。
【0051】段階(a),(b)及び(c)は周知の方
法により通常のやり方で行うことができる。
【0052】本発明による1個又はそれ以上の耐性遺伝
子(又は遺伝子ユニット)、及び/又は耐性遺伝子(又
は遺伝子ユニット)の一部を、”外部”又は”付加”D
NAとして含むトランスジェニック植物細胞(原形質体
を含む)、及び植物(植物の一部、及び種子を含む)、
ならびに上記方法により得ることができるこれらのトラ
ンスジェニック植物細胞、及び植物は同様に本発明の一
部である。
【0053】以下も本発明の一部である: (a)トランスジェニック植物細胞(原形質体を含
む)、及び植物(植物の一部、及び種子を含む)の製造
における、本発明の耐性遺伝子(遺伝子ユニット)、及
び/又はその一部、及び/又は本発明に従って修正した
DNA、及び/又は本発明のベクター、及び/又は本発
明に従って形質転換した微生物の利用、ならびに(b)
増殖物質の製造、及び新規トランスジェニック植物なら
びにその増殖物質の製造における本発明のトランスジェ
ニック植物細胞(原形質体を含む)、及び植物(植物の
一部、及び種子を含む)の利用、及び一般に(c)有害
生物(pest)の防除における、トランスジェニック
植物中の本発明の耐性遺伝子(遺伝子ユニット)、及び
/又はその一部、及び/又は本発明に従って修正したD
NAの利用。
【0054】耐性遺伝子、又は遺伝子ユニット、あるい
はその一部を”外部”又は”付加”DNAとして植物、
又は植物細胞の遺伝物質に挿入するための数多くの種々
の方法がある。遺伝子トランスファーは一般的に通常の
周知の方法で行うことができ、同業者にはそれぞれの場
合に適した方法を容易に決定することができる。
【0055】多くの種で使用することができ、双子葉、
及び単子葉植物、好ましくは双子葉植物のゲノムに外部
DNAを移すために得られる特に好ましいベクターはア
グロバクテリウム ツメファシエンス(Agrobac
terium tumefaciens)のTiプラス
ミドである。耐性遺伝子、又はその一部を適したTiプ
ラスミドのT−DNAに導入し(例えばZambrys
ki等、1983)、植物に感染させる、又は植物の一
部、あるいは葉、穂軸、胚軸、子葉、分裂組織、及びこ
れらから誘導した組織、例えば二次胚、及びカルスなど
の植物組織に感染させる、又はアグロバクテリウム ツ
メファシエンス(Agrobacteriumtume
faciens)を用いて原形質体を共培養することに
より転換する。 別法は、所望の遺伝子を含む精製DN
Aの、ポリカチオン、又はカルシウム塩、及びポリエチ
レングリコールの存在下における植物原形質体中での培
養である(例えばHain等、1985;Krens
等、1982;、Paszkowski等、198
4)。
【0056】DNA吸収は電場によりさらに増加する
(エレクトロポレーション)(例えばFromm等、1
986)。
【0057】DNAは又、植物の花粉を用いた周知の方
法で、DNAを持ち物理的に加速した粒子を用いて花粉
を”衝撃”することにより挿入することができる(EP
−A0,270,356参照)。
【0058】植物は適した栄養培地を用いて周知の方法
で再生することができる(例えばNagy及びMali
ga、1976)。
【0059】本発明の方法の好ましい具体化において
(EP−A 116,718に記載の方法に従い)、本
発明の遺伝子、又は遺伝子ユニットを適した大腸菌
(E.coli)中間ベクター、例えばpGV700、
又はpGV710(EP−A−116,718;Deb
laere等、1986参照)、あるいは好ましくはさ
らに例えばnptII(Herrera−Estrel
la等、1983)、又はhpt(Van den E
lzen等、1986)などのリポーター遺伝子を含む
その誘導体にクローニングする。
【0060】容易に単離できる状態でベクターpGV7
10を含む大腸菌株AZ4はBudapest Tre
aty on the International
Recognition of the Deposi
t of Microorganisms for t
he Purpose of Patent Proc
eduresの規則と一致し、Deutsche Sa
mmlung vonMikroorganismen
[German Collection of Mic
roorganisms](DSM)、Griseba
chstraβe 8,D−3400 Goettin
gen,Federal Republic of G
ermanyに預託され、預託番号はDSM3164で
ある。上記構築物のプラスミドを、例えばpGV385
0を含むアグロバクテリウムツメファシエンス(Agr
obacterium tumefaciens)、又
はその誘導体(Zambryski等、1983)に通
常の方法を用いて転換する(例えばVan Haute
等、1983)。別法として耐性遺伝子ユニットをバイ
ナリーベクターにクローニングし(例えばKoncz及
びSchell、1986)、それを上記の適したアグ
ロバクテリウム ツメファシエンス(Agrobact
erium tumefaciens)に転換すること
もできる(Koncz及びSchell、1986)。
植物に転換することができる状態で耐性遺伝子ユニット
を含む、得られたアグロバクテリウム株は続いて植物の
形質転換に使用する。
【0061】さらに好ましい具体化において、耐性遺伝
子をもつ適したプラスミドを、場合によっては植物細胞
のためのリポーター遺伝子、例えばカナマイシン耐性
(例えばHerrera−Estrella等、198
3)又はヒドロマイシン耐性(van den Elz
en、1986)、好ましくはpLGVネオ2103
(Hain等、1985)、pLGV23ネオ(Her
rera−Estrella、1983)、pMON1
29(Fryley R.T.等、(1983))、p
AK1003、pAK2004(Velten J.
等、(1984))、又はpGSSTネオ3(pGSS
T3)(EP−A−189,707)を含む他のプラス
ミドと共に、直接遺伝子転換(例えばHain等、19
85)により通常の方法で植物原形質体に移す。この場
合プラスミドは環状で存在することができるが、直線状
であることが好ましい。リポーター遺伝子をもつプラス
ミドを使用する場合、耐性因子の発現に関してカナマイ
シン原形質体を調べる。他の場合(リポーター遺伝子の
ない場合)、得られたカルスを耐性遺伝子の発現に関し
て調べる(通常の方法によるスクリーニング)。
【0062】形質転換(トランスジェニック)植物、又
は植物細胞は周知の方法、例えばリーフディスク形質転
換(例えばHorsch等、1985)により、再生植
物原形質体、又は培養細胞の、アグロバクテリウム ツ
メファシエンス(Agrobacterium tum
efaciens)との共培養により(例えばMart
on等、1979、Hain等、1985)、又は直接
DNAトランスフェクションにより製造することができ
る。得られた形質転換植物はリポーター遺伝子発現に関
する選択、例えばカナマイシンサルフェートのインビト
ロ ホスホリル化により(Reis等、1984;Sc
hreier等、1985)、又はノパリン シンター
ゼの発現により(Aerts等、1983の方法によ
り)検出することができる。
【0063】耐性因子、例えばキチナーゼは特定の抗体
を用いて周知の方法で形質転換植物中に検出することが
できる。
【0064】それぞれの場合に適した栄養培地を用い
て、一般的に通常の方法で形質転換植物細胞を培養し、
再生し、完全な植物とすることができる。
【0065】本発明の耐性遺伝子、又は遺伝子ユニット
を含み、本発明の一部であるトランスジェニック植物細
胞、ならびにトランスジェニック植物はすべて有害生物
(pest)、特に植物病原体に対して耐性が非常に増
加している。
【0066】本発明に関して、”植物”という言葉は完
全な植物、ならびに植物の一部、例えば葉、種子、塊
茎、挿木などを表す。”植物細胞”は原形質体、細胞
系、植物カルスなどを含む。”増殖物質”はトランスジ
ェニック植物、及び植物細胞の増殖に使用することがで
きる(上記で定義した)植物、及び(上記で定義した)
植物細胞を示す。本発明によるトランスジェニック植物
の増殖物質も本発明の一部である。
【0067】本発明は”基本的に同様に作用するDNA
配列”を含む遺伝子、遺伝子の一部、ならびにDNA配
列も含む。遺伝子、遺伝子の一部、及びDNA配列はゲ
ノムの状態で存在することができ、例えばイントロンの
ような非コード部分も含むことができる。又完全に、あ
るいは一部化学的に合成した形態で存在することもでき
る。
【0068】本発明の場合”基本的に同様に作用するD
NA配列”という言葉は、耐性遺伝子、又はその一部の
機能が耐性因子が形成されない、又は制限遺伝子部分が
有効でないような制限を受けていなければ、その修正も
本発明が含むことを意味する。本発明のcDNAの場
合、”基本的に同様に作用するDNA配列”は、本発明
の遺伝子の位置探索のプローブとしてのcDNAの本発
明による使用を重要に損なわない修正を意味する。問題
の修正はDNAの一部、又は個々のコドン、及び/又は
個々の核酸の置換、付加、及び/又は除去により行うこ
とができる。
【0069】本発明に従い使用することができる微生物
の場合、”変異株”は本発明を行うために重要な特徴を
まだ示す、特に問題のプラスミドを含む修正微生物を意
味する。
【0070】以下の実施具体化例を用いて本発明をより
詳細に説明する:
【0071】
【実施例】1.アラキス ヒポガエア(Arachis hypo
gaea)からの耐性遺伝子の単離 アラキス ヒポガエア(Arachis hypoga
ea)懸濁細胞系(Rolfs等、1981)からデオ
キシリボ核酸DNAを単離し、制限エンドヌクレアー
ゼ、好ましくは酵素HindIII又はMboIを用い
て、それぞれの場合に1アリコートを切断する。DNA
をそのフラグメントの大きさに従い、沈降遠心、又はゲ
ル電気泳動を用いて分離する(Sambrook,Fr
itsch及びManiatis,1989、Mole
cular Cloning;ALaboratory
Manual、第2版、Cold Spring H
arbor Laboratory Press US
A)。遠心の場合、10mMトリス−HCl中で30−
10%に変化させてあらかじめ形成したpH7.5の酢
酸カリウム溶液上でフラグメントを分離する。フラグメ
ントの拡散をできるだけ抑制するためにできる限り高速
の分取超遠心で行う。それぞれの場合、変化させた≦1
00μlの容積(変化容積は約13ml)中で100μ
g以下の分裂DNAが分離される。遠心の後に選ぶフラ
クションの大きさは分解能に依存して選ぶ(例えば20
0μl)。最高約10kb(HindIII)、又は1
0−20kb(MboI)の大きさのフラグメントを含
むフラクションをラムダ ベクター(ラムダ ZAP
II、又はラムダ FIX II;Stratagen
GmbH,Heidelberg)にクローニングす
る。
【0072】ラムダ ZAP II へのHindII
Iフラグメントのクローニングは部分的遺伝子ライブラ
リの確立を例として説明することができる。商業的に入
手できるベクターをSpeIを用いて消化し、その形
態: A ACT TGATC をC及びTを用いた部分的フィリングイン
によりTGATC に変換し、クローニングをするフラ
グメントのHindIII末端に同様の処理を行い、す
なわち: A AAG TTCGA をA及びGを用いてTTCGAに変換す
る。
【0073】このようにして起源が異なるにもかかわら
ず通常の方法で互いに結合することのできる末端が形成
される。ベクターラムダ ZAP II にクローニン
グすることができるフラグメントは最高10kbpのフ
ラグメントであることが好ましいので、大フラグメント
はここでも区別される。この方法で本発明の意味で耐性
遺伝子を含むピーナッツの遺伝子ライブラリの部分がそ
れぞれの場合に確立される。これらの耐性遺伝子を含む
ベクターをcDNAプローブを用いて正確に同定し、p
R3−7にクローニングし、さらに精製することができ
る。耐性遺伝子を含む精製核酸を、ポリエチレングリコ
ール(PEG)、又は粒子衝撃装置の作用を伴う直接D
NA形質転換により、あるいは例えばアグロバクテリア
を用いた他の形質転換法により、タバコ、又は他の植物
に転換する。
【0074】2.タバコの形質転換 a)タバコのシュートの培養、及びタバコ原形質体の単
離:ニコチアナ タバクム(Nicotiana ta
bacum)(PetitHavana SR1)をホ
ルモンを含まないLS培地中で無菌シュート培養物とし
て増殖する(Linsmaier及びSkoog、19
65)。約6−8週間毎にシュート部分を新しいLS培
地に移す。シュートの培養物は24−26℃、12時間
光照射(1,000−3,000ルックス)にて成長室
中に保つ。葉の原形質体の単離のために約2gの葉(長
さが約3−5cm)を新しいかみそりの刃を用いて小片
(0.5cm x 1cm)に切断する。葉の材料をK
3培地(Nagy及びMaliga 1976)、0.
4モルのスクロース、pH5.6、2%のZellul
ase R10(Serva)、0.5%のMacer
ozym R10(Serva)を含む酵素溶液20m
l中で室温にて14−16時間培養する。その後0.3
0mm、及び0.1mmの鋼のふるい上で濾過して原形
質体を細胞片から分離する。濾液を100xgにて10
分間遠心する。この遠心の間、完全な原形質体が酵素溶
液の上端に帯状に浮遊し、集まる。細胞片、及び酵素溶
液から成るペレットをガラスキャピラリーを用いた吸引
により除去する。予備洗浄した原形質体を新しいK3培
地(浸透圧として0.4Mスクロース)を用いて10m
lとし、再浮遊させる。洗浄培地を吸引により除去し、
培養のために、又は続くアグロバクテリウムを用いた感
染(共培養)のために1−2x105/mlに希釈す
る。原形質体の濃度を計数室で決定する。
【0075】b)アグロバクテリウム ツメファシエン
ス(Agrobacterium tumefacie
ns)との共培養による再生タバコ原形質体の形質転
換:以下では、Marton等、1979の方法を少し
修正して用いる。原形質体を上記のようにして単離し、
K3培地(0.4モルのスクロース、0.1mg/lの
NAA、0.2mgのキネチン)中、26℃、1−2x
105/mlの密度で、暗所で2日間、弱光下(500
ルックス)で1−2日間培養する。第1の原形質分離が
起きたらすぐにミニマルA(Am)培地中のアグロバク
テリウム懸濁液(密度は約109アグロバクテリア/m
l)30μlを、3mlの再生原形質体に加える。共培
養は暗所で20℃にて3−4日間行う。その後タバコの
細胞を12mlの遠心管にデカンテーションにより入
れ、海水(600mOsm/kg)で10mlに希釈
し、60xgで10分間ペレット化する。ほとんどのア
グロバクテリアを除去するためにこの洗浄過程を1回又
は2回繰り返す。細胞懸濁液を1mg/lのNAA(ナ
フチル−1−酢酸)、0.2mg/lのキネチン、及び
500mg/lのセファロスポリン−抗体、セフォタク
シムを含むK3培地(0.3モルスクロース)中で5X
104/mlの密度で培養する。毎週新しいK3培地を
用いて細胞懸濁液を希釈し、1週間当たり0.05モル
のスクロース(約60mOsm/kg)により培地の浸
透圧を徐々に下げる。アガロース ビーズ型培養におけ
る共培養の2−3週間後にカナマイシン(100mg/
lのカナマイシンサルフェート(Sigma)、660
mg/gの活性km)を用いた選択を開始する(Shi
llito等、1983)。選択の開始後3−4週間で
カナマイシン−耐性コロニーが発育の遅れたコロニーの
背景から際立ってくる。
【0076】c)DNAを用いたタバコ原形質体の直接
形質転換硝酸カルシウム/PEG形質転換 ペトリ皿中で、180μlのK3培地中の約106個の
原形質体を、耐性遺伝子を含むDNA0.5μg/μ
l、及び0.5μg/μlのpLGVネオ2103(H
ain等、1985)を含む20μlのDNA水溶液と
注意深く混合する。続いて200μlの融合溶液(0.
1モルの硝酸ナトリウム、0.45Mのマンニトール、
25%ポリエチレングリコール(PEG6000),p
H9)を注意深く加える。15分後、5mlの洗浄溶液
(0.275Mの硝酸ナトリウム、pH6)を加え、5
分後に原形質体を遠心管に移し、60xgでペレット化
する。ペレットを少量のK3培地に取り上げ、下節に記
載する要領で培養する。別法として、原形質体をHai
n等,1985に記載された要領で形質転換することも
できる。又、0.5μl/μlのpLGVネオ2103
を添加せずに形質転換を行うこともできる。この場合、
リポーター遺伝子が用いられないので、得られたカルス
はドット−ブロットハイブリッド形成を用いて耐性遺伝
子の存在に関して調べることができる。使用することが
できるハイブリッド形成プローブはpR3−7の上記c
DNAである。もちろん抗体アッセイなどの他の検出法
も使用することができる。
【0077】d)DNAと共に培養した原形質体の培
養、及びカナマイシン−耐性カリの選択 下記の培養、及びカナマイシン−耐性コロニーの選択の
ために、修正”ビーズ−型培養”法(Shillito
等、1983)を使用する。原形質体をDNAで処理し
た(cを参照)1週間後、3mlの細胞懸濁液を5cm
のペトリ皿中で3mlのK3培地(0.3Mのスクロー
ス+ホルモン;1.2%の(Seaplaque)LM
Tアガロース(低融点アガロース,Marine Co
lloids)と混合する。この目的のため、アガロー
スをオートクレーブにより乾燥し、K3培地を加え、混
合物をマイクロ波の炉中で短時間煮沸する。アガロース
が固化した後、さらに培養、選択のためにアガロース円
板(”ビーズ”)を埋め込んだタバコミクロカルスと共
に10cmのペトリ皿に移し、10mlのK3培地
(0.3Mのスクロース、1mg/lのNAA、0.2
mg/lのキネチン)、及び100mg/lのカナマイ
シンサルフェート(Sigma)のバッチを加える。液
体培地は毎週変える。この過程の間に培地の浸透圧値は
徐々に下げる。
【0078】交換培地(K3+km)のスクロースを毎
週0.05モルづつ減少させる(約60mOsm)。
【0079】 DNA形質転換後のカナマイシン−耐性タバココロニーのための選択図: 0.4M 0.3M 0.25M 0.20M 0.15M 0.10M 液体 培地中 のスク ロース U ES K ─────────────────────────────────── 1 2 3 4 5 6週, DNA取 り上げ後 (K3培地、1mgのNAA、0.2mgのキネチン) U=DNA取り上げ E=アガロース中への埋め込み S=カナマイシン(100mg/lのカナマイシンサル
フェート)を用いた選択 K=カナマイシン−耐性コロニーを背景から明白に見分
けることができる。
【0080】e)カナマイシン−耐性植物の再生 カナマイシン−耐性コロニーの直径が約0.5cmに達
したらすぐにその半分を再生培地(LS培地、2%のス
クロース、0.5mg/lのベンズアミノプリンBA
P)上に置き、培養物を24℃、12時間光照射(3,
000−5,000ルックス)にて成長室に保つ。他の
半分を1mg/lのNAA、0.2mg/lのキネチ
ン、0.1mg/lのBAP、及び100mg/lのカ
ナマイシンサルフェートを含むLS培地上でカルス培養
物として増殖する。再生シュートが約1cmの大きさに
なった時それを切り取り、根付かせるために成長調節剤
を含まない1/2LS培地(1%スクロース、0.8%
寒天)上に置く。シュートを100mg/lのカナマイ
シンサルフェートを含む1/2LS培地上に根付かせ、
後に土壌中に移植する。
【0081】f)アグロバクテリウム ツメファシエン
ス(Agrobacterium tumefacie
ns)によるリーフディスクの形質転換 リーフディスクの形質転換のために(Horsch等,
1985)、無菌のシュート培養物の約2−3cmの長
さの葉を直径が1cmの円板中に穴をあけて差し込み、
適したAm培地(下記参照)中の適したアグロバクテリ
アの懸濁液(約109/ml)(b参照)を用いて円板
を5分間培養する。感染した葉の部分を24℃にてホル
モンを含まないMS培地(下記参照)上に3−4日間保
つ。この間にアグロバクテリアが成長して葉の部分を覆
う。その後葉の部分をMS培地(0.5mg/lのBA
P、0.1mg/lのNAA)中で洗浄し、500μg
/mlのセフォタクシム、及び100μg/mlのカナ
マイシンサルフェート(Sigma)を含む同様の培地
(0.8%寒天)上に置く。培地は2週間後に新しくし
なければならない。さらに2−3週間後、形質転換シュ
ートが目に見えるようになる。平行して選択圧力なしに
シュートの再生も行わなければならない。その後再生シ
ュートを、例えばノパリン シンターゼ、又は耐性遺伝
子活性に関する生物学的試験により形質転換に関して試
験しなければならない。この方法で1−10%の形質転
換シュートが得られる。
【0082】g)形質転換の検出のための生化学的方法 植物組織におけるノパリンの検出:ノパリンはOtte
n及びSchilperoort(1978)、ならび
にAerts等(1979)に記載されている通り、以
下のようにして検出する。エッペンドルフ容器中で、5
0mgの植物材料(カルス、又は葉の部分)を0.1M
のアルギニンを含むLS培地中、室温にて終夜培養す
る。その後植物材料に吸収紙を軽く当て、ガラス棒を用
いて新しいエッペンドルフ遠心容器中で均質化し、ホモ
ジネートをエッペンドルフ遠心機で2分間遠心する。上
澄みの2μlを電気泳動に適した紙(Whatman
3MM紙)(20x40cm)上に点状で置き、乾燥す
る。紙を可動層(5%蟻酸、15%酢酸、80%H
2O、pH1.8)で飽和し、400Vにて電気泳動を
45分間行う。ノパリンは陰極に移動する。紙を熱空気
流中で乾燥し、フェナントレンキノン染色液(同量のエ
タノール中0.02%のフェナントレンキノン、及び6
0%エタノール中の10%NaOH)を通して移動の方
向に引く。乾燥した紙は長波長UV光下で見ることがで
き、写真を撮る。試薬がアルギニンを染色し、アルギニ
ン誘導体が黄色の蛍光を発する。
【0083】ネオマイシンホスホトランスフェラーゼ
(NPT II)酵素分析:植物のNPT II活性
は、Reiβ等(1984)に記載され、Schrei
er等(1985)により修正された方法で、以下のよ
うにしてカナマイシンのその場ホスホリル化により検出
することができる。50mgの植物組織をガラス粉を加
えた50μlの抽出緩衝液(10%のグリセロール、5
%の2−メルカプトエタノール、0.1%のSDS、
0.025%のブロモフェノールブルー、62.5mM
のトリス、pH6.8)中、氷上で均質化し、ホモジネ
ートをエッペンドルフ遠心機中、4℃にて10分間遠心
する。上澄みの50μlをポリアクリルアミド ゲル
(145x110x1.2mm;分離ゲル:10%のア
クリルアミド、0.33%のビスアクリルアミド、0.
375MのトリスpH8.8、収集ゲル:5%のアクリ
ルアミド、0.165%のビスアクリルアミド、0.1
25MのトリスpH6.8)に適用し、ゲルを4℃、6
0Vにて終夜電気泳動を行う。ブロモフェノール マー
カーがゲルの外に移動したらすぐにゲルを蒸留水で10
分間、2回、及び反応緩衝液(67mMのトリス マレ
ート、pH7.1、42mMのMgCl2、400mM
の塩化アンモニウム)で30分間、1回洗浄する。ゲル
を同一の大きさのガラス板上に置き、基質カナマイシン
サルフェート(20μl/ml)、及び20−200μ
Ciの32PATP(Amersham)を含む反応緩衝
液中の濃度1%のアガロース40mlで覆う。サンドイ
ッチゲルを室温で30分間培養し、1枚のホスホセルロ
ース紙P81(Whatman)をアガロース上に置
く。この最高部に4層の濾紙3MM(Whatma
n)、及びペーパータオルを数枚置く。3−4時間後に
その場ホスホリル化放射活性カナマイシンホスフェート
のP81紙への移動を止める。P81紙をプロテイナー
ゼK、及び1%のドデシル硫酸ナトリウム(SDS)の
溶液中、60℃にて30分間培養し、251mlの10
mMリン酸塩緩衝液pH7.5中、80℃にて3−4回
洗浄し、乾燥し、−70℃にて1−12時間オートラジ
オグラフィーにかける(XAR5 フィルム コダッ
ク)。
【0084】3.メディカゴ サティバ(Medica
go sativa)(アルファルファ)の形質転換 a)植物材料 植物メディカゴ サティバ(Medicago sat
iva)(RegenS.クローンRA3 Walke
r等、1978)を長日条件下(16時間明、8時間
暗)、26±2℃にて、LS培地(Linsmaier
及びSkoog、1965)上で無菌シュート培養物と
して培養する。
【0085】b)培養条件 シュート培養のための培養容器としてガラスのふたでゆ
るく覆ったガラス容器(250ml−1.5l)を使用
する。他のすべての植物(胚、カルス、原形質体)の培
養にはプラスチックのペトリ皿を使用する。
【0086】原形質体を除き、植物、及び組織の培養物
は長日条件下(16時間明、8時間暗)、26±2℃に
て成長室内で培養する。蛍光管の光色はユニバーサル
ホワイト(Osram L58W/25)である。管は
培養物から10−30cmの距離に置き、それは1,5
00−4,500ルックスの光度に相当する。大気湿度
は調整しない。原形質体は26℃にて500ルックス以
下で培養器中にて培養する。
【0087】c)カルス培養 温室の植物の葉柄からカルスを誘導する。温室の植物か
ら手術用かみそりを用いて長さが約5cmの葉柄片を切
り取る。最初に葉柄片の表面を殺菌する: −70%エタノール中で1分間 −濃度10%の市販の消毒薬中で10分間 −無菌水道水で3回。
【0088】殺菌の後、葉柄片を長さ1−1.5cmの
片に切断し、これらをペトリ皿中の固体寒天培地上に置
く。カルスの誘導、及びその後の培養に3種類の培地を
使用する: 1.B5h(Atanassov及びBrown、19
84) 2.SHR:25μM(4.655mg/l)のNA
A、及び10μM(2.15mg/l)のキネチン(W
alker及びSato、1981)を含むSH(Sh
enk及びHildebrandt、1972) 3.B53:2.6μM(0.5mg/l)のNAA、
2.2μM(0.5mg/l)のBAP、2.2μM
(0.5mg/l)の2.4D(Oelck、論文19
84)を含むB5(Gamborg等、1968)。
【0089】3週間後、各カルスの外側を手術用かみそ
りを用いて切り取り、新しい培地上で継代培養を行う。
【0090】d)カルスの再生 修正したStuart及びStrickland、19
84,a,bの原案に従い、カルスから植物を再生す
る。
【0091】50μM(11mg/l)の2,4D、及
び5μM(1.07mg/l)のキネチンを含む液体S
H培地(Shenk及びHildebrandt、19
72)中でカルスを培養することにより体細胞胚形成を
誘導する。3角フラスコ中に(500mlのフラスコ中
100ml)、培地1ml当たり30mgのカルス(新
鮮重量)を加える。植物成長室中、26℃にてシェーカ
ー(100rpm)上で3−4日間誘導を行う。その後
カルス組織をふるい(850μm2)上で培地から分離
する。
【0092】スパチュラを用い、ふるいを通してそれを
圧縮し、細胞の小凝集物を最初のふるいの下に置いたメ
ッシュサイズ250μm2のふるい上に集める。誘導培
地100ml当たりホルモン(SH)を含まないSHJ
培地500mlを用いて細胞凝集物を洗浄する。できる
だけ多くの洗浄液を、流出させる(約5分間)ことによ
り除去する。新鮮重量を測定し、SH培地中に細胞凝集
物を再懸濁する。ピペット中で0.5ml中の75mg
を約10mlの固体再生培地SHRに適用する。再生培
地SHRは25mMのNH4 +、及び100mMのL−プ
ロリンを3%スクロース中に含むSH培地から成る。
【0093】約4週間後、認知できる極性を持つ十分発
達した胚(子葉段階、Dos Santos等、198
3)を25μM(8.6mg/l)のジベレリン酸(G
3)、及び0.5μM(0.046mg)のNAAを
含む固体1/2SH培地上に置く。根、及び葉を持った
シュートの発育の後、小植物をLS培地に移す。
【0094】表は培地、B5h、SHJ、SHR、1/
2SH、及びLSの組成を示す。液体培地SHはホルモ
ン2,4D、及びキネチンを含まないSHJ培地に対応
する。他に記載がなければ、量はmg/lで示す。
【0095】
【表6】多量元素5h SHJ SHR 1/2SH LS NH4NO3 − − − 1650 KNO3 3000 2500 2500 1250 1900 CaCl22H2O 895 200 200 100 1900 MgSO47H2O 500 400 400 200 370 (NH42SO4 134 − 1651 − − NaH2PO42O 156 − 407 − − KH2PO42O − − − − 170 NH42PO4 − 300 − 150 − ZnSO42O 10 10 10 5 22.3 H3BO3 3 5 5 2.5 6.2 ZnSO47H2O 1 1 1 0.5 8.6 Na2MoO42H2O 0.25 0.1 0.1 0.05 0.25 CuSO45H2O 0.025 0.02 0.02 0.1 0.025 CaCl26H2O 0.025 0.1 0.1 0.05 0.025 KJ 28 15 15 7.5 28 Na2EDTA 37 20 20 10 37ビタミン チアミンHCl 10 5 5 2.5 0.4 ピリドキシンHCl 1 0.5 0.5 0.25 − ニコチン酸 1 5 5 2.5 −アミノ酸 L−グルタミン 800 − − − − L−セリン 100 − − − − L−プロリン − − 5755 − −他の成分 中でも植物ホルモン ミオ−イノシトール 100 1000 1000 500 100 L−グルタチオン 10 − − − − アデニンサルフェート 1 − − − − 2,4−D 1 11.5 − − − キネチン 0.2 1.075 − − − GA3 − − − 8.6 − NAA − − − 0.046 − スクロース 30g 30g 30g 15g 15g pH 5.8 5.9 5.9 5.9 5.8 pHは1NのKOHを用いて調節する。
【0096】培地はオートクレーブ中、121℃にて1
7分間加熱することにより殺菌する。キネチン、L−グ
ルタチオン、及びアミノ酸はフィルター殺菌して、オー
トクレーブ中で加熱した後、培地に加え、培地の温度は
60℃である。
【0097】e)原形質体培養 原形質体の単離に使用する出発材料は2−3月令の無菌
シュート培養物の葉である。これらを光を点火した2−
3時間後に収穫する。
【0098】−ペトリ皿中で最初に葉をEMI(Ata
nassov及びBrown、1984)で湿らせた
後、新しいかみそりの刃を用いて分割する。
【0099】−その後ペトリ皿(φ10cm)中で1−
1.5gの葉を10mlの酵素溶液と共に3−4時間培
養する。培養は弱光を当てながら26℃で行う。葉から
の原形質体の発芽を顕微鏡下で観察する。30分毎に皿
を2−3回穏やかに振る。酵素溶液は0.2mg/lの
2,4−D、0.5mg/lのゼアチン、及び1mg/
lのNAAのホルモンを含むAtanassov及びB
rown(1984)の原形質培養培地(AP)、及び
酵素溶液の1:1の混合物から成る。酵素溶液(Kao
及びMichayluk、1979;修正)は: −200mgのCellulose Onozuka R10 −80mgのMacerozyme R10 Serva −10mgのPectolyase Y−23 Sigma −540mgのソルビトールを含む。
【0100】f)誘導カルスの形質転換 カルスの再生に記載した方法によりカルスの胚形成を誘
導する。
【0101】液体SHJ中で3−4日間培養した後、カ
ルス材料をふるい(メッシュサイズ100μm)上で寒
天、及びL−プロリンを含まない液体SHRを用いて洗
浄する。カルス材料を液体SHR中に取り上げる。約1
gのカルス材料に10mlの培地を加える。
【0102】耐性遺伝子を持つTiプラスミドを含むア
グロバクテリアを加えた後(最終濃度2x107/m
l)、カルス材料をシェーカー上(90rpm)、26
℃にて2−3日間培養する。
【0103】ふるい(メッシュサイズ100μm2)上
で、材料を液体SHRを用いて洗浄する。
【0104】正常な固体SHR上で100mMのL−プ
ロリンを用いて平板化を行う(10mlの培地当たり7
5mgのカルス)。選択的抗体の他に、プレート中の培
地は500μg/mlのクラフォランを含む。4週間後
に耐性構造を、新しい抗体含有培地に置き、さらに3週
間後にそれを分割し、半分を選択的抗体を含まない新し
い培地上に置き、他の半分を抗体含有培地上に置く。
【0105】g)胚の形質転換 誘導カルスの形質転換と類似の方法で胚の形質転換を行
う。使用した出発材料は4−5週令の胚である。ペトリ
皿中で、それをかみそりの刃を用いて細かく分割し、ふ
るい(メッシュサイズ100μm)上で液体SHRを用
いて洗浄する。約1gの分割した胚を10mlの液体S
HR中に取り上げる。アグロバクテリアを加えた後(最
終濃度2x107/ml)、シェーカー(90rpm)
上で26℃にて2−3日間培養する。この後、胚の部分
をふるい(100μm2)上で液体SHRを用いて洗浄
する。スパチュラを用いて、100mMのL−プロリン
を含む標準固体SHRを入れたプレート上でそれを平坦
化する。10mlの培地を含むプレート当たり約50−
100mgの胚の部分を分配する。選択的抗体の他にプ
レート中の培地は500μg/mlのクラフォランを含
む。平坦化の3週間後、新しいプレート上で2次胚を継
代培養する。十分発育した胚を抗体を含まない1/2S
H培地(Stuart及びStrickland、19
84,b)に移植し、さらに発育させて植物とする。根
付いた小植物をLS培地に移植する。 4.ソラヌム ツベロスム(Solanum tube
rosum)(じゃがいも)の形質転換 EP−A−0,242,246の14−15頁に記載の
方法に正確に類似した方法で、耐性遺伝子を持つTiプ
ラスミドを含むアグロバクテリアを用いて形質転換を行
う。
【0106】他の指示がなければ上記実施例のパーセン
トはすべて重量パーセントである。上記実施例により得
られたトランスジェニック植物細胞、及び植物におい
て、耐性遺伝子の転換、及び発現は2つの基準を用いて
一般的に通常の方法により明白に検出することができ
る。例えば遺伝子、及びその1次遺伝子生成物は上記試
験により明白に検出することができる。さらに1次遺伝
子生成物はトランスジェニック植物がフィトフトラ メ
ガスペルマ(Phtophthora megaspe
rma)、又はその細胞壁などの病原体に感染した時に
選択的に発現する。有害な生物に対する耐性の増加とい
う意味の生物学的作用は病原体の成長の減少、及び植物
への損傷の減少により検出することができる。
【0107】以下において、植物、又は植物細胞の形質
転換に使用した培地のいくつかにつき記載する:Am培地 1l中に 3.5gのK2HPO4 1.5gのKH2PO4 0.5gのNa3クエン酸塩 0.1gのMgSO4x7H2O 1 gの(NH42SO4 2 gのグルコースタバコの無菌シュート培養のための培地 多量元素 MS塩の濃度の1/2 Fe EDTA Murashige及びSkoog(MS) ミオ−イノシトール 100mg/l スクロース 10mg/l 寒天 8mg/l ビタミン Ca パントテネート 1mg/l ビオチン 10mg/l ニコチン酸 1mg/l ピリドキシン 1mg/l チアミン 1mg/l pH5.7としてオートクレーブにかける。
【0108】K3培地 ニコチアナ タバクム ペチト ハバナ(Nicoti
ana tabacumpetit Havana)S
R1、ニコチアナ タバクム ウィスコンシン(Nic
otiana tabacum Wisconsin)
38、及びニコチアナ プルムバギニフォリア(Nic
otiana plumbaginifolia)原形
質体の培養用(Nagy及びMaliga、197
6)。
【0109】 多量元素 NH4NO3 250 mg/l KNO3 2,500 mg/l CaCl2x2H2O 900 mg/l MgSO4x7H2O 250 mg/l NaH2PO4x1H2O 150 mg/l (NH42SO4 134 mg/l CaHPO4x1H2O 50 mg/l 多量元素 H3BO3 3 mg/l MnSO4x1H2O 10 mg/l ZnSO4x4H2O 2 mg/l KI 0.75 mg/l Na2MoO4x2H2O 0.25 mg/l CuSO4x5H2O 0.025mg/l CoCl2x6H2O 0.025mg/l Fe EDTA Na2EDTA 37.2 mg/l FeSO4x7H2O 27.8 mg/l イノシトール 100 mg/l スクロース 137 g/l (=0.4モル) キシロース 250 mg/l ビタミン ニコチン酸 1 mg/l ピロキシン 1 mg/l チアミン 10 mg/l ホルモン NAA 1.0 mg/l キネチン 0.2 mg/l pH5.6 フィルター殺菌Linsemaier and Skoog培地 (Li
nsemaier and Skoog,1965) 再生原形質体培養用、及びタバコ腫瘍ならびにカルスの
組織培養用。Linsemaier and Skoo
g(LS)培地は以下の修正を行ったMurashig
e and Skoog(Murashige and
Skoog,1962)培地である: −量り込むチアミンを0.1mg/lではなく、0.4
mg/lの濃度とする。 −グリシン、ピリドキシン、及びニコチン酸を含まな
い。
【0110】 多量元素 NH4NO3 1,650 mg/l KNO3 1,900 mg/l CaCl2x2H2O 440 mg/l MgSO4x7H2O 370 mg/l KH2PO4 170 mg/l 多量元素 H3BO3 6.2 mg/l MnSO4x1H2O 22.3 mg/l ZnSO4x4H2O 8.6 mg/l KI 0.83 mg/l Na2MoO4x2H2O 0.25 mg/l CuSO4x5H2O 0.025mg/l CoCl2x6H2O 0.025mg/l Fe EDTA Na2EDTA 37.2 mg/l FeSO4x7H2O 27.8 mg/l イノシトール 100 mg/l スクロース 30 g/l 寒天 8 g/l ビタミン チアミン 0.4 mg/l ホルモン: NAA 1 mg/l キネチン 0.2 mg/l pH5.7としてオートクレーブにかける。
【0111】使用した方法、及び技術をさらに説明する
ために植物、又は植物細胞の形質転換、ならびに耐性遺
伝子の問題に関する以下の文献を挙げることができる:
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【0114】Stuart DA,Stricklan
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ジカゴ サチバのカルス組織における形態形成:体細胞
アンブリオ形成におけるアンモニウムイオンの役割。P
lant Cell Tiss.Org.Cult.
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ms G,Schilperoort RA(198
1) ニコチアナ タバクムから誘導した細胞壁再生原
形質体のインビトロ アガロバクテリウム ツメファシ
エンス−誘導形質転換後に得られる形質転換物における
クラウンガール腫瘍の発現の差。ProcNatl A
cad Sci 78:4344−4348 Yanisch−perron,C.,Vicira,
J及びMessing,J.(1985)Gene 3
3,103−119 Zambryski P,Joos H,Genete
llo C,van Montagu M,Schel
l J(1983) 正常な再生能力を変えることな
く、植物細胞にDNAを導入するためのTi−プラスミ
ドベクター。EMBO J 12:2143−2150 さらに以下の公開特許出願を挙げることができる: EP−A 116,718 EP−A 159,418 EP−A 120,515 EP−A 120,516 EP−A 172,112 EP−A 140,556 EP−A 174,166 EP−A 122,791 EP−A 126,546 EP−A 164,597 EP−A 175,966 EP−A 270,822 WO 84/02913 WO 84/02919 WO 84/02920 WO 83/01176
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 C12N 5/10 15/11 15/70 15/82 C12Q 1/68 A 8114−4B //(C12N 1/21 C12R 1:19) (72)発明者 ペーター・シユライアー ドイツ連邦共和国デー5000ケルン1・ダツ セルシユトラーセ16 (72)発明者 トーマス・ハーゲツト イギリス・ロンドン ダブリユーシーエイ 3ピーエツクス・リンカーンズインフイ ールズ・インペリアルキヤンサーリサーチ フアンド内 (72)発明者 ジエフ・シエル ドイツ連邦共和国デー5000ケルン30・カー ル−フオン−リン−ベーク12

Claims (15)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 植物からの耐性遺伝子において、病原体
    により特異的に誘導することができ、以下の配列のcD
    NAに対応するDNA配列を含むことを特徴とする遺伝
    子: 【表1】
  2. 【請求項2】 請求項1に記載の耐性遺伝子の調節部
    分。
  3. 【請求項3】 請求項1に記載の耐性遺伝子の構造遺伝
    子。
  4. 【請求項4】 以下の配列のDNA。 【表2】
  5. 【請求項5】 組み替え原核、又は真核DNAにおい
    て、”外部”DNAあるいは”付加”DNAとして1種
    類かそれ以上の耐性遺伝子、又は遺伝子単位、及び/又
    はその部分、及び/又は請求項1−4に記載のDNAを
    含むDNA。
  6. 【請求項6】 請求項1に記載の組み替えDNAにおい
    て、植物細胞(原形質体を含む)、又は植物(植物の一
    部、又は種子を含む)に含まれることを特徴とするDN
    A。
  7. 【請求項7】 1種類かそれ以上の耐性遺伝子、又は遺
    伝子単位、あるいはその一部、及び/又は請求項1−4
    に記載のDNA、及び/又は請求項5に記載の組み替え
    DNAを含むベクター。
  8. 【請求項8】 プラスミド pR3−7。
  9. 【請求項9】 形質転換した微生物において、1種類か
    それ以上の耐性遺伝子、又は遺伝子単位、あるいはその
    一部、及び/又は請求項1−4に記載のDNA、及び/
    又は請求項5に記載の組み替えDNAを含むことを特徴
    とする微生物。
  10. 【請求項10】 大腸菌株RG−2(DSM 614
    9)、及びその変異株。
  11. 【請求項11】 植物細胞(原形質体を含む)、及び植
    物(植物の一部、又は種子を含む)の形質転換におけ
    る、請求項1−10に記載の耐性遺伝子、及び/又はそ
    の一部、及び/又はDNA、及び/又はベクター、及び
    /又は形質転換した微生物の利用。
  12. 【請求項12】 ”外部”あるいは”付加”DNAとし
    て1種類かそれ以上の耐性遺伝子、及び/又はその一
    部、及び/又は請求項1−5に記載のDNAを含むトラ
    ンスジェニック植物細胞(原形質体を含む)、及び植物
    (植物の一部、又は種子を含む)。
  13. 【請求項13】 請求項12に記載のトランスジェニッ
    ク植物細胞(原形質体を含む)、及び植物(植物の一
    部、又は種子を含む)の製造法において、 (a)1種類かそれ以上の耐性遺伝子、及び/又はその
    一部、及び/又は請求項1−5に記載のDNAを植物細
    胞(原形質体を含む)のゲノムに挿入し、場合によって
    は (b)形質転換植物細胞(原形質体を含む)から完全な
    トランスジェニック植物を再生し、場合によっては (c)得られる親世代、又はそこから誘導した下位世代
    のトランスジェニック植物から、植物の所望の部分(種
    子を含む)を得ることを特徴とする方法。
  14. 【請求項14】 請求項1に記載の耐性遺伝子、及び/
    又はその一部の探索、単離、精製、及び/又は検出にお
    けるプローブとしての、請求項4に記載のDNAの利
    用。
  15. 【請求項15】 病原体により特異的に誘導し、請求項
    4に記載のcDNAをプローブとして用いて単離するこ
    とができる、植物からの耐性遺伝子。
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