JPH06189777A - 種子用発現プラスミド - Google Patents
種子用発現プラスミドInfo
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Abstract
プロモーターおよびダイズ種子貯蔵タンパク質グリシニ
ン遺伝子ターミネーターから構築された発現プラスミド 【効果】 本発明の発現プラスミドは、種子においての
植物遺伝子発現の解明に役立ち、有用植物遺伝子の導
入、発現による植物育種および有用物質生産といった産
業技術の発展を可能とする。
Description
に関する。さらに詳細には、ダイズ種子貯蔵タンパク質
グリシニン遺伝子(以下、GYと略する。)プロモータ
ーおよびGYターミネーターから構築された発現プラス
ミドに関する。
伝子の発現目的として、種子貯蔵タンパク質遺伝子プロ
モーターを用いた発現プラスミドの開発が進められてい
る。グリシニンはダイズの全種子タンパク質の20% 以上
を占める主要な貯蔵タンパク質の1つであり、主に5種
類のものが存在する。その遺伝子は各々GY1,GY
2,GY3,GY3,GY4,GY5と命名されてお
り、その性質についてはThe Plant Cell ,Vol.1,p313-3
28(1989)に記載されている。
は、種子における外来遺伝子の発現量は充分ではなく、
より高い発現量を示すための種子用発現プラスミド、プ
ロモーターおよびターミネーターが必要であった。
況を鑑み、より優れた種子用発現プラスミドを見出すべ
く鋭意検討を重ねた結果、ある種の種子貯蔵タンパク質
遺伝子から得られるプロモーターおよびターミネーター
から構築される発現プラスミドが従来のものと比べて高
い発現量を示すことを見出し、本発明を完成した。すな
わち、本発明はGYプロモーターおよびGYターミネー
ターを含有する発現プラスミドを提供するものである。
さらに、本発明者らは、プロモーターの下流に複数個の
クローニングサイトを保持した種子用発現プラスミドの
構築にも成功し、あらゆる外来遺伝子を容易に挿入する
ことを可能にした。
現プラスミドには、RNAポリメラーゼが結合し、転写
を開始させるためのプロモーター配列が含まれる。本発
明の発現プラスミドは、プロモーターとしてGYプロモ
ーターを含む。GYプロモーターとしては、例えばNucl
eic Acids Research,Vol.17,4386(1989)等に記載される
式化4の塩基配列( 配列番号3) で表される690塩基
対からなる公知な遺伝子
16塩基対からなる新規な遺伝子
写を終止させるためのターミネーター配列が含まれる。
一般に有用な遺伝子の発現にはターミネーターよりもプ
ロモーターの方が重要な働きをする。このため、植物に
外来遺伝子を導入する場合、ターミネーターとしては、
外来遺伝子またはプロモーターと同じ起源である遺伝子
あるいは同じ分類上の起源(例えば、植物、動物、細
菌、酵母、糸状菌、ウイルス等)である遺伝子に関係な
く、通常、公知なターミネーター、たとえば、ノパリン
シンターゼ(NOS)等が用いられる。本発明の発現プ
ラスミドは、ターミネーターとしてプロモーターと同じ
起源である遺伝子、すなわち、GYのターミネーターを
含む。GYのターミネーターとしては、たとえば、式化
6の塩基配列(配列番号2)により表される744塩基
対からなる新規な遺伝子
植物の種子内での発現において特に有用なものである。
ゆる外来遺伝子を容易に挿入するためにプロモーターの
下流に1つ以上のクローニングサイトを保持させること
ができる。好ましくは、複数個のクローニングサイトで
ある。ここでクローニングサイトとは、通常の遺伝子操
作で用いられる制限酵素によって認識切断可能な部位の
ことである。たとえば、式化7の塩基配列(配列番号
4)で表される遺伝子
照)。
発現プラスミドとして式化8で表されるプラスミドpSUM
-GY1
入する有用な遺伝子としては、例えば、ダイズのグリシ
ニン遺伝子、βーコングリシニン遺伝子等の種子で発現
させることにより種子における蛋白含量を改良させるこ
とができる(植物)貯蔵蛋白質遺伝子、ブラジルナッツ
の2S−アルブミン遺伝子、トウモロコシの10kDa
または15kDa蛋白質遺伝子、イネの10kDa蛋白
質遺伝子、ヒマワリの10kDa蛋白質遺伝子等の種子
で発現させることにより高メチオニン含量あるいは高リ
ジン含量の種子に改良させることができる(植物)蛋白
質遺伝子、大腸菌をはじめとする微生物のbioA、b
ioB、bioC、bioD、bioF、bioH、酵
素、転写制御因子birAまたは植物の該ホモログ酵素
等の種子で発現させることにより、高ビオチン含量の種
子に改良させることができるビオチン生合成関連酵素遺
伝子、ステアロイル−ACPデサチュラーゼ(Stearoyl
-ACP desaurase) 、アシル-ACPチオエステラーゼ(acyl-
ACP thioesterase) 、3-ホスフェイトアシルトランスフ
ェラーゼ(3-phosphate acyl transferase)等の種子で発
現させることにより種子における脂質の酸化安定性の増
大、リン脂質の減少またはオレイン酸もしくはリノレン
酸の増大等による種子脂質の改良を可能にする関連酵素
遺伝子等をあげることができる。
本発明の発現プラスミドは、例えば、カナマイシンまた
はハイグロマイシン等の薬剤耐性遺伝子等の選択マーカ
ーを付加し、パーティクルガン法、ポリエチレングリコ
ール(以下、PEGと略する。)の存在下でプラスミド
DNAをプロトプラストに取り込ませるPEG法、電気
パルスを与えてプラスミドDNAをプロトプラストに取
り込ませるエレクトロポーレーション法、微小針により
プラスミドDNAを植物細胞に注入するマイクロインジ
ェクション法等の通常の直接導入法を用いて、または、
本発明の発現プラスミドをアグロバクテリウムのTiプラ
スミドもしくはRiプラスミドのT−DNA領域に一度組
み込ませてから、植物ゲノムDNA中に導入する方法を
用いて、ダイズ、タバコ、アラビドプシス、イネ、トウ
モロコシ、コムギ、ナタネ、アルファルファ等の双子葉
および単子葉植物細胞に導入する。
入量としては、例えば、パーティクルガン法では、例え
ば圧縮空気圧式銃パーティクルガン装置(レーボック商
工社)を用いて、細胞あたり約1〜約10ng、PEG
法では細胞当たり約10〜約100pg、エレクトロポ
ーレーション法では、約0.5〜約1KV/cmの電気
パルスを与えて細胞当たり約10〜約100pg、マイ
クロインジェクション法では、細胞当たり約1pg程度
が好ましい。
導入した植物細胞を、該発現プラスミドの選択マーカー
である薬剤およびオーキシン等の植物ホルモンを含む培
地で約1〜2ヵ月間培養し、さらに固体再生用の培地で
約2〜3ヵ月培養し、植物体に再生する。このときの培
地として、例えば、MS培地、White培地、B5培
地、N6培地、NN培地等の通常の植物培養に用いる公
知の培地を用いることが可能である。前述のように、本
発明の発現プラスミドにより、外来遺伝子を導入・発現
させた形質転換植物の育成により種子内において有用成
分の含量を向上、あるいはその組成の改良、植物種子の
形質の改良、あるいは植物種子における有用物質の生産
等が可能となる。
本発明は本実施例にのみ限定されないことは言うまでも
ない。 実施例1 発現プラスミドpSUM-GY1の構築 GY1より単離したプロモーター領域、ターミネーター
領域を、プラスミドpUC19 のクローニングサイトの両側
に接続した発現プラスミドpSUM-GY1を以下のように構築
した。まずNucleic Acids Research,Vol. 17 No.11,p4
386 (1989)に記載されるGY1の塩基配列をもとに約70
0bp のプロモーター領域の遺伝子断片をPCR法を用い
て増幅・単離した。この遺伝子断片をプローブとしてダ
イズゲノミックライブラリー(CLONTECH社)をスクリー
ニングし、完全なGY1を含むと考えられる約4.4kb の
遺伝子断片GY1-#4をサブクローン化し、プラスミドpGY1
-#4 と命名した。次にプラスミドpGY1-#4 よりプロモー
ター領域、ターミネーター領域を単離し、プラスミドpU
C19 のクローニングサイトの両側に接続して発現プラス
ミドpSUM-GY1を構築した(図3から図5参照)。
方法を述べる。 ステップ1:GY1ターミネーターを含むプラスミドpS
UM-GY1-Bの構築 1 μg のプラスミドpGY1-#4 に10ユニットの制限酵素Hi
ndIII およびSphIを加えた反応液を37℃1時間反応させ
た。次に反応液を0.1 μg/mlの臭化エチジウムを含む0.
8%アガロースゲルに供し、電気泳動を行った。泳動後、
紫外線照射下で、1.2kb のHindIII ーSphIDNA 断片に相
当するゲル部分を切り出し、DNA 回収用フィルター付き
遠心チューブ(宝酒造)を用いてDNA 断片を精製した。
一方、1μg のプラスミドpUC19 に10ユニットの制限酵
素HindIII およびSphIを加えた反応液を37℃で1時間反
応させた。プラスミドpUC19 のHindIII ーSphIDNA 断片
およびプラスミドpGY1-#4 の1.2kb のHindIII ーSphIDN
A 断片をそれぞれ0.2 μgずつ混合し、5 ユニットのT4D
NA リガーゼを加えた反応液を16℃で2時間反応させ、
ライゲーションを行った。その後、Cohen らの方法(Pr
oc.Natl.Acad.Sci.U.S.A. 69,p2110-2114 )に従い、反
応液で大腸菌HB101 株(宝酒造)を形質転換し、100 μ
g/mlのアンピシリンを含むLBプレートに形質転換体を広
げ、耐性コロニーを単離した。次に、Birnboimらの方法
(Nucl.Acids.Res. 7 p1513-1523 )に従い、コロニー
よりプラスミドを調製し、1 μg のプラスミドに対し5
ユニットの制限酵素NheIを加えた反応液を37℃で1時間
反応させた。アガロースゲル電気泳動し、制限酵素NheI
で1カ所切断を受けたプラスミドを選択し、プラスミド
pSUM-GY1-Aと命名した。1 μg のプラスミドpSUM-GY1-A
に10ユニットの制限酵素SphIおよびNheIを加えた反応液
を37℃で1時間反応させた。DNA をエタノール沈澱によ
り精製後、約0.1 μg の該DNA についてT4DNA ポリメラ
ーゼを用いて末端を平滑化し、T4リガーゼを用いてライ
ゲーションを行った(DNA Blunting Kit (宝酒造) を使
用)。Cohen らの方法に従い、反応液で大腸菌HB101 株
を形質転換してアンピシリン耐性コロニーを単離し、Bi
rnboimらの方法に従い、コロニーよりプラスミドを調製
した。1 μg のプラスミドDNA に対し5 ユニットの制限
酵素SphIあるいはNheIを加えた反応液を37℃で1時間反
応させた。アガロースゲル電気泳動により、制限酵素Nh
eIで1カ所切断を受け、かつ制限酵素SphIにより切断を
受けないプラスミドを選択し、プラスミドpSUM-GY1-Bと
命名した。プラスミドpSUM-GY1-BはプラスミドpUC19 由
来のクローニングサイトおよび約0.7kb のGY1ターミ
ネーターを有していた(図3参照)。
A 断片の調製 1 μg のプラスミドpGY1-#4 に10ユニットの制限酵素Nc
oIおよびSmaIを加えた反応液を37℃で1時間反応させ
た。DNA をエタノール沈澱により精製後、約0.1μg の
該DNA についてT4DNA ポリメラーゼを用いて末端を平滑
化し、T4リガーゼを用いてライゲーションを行った。Co
hen らの方法に従い、反応液で大腸菌HB101 株を形質転
換してアンピシリン耐性コロニーを単離し、Birnboimら
の方法に従い、コロニーよりプラスミドを調製した。1
μg のプラスミドに対し5 ユニットの制限酵素NcoIある
いはSmaIを加えた反応液を37℃で1時間反応させた。ア
ガロースゲル電気泳動により、制限酵素NcoIで1カ所切
断を受け、かつ制限酵素SmaIにより切断を受けないプラ
スミドを選択し、プラスミドpSUM-GY1-Cと命名した。さ
らに1 μg のプラスミドpGpSUM-GY1-Cに10ユニットの制
限酵素EcoRI およびKpnIを加えた反応液を37℃で1時間
反応させ、反応液を電気泳動後、1.1kb のEcoRI ーKpnI
DNA 断片に相当するゲル部分を切り出し、DNA 回収用フ
ィルター付き遠心チューブ(宝酒造)を用いてDNA 断片
を精製した(図4参照)。
トの制限酵素EcoRI およびKpnIを加えた反応液を37℃で
1時間反応させた。プラスミドpSUM-GY1-BのEcoRI ーKp
nIDNA 断片およびGY1プロモーターを含む約1.1kb の
EcoRI ーKpnIDNA 断片をそれぞれ0.2 μg ずつ混合し、
5 ユニットのT4DNA リガーゼを加えた反応液を16℃2時
間反応させ、ライゲーションを行った。Cohen らの方法
に従い、反応液で大腸菌HB101 株を形質転換してアンピ
シリン耐性コロニーを単離し、Birnboimらの方法に従
い、コロニーよりプラスミドを調製した。1 μg のプラ
スミドに対し5 ユニットの制限酵素EcoRI およびHindII
I を加えた反応液を37℃で1時間反応させた。アガロー
スゲル電気泳動により、約1.8kb および約2.7kb の2つ
のDNA断片が検出されるプラスミドを選択し、プラスミ
ドpSUM-GY1と命名した(図5参照)。構築した発現プラ
スミドpSUM-GY1は、Escherichia coli HB101/pSUM-GY1
として平成4 年3 月26日に書留引受番号161 38 785294
で工業技術院微生物工業技術研究所、特許微生物寄託セ
ンターに送付された。現在、ブダペスト条約に従って微
工研条寄第4131号として同所に寄託・保管されている。
Y1のプロモーター/ターミネーター活性の測定 構築した発現プラスミドpSUM-GY1のクローニングサイト
にレポーター遺伝子であるGUS遺伝子を挿入し、ダイ
ズ未熟種子における発現を調べ、GY1プロモーター/
ターミネーター活性を確認した。以下にその詳細な方法
を述べる。プラスミドpSUM-GY1のマルチクローニングサ
イト内のNcoIとNheIの間にプラスミドpRAJ225 (CLONTE
CH社)由来の1.87kbのGUS遺伝子断片を挿入し、GU
S発現プラスミドpSUM-GY1-001を構築した。プラスミド
pSUM-GY1-001を、対照としてのカリフラワーモザイクウ
イルス(CaMV)35S プロモーター下流にホタルのルシフェ
ラーゼ(LUC) 遺伝子を接続した内部標準プラスミドpDO4
32(Science , 234 ,856-859 ,1986)と共に、パーティ
クルガン法(植物細胞工学, 2,631-637 ,1990)によ
り開花1〜2カ月後のダイズ未熟種子に導入した。ま
た、プラスミドpSUM-GY1-001のGY1ターミネーターを
ノパリン合成酵素遺伝子(NOS) ターミネーターに置き換
えたGUS発現プラスミドpGY1100 を上述と同様に導入
した。プラスミドを導入して24〜48時間後に、Mori
kawaらの方法(Appl. Microbiol. Biotechnol. 31, p
320-322 ,1989 )に従いGUS/LUC活性を測定し
た。結果を表1に示す。
プラスミドpGY1100 を導入した場合の約3倍のGUS/
LUC活性が認められた。以上のことから、GY1プロ
モーター/ターミネーターが未熟種子組織内で活性を持
つこと、また組織において新規なGY1ターミネーター
は、従来植物で広く用いられている公知のNOS ターミネ
ーターよりも高い発現量を与えることが確認された。
ての植物遺伝子発現の解明に役立ち、有用植物遺伝子の
導入、発現による植物育種および有用物質生産といった
産業技術の発展を可能とする。
す。斜線部分はダイズ種子貯蔵タンパク質グリシニン遺
伝子プロモーター、鉛直線部分はダイズ種子貯蔵タンパ
ク質グリシニン遺伝子ターミネーターを示す。
ングサイトの塩基配列を示す。
Claims (9)
- 【請求項1】ダイズ種子貯蔵タンパク質グリシニン遺伝
子プロモーターおよびダイズ種子貯蔵タンパク質グリシ
ニン遺伝子ターミネーターを含有する発現プラスミド - 【請求項2】式化1の塩基配列(配列番号1)により表
されるダイズ種子貯蔵タンパク質グリシニン遺伝子プロ
モーターと式化2の塩基配列(配列番号2)により表さ
れるダイズ種子貯蔵タンパク質グリシニン遺伝子ターミ
ネーターを含有する請求項1記載の発現プラスミド 【化1】配列番号1 【化2】配列番号2 - 【請求項3】式化3により表される請求項1記載の発現
プラスミドpSUM-GY1 【化3】 - 【請求項4】請求項1記載の発現プラスミドを含有する
植物細胞または植物体 - 【請求項5】請求項2記載の発現プラスミドを含有する
植物細胞または植物体 - 【請求項6】請求項3記載の発現プラスミドpSUM-GY1を
含有する植物細胞または植物体 - 【請求項7】請求項1記載の発現プラスミドにより有用
な遺伝子を導入し、該遺伝子を種子において特異的に発
現させる方法 - 【請求項8】式化1の塩基配列(配列番号1)により表
されるダイズ種子貯蔵タンパク質グリシニン遺伝子プロ
モーター - 【請求項9】式化2の塩基配列(配列番号2)により表
されるダイズ種子貯蔵タンパク質グリシニン遺伝子ター
ミネーター
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
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Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
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JP7064792 | 1992-03-27 | ||
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Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH06189777A true JPH06189777A (ja) | 1994-07-12 |
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Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
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Country | Link |
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JP (1) | JP3711564B2 (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2008111661A2 (en) | 2007-03-08 | 2008-09-18 | Sumitomo Chemical Company, Limited | Method of expression of foreign gene in plant induced by chemical substance |
-
1993
- 1993-03-18 JP JP05873093A patent/JP3711564B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2008111661A2 (en) | 2007-03-08 | 2008-09-18 | Sumitomo Chemical Company, Limited | Method of expression of foreign gene in plant induced by chemical substance |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP3711564B2 (ja) | 2005-11-02 |
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