JPH06339379A - ウイルス感染に対する植物保護 - Google Patents

ウイルス感染に対する植物保護

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JPH06339379A
JPH06339379A JP6007601A JP760194A JPH06339379A JP H06339379 A JPH06339379 A JP H06339379A JP 6007601 A JP6007601 A JP 6007601A JP 760194 A JP760194 A JP 760194A JP H06339379 A JPH06339379 A JP H06339379A
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plant
virus
promoter
plants
coat protein
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Roger N Beachy
ロジャー・エヌ・ビーチイ
Robert T Fraley
ロバート・テイー・フラレイ
Stephen G Rogers
ステイーブン・ジー・ロジャース
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Monsanto Co
Washington University in St Louis WUSTL
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University of Washington
Monsanto Co
Washington University in St Louis WUSTL
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Abstract

(57)【要約】 【目的】ウイルス耐性の付与に用いる遺伝物質、ウイル
ス病に耐性である植物、その生産方法を提供する。 【構成】配列中に、(a)植物細胞中で機能して、植物
ウイルスのRNA配列の生産を起こすプロモーターと、
(b)植物ウイルスのコートたんぱく質をコードするR
NA配列の生産を起こす植物ウイルスから誘導したDN
A配列と、(c)植物細胞中で機能して、RNA配列の
3′末端へのポリアデニル化ヌクレオチドの付加を起こ
す3′非翻訳領域と、を包含する組換体2本鎖DNA分
子。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の技術的背景】本発明は、ウイルス病に耐性であ
る植物を生産する方法と、そのようなウイルス耐性の付
与に用いる遺伝物質と、その方法の産物とに関する。従
って、本発明は、植物分子生物学、植物ウイルス学およ
び植物遺伝子工学の分野の応用を含んでいる。
【0002】植物においてウイルス感染は、成長阻害、
形態変化および収穫減少などの種々の不利な効果の原因
となる。更に、ウイルス感染はしばしば植物を他の害虫
や病原菌による損傷に対してより影響され易くする。植
物ウイルスについての一般的な知見は、文献(例えば、
Matthews(1981)、Lauffer(19
81)およびKado & Agrawal(197
2))に記述されている。
【0003】植物は、動物のように抗体が関与する免疫
系を持たない。しかし、植物は病原菌による感染に抵抗
するために、幾つかの方法を発達させてきた。例えば、
ある型の植物は、侵入する真菌の表面の糖部分に結合し
て真菌を不動化するレクチンを産生する。更に、ある型
の植物は、明らかに、細菌、昆虫、それに多分ウイルス
による攻撃に応答して植物中を循環する種々の分子を産
生する。
【0004】ある型の植物では、幼若な植物に「減衰さ
せた(attenuated)」ウイルス株、つまり、
重大な症状を起こさないウイルス株を感染させることに
よって、ある程度のウイルス耐性を誘導することができ
る(例えば、Rast(1972)およびCosta
(1980)を参照)。この方法には次のような幾つか
の限界がある。つまり、(1)一定の型の農作物(cr
op)中でのみ都合良く行うことができる。(2)一定
の型のウイルスに対してのみ行うことができる。(3)
感染ウイルスの適切な減衰株が同定されているかまたは
単離されている場合にのみ、行うことができる。(4)
この方法によって与えられる保護は、限られた数の種々
のウイルスに対してのみ効果があり得る。(5)減衰感
染は第2の関連の無いウイルスによる感染を、相乗効果
によって更に深刻に悪化する可能性がある。
【0005】それで、上述した問題が解決されていて、
しかも、減衰ウイルスの同定、単離および使用を必要と
しないようなウイルス感染から植物を保護する方法が必
要とされている。また、天然の遺伝的耐性または交叉免
疫(cross−protection)耐性が利用で
きないときにウイルス耐性を与える必要がある。
【0006】
【発明の概要】従って、本発明の目的は、減衰ウイルス
の使用、耐性を与える遺伝的決定基の存在、または、交
叉免疫の利用可能性のいずれにも依存しないウイルス耐
性植物を生産する方法を提供することである。
【0007】また、本発明の目的は、工学的に処理した
植物が植物ウイルスに対して耐性を示すように、植物の
ゲノムに、植物ウイルスのゲノムの小部分を他のものと
共に含むDNA構成物(construct)を挿入す
ることにより、植物を遺伝子工学的に処理する方法を提
供することである。
【0008】また、本発明の他の目的は、遺伝的に形質
転換されたウイルス耐性植物の生産に使用できる組換体
DNA分子を提供することである。
【0009】更に、本発明の他の目的は、植物ウイルス
のRNA配列の生産を起こすDNA配列の存在をそれぞ
れ特徴とする、遺伝的に形質転換された細胞および分化
植物を提供することである。
【0010】上述の目的を達成する中で、本発明の一つ
の観点として、植物ウイルスによる感染に耐性である遺
伝的に形質転換された植物を生産する方法が提供され
た。この方法は次の工程を包含する。
【0011】(a)植物細胞のゲノムに、(i)植物細
胞中で機能して、植物ウイルスのRNA配列の生産を起
こすプロモーターと、(ii)植物ウイルスから誘導した
DNA配列であって、植物ウイルスのRNA配列の生産
を起こすDNA配列と、(iii)植物細胞中で機能して、
RNA配列の3′末端へのポリアデニル化ヌクレオチド
の付加を起こす3′非翻訳(non−translat
ed)DNA配列とを包含する組換体2本鎖DNA分子
を、挿入する工程。
【0012】(b)形質転換された植物細胞を得る工
程。
【0013】(c)形質転換された植物細胞から、植物
ウイルスによる感染に対する耐性が増した遺伝的に形質
転換した植物を再生する工程。
【0014】一つの好ましい具体例では、植物ウイルス
のRNA配列はそのウイルスのコートたんぱく質をコー
ドする。
【0015】本発明の他の観点として、配列中に次のも
のを包含する組換体2本鎖DNA分子が提供された。
【0016】(a)植物細胞中で機能して、植物ウイル
スのRNA配列の生産を起こすプロモーター、(b)植
物ウイルスから誘導されたDNA配列であって、植物ウ
イルスのコートたんぱく質をコードするRNA配列の生
産を起こすDNA配列、および、(c)植物細胞中で機
能して、RNA配列の3′末端へのポリアデニル化ヌク
レオチドの付加を起こす3′非翻訳領域。
【0017】また、本発明の他の観点として、上述の
(a),(b)および(c)の要素を包含するDNA
を、それぞれ含む細菌細胞および形質転換された植物細
胞が提供された。
【0018】更に、本発明の他の観点として、上述のよ
うに形質転換された植物細胞を包含し、植物ウイルスに
対して耐性を示す分化した植物が提供された。また、本
発明の他の観点として、そのような植物を栽培するこ
と、外植片(explants)、挿木およびサッド
(suds)などの胎芽(むかご、propagule
s)を用いてそのような植物を繁殖させること、また
は、この植物を他の植物と交雑(cross)させて同
じくこの植物ウイルスに対して耐性を示す後代(pro
geny)を生産することを伴う方法を提供する。
【0019】本発明の他の目的、特質および利点は、本
明細書の以下の説明から明らかとなるだろう。しかし、
本明細書中の詳しい説明および特定の具体例は、本発明
の好ましい具体例を示してはいるが、説明のためだけの
ものであり、本発明の技術的範囲を定めるものではな
い。本発明の技術的範囲内で成される種々の変形および
修正は、この詳細な説明から当業者には明らかであろ
う。
【0020】
【図面の説明】図1はトランスジェニック植物における
ウイルス病耐性の生物試験の概略を示す。
【0021】図2はダイズ モザイク ウイルス コー
トたんぱく質(SMV CP)の部分アミノ酸配列を示
す。
【0022】図3は、CaMV35S/TMV−CP/
NOS 構成物を含む植物形質転換ベクター、pMON
319を示す。このベクターは植物細胞に構成物を挿入
するために使用した。
【0023】図4は、制限エンドヌクレアーゼBglII
とEcoRIに対する唯一の(unique)開裂部位
を有する合成マルチリンカーに隣接してCaMV35S
プロモーターを含む発現ベクター、pMON316を
示す。このマルチリンカーの後には、ノパリン シンタ
ーゼ遺伝子アデニル化シグナルをコードする260塩基
対の断片が続いている。
【0024】図5は、図4に示したCaMV35S プ
ロモーター、マルチリンカーおよびノパリン シンター
ゼ断片の完全配列を示している。
【0025】図6および図7は、本発明によってそれぞ
れ生産したトランスジェニックなタバコ植物とトマト植
物に対する異なる水準のウイルス接触(exposur
e)の効果を含む例3(A)と3(B)に記述した実験
からのデータを、それぞれ示している。
【0026】図8は、遺伝的に耐性な系のトマト植物
と、本発明によって生産したトランスジェニック植物の
間のウイルス耐性の比較を含む例3(C)に記述した実
験からのデータを示している。
【0027】図9は、タバコ モザイク ウイルスの種
々の株に対して効果的である、本発明に従ったトマト植
物中への交叉免疫の導入を含む例4に記述した実験から
のデータを示す。
【0028】図10は、例5で使用したペチュニア由来
のssRUBISCO プロモーターの最初の単離と中
間体ベクターへの導入を示している。
【0029】図11は、例5で使用したペチュニア由来
のssRUBISCO プロモーターの部分ヌクレオチ
ド配列を示している。
【0030】図12は、CaMV35S プロモーター
をペチュニアのssRUBISCOプロモーターに置換
したDNA構成物の生産の概略を示す。
【0031】図13は、アルファルファ モザイク ウ
イルスのコートたんぱく質(AMVCP)をコードする
cDNAを製造するために使用した方法を示す。
【0032】図14は、ポテト ウイルス X のコー
トたんぱく質遺伝子(PVX CP)を含む植物ベクタ
ーを製造するために使用した方法を示す。
【0033】図15は、PVX CP遺伝子のヌクレオ
チド配列を示す。
【0034】図16は、トマト ゴールデン モザイク
ウイルス コートたんぱく質(TGMV CP)をコ
ードするヌクレオチド断片を単離するための工程を示
す。
【0035】図17は、TMV RNAに対するアンチ
センス相補体をコードするDNAを含む植物ベクターを
生産するために例9で使用した工程の概略を示す。
【0036】
【好ましい具体例の説明】本発明は、植物細胞中で機能
し、ウイルス耐性を生じるDNA構成物の製造を含む。
以下に詳細に説明するように、「ウイルス耐性」という
語は、ここでは、一つまたはそれ以上の型の植物ウイル
スに抵抗する植物の能力を意味している。
【0037】多数の植物ウイルスが世界的に重大な農作
物の損失を引起こしている。本発明は、植物ウイルスに
感染され易い植物を保護する方法を提供する。そのよう
なウイルスには、例えば、ダイズ モザイク ウイル
ス、ビーン ポッド モトル(bean pod mo
ttle) ウイルス、タバコ リング スポットウイ
ルス、バーレイ イエロー ドゥワーフ(barley
yellow dwarf) ウイルス、コムギ ス
ピンドル ストリーク(spindle strea
k) ウイルス、ソイル ボーン(soil bor
n) モザイクウイルス、コムギ ストリーク ウイル
ス イン メイズ(in maize)、メイズ ドゥ
ワーフ モザイク ウイルス、メイズ クロロティック
(chlorotic) ドゥワーフ ウイルス、キュ
ーリ(cucumber) モザイク ウイルス、タバ
コ モザイク ウイルス、アルファルフア モザイク
ウイルス、ポテト ウイルス X、ポテト ウイルス
Y、ポテト リーフロール(leafroll) ウイ
ルス、トマト ゴールデン モザイク ウイルスがあ
る。これらの中で、メイズ ドゥワーフ モザイク ウ
イルス、バーレイ イエロー ドゥワーフ ウイルス、
コムギ ストリーク モザイク ウイルス、ソイル ボ
ーン モザイク ウイルス、ポテト リーフロール ウ
イルス およびキューリ モザイク ウイルス に対す
る保護が特に重要である。
【0038】本発明の実施によりウイルス耐性となる植
物には、ジャガイモ、トマト、コショウ、タバコ、ダイ
ズ、コムギ、コーン、シトラス(citrus)、スカ
ッシュ(squash)、キューリおよびビート(be
et)などがある。しかし、これらに限られるわけでは
ない。
【0039】2本鎖DNA中に存在する植物遺伝子の発
現(expression)は、RNAポリメラーゼ酵
素によるDNAの一つの鎖からのメッセンジャーRNA
(mRNA)の転写と、核の中でのmRNA一次転写体
のその後のプロセッシングを含んでいる。このプロセッ
シングは、ウイルスRNAの3′末端にポリアデニル化
ヌクレオチドを付加する3′非翻訳領域を含んでい
る。
【0040】DNAのmRNAへの転写は、普通「プロ
モーター」と称されるDNA領域によって制御されてい
る。プロモーター領域はRNAポリメラーゼに対してD
NAと会合し、更に、DNA鎖の一つを鋳型(temp
lete)として使用してmRNAの転写を始め、対応
するRNA鎖をつくるように合図する配列を含む。
【0041】植物細胞中で活性な多数のプロモーターが
文献に記載されてきた。これらには、例えば、ノパリン
シンターゼ(nopalin synthase)
(NOS)とオクトピン(octopine) シンタ
ーゼ(OCS) プロモーター(これらは、アグロバク
テリウム タメファシエンス(Agrobacteri
um tumefaciens)の腫瘍誘導プラスミド
に保有されている)、カリフラワー モザイク ウイル
ス (CaMV) 19S および 35S プロモー
ター、リブロース2リン酸 カルボキシル化酵素の小サ
ブユニット(ssRUBISCO、非常に豊富な植物ポ
リペプチド)からの光誘導プロモーター、および、ヒド
ロキシプロリンに富む糖たんぱく質をコードする遺伝子
のプロモーターなどがある。これらのプロモーターの全
てが、植物中で発現される種々の型のDNA構成物をつ
くるために使用された(PCT公報 WO 84/02
913(Rogers et al.,Monsant
o)を参照)。
【0042】植物細胞中でウイルスRNAの転写を起こ
すことが知られているあるいは見出されているプロモー
ターを、本発明で使用することができる。そのようなプ
ロモーターは植物またはウイルスから得ることができ、
例えば、CaMV35Sプロモーター、ssRUBIS
CO遺伝子などの植物遺伝子から単離されたプロモータ
ーがある。しかし、これらに限定されるわけではない。
後述するように、好ましくは、選んだ特定のプロモータ
ーは、植物を実質的にウイルス感染に対して耐性にする
有効量のコートたんぱく質の生産をもたらすための十分
な発現を引起こすことができなければならない。耐性を
誘導するために必要なコートたんぱく質の量は、植物お
よび/または 保護の目標となるウイルスの型に応じて
変化する。従って、CaMV35S プロモーターが好
ましい。しかし、このプロモーターが本発明の全ての具
体例で最適なプロモーターであるとは限らない。
【0043】本発明のDNA構成物中で用いられるプロ
モーターは、必要ならば、修飾してその制御特性を変化
させることができる。例えば、CaMV35S プロモ
ーターを、光のないところでssRUBISCOの発現
を抑制するssRUBISCO遺伝子の一部分に連結さ
せ、葉では活性であるが根では活性でないプロモーター
をつくることができる。生成のキメラ プロモーターを
ここに示すように使用することができる。ここでの説明
では、「CaMV35S」の語は、例えば、オペレータ
ー領域との連結、無作為のまたは制御を伴った突然変異
生成(mutagenesis)によって誘導されたプ
ロモーターなどの、CaMV35S プロモーターの変
形も含む。
【0044】本発明のDNA構成物は、2本鎖DNA形
の中にウイルスのコートたんぱく質をコードするウイル
ス ゲノムの一部分を含むことが好ましい。多くの型の
植物ウイルスはDNAではなくRNAを含んでいるが、
1本鎖または2本鎖のDNAを含むものもある。RNA
を含むウイルスは、標準の転写プロモーター および/
または 3′制御配列を含まない。この場合には、ポリ
ペプチドまたはたんぱく質は、ウイルスに保有されるR
NA鎖またはその相補体(complement)から
直接翻訳される。コートたんぱく質をコードしているウ
イルス ゲノムの部分は、当業者によく知られている幾
つかの方法のいずれかによって決定できる(後述の例1
を参照)。
【0045】例えば、ある場合には、コートたんぱく質
をシークエンシング(sequencing)し、ウイ
ルスのコートたんぱく質をコードするDNA配列の合成
を選択することができる。その代わりに、コートたんぱ
く質をコードするウイルスからのRNAを同定し、生成
することもできる。RNAを含む植物ウイルスの大部分
では、コートたんぱく質遺伝子はウイルスRNAの3′
末端に位置している。ある場合には、コートたんぱく質
遺伝子は、その配列がウイルスのコートたんぱく質のア
ミノ酸配列を反映しているオリゴヌクレオチド プロー
ブを用いて位置を定めることができる。ウイルスがRN
Aを保有している場合には、DNAコード配列は逆転写
酵素を用いて相補的DNA(cDNA)を形成すること
によって得られる。上述したように、多くの型の植物ウ
イルスはRNAを含んでいる。これらには、例えば、タ
バコ モザイク ウイルス、トマト スポッティド(s
potted) ウィルト(wilt) ウイルス、キ
ューリ モザイク ウイルス、アルファルファ モザイ
ク ウイルス、ポテト ウイルス X などのポテック
スウイルス(potexviruses)、ポテト ウ
イルス Y などのポティウイルス(potyviru
ses)、ポテト リーフロール ウイルスなどがあ
る。
【0046】ポティウイルスなどの一定のウイルスの場
合には、コートたんぱく質は、プロセッシングを受けて
コートたんぱく質を放出するポリプロテインの一部であ
る。当業者は、次の例1に詳述するように、コートたん
ぱく質をコードするウイルスゲノムの領域を単離し、翻
訳開始シグナルを導入するためには、これらのことを考
慮しなければならない。
【0047】それほど好ましくはないが、ウイルスRN
A配列の生産を起こす本発明のDNA構成物で用いられ
る配列はアンチセンス(anti−sense)の配置
をとることができる。例えば、DNAの転写によって生
産されるRNAは、最終的には、天然のウイルス コー
トたんぱく質mRNAの相補的配列を持つRNA分子を
生産することができる。(アンチセンス配置が使用され
る場合は、DNA配列は、コートたんぱく質mRNAの
5′領域に相補的なアンチセンスRNAをつくるために
短くなると、信じられている。)その代わりに、アンチ
センスDNAはウイルス ゲノムの他の断片から誘導で
きる。好ましい領域には、試験管中でウイルスRNAの
翻訳を阻害することが示されている(Beachy e
t al.(1985))ウイルスRNAの5′末端な
どがある。いずれの場合も、アンチセンス転写体は安定
性が低く、あるいは、宿主植物中でのより高い水準での
発現を必要とすると信じられているので、この配置はあ
まり好ましくない。
【0048】本発明のDNA構成物中で用いられるコー
ド配列は、必要ならば、当業者に既知の方法を使用し
て、無作為のまたは制御を伴った突然変異生成のいずれ
かにより修飾して突然変異体をつくることができる。そ
れで、そのような突然変異体(mutants)と変異
体(varients)は本発明の範囲に含まれる。従
って、「コートたんぱく質」の語は、ここでは、トラン
ケートされた(truncated)たんぱく質、融合
(fusion)たんぱく質、並びに、無修飾のコート
たんぱく質を含んでいる。
【0049】3′非翻訳領域は、植物中で機能してウイ
ルスRNAの3′末端へのポリアデニル化 ヌクレオチ
ドの付加を起こすポリアデニル化シグナルを含む。適切
な3′領域は、例えば、(1)アグロバクテリウム(
grobacterium)のノパリン シンターゼ
(NOS)遺伝子などの腫瘍誘導(Ti)プラスミド遺
伝子の、ポリアデニル化シグナルを含む3′転写非翻訳
領域、および、(2)ダイズ貯蔵たんぱく質遺伝子およ
びRuBPカルボキシル化酵素遺伝子の小サブユニット
などの植物遺伝子である。好ましい3′領域は、例え
ば、NOS遺伝子のものである。これについては後述の
例に詳しく述べる。
【0050】本発明のDNA構成物によって生産される
RNAは、また、5′非翻訳のリーダー(leade
r)配列を含む。この配列は、遺伝子を発現するために
選んだプロモーターから誘導できるし、また、mRNA
の翻訳を増加させるために特別に修飾することができ
る。また、5′非翻訳領域は、ウイルスRNAから、適
当な真核細胞の遺伝子から、または、合成遺伝子配列か
ら得ることができる。本発明は、後述の例に示すよう
に、非翻訳領域が、プロモーター配列に伴う5′非翻訳
配列、および、ウイルス コートたんぱく質遺伝子の
5′非翻訳領域の部分の両者から誘導される構成物には
限定されない。そうではなくて、非翻訳リーダー配列
は、ウイルス コートたんぱく質に対するコード配列の
非翻訳領域の5′末端の部分、または、プロモーター配
列の部分であってよく、あるいは、関連のないプロモー
ター配列または上述のようなコード配列から誘導でき
る。
【0051】本発明のDNA構成物は任意の適当な方法
によって植物のゲノムに挿入できる。適当な植物形質転
換ベクターには、例えば、アグロバクテリウム タメフ
ァシエンスのTiプラスミドから誘導したもの、並び
に、文献に開示されたものがある(例えばHerrer
a−Estrella(1983)、Bevan(19
83)、Klee(1985)およびEPO公報第12
0516号(Schilperoort et a
l.))。アグロバクテリウムのTiまたは根誘導(R
i)プラスミドから誘導した植物形質転換ベクターに加
えて、本発明のDNA構成物を植物細胞へ挿入する他の
方法を用いることができる。そのような方法には、例え
ば、リポゾームの使用、エレクトロポーレーション(e
lectroporation)、遊離DNA取込みを
増加させる化学物質、および、ウイルスまたは花粉を使
用する形質転換などがある。
【0052】本発明の一つの具体例では、2本鎖cDN
Aは、タバコ モザイク ウイルス(TMV)のコート
たんぱく質をコードするRNA断片(CP−mRNA)
から製造される。このコード配列をCaMV35S プ
ロモーター および NOS3′非翻訳領域に連結し
て、本発明のDNA構成物を形成することができる。D
NA構成物を、部分的にアグロバクテリウム タメファ
シエンスのTiプラスミドから誘導した中間体プラスミ
ドに挿入して、プラスミド pMON319をつくる。
それから、ベクターを、弱めた(disarmed)T
iプラスミドを含む培養A.タメファシエンスに挿入す
る。二つのプラスミドは、交叉(crossover
event)によりコインテグレート(cointeg
rate) プラスミドを形成する。
【0053】コインテグレート プラスミドを含む細菌
細胞を、タバコ植物から誘導した細胞と共に培養し、形
質転換した植物細胞をカナマイシンを含む栄養培地を用
いて選抜する。それから、その細胞をカルス組織に培養
し、分化した植物に再生する。生成した本発明の植物
は、ウイルス耐性を与えるDNA構成物を含む。
【0054】本発明の実施においては、特定のウイルス
に由来するCPコード配列を含むDNA構成物が持つ耐
性付与能力を、第1の例としてそのウイルスに対する全
身性の(systemic)宿主を用いて利用すること
が好ましい。「全身性の」宿主植物中では、ウイルス
は、複製し、依然として非特定的な方法で接種部位(典
型的には、葉上)から植物中を移動して、局部的でない
全身的な感染の症状を起こすことができる。(逆に、
「非全身的な」宿主は、壊疽性斑点の発達のような、接
種部位の周辺領域に制限された症状を示す。)特定のウ
イルスとそれに対して全身性である宿主とのペアリング
は、植物病理学ではよく認められている。例えば、多く
のトマトおよびタバコの変種並びにアルファルファは、
アルファルファ モザイク ウイルス (AMV)に対
して全身性である。また、キューリモザイク ウイルス
(CuMV)は、トマト、タバコ、キューリおよび他の
メロン作物に全身性の感染を起こし、、タバコ、トマト
および多数のランの変種は、TMVに対する全身性の宿
主である。一般的には文献を参照(INDEX OFP
LANT VIRUS DISEASES,Agric
ulture Handbook No.307(AR
S−USDA 1966)。
【0055】特に、本発明によって製造されたDNA構
成物は、RNA配列の生産を起こす構成物中のDNA配
列を与える源として使用するウイルスに対して、全身性
であるような植物から誘導した植物細胞またはプロトプ
ラストに、上に述べた適当なベクターを介して導入され
る。DNA配列がウイルスのコートたんぱく質をコード
している場合には、このように修飾された植物物質は、
例えば、ノーザン ブロッティング(Northern
blotting)によりCP−mRNAの存在を試
験される。CP−mRNAが検出されない(または力価
が低すぎる)場合には、CPをコードする断片を制御す
るために構成物中で使用されているプロモーターを、よ
り強力な可能性のある他のプロモーターと置換えて、こ
の変化した構成物を再び試験することができる。
【0056】その代わりに、この監視を全体(whol
e)の再生した植物に行うことができる。いずれの場合
も、ウイルスmRNAしの適切な生産が行われたときに
は、形質転換細胞(またはプロトプラスト)は全植物に
再生され、後者(植物)をウイルスに対する耐性に関し
てスクリーニングする。再生工程のための方法論の選択
は重要ではなく、マメ科(アルファルファ、ダイズ、ク
ローバーなど)、セリ科(ニンジン、セロリー、アメリ
カボウフウ)、アブラナ科(キャベツ、ハツカダイコ
ン、ナタネなど)、ウリ科(メロンとキューリ)、イネ
科(コムギ、イネ、コーンなど)、ナス科(ジャガイ
モ、タバコ、トマト、コショウ)および種々の植物作物
の宿主に対する適当なプロトコルが利用できる。文献
(例えば、Ammirato et al.(198
4))を参照。上記の科のそれぞれの植物に、本発明に
よってウイルス耐性を与えることができる。
【0057】ウイルス耐性を試験される再生植物は、病
気の発達の速度が接種物中のウイルス濃度と線形に相関
する範囲の濃度で、ウイルスに接させることが好まし
い。この線形の範囲は、一定のウイルスと宿主種のペア
リングに関して、形質転換していない植物を用いて試験
的に決定することができる。
【0058】ウイルス接種の方法は当業者にはよく知ら
れており、文献(Kado & Agrawal(19
72))にまとめられている。一つの方法は、カルボラ
ンダム(carborundum)またはケイソウ土な
どの研磨剤とウイルスとを含む水性懸濁液(典型的には
pH7〜8に緩衝化する)を用いて、葉表面を研磨する
工程を含む。この方法での接種はその簡便さのために一
般に好まれているが、一定の植物ウイルスに対しては他
の方法が好ましい可能性があることは当業者には認めら
れるだろう。例えば、アフィドボーン(aphid−b
orn) ポテト リーフロール ウイルスは機械的な
研磨によっては容易に接種されないことが知られてい
る。これは適当な昆虫ベクターを用いて移入される。一
般的には文献(Thomas(1983))を参照。
【0059】再生物の後代に接種を行い、形質転換され
ていない植物、および/または、ウイルスRNA配列の
生産を起こすDNA配列を欠いている構成物を用いて形
質転換された植物である、同様に処理した対照と共に観
測し、例えば、症状の発生の時期について群の間の相違
に反映される比較耐性を測定する(図1参照)。例え
ば、本発明によるウイルス コートたんぱく質をコード
する配列を含む植物は、ウイルス感染の症状を示すとし
ても、対照の植物に比較して相当に長い期間の後にの
み、症状を示すことが見出された。トランスジェニック
(transgenic)植物の間で観測された耐性
は、ウイルスmRNAまたはコートたんぱく質の測定さ
れた水準と相関している。このように、ウイルス ゲノ
ムの小部分の発現は、ウイルス感染に対する耐性を与え
ることができることが見出された。
【0060】ある場合には、ウイルスmRNAまたはコ
ートたんぱく質の発現は検出することができない。これ
は多分mRNAまたはたんぱく質の不安定性のためと思
われる。しかし、mRNAまたはたんぱく質を安定化す
る方法が当業者には知られている。例えば、安定なmR
NAの形成には、イントロンのスプライシングが重要な
役割を果たすことが知られている(Hamer & L
eder(1979))。ウイルス コートたんぱく質
遺伝子の発現は、イントロンをコード配列または非コー
ド配列に挿入することにより十分に高められる。更に、
mRNAの3′非翻訳配列が、対応するmRNAの安定
性を決定することが知られている(Shaw & Ka
men(1986))。工学的に処理したコートたんぱ
く質mRNAの安定性は、その3′非翻訳領域の交替に
よって十分に増加させることができる。最後に、幾つか
のたんぱく質はたんぱく質分解の際にその機能活性を保
持することが知られている(Moore(1981)、
Sandmeier(1980)、Zurini(19
84))。
【0061】本発明によって生産されたトランケートさ
れたコートたんぱく質は、トランスジェニック植物中に
高水準で発現されたときに、その生物活性を保持しウイ
ルス耐性を与えることができた。
【0062】
【実施例】例1 交叉免疫で使用するためのウイルス コートたん
ぱく質の典型的な単離 ポティウイルスは、最も広範で経済的に重要な既知の植
物ウイルスの群を包含する。それで、一つのポティウイ
ルス、ダイズ モザイク ウイルス(SMV)を選び、
本発明に従ってウイルス病耐性(「交叉免疫」)を与え
るために使用することができるウイルス ゲノムの小部
分、コートたんぱく質をコードする配列を単離する一般
的な方法を説明した(図1参照)。
【0063】SMVを、SMVのN鎖を用いて感染され
たダイズ葉から精製した。文献(Vance & Be
achy(1984))に開示されている方法に従っ
て、ウイルスを単離し、ウイルスRNAを調製した。S
MVに対する抗体は定法によりウサギ中で産生させた。
これは、1mgの精製SMVをウサギに注射し、4週後
に50μgのSMVの第2の注射を行い、更に2週後に
SMV(50μg)を注射する工程を含んでいた。最後
の追加抗原注射の後、2週間隔でこの例で使用するため
に血清を集めた。
【0064】ウイルス コートたんぱく質遺伝子のcD
NAクローニングは、当業者によく知られている方法を
用いて行った。cDNAは、まず、オリゴdTを用いて
ポリアデニル化されたSMV RNAをプライミング
し、それから、逆転写酵素を用いてcDNAを生産する
ことにより、ウイルスRNAから生産した。2本鎖cD
NAを生産するために、第1の鎖cDNA:RNAハイ
ブリッド分子をRNsae HとDNAポリメラーゼI
を用いて処理した。それから、この分子をT4DNAポ
リメラーゼを用いて処理し、その後、EcoRIメチラ
ーゼにより処理した。この分子を、EcoRI部位を含
む合成オリゴヌクレオチド リンカーの存在下でT4
DNA リガーゼと反応させた。その後、この分子をE
coRIを用いて消化し、プラスミドpEMBL18に
連結した。このプラスミドは、ヨーロッパ分子生物学研
究所(P.O.Box 10−2209,6900 H
eidelberg. Federal Republ
ic of Germany)で構築された広く利用さ
れているクローニングベクターのクラスの一つである。
pEMBL18 DNAに予め酵素EcoRIを用いて
制限を行い、プラスミドの再アニーリングを防ぐために
リン酸アルカリを用いて処理した。露出したEcoRI
部位を持つ2本鎖cDNAを開いたプラスミドに連結し
た。これらの連結されたcDNAを大腸菌(E.Col
)DH5α株を形質転換するために使用した。
【0065】形質転換した細菌のコロニーを32P標識し
たcDNAを用いてスクリーニングし、32P標識分子と
反応したコロニーを選んだ。抗原産生に対するスクリー
ニングのために、IPTGを使用してポジティプな形質
転換体を誘導し、予め産生させたウサギ 抗コートたん
ぱく質 抗体を用い、抗体ブロット法を介して成長する
コロニーをスクリーニングした。(一定の適当な抗CP
抗体は市販もされている。例えば、American
Type Culture Collection i
n Rockville,Maryland。)抗体と
反応したそれらのコロニーを更にスクリーニングして選
抜し、それらが実際にコートたんぱく質:lacZ融合
たんぱく質を生産することを確めた。融合たんぱく質を
生産するコロニーから単離したプラスミドDNAをプロ
ーブとして使用し、cDNAを含む他のコロニーを同定
した。この方法は標準的なハイブリダイゼーション法
(Maniatis et al.(1982))と一
部重複している。
【0066】クローンしたcDNAのDNA配列は標準
法によって決定した(図2参照)。ウイルス コートた
んぱく質のアミノ酸シークエンシングを完成して、NH
2 末端アミノ酸配列を決定することができる。ある場合
にはアミノ末端断片がブロックされている可能性がある
ので、ウイルス コートたんぱく質は、当業者に既知の
方法を応用し、ファースト アトム ボンバードメント
(fast atombombardment)(FA
B)と質量分析計によりシークエンシングすることがで
きる。それから、たんぱく質のアミノ酸配列をクローン
化cDNAのシークエンシングにより誘導した配列と比
較できる。これによってウイルス コートたんぱく質を
コードすると同定されたcDNA断片を、新たな制限部
位とATG翻訳開始コドンを成熟コートたんぱく質のN
2 末端アミノ酸のコドンの、5′末端に関して、すぐ
隣に導入することにより得ることができる。これはゾラ
ーとスミスの方法(Zoller & Smith(1
982))によって行うことができる。コートたんぱく
質コード配列を切取るための制限酵素消化の後、単離し
たCPコード配列を上に述べたように、適当なプロモー
ターに連結し、本発明によってウイルス耐性を与えるた
めに植物中に置いた。
【0067】例2 ウイルス コートたんぱく質遺伝子
(タバコ モザイク ウイルス)を含むトランスジェニ
ック植物におけるウイルス病耐性 この例では、ウイルス コートたんぱく質のヌクレオチ
ド配列が利用できる場合に本発明を実施する方法を説明
する。
【0068】A.プラスミド pMON319の製造 文献(Bruening(1982))に記述されるよ
うに、フェノール抽出によってタバコ モザイク ウイ
ルス(TMV、普通のU1 バルガー(vulgar
e)株、配列は公表されている(Goelet et
al.(1982)))からRNAを除いた。ウイルス
RNAの3′末端に相補的であり、しかも、NdeIと
BamHI開裂部位を有する35−mer オリゴヌク
レオチドプライマーを合成した。オリゴヌクレオチドを
ウイルスRNAに対してアニーリングし、マニアチスの
方法(Maniatis(1982))に従って、cD
NAの合成(逆転写酵素を用いる)のためのプライマー
として用いた。1本鎖DNAをマニアチスの方法(Ma
niates(1982))により2本鎖(ds)DN
Aに変換した。
【0069】ds−cDNAを、プライマー上の部位で
開裂するBamHI、および、TMV配列の5080の
塩基で開裂するHind IIIにより開裂した。生成した
1.3kbの断片を、同じくHind IIIとBamHI
を用いて開裂したプラスミドpUC9 DNAと混合し
た。生成のアンピシリン耐性プラスミド pTM37を
その後の操作に使用するコートたんぱく質コード配列D
NAの源とした。これはBamHI部位に隣接してEc
oRI部位を有している。
【0070】コートたんぱく質コード配列を有するより
小さいDNA断片を得るために、プラスミド pTM3
7を、TMV配列の5707の塩基(コートたんぱく質
mRNAに対するATG翻訳開始コドンから5塩基対)
で開裂するAhaIII 、および、pTM37中のTMV
配列の末端をちょうど越えて開裂するEcoRIを用い
て消化した。それから、生成した長さ約700塩基対
(bp)の断片を、コートたんぱく質コード断片の5′
および3′末端に対する制限部位を付加するために、他
の二つのプラスミドに移してクローンした。これらの制
限部位の付加はその後のプラスミドの構築を容易にし
た。その代わりに、制限部位を付加するために、サイト
ダイレクティッド(site−directed)突
然変異生成、または、合成DNAリンカーの連結などの
他の方法を選択することもできる。これらの技術は全て
従来技術の範囲内にある。
【0071】BglII部位で5′末端に接し、EcoR
I部位で3′末端に接する700bpのコートたんぱく
質コード配列断片を、BglIIとEcoRIを用いる消
化によって中間体プラスミドから切取った。この700
bpの断片を精製し、同じくBglIIとEcoRIを用
いて消化した プラスミド pMON316のDNAと
混合した。プラスミド pMON316は、35S転写
体の生産を指示するカリフラワー モザイク ウイルス
(CaMV)の330bp断片を保有するpMON2
00(Fraley et al(1985)、Rog
ers etal(1985))の誘導体である。
【0072】CaMV35S プロモーター断片を、S
alI挿入物としてCaMV CM4−184株(Ho
warth et al(1981))の完全なゲノム
を保有するpBR322誘導体であるプラスミド pO
S−1から単離した。CM4−184株はCM1841
株の天然に存在する欠失突然変異体である。CaMVの
CM1841株(Gardner et al(198
1))とCabb−S株(Franck et al
(1980))のヌクレオチド配列は公表されており、
異なるCM4−184 クローン(Dudley et
al(1982))に対するある部分的な配列を有し
ている。これらの全ての株の35S プロモーターのヌ
クレオチド配列は非常に類似している。以下の説明中に
参照するヌクレオチド番号(「n・・・」)は、ガード
ナーら(Gardner et al(1981))に
より開示されているCM1841の配列に対するもので
ある。
【0073】まずBamHIを用いて開裂された pB
R322に挿入し、その後DNAポリメラーゼIのクレ
ノー(Klenow)断片を用いて処理し、最後にEc
oRIを用いて開裂したAluI(n 7143)−E
coRI* (n 7517)断片として、35S プロ
モーターをCM4−184のpOS−1クローンから単
離した。それから、プロモーター断片をBamHIとE
coRIを用いてpBR322から切取り、クレノー
ポリメラーゼを用いて処理し、mp8マルチリンカーの
EcoRI部位がプロモーター断片の5′末端にくるよ
うにM13 mp8 (Messing & Viei
ra(1982))のSmaI部位に挿入した。その
後、サイト ダイレクティッド 突然変異生成(Zol
ler &Smith(1982))を使用して、ヌク
レオチド 7464にグアニジン残基を導入し、Bgl
II部位を形成した。
【0074】それから、35S プロモーター断片を、
M13から、330bpのEcoRI−BglII断片と
して切取った。これは、35S プロモーター、転写開
始部位、および、5′非翻訳リーダーの30個のヌクレ
オチドを含むが、CaMV翻訳イニシエーター、また、
転写の開始点から180ヌクレオチド下に位置する35
S転写ポリアデニル化シグナル (Covey et
al(1981)、Guilley et al(19
82))は含まない。35S プロモーター断片を、合
成マルチリンカーと、NOS 3′非翻訳領域からのp
TiT37 ノパリン シンターゼ遺伝子(Bevan
et al(1983))の260bp Sau3A
断片(ヌクレオチド 665〜417)とに結合させ
た。このようにして製造した断片をpMON200に挿
入し、pMON316を得た(図3)。35S プロモ
ーター、マルチリンカーおよびNOS 3′断片の完全
な配列を図4に示す。この配列は、35S プロモータ
ー断片の5′末端に位置するEcoRI部位を除くため
のクレノー ポリメラーゼ処理によって形成されたXm
nI部位で始まっている。
【0075】プラスミド pMON316は、5′リー
ダーとNOSポリアデニル化シグナルの間に、制限エン
ドヌクレアーゼ BglII、ClaI、KpnI、Xh
oIおよびEcoRIに対する唯一の(unique)
開裂部位を有するコインテグレート型の中間体ベクター
である。この開裂部位のために、35S転写リーダー配
列のすぐ隣に、それ自身の翻訳開始シグナルを保有する
コード配列を挿入することができる。pMON316
プラスミドは、大腸菌およびA.タメファシエンスにお
ける選抜のためのスペクチノマイシン耐性を含むpMO
N200の全ての性質、並びに、形質転換された植物組
織の選抜のためのキメラ カナマイシン遺伝子(NOS
−NPTII′−NOS)、および、後代中での形質転
換体と遺伝形質の容易なスコアリングのためのノパリン
シンターゼ遺伝子を保持している。pMON316
プラスミドは上述のCaMV35S−NOS カセット
を含む。これはpMON200には欠けていたものであ
る。しかし、実質的にはpMON200と同様に使用す
ることができる(Fraley et al(198
5)、Rogers et al(1986)を参
照)。
【0076】700bpのTMVコートたんぱく質コー
ド断片を挿入することにより、形質転換植物細胞中での
このたんぱく質の合成の適切なシグナルが提供される。
生成のプラスミドを図5に示す。このプラスミドを「p
MON319」と称する。
【0077】B.CP遺伝子を含むDNA構成物の植物
細胞への挿入 プラスミド pMON319を、フレーリーら(Fra
ley et al(1985))に従い、「pTiB
6S3−SE」と称する弱めたTi プラスミドを含む
A.タメファシエンス細胞に挿入した。このプラスミド
は、完全に機能的なT−DNA領域を含まず、左のT−
DNA境界を含む。
【0078】pMON319 プラスミドは、細菌中の
スペクチノマイシン(Spc)とストレプトマイシン
(Str)に対する選択可能な耐性を伝達する標識遺伝
子を保有している。更に、pMON319をpTiB6
S3−SEと組合わせて、それにより、CaMV35S
/TMV−CP/NOS 構成物を含む再構成されたT
−DNA領域を有するコインテグレート Ti プラス
ミドをつくる交叉を起こすことができる相同性の領域を
保有している。しかし、pMON319はA.タメファ
シエンス細胞中で独立して複製することができない。そ
れで、SpcおよびStr存在下では、コインテグレー
ト プラスミドを有するA.タメファシエンス細胞のみ
が生存できる。
【0079】コインテグレート Ti プラスミドを含
むA.タメファシエンスの培養を、ホーシュら(Hor
sch et al(1985))に記述されるよう
に、タバコ植物(Nicitiana tobacum
cv.“Samsun”)から採取した葉のディスク
と接触させた。アグロバクテリウム細胞は、DNA構成
物を植物細胞の染色体に挿入した。カナマイシンに耐性
の植物細胞を選抜し、ホーシュら(Horsch et
al(1985))が記述する方法により分化植物に
再生した。
【0080】実験で対照とした植物は、(1)外来性の
遺伝子を全く含んでいないか、または、(2)pMON
200 プラスミドのみを含むかのどちらかであった。
【0081】pMON319::pTiB6S3−SE
コインテグレート プラスミドを含むA.タメファシ
エンス細胞の培養を、ブタペスト条約に従いATCCに
寄託した。受託番号は第53294号であった。
【0082】C.植物細胞中でのウイルスRNAの発現 文献(Lane & Tremiates−Kenne
dy(1981))に記載される方法により、再生した
植物の葉からRNAを抽出した。RNAは、マニアチス
ら(Maniatis et al(1982)))が
記述するように、ホルムアルデヒドを含むアガロースゲ
ル中での電気泳動により大きさに従って分離し、ニトロ
セルロースに対してブロッティングした。ウイルスRN
Aは、マニアチスら(Maniatis et al
(1982)))の方法を使用して、32P標識DNAク
ローンに対してハイブリダイゼーションさせることによ
って、ニトロセルロース上に検出した。
【0083】このRNAハイブリダイゼーション分析に
基づいて、形質転換した植物(pMON319を保有す
る植物)はウイルスRNAを保有するが、pMON20
0のみを含む植物はウイルスRNAを含まないことが決
定された。TMV コートたんぱく質の存在は、pMO
N319を含むが、pMON200は含まない植物中に
検出された。リームリ(Laemmli(1970))
に従い、試料緩衝液中で粉砕することにより葉からたん
ぱく質を抽出した。リームリ(Laemmli(197
0))が開示するように、たんぱく質の50μgの部分
に、SDSを含む12%ポリアクリルアミドゲル中での
電気泳動を行った。たんぱく質は、トービンら(Tow
bin et al(1981))の開示するように、
電気泳動的にニトロセルロースへ移された。
【0084】ブロッティングしたたんぱく質を、シミン
グトンら(Symington et al(198
1))の開示に従い、精製したTMVに対してウサギ中
で産生させた抗血清と反応させた。ニトロセルロース上
でTMVと結合したウサギ抗体は、 125I標識したロバ
抗ウサギ 抗血清(Amersham Co.,Ch
icago)との結合により検出した。
【0085】イムノブロット分析の結果に基づいて、形
質転換した植物(pMON319を含む)はTMV コ
ートたんぱく質を生産するが、pMON200のみを含
む植物はTMV コートたんぱく質を生産しないことが
決定された。これらの葉中で生産されるコートたんぱく
質の量は、葉の全たんぱく質の50μg中にコートたん
ぱく質が約50ナノグラム、つまり0.1%であった。
【0086】D.タバコ植物のTMVに対する耐性 形質転換した植物と対照の植物とを約2フィートの高さ
に成長させ、それから、幹部を腋芽を伴った挿木に分割
し、これを根付かせ個々の植物に再生させた。これらの
植物にTMVを接種した。これは、研磨粒子をウイルス
粒子の水性懸濁液に加え、研磨溶液を葉上でこすること
によって行った。特に、TMVは0.05Mのリン酸ナ
トリウム緩衝液(pH7.2)に懸濁した。約50μl
の溶液を、カルボランダム(320グリット、Fish
er Scientific Co.製造)を撒いたタ
バコ葉に、こすることによって適用した。葉の表面が乾
燥した後、葉を水ですすぎ、植物を温室または生育室に
置いた。
【0087】対照植物は接種後約3〜5日以内に感染の
症状を示した。それに対して、本発明のDNA構成物を
含む植物は、接種後8〜10日まで症状を生じなかっ
た。この結果は独立した3組の実験で確められた。
【0088】他の実験では、pMON319を含む二つ
の異なる形質転換植物により生産された種子を発芽さ
せ、実生(seedling)を土壌で成長させた。そ
れぞれの実生に、上述のイムノブロッティング法によっ
てTMV コートたんぱく質が存在するか否かを試験し
た。全部で39の実生に、上に述べたTMVを含む懸濁
液(0.25μg/ml)を用いて、実生がTMV コ
ートたんぱく質を含むか否かを前もって知らない盲検法
で接種を行った。実験の結果、11/39の植物がコー
トたんぱく質を含んでいた。残りはコートたんぱく質を
含んでいず、この実験の対照とした。
【0089】接種後5日に、3/11(27%)の対照
植物がTMV感染の典型的な症状を生じた。TMV コ
ートたんぱく質を含む植物はいずれもそのような症状を
示さなかった。
【0090】接種後6日に、45%の対照植物がTMV
感染の典型的な症状を生じた。一方、TMV コートた
んぱく質を含む植物では18%のみがそのような症状を
示した。
【0091】接種後7日に、82%の対照植物がTMV
感染の典型的な症状を生じた。TMV コートたんぱく
質を含む植物では57%がそのような症状を示した。
【0092】接種後8日に、82%の対照植物がTMV
感染の典型的な症状を生じた。TMV コートたんぱく
質を含む植物では64%がそのような症状を示した。
【0093】ウイルスによる重大な攻撃(massiv
e assault)にもかかわらず症状の発生が相当
に遅れたという結果は、形質転換された植物が、形質転
換されない植物よりもウイルスに対して相当に耐性が大
きいことの証明である。この実験で観測された耐性の増
加の程度は、形質転換された植物が、開放田畑または温
室で起こる可能性がある感染接触の型に耐えることがで
きることを示している。
【0094】例3.トランスジニック植物におけるウイ
ルス病耐性の確認(characterizatio
n) A.タバコにおける適用量応答(dose−respo
nse) 例2に説明した形質転換したタバコ植物の実生をこの実
験に使用した。上に述べたイムノブロッティング法によ
り、CPコード配列を発現するか、または、CPコード
配列を発現しないかを決定された植物を、3群に分け、
上記のTMV(U1バルガー株)を含む懸濁液を用いて
接種した。この3群はそれぞれ、0.4μg/ml、
0.8μg/mlおよび2.0μg/mlの濃度でTM
Vを含む懸濁液を用いて接種を行った。接種した植物を
温室に入れ、ウイルス感染の症状を観察した。図6の棒
グラフはこの実験の結果を示している。データは、明ら
かに、コートたんぱく質を発現する植物が、〜0.4μ
g/mlまたはそれ以下でウイルスに対して全く耐性で
あったことを示している。
【0095】B.トマトにおける適用量応答 コインテグレート プラスミド pMON319::p
TiB6S3−SEを含むA.タメファシエンス細胞の
培養を、再び例2に説明した方法を使用して、トマト植
物から採取した葉のディスクと接触させた。CaMV3
5S/TMV−CP/NOS 構成物を含むカナマイシ
ン耐性組織を選抜し、植物に再生した。自家受精したト
ランスジェニックなトマト植物の実生後代を、試験植物
とした。この実験に対する対照植物は、形質転換されて
いない親植物および非発現の実生後代であった。
【0096】試験植物と対照植物とに例2の接種方法に
従い、0.5μg/mlと20μg/mlの間の濃度で
TMVを含む懸濁液を用いて接種を行った。この実験の
結果を図7に示す。図7に示すように、全ての対照植物
が30日以内にウイルス感染の症状を示した。更に、対
照植物はウイルス接種物の増加に伴ってより速やかに症
状を示した。これと対照的に、TMVコートたんぱく質
を発現する実生はTMV感染に対して実質的に耐性であ
り、感染の症状を示す場合でも接種後30日までは症状
を発達させなかった。
【0097】C.遺伝的耐性との比較 本発明によって上記の実生後代に付与された耐性を更に
確認するために、ToMV耐性のための遺伝的決定基を
含むことが知られているトマト植物のToMV接種に対
する応答を、例2の方法を用いて調製したトランスジェ
ニック植物の対応する応答と比較した。特に、通常の育
種方法によってそれぞれ耐性決定基Tm−2またはTm
−2aを導入された「クライゲラ(Craigell
a)」変種植物に、「ToMV2」または「ToMV2
a」と称するToMV株を用いて接種を行った。(種々
の株によるToMV感染に対する異なる耐性決定基を保
有する植物の相対感受性のデータを、次の表に示す。)
形質転換されTMV コートたんぱく質を発現したほか
はToMV2感受性である変種のトランスジェニック植
物を含む試験群(「VF36」)に、形質転換されない
VF36植物の対照群と同様に、同じウイルス株を用い
て接種を行った。
【0098】 * = TMV株 PV230 + = 感染性 − = 耐性 それぞれの群の5つの植物が、接種後14日に病気の症
状を記録された。接種後14日以内に対照植物およびT
m−2決定基を含む植物の両方が全てToMV感染の症
状を発達させた。5つのトランスジェニック植物のうち
3つが同じ期間にわたって症状を示した(図8参照)。
前記の表中のデータは、トランスジェニックな植物が、
形質転換されていない対照よりも相当に良く、しかも、
ToMVの多くの株に対して非選択性の耐性の水準を示
すことを証明している(図8参照)。これと対照的に、
遺伝的耐性はかなり範囲が狭い。試験植物中、最終的に
は60%が感染の徴候を示したが、症状はTm−2植物
のものよりも重大でなかった。この結果は、試験植物中
でのCP発現により付与されたToMV2に対する耐性
は、Tm−2によりコードされる遺伝的耐性より、優れ
てはいないとしてもそれと比較できるものであったこと
を示している。
【0099】例4 タバコ モザイク ウイルスの種々
の株に対する交叉免疫 CaMV35S/TMV−CP/NOS 構成物を保有
する形質転換したトマト植物を例3に記述した方法で製
造した。自家受精トランスジェニック トマト植物の実
生後代をこの実験の試験植物とした。対照植物は、TM
V コートたんぱく質を発現しない実生後代、および、
親型の正常の形質転換していない植物であった。
【0100】試験植物と対照植物に次の二つの異なるT
MV株を用いて接種を行った。
【0101】PV−230 − ATCCから得たTM
Vのヴィルレント株(受託番号PV−230) L−TMV − トマト植物に感染することが知られて
いる株 試験植物と対照植物に、例2に記述した方法に従い、そ
れぞれ2μg/mlと20μg/mlの濃度で前記のそ
れぞれのTMV株を接種した。この実験の結果を図9に
示す。このデータは、「MV コートたんぱく質を発現
するトランスジェニックなトマト植物がTMV感染に耐
性であったことを明らかに示している。試験したTMV
の両方の株に対して耐性が示された。更に、20μg/
mlもの高濃度でヴィルレント株PV−230を使用し
たにもかかわらず、高い割合のトマト植物(40%から
100%)が接種後29日内に症状を発達させなかっ
た。
【0102】例5 種々のプロモーターによるウイルス
コートたんぱく質の制御 本発明の他のプロモーターの使用を示すため、および、
コートたんぱく質の発現の水準とウイルス耐性の間の相
関を示すために、一つの実験を行った。
【0103】第1群の植物は、例2に記述したように形
質転換されてCaMV35S/TMV−CP/NOS
構成物を保有するトランスジェニックなタバコ植物の実
生後代であった。
【0104】第2群と第3群の植物は、第1群の植物と
同様に、TMV コートたんぱく質遺伝子を発現するよ
うに形質転換されたトランスジェニックなタバコ植物の
実生後代であるが、ただ、CaMV35S プロモータ
ーを次の方法によって、ペチュニア(petunia)
由来のssRUBISCO プロモーター(Tuner
et al (1986))に置換した。
【0105】ペチュニア 11A 小サブユニット(s
s)プロモーター断片を、バクテリオファージ λに保
有されるゲノム クローン(Tuner et al
(1986))から、EcoRIを用いる開裂を経て単
離した。このプロモーターを保有する生成した1.3k
bのEcoRI断片を更にPstIを用いて消化し、フ
ァージ M13mp8のPstI部位とEcoRI部位
との間に挿入して、サイト ダイレクティド 突然変異
生成のために、小サブユニット転写体の5′非翻訳配列
にBglIIを導入した(図10)。ペチュニア 11A
ss プロモーターと突然変異生成プライマーの部分
配列を図11に示す。EcoRIとBglIIを用いて開
裂した後、生成の800bp断片を、EcoRIとBg
lIIを用いて開裂したpMON200に挿入した。生成
のプラスミド pMON8046をEcoRIを用いて
消化し、DNAポリメラーゼの大クレノー断片およびD
NAリガーゼを用いて処理した。EcoRI部位を失っ
たプラスミドを単離し、pMON8048と命名した
(図10)。
【0106】ペチュニア ss−NOS 3′カセッ
ト、プラスミド pMON311を構築するために、S
maI部位をBamHIリンカーで置換え、その後クレ
ノーポリメラーゼとリガーゼを用いて処理することによ
りBamHI部位を除いたpMON200誘導体を、S
tuIとHind IIIを用いて消化した。生成の8kb
断片を、pMON316から精製した300bpのBg
lII−to−HindIII断片、および、pMON80
48の2.6kbのStuI−to−BglII断片と混
合した。生成のプラスミド pMON8049は、Ca
MV35Sプロモーターがペチュニア ss プロモー
ターと置換えられている以外はpMON316と同様で
ある(図12)。5′末端にBglII部位を3′末端に
EcoRI部位を含む上記の700bpのTMV−CP
コード断片を、BglIIとEcoRIを用いて開裂した
pMON8049に挿入し、ペチュニア ss プロモ
ーター/TMV−CP/NOS 構成物を保有するpM
ON8059を得た(図12)。
【0107】第4群の植物はプラスミド pMON20
0のみを含むように形質転換し、対照植物とした。
【0108】それぞれの群は、例2(D)に概説した方
法に従ってTMVを接種した30の植物を含んでいた。
接種後、これらの植物を温室に置き、ウイルス感染の症
状を観察した。
【0109】TMV コートたんぱく質の相対的な水準
は、ウエスタン(Western)ブロット分析により
評価した。第1群の植物におけるコートたんぱく質遺伝
子発現の程度に対する平均値を100%とし、次のよう
に決定した。
【0110】CP発現の平均値 第1群 − 100 第2群 − 14 第3群 − 3 第4群 − 0 症状を示す植物の割合(%) (接種後の日数) 10 1 0 3 7 23 40 47 50 2 0 3 13 63 83 97 97 3 0 0 15 88 100 4 0 13 70 100 上に示したデータは次の結論を支持している。
【0111】(1)リブロース2リン酸 カルボキシル
化酵素 小サブユニット プロモーターは、本発明での
使用に対して有用なプロモーターである。しかし、一定
の植物ではCaMV25S プロモーターのように強力
なプロモーターではない可能性がある。
【0112】(2)コートたんぱく質の発現の水準とウ
イルス耐性との間には正の相関がある。
【0113】例6 ウイルス コートたんぱく質遺伝子
(アルファルファ モザイク ウイルス)を含むトラン
スジェニックな植物におけるウイルス病耐性 アルファルファ モザイク ウイルスのコートたんぱく
質コード配列(AMVCP)を含むDNA構成物を、T
MV耐性を工学的に処理するために用いた戦略と同様の
戦略を使用して製造した。AMVのコートたんぱく質を
コードする全長さの(full−length)cDN
Aクローンを次に記述し、図13に概略的に示すように
して得た。AMV コートたんぱく質cDNAを、Ca
MV35S プロモーターとNOS 3′末端に、既に
述べたようにして融合させた。それから、この構成物を
アグロバクテリウム介在形質転換系を用いて植物に移入
することができる。
【0114】AMVの3分節系(tripartit
e)RNAゲノムの完全なヌクレオチド配列は既に知ら
れている。このデータは、AMVゲノムが4つの主要な
遺伝子生成物をコードしていることを示している。これ
らは、RNA 1によってコードされている126キロ
ダルトン(kd)のたんぱく質、RNA 2によってコ
ードされている90kdのたんぱく質、および、RNA
3によってコードされている32kdのたんぱく質で
ある。コートたんぱく質は、RNA 3の3′末端 8
81ヌクレオチドと相同する「RNA 4」と称される
サブゲノム メッセンジャー(Barker et a
l(1983b))から翻訳される。
【0115】AMVのコートたんぱく質をコードする全
長さのcDNAを合成するために、第1鎖および第2鎖
の両方のDNA合成に対する合成オリゴヌクレオチド
プライマーを使用した。図13に参照されるように、使
用したプライマーは、AMVコートたんぱく質コード配
列のそれぞれの末端に唯一の(unique)EcoR
I部位を含んでいた。第1鎖のcDNAは、100ml
の反応中5μgのAMV全RNAと55ngのプライマ
ーから、4mMのピロリン酸ナトリウムと逆転写酵素を
用いて合成した。この方法によって、分子量が1.04
×106 ダルトン(RNA 1)、0.73×106
ルトン(RNA 2)および0.68×106 ダルトン
(RNA 3)のcDNAが合成された。RNA鋳型を
加水分解した後、cDNA生成物をP−60カラムで分
別した。1本鎖cDNAをアニーリングして2本鎖プラ
イマーとして、逆転写酵素と共にインキュベーションし
た。AMV コートたんぱく質配列を含む生成した2本
鎖cDNAは、それぞれの末端でEcoRI部位に接し
ていた。EcoRIを用いて消化した後、cDNAをp
UC9のEcoRI部位に挿入し、大腸菌JM101細
胞を形質転換し、それから、アンピシリン、IPTGお
よびX−Galを含む培地上で選抜した。約1000の
形質転換体を得た。25%の形質転換体に5′および
3′特異プライマーの両方に対してハイブリダイゼーシ
ョンを行った。DNAを3つのポジティブから調製し
た。EcoRI消化物は予期した大きさ(881bp)
の挿入物の存在を明らかにした。ヌクレオチド シーク
エンシング(それぞれの末端に〜100bp)により、
これらのクローンが実際に全長さのAMV コートたん
ぱく質挿入物を含むことが確認された。
【0116】AMV コートたんぱく質をコードする8
81bpのEcoRI断片を、意味を持つ配向および意
味を持たない配向(sense and antise
nse orientation)とで(それぞれ、p
MON9800とpMON9801)、植物発現ベクタ
ーpMON316に結合させた。pMON9800の構
造を図13に示す。それから、これらのベクターを例2
に記述したアグロバクテリウム介在形質転換系を使用し
て、タバコ、トマトおよびペチュニアに移入した。
【0117】AMV コートたんぱく質mRNAの発現
を更に調べるために、AMV コートたんぱく質遺伝子
を意味のある配向(pMON9800)で含むトランス
ジェニックなタバコ植物(cv.“Samsun”)由
来のカルス組織に、ノーザン(Northern)ブロ
ット分析を行った。pMON9800からと、AMVC
Pコード配列を欠くpMON200から誘導した対照ベ
クターであるpMON273からの全RNA(40μ
g)をアガロースゲル上に仕込み、膜(Gene Sc
reenR 、New England Nuclear
製造)に移し、それから、AMV コートたんぱく質を
コードする881bpのcDNA挿入物をプローブとし
て調べた。予期した大きさの転写体(1.2kb)に対
応するバンドの群は非常に強いハイブリダイゼーション
を示した。プローブとハイブリダイゼーションする、よ
り小さい大きさの転写体も存在した。pMON273を
用いて形質転換した対照カルスに対してはハイブリダイ
ゼーションは検出されなかった。
【0118】同じく、AMV コートたんぱく質検出の
ためのウエスタン ブロット プロトコルを、トランス
ジェニックな植物と感染植物とに発達させた。市販の抗
AMV IgG分画(Agdia Inc.,Mish
awaka,IN)を、トランスジェニックなタバコ
カルスおよび葉中、および、トランスジェニックなトマ
ト葉中でのコートたんぱく質の検出にうまく使用するこ
とができた。特に、対照およびトランスジェニックなタ
バコ カルスからの30μgのたんぱく質、および、対
照およびトランスジェニックなトマト材料からの40μ
gのたんぱく質をウエスタン ブロットに適用し、精製
AMV コートたんぱく質標品と共に移動する分子量2
8〜29kd付近の免疫反応性のバンドが得られた。
【0119】AMV コートたんぱく質を発現すると同
定されたトランスジェニックなタバコ植物に、AMVの
接種を行った。また、形質転換されていないか、また
は、ベクター pMON316を用いて形質転換された
かのいずれかの対照植物に、接種を行った。症状の発達
を生育室内で毎日監視した。用いた対照植物とトランス
ジェニック植物とは、大きさ、外観および発達段階(全
て開花を始めていた)が類似していた。対照植物とトラ
ンスジェニック植物からの3枚の葉に、それぞれ、AM
V感染植物の抽出物を接種した。その後の滴定分析か
ら、この接種に用いたAMVの濃度は約50μg/ml
であったことが示された。
【0120】対照のトランスジェニックなタバコ植物お
よび形質転換されていないタバコ植物の接種を施された
葉は、AMVの感染後1週以内に症状を示した。これと
対照的に、CPを発現するトランスジェニック植物はい
ずれも感染後1週以内に症状を示さなかった。10日
後、後者の植物の一つは、3枚の接種した葉の1枚に1
または2の病害を示した。感染後2週には、対照植物の
接種を施され葉の多数の病害は同様のままだったが、接
種しなかった上側の葉は葉の表面に均一に広がった症状
(緑退環)を示した。AMV コートたんぱく質を生産
するトランスジェニック試験植物は、接種した葉または
全体の(接種していない)葉のいずれにも症状を示さな
かった(または、追加の症状を示さなかった)。
【0121】トランスジェニック植物および対照植物中
のAMVの複製は、ウエスタンおよびドット(dot)
ブロット分析を介してコートたんぱく質の水準を監視
することによって測定した。感染後1週に、トランスジ
ェニック植物ではウエスタンブロッティングによって背
景の水準の発現のみが検出された。つまり、検出された
発現の水準は、導入されたコートたんぱく質コード配列
の固有の水準と比較できるものであった。一方、対照植
物は相当に高い水準のAMV コートたんぱく質を含ん
でいた。デンシトメーター スキャンニングによるハイ
ブリダイゼーションのシグナルの量化から、トランスジ
ェニックと形質転換されていない対照のタバコ植物との
間には211倍の差が示された。トランスジェニックな
タバコ対照植物は、AMV形質転換体の水準より110
ないし815倍高いAMV コートたんぱく質の水準に
よって確認された。この結果は、上記のたんぱく質をつ
くるトランスジェニックな植物ではAMV複製は相当に
低いことを示している。
【0122】例7 ポテト ウイルス X コートたん
ぱく質コード配列を含むDNA構成物 ポテト ウイルス Xのコートたんぱく質コード配列
(PVX CP)を包含する構成物を、TMVおよびA
MV構成物の工学的処理に用いた同様の方法を使用して
製造した。ポテックスウイルス群に属するポテト ウイ
ルス X(PVX)は、2×106 ダルトンの1本の感
染性のゲノムRNAを含んでいる。PVXRNAの3′
末端領域をクローニングし、シークエンシングを行っ
た。この領域は、長さが237アミノ酸残基のたんぱく
質をコードするコートたんぱく質遺伝子を含む(Zak
haryev et al(1984))。
【0123】5′末端から最初の10個のコドンを除い
て、PVX コートたんぱく質遺伝子を含むcDNA複
製物を、ポリアデニル化したPVX ウイルス RNA
から合成した。「クローン p3a」と称するcDNA
複製物を、文献(Zakharyev et al(1
984))記載のdG.dC テイリング(taili
ng)法を介してpBR322のPstI部位へクロー
ニングした。遺伝子の5′末端を修復するために、開始
コドン ATGの直前、および22コドン後に18塩基
の真正(authentic)5′非コード配列を含む
合成のBamHI−PstI 断片を用いて、dG.d
C テイル(tail)および11番目から21番目ま
でのコドンを含むより小さいPstI−PstI断片を
置換えた。この遺伝子のdG.gC テイルと3′末端
のdA.dT 伸長の部分を、pUC18中でサブクロ
ーニングしたより大きいHpaII−PstI断片のBa
l31消化によって除去し、それから、ClaI部位を
リンカー付加によって形成した。XhoI−ClaI断
片(約 170bp)を使用して、それぞれ、p3a由
来の本来の3′末端配列、および、pBR322由来の
PstI−ClaI配列を含むXhoI−ClaI断
片を置換えた。
【0124】最終構成物は、18bpの5′非コード領
域のcDNA、657bpのコートたんぱく質配列コー
ド領域(翻訳終結コドンであるTAAを含む)、72b
pの3′非コード領域、および、40bpのpEMBL
12(+)中のdA.dT伸長を含んでいた(図14参
照)。PVX コートたんぱく質遺伝子の配列を図15
に示す。水平の矢印はp3a中のPVX配列の5′境界
を示す。合成DNAから誘導した領域は配列上部の波線
で示した。構築に用いた制限部位には下線を施した。こ
のシークエンシングデータと文献(Zakharyev
et al(1984))に発表されているデータと
の相違を、配列の下に示す。コードされている新たなア
ミノ酸を本来のものの上に示す。
【0125】PVX コートたんぱく質の全長さのcD
NAを、CaMV35S プロモーター(pMON98
18)またはssRUBISCO プロモーター(pM
ON9818)のいずれかとrbcS−E9 3′末端
(Odell et al(1985))を用いて、両
方の配向で、pMON505から誘導した発現ベクター
に挿入した。PVX コートたんぱく質遺伝子を発現さ
せるために次に示すベクターを作成し、例2に記述した
アグロバクテリウム介在の形質転換系を使用して、タバ
コ植物へ移入した。
【0126】(a)pMON9809 − PVXコー
トたんぱく質コード配列を、意味のある配向で、pMO
N9818のCaMV35SプロモーターとrbcS−
E93′末端の間に挿入した。
【0127】(b)pMON9810 − PVXコー
トたんぱく質cDNAを、意味のない(アンチセンス)
配向で、pMON9818のCaMV35Sプロモータ
ーとrbcS−E9 3′末端の間に挿入した。
【0128】(c)pMON9811 − PVXコー
トたんぱく質コード配列の5′断片を、意味のある配向
で、pMON9818に挿入した。
【0129】(d)pMON9812 − PVXコー
トたんぱく質コード配列の5′断片を、意味のない配向
で、pMON9818に挿入した。
【0130】(e)pMON9813 − PVXコー
トたんぱく質コード配列を、意味のある配向で、pMO
N9819のrbcS8BプロモーターとE9 3′末
端の間に挿入した。
【0131】上記に従い、植物にPVXを用いて接種を
行い、ウイルス耐性の水準を測定した。
【0132】AMVのmRNAと異なり、ポックスウイ
ルスのRNAはポリアデニル化されており、このため
に、オリゴdTを第1鎖合成のプライマーとして使用
し、DNAポリメラーゼまたは鳥骨髄芽球症ウイルス逆
転写酵素を第2鎖合成に使用することが可能になる。こ
の例の始めに詳細に記述したように、2本鎖DNAの単
離と、植物中でコートたんぱく質配列の発現との操作を
行うことができる。
【0133】例8 トマト ゴールデン モザイク ウ
イルス コートたんぱく質コード配列を含むDNA構成
物 トマト ゴールデン モザイク ウイルス(TGMV)
コートたんぱく質に対するmRNAの生産を起こすこ
とができるコード配列を含むDNA構成物を包含するプ
ラスミドを、以下のようにして構築した。プラスミド
pBH404(Bisaro et al(198
2))をXhoIIを用いて消化し、TGMV コートた
んぱく質(TGMV CP)のコード配列を保有するヌ
クレオチド312から1285におよぶ約1kbの断片
(Hamilton et al(1984))を単離
した(図16参照)。この断片を、pMON200をN
deIを用いて開裂し900bpのNdeI断片を除く
ことにより構築したプラスミドであるpMON530に
挿入した。このようにしてpMON503を得た。これ
をHind IIIとSmaIを用いて開裂し、同じくHi
nd IIIとSmaIを用いて開裂したpTJS75(S
chmidhauser & Helinski(19
85))と混合した。pTJS75の3.8kbのHi
nd III−SmaI断片を含む生成したプラスミドを、
8kbのpMON503断片と結合させ、これをとり、
pMON505と命名した。pMON316由来のCa
MV35S−NOS 発現カセット(図3参照)を、
2.4kbのStuI−HindIII断片上に単離し、
StuI−Hind IIIを用いて開裂したpMON50
5DNAと混合した。
【0134】生成のプラスミド pMON530(図1
6参照)をBglIIを用いて消化し、TGMV コート
たんぱく質コード配列を保有する1kbのXhoII断片
を挿入した。プラスミドは1kb断片を意味のある配向
で含んでいることを同定された。「pMON401」と
称するこのプラスミドは、CaMV35S/TGMV−
CP/NOS 構成物を保有していた(図16参照)。
例2に記述される方法と実質的に同じ方法により、タバ
コ植物をpMON401を用いて形質転換した。カナマ
イシンに耐性であるこれらの植物の自家受精により、上
に詳述した方法に従ってウイルス耐性を試験できる実生
後代を得た。
【0135】例9 TMV RNAに相補的なアンチセ
ンスRNAの発現ベクター コートたんぱく質に関するmRNAに対して相対的にア
ンチセンスの極性を有するRNAを生産するように、T
MV−CP 遺伝子を中間体プラスミド(pMON31
6)に挿入する実験を行った。
【0136】図17に参照されるように、TMV コー
トたんぱく質遺伝子を、酵素AhaIII およびBamH
Iを用いて中間体プラスミド(pTM37)から切取っ
た。この配向においては、mRNAをコードする遺伝子
の5′末端はAhaIII 部位の近くに位置する。Aha
III :BamHI 断片を、BamHIとSmaIを用
いて既に消化したプラスミド pUC13に導入した。
【0137】コートたんぱく質遺伝子を、EcoRIと
BamHIを用いる消化によってpUC13から切取っ
た。このDNA断片を、酵素BglIIとEcoRIを用
いて制限したpMON316(図3参照)に連結した。
【0138】この配置においては、CaMV35Sプロ
モーターは、TMV コートたんぱく質 mRNAに相
補的なRNAを生産する。このRNAは次のものを包含
する(転写体の5′末端から)。
【0139】(1)CaMV35S プロモーターから
誘導した約30のヌクレオチド (2)cDNAの第1鎖の調製に使用したヌクレオチド
プライマーから誘導した約8のヌクレオチド (3)TMV RNAのヌクレオチド (−) 639
5 (−) 5707 (4)NOS 3′末端によって付与された約150の
ヌクレオチド この構成物を植物に導入し、それらの植物に例2の記述
に従ってウイルス耐性の試験を行うことができる。
【0140】例10 キューリ モザイク ウイルス
(CuMV) コートたんぱく質遺伝子のクローニング RNA 4が豊富であるCuMV−D株(J.M.Ka
per,USDA Agricultural Res
earch Service,Beltsville,
Maryland より入手可能)の大きさに従って分
別したゲノムRNAを、CuMV RNA分子当りのA
MP残基の概算値(estimated numbe
r)が約30になるようにポリアデニル化した。2本鎖
cDNAを合成するために、ウイッケンズら(Wick
ens et al(1978))の方法論を第1鎖c
DNAの製造に適用した。更に詳しくは、3μgのポリ
アデニル化CuMV−RNA4、100mMトリス−H
Cl(pH8.3)、140mM KCl、10mM
MgCl2 、19mM β−メルカプトエタノール、
1.5μg(dT)15 、0.5mM dNTP′s、
20μCi〔α−32P〕dCTP (3000Ci/m
mole、New England Nuclea
r)、および、48単位のAMV逆転写酵素(Life
Sciense,Inc.)を含む80μlの反応混
合物を、42℃で90分間インキュベートした。それか
ら、4μlの0.5M EDTAを反応混合物に加え、
続いてこれをフェノール/クロロホルムで抽出し、その
後、20μlの0.5トリス−HCl(pH7.5)で
逆抽出した。1/3容の8M酢酸アンモニウムおよび2
容のエタノールを用いて連続して2回沈澱させることに
より、生成物を遊離のヌクレオチドとして回収した。
【0141】上記の反応から得たcDNAを乾燥させ、
40μlの水に再懸濁した。第2鎖合成にはガブラーと
ホフマンの方法(Gubler & Hoffman
(1983))を適用した。20mMトリス−HCl
(pH7.5)、10mM(NH4 2 SO4 、5mM
MgCl2 、100mM KCl、0.2mg/ml
BSA、0.1mM dNTP′s、30単位のDNA
ポリメラーゼI(NewEngland Biolab
s)、20μCi〔α−32P〕dCTP、および、2単
位のRNAse H(BRL)を、0.1mlの容積中
に含む反応混合物に、40μlの水中のcDNAを加え
た。まず、この反応混合物を11℃で1時間インキュベ
ートし、その後22℃で1時間インキュベートした。第
1鎖cDNAの合成について記述した同じ方法で、生成
物を回収した。
【0142】文献(Huynh et al(198
5))に開示された方法に従って、2本鎖cDNAをE
coRI メチラーゼを用いてメチル化し、リン酸化し
たEcoRIリンカー(New England Bi
olabs)に連結し、EcoRI酵素で消化し、それ
から、過剰のリンカーから分離した。その後、cDNA
を、試料レーンと接したレーン中に適用した標識DNA
と共に、1%アガロースゲル上で電気泳動した。標識を
エチジウム プロミド染色によって可視化し、約900
〜1300bpの大きさのcDNAを含むゲル薄片を切
取った。cDNAを電気溶出(electroelut
ion)し、5μgのグリコーゲン坦体(Boehri
nger Mannheim Biochemical
s)の存在下で沈澱させ、10μlの連結反応容積と相
溶性である容積の水中に再懸濁した。それから、cDN
Aを室温で4時間、20ngのEcoRI消化リン酸化
pEMBL12(+) DNAに連結させた。その後、
生成のプラスミドを大腸菌JM101株中に形質転換さ
せた。コロニーを、アンピシリン耐性、並びに、0.6
mgX−GalとIPTGを用いて広げたプレート上の
白色により選抜した。挿入物の大きさを、ミニプレップ
(miniprep)DNA(Maniatis et
al(1982))のEcoRI消化によって決定し
た。
【0143】600bpから1300bpの範囲にわた
る挿入物を有する16のコロニーに、ジデオキシシーク
エンシングによって更にスクリーニングを行い、文献
(Gould & Symons(1982))に報告
されているように、X株のCMV コートたんぱく質に
対する配列相同性の存在を決定した。最長のクローンを
完全にシークエンシングし、CuMV CPに対する全
長さのcDNAを得たことを確認した。CuMV コー
トたんぱく質コード配列を、発現ベクター pMON9
818とpMON9819(前記の例7を参照)中にク
ローニングすることができる。その後、これらのベクタ
ーを使用して、CuMV コートたんぱく質コード配列
からの意味のある配列と意味のない(アンチセンス)配
列を生産することができる。
【0144】次のベクターを構築し、植物に移入させ
た。
【0145】pMON9816 − pMON9818
中の意味のある配向のCuMV コートたんぱく質コー
ド配列 pMON9817 − pMON9818中の意味のな
い配向のCuMV コートたんぱく質コード配列 これらのベクターを例2に従って、アグロバクテリウム
細胞に導入し、生産したトマトおよびタバコ植物に形質
転換させた。上記に従って、これらの植物にCuMVを
接種し、ウイルス耐性の水準を決定することができる。
【0146】例11 ポテト リーフロール ウイルス
由来のRNAの操作 精製したポテト リーフロール ウイルス(PLRV)
(Dr.Peta Thomas,USDA Agri
cultural Research Statio
n,Prosser,Washington から入
手)から、大きさが約6kbの完全なウイルスRNAを
単離した。このRNAを、大腸菌 ポリ(A) ポリメ
ラーゼを用いてポリアデニル化することができる。更
に、上記に従って、cDNAの第1鎖をオリゴ dT
プライミングにより合成できる。その後、ガブラーとホ
フマン(Gubler & Hoffman(198
3))に従い、RNAse Hの存在下でDNA ポリ
メラーゼIを使用することによって、第2のcDNA鎖
を合成できる。
【0147】上記の例10に従って、このようにして生
産した2本鎖cDNAをEcoRIメチラーゼでメチル
化し、EcoRI リンカーに連結し、それから、Ec
oRIで消化したpEMBL12(+)に連結すること
ができる。生成のプラスミドを大腸菌JM 101(M
essing & Vieira(1982))に形質
転換させ、それによって得た組換体クローンを、トーマ
ス(Thomas(1983))の記述に従い、PLR
Vにたいする抗体を使用してスクリーニングすることが
できる。ウイルス コートたんぱく質をコードしている
ことが同定されたcDNA断片は、成熟コートたんぱく
質のNH2 末端アミノ酸に対するコドンのすぐ隣(vi
s−a−vis 5′末端)に、新たな制限部位および
ATG翻訳開始コドンを導入することによって得られ
る。これはゾラーとスミスの方法(Zoller &
Smith(1982))によって行うことができる。
【0148】例12 カリフラワー モザイク ウイル
ス由来DNAの操作 カリフラワー モザイク ウイルス(CaMV)のコー
トたんぱく質コード配列は、プラスミド pOS1(H
owarth et al(1981))をAccIを
用いて開裂し、DNA ポリメラーゼのクレノー断片で
処理し、BamHIで開裂することによって、1.6k
bの断片上に単離することができる。プラスミドそのも
のはDr.ロバート シェファード(Dr.Rober
t Shepherd,University of
Kentucky,Lexington)から入手でき
る。1.6kbの断片にゲル上で電気泳動による分離を
行った後、NA−45膜(Schleicher &
Scheull,Keene,NH)を用いてそれを精
製し、EcoRIで消化したpMON316 DNAと
混合し、クレノー断片を用いて処理し、BglIIを用い
て消化することができる。
【0149】リガーゼで処理することによりCaMV
コートたんぱく質コード配列を含む組換体プラスミドを
得る。このプラスミドを上記に従って使用し、細胞を形
質転換させることができる。意味のある配向のコード配
列を有するプラスミドを保有するそれらの細胞は、Hi
ndIII を用いるプラスミドDNAの消化により、同定
することができる。つまり、そのようなDNAは、1.
1kbおよび0.7kbのHindIII 断片、並びに、
プラスミドの残りに由来するより大きな断片を示す。そ
れから、正しく配向したCaMVコートたんぱく質コー
ド配列を含むプラスミドDNAをクローニングし、植物
細胞に導入し、それを今度は全植物へ再生することがで
きる。これらの形質転換植物のウイルス耐性は、その
後、既に記述した基本的な方法に従って決定することが
できる。例えば、形質転換したタバコ植物の耐性は、タ
バコに感染するCaMV W260株、W262株およ
びW283株(Gracia & Shepherd
(1985))を用いる接種によって試験することがで
きる。
【0150】例13 MAS(2′)プロモーターによ
って制御されたTMVコートたんぱく質コード配列を有
するDNA構成物 EcoRI(21,631)とClaI(20,13
8)によるオクトピン型pTiA6プラスミド Bam
HI2断片を保有するプラスミド pNW34C−2−
1(Garfinkel et al(1981))か
ら、MAS プロモーターを保有するDNA断片を切取
った。(括弧内の数値は、オクトピン型Tiプラスミド
T−DNA配列のベーカーら(Barker et
al(1983a))の発表配列から取った開裂部位の
座標である。)生成した1503bpの断片を精製し、
EcoRIおよびClaI開裂pMON505(Hor
sch & Klee(1986))に挿入して、pM
ON706を生産した。NOS3′末端を、BglIIお
よびBamHIを用いてpMO530から切取った。2
98bpのNOS3′断片を、pMON706のMAS
プロモーターの3′末端に隣接するBglII部位に導
入し、pMON707を得た。
【0151】生成したpMON707中のMAS プロ
モーター − NOS3′ カセットを、StuIとH
indIII を用いてpMON707を開裂し、それか
ら、NOS−NPTII′−NOS キメラ カナマイ
シン耐性遺伝子およびMASプロモーター − NOS
3′ カセットを保有する3.2kbの断片を単離する
ことにより、コインテグレート型ベクターに移入した。
この断片を、pMON200の7.7kbのStuI−
to−HindIII 断片に付加した。生成のプラスミ
ド、pMON9741はpMON316の類似物である
が、MAS プロモーターがCaMV35S プロモー
ターと置換わった発現カセットを含んでいる。
【0152】TMV−CPコード配列は、例2の記述に
従って、または、アベルら(Abel et al(1
986))が開示するようにBglIIとBamHIを用
いてpTM319 DNAを消化することによって、得
ることができる。それから、700bpのCPコード断
片をBglIIを用いて開裂したpMON9741に挿入
できる。プロモーターおよびNOS3′に関して意味の
ある配向でCP挿入物を有するプラスミドは、BglII
とEcoRIを用いてプラスミド DNAを消化し、M
ASプロモーターを1.5kbの断片上に、更に、CP
コード配列を700bpの断片上に放出させることによ
り、同定できる。生成のプラスミドをA.タメファシエ
ンスに交配させ、MAS/TMV−CP/NOS3′構
成物を保有するA.タメファシエンス細胞を、上記に従
って、形質転換したタバコ植物およびトマト植物を得る
ために使用できる。既に記述した方法で、形質転換した
植物のウイルス耐性を試験することができる。
【0153】例14 エレクトロポーレーション技術を
使用する遊離DNAベクターによる植物細胞の形質転換 以下の説明により、ウイルス病耐性を得るために、プラ
スミドDNAを外膜を除去した種々の植物細胞(プロト
プラスト)に効果的に導入するアグロバクテリウムに基
づかない遊離のDNA受渡し(delivery)法を
概説する。
【0154】A.双子葉類の種におけるプロトプラスト
の単離および培養 ダイズ[Glycine max(GM)]、ペチュニ
ア[Petuniahybrida Mitchell
(MP4)]およびニンジン[Daucuscarot
(TC)]由来の細胞培養をウィドホルム(Widh
olm(1977))に従い、TCおよびGMに対して
は0.4mg/lの2,4−D、あるいは、MP4に対
しては0.2mg/lのρ−クロロフェノキシ酢酸を含
む50mlのMS培養基(Murashige & S
koog(1962))中で、旋回振とう器上の250
mlエルレンマイヤー フラスコ(135rpm、27
°〜28℃)中に成長させた。
【0155】10mlパック(packed)細胞容積
の対数成長している懸濁培養細胞を、10%マンニトー
ルと0.1%CaCl2 ・2H2 O(pH5.7)とに
溶解した酵素40ml中で12時間インキュベートする
ことにより、GMおよびTC由来のプロトプラストを、
それぞれ生産した。酵素混合物は、2%セルラーゼR−
10(Kinki Yakult,Nishinomi
ya,Japan)、0.1%マセロザイム(Mace
rozyme)R−10(Kinki Yakul
t)、および、0.5%ペクトラヤーゼ(Pectol
ayaze) Y−23(Seishin Pharm
aceutical Co. Ltd.,Noda,
Chiba,Japan)を含んでいた。生成のプロト
プラストは、ハウプトマンとウィンドホルム(Haup
tman & Windholm(1984))の開示
に従って、単離、精製および培養した。
【0156】MP4由来のメゾフィル(mesophy
ll) プロトプラストを、使用した酵素混合物が懸濁
培養に用いたものと同一だった以外はフレーリーら(F
raley et al(1984))の開示に従っ
て、単離し培養した。
【0157】B.単子葉類の種におけるプロトプラスト
の単離および培養 コムギ[Triticum monococcum(T
M)およびTriticum aetiuum(T
A)、Maddockら(1983)およびOzias
−AkinsとVasil(1983)により開示]、
エレファント グラス[Pennisetum pur
pureum(PP)、Vasilら(1983)およ
びKarlssonとVasil(1986)により開
示]、ギニアグラス [Panicum maximu
(PM)、LuとVasil(1981)およびKa
rlssonとVasil(1986)により開示]、
イネ[Oryza sativa(OS)、Heyse
rら(1983)およびYamadaら(1986)に
より開示]、コーン[Zea mays(ZM)、Me
adows(1982)により開示]、サトウキビ[
accharum officinarum(SC)、
HoとVasil(1983)およびSrinivas
inとVasil(1985)により開示]、および、
ペニセタム アメリカナム(Pennisetum
mericanum)とP.プルプレウム(pur
pureum)およびP.スクアマラタム(squ
amulatum)の間の複交雑(double cr
oss)トリスペシフィック(trispecifi
c)ハイブリッド(PAPS)[DujardinとH
anna(1984)により開示]から単子葉類の細胞
を採取した。PMおよびPAPSの懸濁培養を、5%コ
コナット ミルクおよび2mg/l 2,4−Dを含む
変形MS培地(Vasil & Vasil(198
1))中で成長させた。一方、SC培養に対して使用し
たMS培地は、更に500mg/lのカゼイン加水分解
物を含んでいた。TM懸濁培養は、ダディッツら(Du
dits etal(1977))に従って、脂質培地
中で成長させた。他の単子葉類の細胞培養は、それぞれ
上に引用した文献に従って成長させた。週に2度継代培
養(subculture)したTMとPAPSを除
き、全ての懸濁培養は、35mlの培地中に2〜8ml
の接種物を用いて、7日の継代培養で成長させた。プロ
トプラスト単離に先だって、4〜5日目に、懸濁を25
〜35mlの培地中に5〜8mlの接種物を用いて継代
培養した。
【0158】それぞれの単子葉類細胞型に関するプロト
プラストを、バジルら(Vasilet al(198
3))の開示に従い、3mM MES、0.45Mマン
ニトール、7mM CaCl2 ・2H2 O、および、
0.7mM NaH2 PO4OH(pH5.6)に溶解
した種々の酵素混合物を使用して、単離した。酵素混合
物は、TMおよびPMに対しては、1.0%セルラーゼ
RS(KinkiYakult)と0.8%ペクチナ
ーゼ(Sigma)を;SCに対しては、2%セルラー
ゼ RSと0.7%ペクチナーゼを;PPに対しては、
3%セルラーゼ R−10と0.7%ペクチナーゼを;
PAPSに対しては、2.5%セルラーゼ R−10と
0.75%ペクチナーゼを含んでいた。
【0159】それから、単離した単子葉類プロトプラス
トを、カオとミカイルク(Kao& Michaylu
k(1975))により変形された8p培地(Vasi
l& Vasil(1980))中で培養した。この培
養基は、0.4〜0.5Mグルコース、0.5〜1.0
mg/l 2,4−Dおよび0.2mg/lゼアチンを
含んでいた。これを1週間後にプロトプラスト培養基を
用いて1:2.3に希釈した。PAPSおよびTMのコ
ロニー形成率(plating efficienc
y)を測定するために、2〜3週間後に、2mlの元の
プロトプラスト培養と等価な量を、0.4%のシープラ
ーク(Seaplaque) アガロース(FMC)を
用いて36mlに希釈した。それから、希釈した培養の
3mlを、10cmペトリ皿の0.6%アガロースを含
む同じ培地の層上にプレートした。
【0160】C.エレクトロポーレーションによる遊離
DNA受渡し カナマイシン耐性遺伝子を含むプラスミドDNAの存在
下で、ジンマーマン(Zimmerman)細胞融合系
(GCA Precision)、または、キャパシタ
− ディスチャージ バンク(Fromm et al
(1985))を用いて、プロトプラストにエレクトロ
ポーレーションを行った。ジンマーマン細胞融合系を用
いるエレクトロポーレーションは、ジンマーマン ヘリ
カルフュージョン チャンバー中で、または、ポッター
ら(Potter et al(1984))の方法に
従ってキュベットと白金またはアルミニウム箔から構成
されたエレクトロポーレーション室中で行った。パルス
(直流240V)を、それぞれ9のパルスからなるパ
ルス列として999.9μsecで与えた。それぞれの
パルス列を、プロトプラスト洗浄溶液中、50μgの子
ウシ胸線DNAを伴ってまたはそれを伴わずに14μg
のプラスミド DNAの存在下で、1回、10回、50
回および100回与えた。
【0161】キャパシター バンクは、1個の100μ
Fキャパシターと1個の2400μFキャパシター(M
allory)と共に、それぞれ40、110、24
0、340μFのキャパシターの4個を含むように構成
した。キャパシターは個々にまたは平行に充電と放電を
行うことができた。パルス放電は、2重チャンネル記録
オシロスコープ(Tectronics モデル 58
4A)を使用して監視した。アンペア数はエレクトロポ
ーレーションの間に1個の1オーム抵抗にかかる放電を
測定することによって決定した。
【0162】エレクトロポーレーションに先だって、プ
ロトプラストを、10mM Hepes、150mM
NaCl、5mM CaCl2 、および、0.2Mマン
ニトール(pH7.2)中で1度洗浄し、それから、同
じ緩衝液(Fromm etal(1985))を用い
て約3×106 プロトプラスト/mlの密度にした。1
mlの再懸濁プロトプラストに20mlのプラスミド
DNAを加え、混合した。このプロトプラストに種々の
電圧と容量でエレクトロポーレーションを行った。プロ
トプラストは氷上に約10分間保ち、その後、液体培養
基中でのプレーティングを行った。
【0163】種々のエレクトロポーレーション処理によ
って細胞溶解された双子葉類プロトプラストの数を評価
するために、パルス放電を与える前および直後にTCプ
ロトプラストの密度を測定した。測定値は残存割合で表
わした。生存率測定は、エレクトロポーレーションの2
日後のフェノサフラニン(phenosafrani
n)染料排除(Widholm(1972))を基礎に
した。結果はエレクトロポーレーションを行っていない
対照と比較したパーセント生存率で表わした。エレクト
ロポーレーションを行った双子葉類プロトプラストのコ
ロニー形成率評価は、培養の3〜4週後に形成されたコ
ロニー数を数えることによって得た。これを、エレクト
ロポーレーションを行っていない対照の割合として表わ
した。
【0164】形質転換したコロニーは、フロムら(Fr
omm et al(1986))の開示に従い、カナ
マイシンを含む培地に移した後に選抜した。同様にし
て、工学的に処理したウイルス コートたんぱく質とカ
ナマイシン選抜可能標識とを含むpMON319、pM
ON401、pMON9800、pMON9809、お
よび、pMON9816などのプラスミドを遊離DNA
形質転換に使用することができる。再生植物は、例2に
記述した方法を使用して、コートたんぱく質mRNAと
たんぱく質生産とを監視することができる。
【0165】参照文献 ・アベルら、サイエンス、1986年 232巻 73
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【図面の簡単な説明】
【図1】ウイルス病耐性生物試験の概略図である。
【図2】ダイズ モザイク ウイルス コートたんぱく
質(SMV CP)の部分アミノ酸配列図である。
【図3】CaMV35S/TMV−CP/NOS 構成
物を含む植物形質転換ベクター図である。
【図4】CaMV35S プロモーターを含む発現ベク
ター図である。
【図5】CaMV35S プロモーター、マルチリンカ
ーおよびノパリン シンターゼ断片の完全配列図であ
る。
【図6】トランスジェニックなタバコ植物に対する異な
る水準のウイルス接触の効果のデータ図である。
【図7】トランスジェニックなトマト植物に対する異な
る水準のウイルス接触の効果のデータ図である。
【図8】ウイルス耐性の比較のデータ図である。
【図9】交叉免疫の導入のデータ図である。
【図10】ssRUBISCO プロモーターの最初の
単離と中間体ベクターへの導入を示す系統図である。
【図11】ssRUBISCO プロモーターの部分ヌ
クレオチド配列図である。
【図12】CaMV35S プロモーターをssRUB
ISCO プロモーターに置換したDNA構成物の製造
の系統図である。
【図13】アルファルファ モザイク ウイルスのコー
トたんぱく質(AMV CP)をコードするcDNAの
製造の系統図である。
【図14】ポテト ウイルス X のコートたんぱく質
遺伝子(PVX CP)を含む植物ベクターの製造の系
統図である。
【図15】PVX CP遺伝子のヌクレオチド配列図で
ある。
【図16】トマト ゴールデン モザイク ウイルス
コートたんぱく質(TGMV CP)をコードするヌク
レオチド断片の単離の系統図である。
【図17】TMV RNAに対するアンチセンス相補体
をコードするDNAを含む植物ベクターの製造の系統図
である。
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成6年5月26日
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】発明の詳細な説明
【補正方法】変更
【補正内容】
【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の技術的背景】本発明は、ウイルス病に耐性であ
る植物を生産する方法と、そのようなウイルス耐性の付
与に用いる遺伝物質と、その方法の産物とに関する。従
って、本発明は、植物分子生物学、植物ウイルス学およ
び植物遺伝子工学の分野の応用を含んでいる。
【0002】植物においてウイルス感染は、成長阻害、
形態変化および収穫減少などの種々の不利な効果の原因
となる。更に、ウイルス感染はしばしば植物を他の害虫
や病原菌による損傷に対してより影響され易くする。植
物ウイルスについての一般的な知見は、文献(例えば、
Matthews(1981)、Lauffer(19
81)およびKado & Agrawal(197
2))に記述されている。
【0003】植物は、動物のように抗体が関与する免疫
系を持たない。しかし、植物は病原菌による感染に抵抗
するために、幾つかの方法を発達させてきた。例えば、
ある型の植物は、侵入する真菌の表面の糖部分に結合し
て真菌を不動化するレクチンを産生する。更に、ある型
の植物は、明らかに、細菌、昆虫、それに多分ウイルス
による攻撃に応答して植物中を循環する種々の分子を産
生する。
【0004】ある型の植物では、幼若な植物に「減衰さ
せた(attenuated)」ウイルス株、つまり、
重大な症状を起こさないウイルス株を感染させることに
よって、ある程度のウイルス耐性を誘導することができ
る(例えば、Rast(1972)およびCosta
(1980)を参照)。この方法には次のような幾つか
の限界がある。つまり、(1)一定の型の農作物(cr
op)中でのみ都合良く行うことができる。(2)一定
の型のウイルスに対してのみ行うことができる。(3)
感染ウイルスの適切な減衰株が同定されているかまたは
単離されている場合にのみ、行うことができる。(4)
この方法によって与えられる保護は、限られた数の種々
のウイルスに対してのみ効果があり得る。(5)減衰感
染は第2の関連の無いウイルスによる感染を、相乗効果
によって更に深刻に悪化する可能性がある。
【0005】それで、上述した問題が解決されていて、
しかも、減衰ウイルスの同定、単離および使用を必要と
しないようなウイルス感染から植物を保護する方法が必
要とされている。また、天然の遺伝的耐性または交叉免
疫(cross−protection)耐性が利用で
きないときにウイルス耐性を与える必要がある。
【0006】
【発明の概要】従って、本発明の目的は、減衰ウイルス
の使用、耐性を与える遺伝的決定基の存在、または、交
叉免疫の利用可能性のいずれにも依存しないウイルス耐
性植物を生産する方法を提供することである。
【0007】また、本発明の目的は、工学的に処理した
植物が植物ウイルスに対して耐性を示すように、植物の
ゲノムに、植物ウイルスのゲノムの小部分を他のものと
共に含むDNA構成物(construct)を挿入す
ることにより、植物を遺伝子工学的に処理する方法を提
供することである。
【0008】また、本発明の他の目的は、遺伝的に形質
転換されたウイルス耐性植物の生産に使用できる組換体
DNA分子を提供することである。
【0009】更に、本発明の他の目的は、植物ウイルス
のRNA配列の生産を起こすDNA配列の存在をそれぞ
れ特徴とする、遺伝的に形質転換された細胞および分化
植物を提供することである。
【0010】上述の目的を達成する中で、本発明の一つ
の観点として、植物ウイルスによる感染に耐性である遺
伝的に形質転換された植物を生産する方法が提供され
た。この方法は次の工程を包含する。
【0011】(a)植物細胞のゲノムに、(i)植物細
胞中で機能して、植物ウイルスのRNA配列の生産を起
こすプロモーターと、(ii)植物ウイルスから誘導し
たDNA配列であって、植物ウイルスのRNA配列の生
産を起こすDNA配列と、(iii)植物細胞中で機能
して、RNA配列の3′末端へのポリアデニル化ヌクレ
オチドの付加を起こす3′非翻訳(non−trans
lated)DNA配列とを包含する組換体2本鎖DN
A分子を、挿入する工程。
【0012】(b)形質転換された植物細胞を得る工
程。
【0013】(c)形質転換された植物細胞から、植物
ウイルスによる感染に対する耐性が増した遺伝的に形質
転換した植物を再生する工程。
【0014】一つの好ましい具体例では、植物ウイルス
のRNA配列はそのウイルスのコートたんぱく質をコー
ドする。
【0015】本発明の他の観点として、配列中に次のも
のを包含する組換体2本鎖DNA分子が提供された。
【0016】(a)植物細胞中で機能して、植物ウイル
スのRNA配列の生産を起こすプロモーター、(b)植
物ウイルスから誘導されたDNA配列であって、植物ウ
イルスのコートたんぱく質をコードするRNA配列の生
産を起こすDNA配列、および、(c)植物細胞中で機
能して、RNA配列の3′末端へのポリアデニル化ヌク
レオチドの付加を起こす3′非翻訳領域。
【0017】また、本発明の他の観点として、上述の
(a),(b)および(c)の要素を包含するDNA
を、それぞれ含む細菌細胞および形質転換された植物細
胞が提供された。
【0018】更に、本発明の他の観点として、上述のよ
うに形質転換された植物細胞を包含し、植物ウイルスに
対して耐性を示す分化した植物が提供された。また、本
発明の他の観点として、そのような植物を栽培するこ
と、外植片(explants)、挿木およびサッド
(suds)などの胎芽(むかご、propagule
s)を用いてそのような植物を繁殖させること、また
は、この植物を他の植物と交雑(cross)させて同
じくこの植物ウイルスに対して耐性を示す後代(pro
geny)を生産することを伴う方法を提供する。
【0019】本発明の他の目的、特質および利点は、本
明細書の以下の説明から明らかとなるだろう。しかし、
本明細書中の詳しい説明および特定の具体例は、本発明
の好ましい具体例を示してはいるが、説明のためだけの
ものであり、本発明の技術的範囲を定めるものではな
い。本発明の技術的範囲内で成される種々の変形および
修正は、この詳細な説明から当業者には明らかであろ
う。
【0020】図面の説明 図1はトランスジェニック植物におけるウイルス病耐性
の生物試験の概略を示す。
【0021】図2はダイズ モザイク ウイルス コー
トたんぱく質(SMV CP)の部分アミノ酸配列を示
す。
【0022】図3は、CaMV35S/TMV−CP/
NOS 構成物を含む植物形質転換ベクター、pMON
319を示す。このベクターは植物細胞に構成物を挿入
するために使用した。
【0023】図4は、制限エンドヌクレアーゼBglI
IとEcoRIに対する唯一の(unique)開裂部
位を有する合成マルチリンカーに隣接してCaMV35
Sプロモーターを含む発現ベクター、pMON316を
示す。このマルチリンカーの後には、ノパリン シンタ
ーゼ遺伝子アデニル化シグナルをコードする260塩基
対の断片が続いている。
【0024】図5は、図4に示したCaMV35S プ
ロモーター、マルチリンカーおよびノパリン シンター
ゼ断片の完全配列を示している。
【0025】図6および図7は、本発明によってそれぞ
れ生産したトランスジェニックなタバコ植物とトマト植
物に対する異なる水準のウイルス接触(exposur
e)の効果を含む例3(A)と3(B)に記述した実験
からのデータを、それぞれ示している。
【0026】図8は、遺伝的に耐性な系のトマト植物
と、本発明によって生産したトランスジェニック植物の
間のウイルス耐性の比較を含む例3(C)に記述した実
験からのデータを示している。
【0027】図9は、タバコ モザイク ウイルスの種
々の株に対して効果的である、本発明に従ったトマト植
物中への交叉免疫の導入を含む例4に記述した実験から
のデータを示す。
【0028】図10は、例5で使用したペチュニア由来
のssRUBISCO プロモーターの最初の単離と中
間体ベクターへの導入を示している。
【0029】図11は、例5で使用したペチュニア由来
のssRUBISCO プロモーターの部分ヌクレオチ
ド配列を示している。
【0030】図12は、CaMV35S プロモーター
をペチュニアのssRUBISCOプロモーターに置換
したDNA構成物の生産の概略を示す。
【0031】図13は、アルファルファ モザイク ウ
イルスのコートたんぱく質(AMVCP)をコードする
cDNAを製造するために使用した方法を示す。
【0032】図14は、ポテト ウイルス X のコー
トたんぱく質遺伝子(PVX CP)を含む植物ベクタ
ーを製造するために使用した方法を示す。
【0033】図15は、PVX CP遺伝子のヌクレオ
チド配列を示す。
【0034】図16は、トマト ゴールデン モザイク
ウイルス コートたんぱく質(TGMV CP)をコ
ードするヌクレオチド断片を単離するための工程を示
す。
【0035】図17は、TMV RNAに対するアンチ
センス相補体をコードするDNAを含む植物ベクターを
生産するために例9で使用した工程の概略を示す。
【0036】
【好ましい具体例の説明】本発明は、植物細胞中で機能
し、ウイルス耐性を生じるDNA構成物の製造を含む。
以下に詳細に説明するように、「ウイルス耐性」という
語は、ここでは、一つまたはそれ以上の型の植物ウイル
スに抵抗する植物の能力を意味している。
【0037】多数の植物ウイルスが世界的に重大な農作
物の損失を引起こしている。本発明は、植物ウイルスに
感染され易い植物を保護する方法を提供する。そのよう
なウイルスには、例えば、ダイズ モザイク ウイル
ス、ビーン ポッド モトル(bean pod mo
ttle) ウイルス、タバコ リング スポット ウ
イルス、バーレイ イエロー ドゥワーフ(barle
y yellow dwarf) ウイルス、コムギ
スピンドル ストリーク(spindle strea
k) ウイルス、ソイル ボーン(soil bor
n) モザイクウイルス、コムギ ストリーク ウイル
ス イン メイズ(in maize)、メイズ ドゥ
ワーフ モザイク ウイルス、メイズ クロロティック
(chlorotic) ドゥワーフ ウイルス、キュ
ーリ(cucumber) モザイク ウイルス、タバ
コ モザイク ウイルス、アルファルフア モザイク
ウイルス、ポテト ウイルス X、ポテト ウイルス
Y、ポテト リーフロール(leafroll) ウイ
ルス、トマト ゴールデン モザイク ウイルスがあ
る。これらの中で、メイズ ドゥワーフ モザイク ウ
イルス、バーレイ イエロー ドゥワーフ ウイルス、
コムギ ストリーク モザイク ウイルス、ソイル ボ
ーン モザイク ウイルス、ポテト リーフロール ウ
イルス およびキューリ モザイク ウイルス に対す
る保護が特に重要である。
【0038】本発明の実施によりウイルス耐性となる植
物には、ジャガイモ、トマト、コショウ、タバコ、ダイ
ズ、コムギ、コーン、シトラス(citrus)、スカ
ッシュ(squash)、キューリおよびビート(be
et)などがある。しかし、これらに限られるわけでは
ない。
【0039】2本鎖DNA中に存在する植物遺伝子の発
現(expression)は、RNAポリメラーゼ酵
素によるDNAの一つの鎖からのメッセンジャーRNA
(mRNA)の転写と、核の中でのmRNA一次転写体
のその後のプロセッシングを含んでいる。このプロセッ
シングは、ウイルスRNAの3′末端にポリアデニル化
ヌクレオチドを付加する3′非翻訳領域を含んでい
る。
【0040】DNAのmRNAへの転写は、普通「プロ
モーター」と称されるDNA領域によって制御されてい
る。プロモーター領域はRNAポリメラーゼに対してD
NAと会合し、更に、DNA鎖の一つを鋳型(temp
lete)として使用してmRNAの転写を始め、対応
するRNA鎖をつくるように合図する配列を含む。
【0041】植物細胞中で活性な多数のプロモーターが
文献に記載されてきた。これらには、例えば、ノパリン
シンターゼ(nopalin synthase)
(NOS)とオクトピン(octopine) シンタ
ーゼ(OCS) プロモーター(これらは、アグロバク
テリウム タメファシエンス(Agrobacteri
um tumefaciens)の腫瘍誘導プラスミド
に保有されている)、カリフラワー モザイク ウイル
ス (CaMV) 19S および 35S プロモー
ター、リブロース2リン酸 カルボキシル化酵素の小サ
ブユニット(ssRUBISCO、非常に豊富な植物ポ
リペプチド)からの光誘導プロモーター、および、ヒド
ロキシプロリンに富む糖たんぱく質をコードする遺伝子
のプロモーターなどがある。これらのプロモーターの全
てが、植物中で発現される種々の型のDNA構成物をつ
くるために使用された(PCT公報 WO 84/02
913(Rogers et al.,Monsant
o)を参照)。
【0042】植物細胞中でウイルスRNAの転写を起こ
すことが知られているあるいは見出されているプロモー
ターを、本発明で使用することができる。そのようなプ
ロモーターは植物またはウイルスから得ることができ、
例えば、CaMV35Sプロモーター、ssRUBIS
CO遣伝子などの植物遺伝子から単離されたプロモータ
ーがある。しかし、これらに限定されるわけではない。
後述するように、好ましくは、選んだ特定のプロモータ
ーは、植物を実質的にウイルス感染に対して耐性にする
有効量のコートたんぱく質の生産をもたらすための十分
な発現を引起こすことができなければならない。耐性を
誘導するために必要なコートたんぱく質の量は、植物お
よび/または 保護の目標となるウイルスの型に応じて
変化する。従って、CaMV35S プロモーターが好
ましい。しかし、このプロモーターが本発明の全ての具
体例で最適なプロモーターであるとは限らない。
【0043】本発明のDNA構成物中で用いられるプロ
モーターは、必要ならば、修飾してその制御特性を変化
させることができる。例えば、CaMV35S プロモ
ーターを、光のないところでssRUBISCOの発現
を抑制するssRUBISCO遺伝子の一部分に連結さ
せ、葉では活性であるが根では活性でないプロモーター
をつくることができる。生成のキメラ プロモーターを
ここに示すように使用することができる。ここでの説明
では、「CaMV35S」の語は、例えば、オペレータ
ー領域との連結、無作為のまたは制御を伴った突然変異
生成(mutagenesis)によって誘導されたプ
ロモーターなどの、CaMV35S プロモーターの変
形も含む。
【0044】本発明のDNA構成物は、2本鎖DNA形
の中にウイルスのコートたんぱく質をコードするウイル
ス ゲノムの一部分を含むことが好ましい。多くの型の
植物ウイルスはDNAではなくRNAを含んでいるが、
1本鎖または2本鎖のDNAを含むものもある。RNA
を含むウイルスは、標準の転写プロモーター および/
または 3′制御配列を含まない。この場合には、ポリ
ペプチドまたはたんぱく質は、ウイルスに保有されるR
NA鎖またはその相補体(complement)から
直接翻訳される。コートたんぱく質をコードしているウ
イルス ゲノムの部分は、当業者によく知られている幾
つかの方法のいずれかによって決定できる(後述の例1
を参照)。
【0045】例えば、ある場合には、コートたんぱく質
をシークエンシング(sequencing)し、ウイ
ルスのコートたんぱく質をコードするDNA配列の合成
を選択することができる。その代わりに、コートたんぱ
く質をコードするウイルスからのRNAを同定し、生成
することもできる。RNAを含む植物ウイルスの大部分
では、コートたんぱく質遺伝子はウイルスRNAの3′
末端に位置している。ある場合には、コートたんぱく質
遺伝子は、その配列がウイルスのコートたんぱく質のア
ミノ酸配列を反映しているオリゴヌクレオチド プロー
ブを用いて位置を定めることができる。ウイルスがRN
Aを保有している場合には、DNAコード配列は逆転写
酵索を用いて相補的DNA(cDNA)を形成すること
によって得られる。上述したように、多くの型の植物ウ
イルスはRNAを含んでいる。これらには、例えば、タ
バコ モザイク ウイルス、トマト スポッティド(s
potted) ウィルト(wilt) ウイルス、キ
ューリ モザイク ウイルス、アルファルファ モザイ
ク ウイルス、ポテト ウイルス X などのポテック
スウイルス(potexviruses)、ポテト ウ
イルス Y などのポティウイルス(potyviru
ses)、ポテト リーフロール ウイルスなどがあ
る。
【0046】ポティウイルスなどの一定のウイルスの場
合には、コートたんばく質は、プロセッシングを受けて
コートたんぱく質を放出するポリプロテインの一部であ
る。当業者は、次の例1に詳述するように、コートたん
ぱく質をコードするウイルスゲノムの領域を単離し、翻
訳開始シグナルを導入するためには、これらのことを考
慮しなければならない。
【0047】それほど好ましくはないが、ウイルスRN
A配列の生産を起こす本発明のDNA構成物で用いられ
る配列はアンチセンス(anti−sense)の配置
をとることができる。例えば、DNAの転写によって生
産されるRNAは、最終的には、天然のウイルス コー
トたんぱく質mRNAの相補的配列を持つRNA分子を
生産することができる。(アンチセンス配置が使用され
る場合は、DNA配列は、コートたんぱく質mRNAの
5′領域に相補的なアンチセンスRNAをつくるために
短くなると、信じられている。)その代わりに、アンチ
センスDNAはウイルス ゲノムの他の断片から誘導で
きる。好ましい領域には、試験管中でウイルスRNAの
翻訳を阻害することが示されている(Beachy e
t al.(1985))ウイルスRNAの5′末端な
どがある。いずれの場合も、アンチセンス転写体は安定
性が低く、あるいは、宿主植物中でのより高い水準での
発現を必要とすると信じられているので、この配置はあ
まり好ましくない。
【0048】本発明のDNA構成物中で用いられるコー
ド配列は、必要ならば、当業者に既知の方法を使用し
て、無作為のまたは制御を伴った突然変異生成のいずれ
かにより修飾して突然変異体をつくることができる。そ
れで、そのような突然変異体(mutants)と変異
体(varients)は本発明の範囲に含まれる。従
って、「コートたんぱく質」の語は、ここでは、トラン
ケートされた(truncated)たんぱく質、融合
(fusion)たんぱく質、並びに、無修飾のコート
たんぱく質を含んでいる。
【0049】3′非翻訳領域は、植物中で機能してウイ
ルスRNAの3′末端へのポリアデニル化 ヌクレオチ
ドの付加を起こすポリアデニル化シグナルを含む。適切
な3′領域は、例えば、(1)アグロバクテリウム(
grobacterium)のノパリン シンターゼ
(NOS)遺伝子などの腫瘍誘導(Ti)プラスミド遺
伝子の、ポリアデニル化シグナルを含む3′転写非翻訳
領域、および、(2)ダイズ貯蔵たんぱく質遺伝子およ
びRuBPカルボキシル化酵素遺伝子の小サブユニット
などの植物遺伝子である。好ましい3′領域は、例え
ば、NOS遺伝子のものである。これについては後述の
例に詳しく述べる。
【0050】本発明のDNA構成物によって生産される
RNAは、また、5′非翻訳のリーダー(leade
r)配列を含む。この配列は、遺伝子を発現するために
選んだプロモーターから誘導できるし、また、mRNA
の翻訳を増加させるために特別に修飾することができ
る。また、5′非翻訳領域は、ウイルスRNAから、適
当な真核細胞の遺伝子から、または、合成遺伝子配列か
ら得ることができる。本発明は、後述の例に示すよう
に、非翻訳領域が、プロモーター配列に伴う5′非翻訳
配列、および、ウイルス コートたんぱく質遺伝子の
5′非翻訳領域の部分の両者から誘導される構成物には
限定されない。そうではなくて、非翻訳リーダー配列
は、ウイルス コートたんぱく質に対するコード配列の
非翻訳領域の5′末端の部分、または、プロモーター配
列の部分であってよく、あるいは、関連のないプロモー
ター配列または上述のようなコード配列から誘導でき
る。
【0051】本発明のDNA構成物は任意の適当な方法
によって植物のゲノムに挿入できる。適当な植物形質転
換ベクターには、例えば、アグロバクテリウム タメフ
ァシエンスのTiプラスミドから誘導したもの、並び
に、文献に開示されたものがある(例えばHerrer
a−Estrella(1983)、Bevan(19
83)、Klee(1985)およびEPO公報第12
0516号(Schilperoort et a
l.))。アグロバクテリウムのTiまたは根誘導(R
i)プラスミドから誘導した植物形質転換ベクターに加
えて、本発明のDNA構成物を植物細胞へ挿入する他の
方法を用いることができる。そのような方法には、例え
ば、リポゾームの使用、エレクトロポーレーション(e
lectroporation)、遊離DNA取込みを
増加させる化学物質、および、ウイルスまたは花粉を使
用する形質転換などがある。
【0052】本発明の一つの具体例では、2本鎖cDN
Aは、タバコ モザイク ウイルス(TMV)のコート
たんぱく質をコードするRNA断片(CP−mRNA)
から製造される。このコード配列をCaMV35S プ
ロモーター および NOS3′非翻訳領域に連結し
て、本発明のDNA構成物を形成することができる。D
NA構成物を、部分的にアグロバクテリウム タメファ
シエンスのTiプラスミドから誘導した中間体プラスミ
ドに挿入して、プラスミド pMON319をつくる。
それから、ベクターを、弱めた(disarmed)T
iプラスミドを含む培養A.タメファシエンスに挿入す
る。二つのプラスミドは、交叉(crossover
event)によりコインテグレート(cointeg
rate) プラスミドを形成する。
【0053】コインテグレート プラスミドを含む細菌
細胞を、タバコ植物から誘導した細胞と共に培養し、形
質転換した植物細胞をカナマイシンを含む栄養培地を用
いて選抜する。それから、その細胞をカルス組織に培養
し、分化した植物に再生する。生成した本発明の植物
は、ウイルス耐性を与えるDNA構成物を含む。
【0054】本発明の実施においては、特定のウイルス
に由来するCPコード配列を含むDNA構成物が持つ耐
性付与能力を、第1の例としてそのウイルスに対する全
身性の(systemic)宿主を用いて利用すること
が好ましい。「全身性の」宿主植物中では、ウイルス
は、複製し、依然として非特定的な方法で接種部位(典
型的には、葉上)から植物中を移動して、局部的でない
全身的な感染の症状を起こすことができる。(逆に、
「非全身的な」宿主は、壊疽性斑点の発達のような、接
種部位の周辺領域に制限された症状を示す。)特定のウ
イルスとそれに対して全身性である宿主とのペアリング
は、植物病理学ではよく認められている。例えば、多く
のトマトおよびタバコの変種並びにアルファルファは、
アルファルファ モザイク ウイルス (AMV)に対
して全身性である。また、キューリモザイク ウイルス
(CuMV)は、トマト、タバコ、キューリおよび他の
メロン作物に全身性の感染を起こし、、タバコ、トマト
および多数のランの変種は、TMVに対する全身性の宿
主である。一般的には文献を参照(INDEX OFP
LANT VIRUS DISEASES,Agric
ulture Handbook No.307(AR
S−USDA 1966)。
【0055】特に、本発明によって製造されたDNA構
成物は、RNA配列の生産を起こす構成物中のDNA配
列を与える源として使用するウイルスに対して、全身性
であるような植物から誘導した植物細胞またはプロトプ
ラストに、上に述べた適当なベクターを介して導入され
る。DNA配列がウイルスのコートたんぱく質をコード
している場合には、このように修飾された植物物質は、
例えば、ノーザン プロッティング(Northern
blotting)によりCP−mRNAの存在を試
験される。CP−mRNAが検出されない(または力価
が低すぎる)場合には、CPをコードする断片を制御す
るために構成物中で使用されているプロモーターを、よ
り強力な可能性のある他のプロモーターと置換えて、こ
の変化した構成物を再び試験することができる。
【0056】その代わりに、この監視を全体(whol
e)の再生した植物に行うことができる。いずれの場合
も、ウイルスmRNAしの適切な生産が行われたときに
は、形質転換細胞(またはプロトプラスト)は全植物に
再生され、後者(植物)をウイルスに対する耐性に関し
てスクリーニングする。再生工程のための方法論の選択
は重要ではなく、マメ科(アルファルファ、ダイズ、ク
ローバーなど)、セリ科(ニンジン、セロリー、アメリ
カボウフウ)、アブラナ科(キャベツ、ハツカダイコ
ン、ナタネなど)、ウリ科(メロンとキューリ)、イネ
科(コムギ、イネ、コーンなど)、ナス科(ジャガイ
モ、タバコ、トマト、コショウ)および種々の植物作物
の宿主に対する適当なプロトコルが利用できる。文献
(例えば、Ammirato et al.(198
4))を参照。上記の科のそれぞれの植物に、本発明に
よってウイルス耐性を与えることができる。
【0057】ウイルス耐性を試験される再生植物は、病
気の発達の速度が接種物中のウイルス濃度と線形に相関
する範囲の濃度で、ウイルスに接させることが好まし
い。この線形の範囲は、一定のウイルスと宿主種のペア
リングに関して、形質転換していない植物を用いて試験
的に決定することができる。
【0058】ウイルス接種の方法は当業者にはよく知ら
れており、文献(Kado & Agrawal(19
72))にまとめられている。一つの方法は、カルボラ
ンダム(carborundum)またはケイソウ土な
どの研磨剤とウイルスとを含む水性懸濁液(典型的には
pH7〜8に緩衝化する)を用いて、葉表面を研磨する
工程を含む。この方法での接種はその簡便さのために一
般に好まれているが、一定の植物ウイルスに対しては他
の方法が好ましい可能性があることは当業者には認めら
れるだろう。例えば、アフィドボーン(aphid−b
orn) ポテト リーフロール ウイルスは機械的な
研磨によっては容易に接種されないことが知られてい
る。これは適当な昆虫ベクターを用いて移入される。一
般的には文献(Thomas(1983))を参照。
【0059】再生物の後代に接種を行い、形質転換され
ていない植物、および/または、ウイルスRNA配列の
生産を起こすDNA配列を欠いている構成物を用いて形
質転換された植物である、同様に処理した対照と共に観
測し、例えば、症状の発生の時期について群の間の相違
に反映される比較耐性を測定する(図1参照)。例え
ば、本発明によるウイルス コートたんぱく質をコード
する配列を含む植物は、ウイルス感染の症状を示すとし
ても、対照の植物に比較して相当に長い期間の後にの
み、症状を示すことが見出された。トランスジェニック
(transgenic)植物の間で観測された耐性
は、ウイルスmRNAまたはコートたんぱく質の測定さ
れた水準と相関している。このように、ウイルス ゲノ
ムの小部分の発現は、ウイルス感染に対する耐性を与え
ることができることが見出された。
【0060】ある場合には、ウイルスmRNAまたはコ
ートたんぱく質の発現は検出することができない。これ
は多分mRNAまたはたんぱく質の不安定性のためと思
われる。しかし、mRNAまたはたんぱく質を安定化す
る方法が当業者には知られている。例えば、安定なmR
NAの形成には、イントロンのスプライシングが重要な
役割を果たすことが知られている(Hamer & L
eder(1979))。ウイルス コートたんぱく質
遺伝子の発現は、イントロンをコード配列または非コー
ド配列に挿入することにより十分に高められる。更に、
mRNAの3′非翻訳配列が、対応するmRNAの安定
性を決定することが知られている(Shaw & Ka
men(1986))。工学的に処理したコートたんぱ
く質mRNAの安定性は、その3′非翻訳領域の交替に
よって十分に増加させることができる。最後に、幾つか
のたんぱく質はたんぱく質分解の際にその機能活性を保
持することが知られている(Moore(1981)、
Sandmeier(1980)、Zurini(19
84))。
【0061】本発明によって生産されたトランケートさ
れたコートたんぱく質は、トランスジェニック植物中に
高水準で発現されたときに、その生物活性を保持しウイ
ルス耐性を与えることができた。
【0062】
【実施例】例1 交叉免疫で使用するためのウイルス コートたん
ぱく質の典型的な単離 ポティウイルスは、最も広範で経済的に重要な既知の植
物ウイルスの群を包含する。それで、一つのポティウイ
ルス、ダイズ モザイク ウイルス(SMV)を選び、
本発明に従ってウイルス病耐性(「交叉免疫」)を与え
るために使用することができるウイルス ゲノムの小部
分、コートたんぱく質をコードする配列を単離する一般
的な方法を説明した(図1参照)。
【0063】SMVを、SMVのN鎖を用いて感染され
たダイズ葉から精製した。文献(Vance & Be
achy(1984))に開示されている方法に従っ
て、ウイルスを単離し、ウイルスRNAを調製した。S
MVに対する抗体は定法によりウサギ中で産生させた。
これは、1mgの精製SMVをウサギに注射し、4週後
に50μgのSMVの第2の注射を行い、更に2週後に
SMV(50μg)を注射する工程を含んでいた。最後
の追加抗原注射の後、2週間隔でこの例で使用するため
に血清を集めた。
【0064】ウイルス コートたんぱく質遺伝子のcD
NAクローニングは、当業者によく知られている方法を
用いて行った。cDNAは、まず、オリゴdTを用いて
ポリアデニル化されたSMV RNAをプライミング
し、それから、逆転写酵素を用いてcDNAを生産する
ことにより、ウイルスRNAから生産した。2本鎖cD
NAを生産するために、第1の鎖cDNA:RNAハイ
ブリッド分子をRNsae HとDNAポリメラーゼI
を用いて処理した。それから、この分子をT4DNAポ
リメラーゼを用いて処理し、その後、EcoRIメチラ
ーゼにより処理した。この分子を、EcoRI部位を含
む合成オリゴヌクレオチド リンカーの存在下でT4
DNA リガーゼと反応させた。その後、この分子をE
coRIを用いて消化し、プラスミドpEMBL18に
連結した。このプラスミドは、ヨーロッパ分子生物学研
究所(P.O.Box 10−2209,6900 H
eidelberg. Federal Republ
ic of Germany)で構築された広く利用さ
れているクローニングベクターのクラスの一つである。
pEMBL18 DNAに予め酵素EcoRIを用いて
制限を行い、プラスミドの再アニーリングを防ぐために
リン酸アルカリを用いて処理した。露出したEcoRI
部位を持つ2本鎖cDNAを開いたプラスミドに連結し
た。これらの連結されたcDNAを大腸菌(E.Col
)DH5α株を形質転換するために使用した。
【0065】形質転換した細菌のコロニーを32P標識
したcDNAを用いてスクリーニングし、32P標識分
子と反応したコロニーを選んだ。抗原産生に対するスク
リーニングのために、IPTGを使用してポジティプな
形質転換体を誘導し、予め産生させたウサギ 抗コート
たんぱく質 抗体を用い、抗体ブロット法を介して成長
するコロニーをスクリーニングした。(一定の適当な抗
CP抗体は市販もされている。例えば、America
n Type Culture Collection
in Rockville,Maryland。)抗
体と反応したそれらのコロニーを更にスクリーニングし
て選抜し、それらが実際にコートたんぱく質:lacZ
融合たんぱく質を生産することを確めた。融合たんぱく
質を生産するコロニーから単離したプラスミドDNAを
プローブとして使用し、cDNAを含む他のコロニーを
同定した。この方法は標準的なハイブリダイゼーション
法(Maniatis et al.(1982))と
一部重複している。
【0066】クローンしたcDNAのDNA配列は標準
法によって決定した(図2参照)。ウイルス コートた
んぱく質のアミノ酸シークエンシングを完成して、NH
末端アミノ酸配列を決定することができる。ある場合
にはアミノ末端断片がブロックされている可能性がある
ので、ウイルス コートたんぱく質は、当業者に既知の
方法を応用し、ファースト アトム ボンバードメント
(fast atombombardment)(FA
B)と質量分析計によりシークエンシングすることがで
きる。それから、たんぱく質のアミノ酸配列をクローン
化cDNAのシークエンシングにより誘導した配列と比
較できる。これによってウイルス コートたんぱく質を
コードすると同定されたcDNA断片を、新たな制限部
位とATG翻訳開始コドンを成熟コートたんぱく質のN
末端アミノ酸のコドンの、5′末端に関して、すぐ
隣に導入することにより得ることができる。これはゾラ
ーとスミスの方法(Zoller & Smith(1
982))によって行うことができる。コートたんぱく
質コード配列を切取るための制限酵素消化の後、単離し
たCPコード配列を上に述べたように、適当なプロモー
ターに連結し、本発明によってウイルス耐性を与えるた
めに植物中に置いた。
【0067】例2 ウイルス コートたんぱく質遺伝子
(タバコ モザイク ウイルス)を含むトランスジェニ
ック植物におけるウイルス病耐性 この例では、ウイルス コートたんぱく質のヌクレオチ
ド配列が利用できる場合に本発明を実施する方法を説明
する。
【0068】A.プラスミド pMON319の製造 文献(Bruening(1982))に記述されるよ
うに、フェノール抽出によってタバコ モザイク ウイ
ルス(TMV、普通のU1 バルガー(vulgar
e)株、配列は公表されている(Goelet et
al.(1982)))からRNAを除いた。ウイルス
RNAの3′末端に相補的であり、しかも、NdeIと
BamHI開裂部位を有する35−mer オリゴヌク
レオチドプライマーを合成した。オリゴヌクレオチドを
ウイルスRNAに対してアニーリングし、マニアチスの
方法(Maniatis(1982))に従って、cD
NAの合成(逆転写酵素を用いる)のためのプライマー
として用いた。1本鎖DNAをマニアチスの方法(Ma
niates(1982))により2本鎖(ds)DN
Aに変換した。
【0069】ds−cDNAを、プライマー上の部位で
開裂するBamHI、および、TMV配列の5080の
塩基で開裂するHind IIIにより開裂した。生成
した1.3kbの断片を、同じくHind IIIとB
amHIを用いて開裂したプラスミド pUC9 DN
Aと混合した。生成のアンピシリン耐性プラスミドpT
M37をその後の操作に使用するコートたんぱく質コー
ド配列DNAの源とした。これはBamHI部位に隣接
してEcoRI部位を有している。
【0070】コートたんぱく質コード配列を有するより
小さいDNA断片を得るために、プラスミド pTM3
7を、TMV配列の5707の塩基(コートたんぱく質
mRNAに対するATG翻訳開始コドンから5塩基対)
で開裂するAhaIII、および、pTM37中のTM
V配列の末端をちょうど越えて開裂するEcoRIを用
いて消化した。それから、生成した長さ約700塩基対
(bp)の断片を、コートたんぱく質コード断片の5′
および3′末端に対する制限部位を付加するために、他
の二つのプラスミドに移してクローンした。これらの制
限部位の付加はその後のプラスミドの構築を容易にし
た。その代わりに、制限部位を付加するために、サイト
ダイレクティッド(site−directed)突
然変異生成、または、合成DNAリンカーの連結などの
他の方法を選択することもできる。これらの技術は全て
従来技術の範囲内にある。
【0071】BglII部位で5′末端に接し、Eco
RI部位で3′末端に接する700bpのコートたんぱ
く質コード配列断片を、BglIIとEcoRIを用い
る消化によって中間体プラスミドから切取った。この7
00bpの断片を精製し、同じくBglIIとEcoR
Iを用いて消化した プラスミド pMON316のD
NAと混合した。プラスミド pMON316は、35
S転写体の生産を指示するカリフラワー モザイク ウ
イルス (CaMV)の330bp断片を保有するpM
ON200(Fraley et al(1985)、
Rogerset al(1985))の誘導体であ
る。
【0072】CaMV35S プロモーター断片を、S
alI挿入物としてCaMV CM4−184株(Ho
warth et al(1981))の完全なゲノム
を保有するpBR322誘導体であるプラスミド pO
S−1から単離した。CM4−184株はCM1841
株の天然に存在する欠失突然変異体である。CaMVの
CM1841株(Gardner et al(198
1))とCabb−S株(Franck et al
(1980))のヌクレオチド配列は公表されており、
異なるCM4−184 クローン(Dudley et
al(1982))に対するある部分的な配列を有し
ている。これらの全ての株の35S プロモーターのヌ
クレオチド配列は非常に類似している。以下の説明中に
参照するヌクレオチド番号(「n・・・」)は、ガード
ナーら(Gardner et al(1981))に
より開示されているCM1841の配列に対するもので
ある。
【0073】まずBamHIを用いて開裂された pB
R322に挿入し、その後DNAポリメラーゼIのクレ
ノー(Klenow)断片を用いて処理し、最後にEc
oRIを用いて開裂したAluI(n 7143)−E
coRI(n 7517)断片として、35S プロ
モーターをCM4−184のpOS−1クローンから単
離した。それから、プロモーター断片をBamHIとE
coRIを用いてpBR322から切取り、クレノー
ポリメラーゼを用いて処理し、mp8マルチリンカーの
EcoRI部位がプロモーター断片の5′末端にくるよ
うにM13 mp8 (Messing & Viei
ra(1982))のSmaI部位に挿入した。その
後、サイト ダイレクティッド 突然変異生成(Zol
ler &Smith(1982))を使用して、ヌク
レオチド 7464にグアニジン残基を導入し、Bgl
II部位を形成した。
【0074】それから、35S プロモーター断片を、
M13から、330bpのEcoRI−BglII断片
として切取った。これは、35S プロモーター、転写
開始部位、および、5′非翻訳リーダーの30個のヌク
レオチドを含むが、CaMV翻訳イニシエーター、ま
た、転写の開始点から180ヌクレオチド下に位置する
35S転写ポリアデニル化シグナル (Covey e
t al(1981)、Guilley et al
(1982))は含まない。35S プロモーター断片
を、合成マルチリンカーと、NOS 3′非翻訳領域か
らのpTiT37ノパリン シンターゼ遺伝子(Bev
an et al(1983))の260bp Sau
3A断片(ヌクレオチド 665〜417)とに結合さ
せた。このようにして製造した断片をpMON200に
挿入し、pMON316を得た(図3)。35S プロ
モーター、マルチリンカーおよびNOS 3′断片の完
全な配列を図4に示す。この配列は、35S プロモー
ター断片の5′末端に位置するEcoRI部位を除くた
めのクレノー ポリメラーゼ処理によって形成されたX
mnI部位で始まっている。
【0075】プラスミド pMON316は、5′リー
ダーとNOSポリアデニル化シグナルの間に、制限エン
ドヌクレアーゼ BglII、ClaI、KpnI、X
hoIおよびEcoRIに対する唯一の(uniqu
e)開裂部位を有するコインテグレート型の中間体ベク
ターである。この開裂部位のために、35S転写リーダ
ー配列のすぐ隣に、それ自身の翻訳開始シグナルを保有
するコード配列を挿入することができる。pMON31
6 プラスミドは、大腸菌およびA.タメファシエンス
における選抜のためのスペクチノマイシン耐性を含むp
MON200の全ての性質、並びに、形質転換された植
物組織の選抜のためのキメラ カナマイシン遺伝子(N
OS−NPTII′−NOS)、および、後代中での形
質転換体と遺伝形質の容易なスコアリングのためのノパ
リン シンターゼ遺伝子を保持している。pMON31
6 プラスミドは上述のCaMV35S−NOS カセ
ットを含む。これはpMON200には欠けていたもの
である。しかし、実質的にはpMON200と同様に使
用することができる(Fraley et al(19
85)、Rogers et al(1986)を参
照)。
【0076】700bpのTMVコートたんぱく質コー
ド断片を挿入することにより、形質転換植物細胞中での
このたんぱく質の合成の適切なシグナルが提供される。
生成のプラスミドを図5に示す。このプラスミドを「p
MON319」と称する。
【0077】B.CP遺伝子を含むDNA構成物の植物
細胞への挿入 プラスミド pMON319を、フレーリーら(Fra
ley et al(1985))に従い、「pTiB
6S3−SE」と称する弱めたTi プラスミドを含む
A.タメファシエンス細胞に挿入した。このプラスミド
は、完全に機能的なT−DNA領域を含まず、左のT−
DNA境界を含む。
【0078】pMON319 プラスミドは、細菌中の
スペクチノマイシン(Spc)とストレプトマイシン
(Str)に対する選択可能な耐性を伝達する標識遺伝
子を保有している。更に、pMON319をpTiB6
S3−SEと組合わせて、それにより、CaMV35S
/TMV−CP/NOS 構成物を含む再構成されたT
−DNA領域を有するコインテグレート Ti プラス
ミドをつくる交叉を起こすことができる相同性の領域を
保有している。しかし、pMON319はA.タメファ
シエンス細胞中で独立して複製することができない。そ
れで、SpcおよびStr存在下では、コインテグレー
ト プラスミドを有するA.タメファシエンス細胞のみ
が生存できる。
【0079】コインテグレート Ti プラスミドを含
むA.タメファシエンスの培養を、ホーシュら(Hor
sch et al(1985))に記述されるよう
に、タバコ植物(Nicitiana tobacum
cv.“Samsun”)から採取した葉のディスク
と接触させた。アグロバクテリウム細胞は、DNA構成
物を植物細胞の染色体に挿入した。カナマイシンに耐性
の植物細胞を選抜し、ホーシュら(Horsch et
al(1985))が記述する方法により分化植物に
再生した。
【0080】実験で対照とした植物は、(1)外来性の
遺伝子を全く含んでいないか、または、(2)pMON
200 プラスミドのみを含むかのどちらかであった。
【0081】pMON319::pTiB6S3−SE
コインテグレート プラスミドを含むA.タメファシ
エンス細胞の培養を、ブタペスト条約に従いATCCに
寄託した。受託番号は第53294号であった。
【0082】C.植物細胞中でのウイルスRNAの発現 文献(Lane & Tremiates−Kenne
dy(1981))に記載される方法により、再生した
植物の葉からRNAを抽出した。RNAは、マニアチス
ら(Maniatis et al(1982)))が
記述するように、ホルムアルデヒドを含むアガロースゲ
ル中での電気泳動により大きさに従って分離し、ニトロ
セルロースに対してブロッティングした。ウイルスRN
Aは、マニアチスら(Maniatis et al
(1982)))の方法を使用して、32P標識DNA
クローンに対してハイブリダイゼーションさせることに
よって、ニトロセルロース上に検出した。
【0083】このRNAハイブリダイゼーション分折に
基づいて、形質転換した植物(pMON319を保有す
る植物)はウイルスRNAを保有するが、pMON20
0のみを含む植物はウイルスRNAを含まないことが決
定された。TMV コートたんぱく質の存在は、pMO
N319を含むが、pMON200は含まない植物中に
検出された。リームリ(Laemmli(1970))
に従い、試料緩衝液中で粉砕することにより葉からたん
ぱく質を抽出した。リームリ(Laemmli(197
0))が開示するように、たんぱく質の50μgの部分
に、SDSを含む12%ポリアクリルアミドゲル中での
電気泳動を行った。たんぱく質は、トービンら(Tow
bin et al(1981))の開示するように、
電気泳動的にニトロセルロースへ移された。
【0084】ブロッティングしたたんぱく質を、シミン
グトンら(Symington et al(198
1))の開示に従い、精製したTMVに対してウサギ中
で産生させた抗血清と反応させた。ニトロセルロース上
でTMVと結合したウサギ抗体は、125I標識したロ
バ 抗ウサギ 抗血清(Amersham Co.,C
hicago)との結合により検出した。
【0085】イムノブロット分析の結果に基づいて、形
質転換した植物(pMON319を含む)はTMV コ
ートたんぱく質を生産するが、pMON200のみを含
む植物はTMV コートたんぱく質を生産しないことが
決定された。これらの葉中で生産されるコートたんぱく
質の量は、葉の全たんぱく質の50μg中にコートたん
ぱく質が約50ナノグラム、つまり0.1%であった。
【0086】D.タバコ植物のTMVに対する耐性 形質転換した植物と対照の植物とを約2フィートの高さ
に成長させ、それから、幹部を腋芽を伴った挿木に分割
し、これを根付かせ個々の植物に再生させた。これらの
植物にTMVを接種した。これは、研磨粒子をウイルス
粒子の水性懸濁液に加え、研磨溶液を葉上でこすること
によって行った。特に、TMVは0.05Mのリン酸ナ
トリウム緩衝液(pH7.2)に懸濁した。約50μl
の溶液を、カルボランダム(320グリット、Fish
er Scientific Co.製造)を撒いたタ
バコ葉に、こすることによって適用した。葉の表面が乾
燥した後、葉を水ですすぎ、植物を温室または生育室に
置いた。
【0087】対照植物は接種後約3〜5日以内に感染の
症状を示した。それに対して、本発明のDNA構成物を
含む植物は、接種後8〜10日まで症状を生じなかっ
た。この結果は独立した3組の実験で確められた。
【0088】他の実験では、pMON319を含む二つ
の異なる形質転換植物により生産された種子を発芽さ
せ、実生(seedling)を土壌で成長させた。そ
れぞれの実生に、上述のイムノブロッティング法によっ
てTMV コートたんぱく質が存在するか否かを試験し
た。全部で39の実生に、上に述べたTMVを含む懸濁
液(0.25μg/ml)を用いて、実生がTMV コ
ートたんぱく質を含むか否かを前もって知らない盲検法
で接種を行った。実験の結果、11/39の植物がコー
トたんぱく質を含んでいた。残りはコートたんぱく質を
含んでいず、この実験の対照とした。
【0089】接種後5日に、3/11(27%)の対照
植物がTMV感染の典型的な症状を生じた。TMV コ
ートたんぱく質を含む植物はいずれもそのような症状を
示さなかった。
【0090】接種後6日に、45%の対照植物がTMV
感染の典型的な症状を生じた。一方、TMV コートた
んぱく質を含む植物では18%のみがそのような症状を
示した。
【0091】接種後7日に、82%の対照植物がTMV
感染の典型的な症状を生じた。TMV コートたんぱく
質を含む植物では57%がそのような症状を示した。
【0092】接種後8日に、82%の対照植物がTMV
感染の典型的な症状を生じた。TMV コートたんぱく
質を含む植物では64%がそのような症状を示した。
【0093】ウイルスによる重大な攻撃(massiv
e assault)にもかかわらず症状の発生が相当
に遅れたという結果は、形質転換された植物が、形質転
換されない植物よりもウイルスに対して相当に耐性が大
きいことの証明である。この実験で観測された耐性の増
加の程度は、形質転換された植物が、開放田畑または温
室で起こる可能性がある感染接触の型に耐えることがで
きることを示している。
【0094】例3.トランスジニック植物におけるウイ
ルス病耐性の確認(characterizatio
n) A.タバコにおける適用量応答(dose−respo
nse) 例2に説明した形質転換したタバコ植物の実生をこの実
験に使用した。上に述べたイムノブロッティング法によ
り、CPコード配列を発現するか、または、CPコード
配列を発現しないかを決定された植物を、3群に分け、
上記のTMV(U1バルガー株)を含む懸濁液を用いて
接種した。この3群はそれぞれ、0.4μg/ml、
0.8μg/mlおよび2.0μg/mlの濃度でTM
Vを含む懸濁液を用いて接種を行った。接種した植物を
温室に入れ、ウイルス感染の症状を観察した。図6の棒
グラフはこの実験の結果を示している。データは、明ら
かに、コートたんぱく質を発現する植物が、〜0.4μ
g/mlまたはそれ以下でウイルスに対して全く耐性で
あったことを示している。
【0095】B.トマトにおける適用量応答 コインテグレート プラスミド pMON319::p
TiB6S3−SEを含むA.タメファシエンス細胞の
培養を、再び例2に説明した方法を使用して、トマト植
物から採取した葉のディスクと接触させた。CaMV3
5S/TMV−CP/NOS 構成物を含むカナマイシ
ン耐性組織を選抜し、植物に再生した。自家受精したト
ランスジェニックなトマト植物の実生後代を、試験植物
とした。この実験に対する対照植物は、形質転換されて
いない親植物および非発現の実生後代であった。
【0096】試験植物と対照植物とに例2の接種方法に
従い、0.5μg/mlと20μg/mlの間の濃度で
TMVを含む懸濁液を用いて接種を行った。この実験の
結果を図7に示す。図7に示すように、全ての対照植物
が30日以内にウイルス感染の症状を示した。更に、対
照植物はウイルス接種物の増加に伴ってより速やかに症
状を示した。これと対照的に、TMVコートたんぱく質
を発現する実生はTMV感染に対して実質的に耐性であ
り、感染の症状を示す場合でも接種後30日までは症状
を発達させなかった。
【0097】C.遺伝的耐性との比較 本発明によって上記の実生後代に付与された耐性を更に
確認するために、ToMV耐性のための遺伝的決定基を
含むことが知られているトマト植物のToMV接種に対
する応答を、例2の方法を用いて調製したトランスジェ
ニック植物の対応する応答と比較した。特に、通常の育
種方法によってそれぞれ耐性決定基Tm−2またはTm
−2aを導入された「クライゲラ(Craigell
a)」変種植物に、「ToMV2」または「ToMV2
a」と称するToMV株を用いて接種を行った。(種々
の株によるToMV感染に対する異なる耐性決定基を保
有する植物の相対感受性のデータを、次の表に示す。)
形質転換されTMV コートたんぱく質を発現したほか
はToMV2感受性である変種のトランスジェニック植
物を含む試験群(「VF36」)に、形質転換されない
VF36植物の対照群と同様に、同じウイルス株を用い
て接種を行った。
【0098】 それぞれの群の5つの植物が、接種後14日に病気の症
状を記録された。接種後14日以内に対照植物およびT
m−2決定基を含む植物の両方が全てToMV感染の症
状を発達させた。5つのトランスジェニック植物のうち
3つが同じ期間にわたって症状を示した(図8参照)。
前記の表中のデータは、トランスジェニックな植物が、
形質転換されていない対照よりも相当に良く、しかも、
ToMVの多くの株に対して非選択性の耐性の水準を示
すことを証明している(図8参照)。これと対照的に、
遺伝的耐性はかなり範囲が狭い。試験植物中、最終的に
は60%が感染の徴候を示したが、症状はTm−2植物
のものよりも重大でなかった。この結果は、試験植物中
でのCP発現により付与されたToMV2に対する耐性
は、Tm−2によりコードされる遺伝的耐性より、優れ
てはいないとしてもそれと比較できるものであったこと
を示している。
【0099】例4 タバコ モザイク ウイルスの種々
の株に対する交叉免疫 CaMV35S/TMV−CP/NOS 構成物を保有
する形質転換したトマト植物を例3に記述した方法で製
造した。自家受精トランスジェニック トマト植物の実
生後代をこの実験の試験植物とした。対照植物は、TM
V コートたんぱく質を発現しない実生後代、および、
親型の正常の形質転換していない植物であった。
【0100】試験植物と対照植物に次の二つの異なるT
MV株を用いて接種を行った。
【0101】PV−230 − ATCCから得たTM
Vのヴィルレント株(受託番号PV−230) L−TMV − トマト植物に感染することが知られて
いる株 試験植物と対照植物に、例2に記述した方法に従い、そ
れぞれ2μg/mlと20μg/mlの濃度で前記のそ
れぞれのTMV株を接種した。この実験の結果を図9に
示す。このデータは、「MV コートたんぱく質を発現
するトランスジェニックなトマト植物がTMV感染に耐
性であったことを明らかに示している。試験したTMV
の両方の株に対して耐性が示された。更に、20μg/
mlもの高濃度でヴィルレント株PV−230を使用し
たにもかかわらず、高い割合のトマト植物(40%から
100%)が接種後29日内に症状を発達させなかっ
た。
【0102】例5 種々のプロモーターによるウイルス
コートたんぱく質の制御 本発明の他のプロモーターの使用を示すため、および、
コートたんぱく質の発現の水準とウイルス耐性の間の相
関を示すために、一つの実験を行った。
【0103】第1群の植物は、例2に記述したように形
質転換されてCaMV35S/TMV−CP/NOS
構成物を保有するトランスジェニックなタバコ植物の実
生後代であった。
【0104】第2群と第3群の植物は、第1群の植物と
同様に、TMV コートたんぱく質遺伝子を発現するよ
うに形質転換されたトランスジェニックなタバコ植物の
実生後代であるが、ただ、CaMV35S プロモータ
ーを次の方法によって、ペチュニア(petunia)
由来のssRUBISCO プロモーター(Tuner
et al (1986))に置換した。
【0105】ペチュニア 11A 小サブユニット(s
s)プロモーター断片を、バクテリオファージ λに保
有されるゲノム クローン(Tuner et al
(1986))から、EcoRIを用いる開裂を経て単
離した。このプロモーターを保有する生成した1.3k
bのEcoRI断片を更にPstIを用いて消化し、フ
ァージ M13mp8のPstI部位とEcoRI部位
との間に挿入して、サイト ダイレクティド 突然変異
生成のために、小サブユニット転写体の5′非翻訳配列
にBglIIを導入した(図10)。ペチュニア 11
A ss プロモーターと突然変異生成プライマーの部
分配列を図11に示す。EcoRIとBglIIを用い
て開裂した後、生成の800bp断片を、EcoRIと
BglIIを用いて開裂したpMON200に挿入し
た。生成のプラスミド pMON8046をEcoRI
を用いて消化し、DNAポリメラーゼの大クレノー断片
およびDNAリガーゼを用いて処理した。EcoRI部
位を失ったプラスミドを単離し、pMON8048と命
名した(図10)。
【0106】ペチュニア ss−NOS 3′カセッ
ト、プラスミド pMON311を構築するために、S
maI部位をBamHIリンカーで置換え、その後クレ
ノーポリメラーゼとリガーゼを用いて処理することによ
りBamHI部位を除いたpMON200誘導体を、S
tuIとHindIIIを用いて消化した。生成の8k
b断片を、pMON316から精製した300bpのB
glII−to−HindIII断片、および、pMO
N8048の2.6kbのStuI−to−BglII
断片と混合した。生成のプラスミド pMON8049
は、CaMV35Sプロモーターがペチュニア ss
プロモーターと置換えられている以外はpMON316
と同様である(図12)。5′末端にBglII部位を
3′末端にEcoRI部位を含む上記の700bpのT
MV−CPコード断片を、BglIIとEcoRIを用
いて開裂したpMON8049に挿入し、ペチュニア
ss プロモーター/TMV−CP/NOS 構成物を
保有するpMON8059を得た(図12)。
【0107】第4群の植物はプラスミド pMON20
0のみを含むように形質転換し、対照植物とした。
【0108】それぞれの群は、例2(D)に概説した方
法に従ってTMVを接種した30の植物を含んでいた。
接種後、これらの植物を温室に置き、ウイルス感染の症
状を観察した。
【0109】TMV コートたんぱく質の相対的な水準
は、ウエスタン(Western)ブロット分析により
評価した。第1群の植物におけるコートたんぱく質遺伝
子発現の程度に対する平均値を100%とし、次のよう
に決定した。
【0110】 上に示したデータは次の結論を支持している。
【0111】(1)リブロース2リン酸 カルボキシル
化酵素 小サブユニット プロモーターは、本発明での
使用に対して有用なプロモーターである。しかし、一定
の植物ではCaMV25S プロモーターのように強力
なプロモーターではない可能性がある。
【0112】(2)コートたんぱく質の発現の水準とウ
イルス耐性との間には正の相関がある。
【0113】例6 ウイルス コートたんぱく質遺伝子
(アルファルファ モザイク ウイルス)を含むトラン
スジェニックな植物におけるウイルス病耐性 アルファルファ モザイク ウイルスのコートたんぱく
質コード配列(AMVCP)を含むDNA構成物を、T
MV耐性を工学的に処理するために用いた戦略と同様の
戦略を使用して製造した。AMVのコートたんぱく質を
コードする全長さの(full−length)cDN
Aクローンを次に記述し、図13に概略的に示すように
して得た。AMV コートたんぱく質cDNAを、Ca
MV35S プロモーターとNOS 3′末端に、既に
述べたようにして融合させた。それから、この構成物を
アグロバクテリウム介在形質転換系を用いて植物に移入
することができる。
【0114】AMVの3分節系(tripartit
e)RNAゲノムの完全なヌクレオチド配列は既に知ら
れている。このデータは、AMVゲノムが4つの主要な
遺伝子生成物をコードしていることを示している。これ
らは、RNA 1によってコードされている126キロ
ダルトン(kd)のたんぱく質、RNA 2によってコ
ードされている90kdのたんぱく質、および、RNA
3によってコードされている32kdのたんぱく質で
ある。コートたんぱく質は、RNA 3の3′末端 8
81ヌクレオチドと相同する「RNA 4」と称される
サブゲノム メッセンジャー(Barker et a
l(1983b))から翻訳される。
【0115】AMVのコートたんぱく質をコードする全
長さのcDNAを合成するために、第1鎖および第2鎖
の両方のDNA合成に対する合成オリゴヌクレオチド
プライマーを使用した。図13に参照されるように、使
用したプライマーは、AMVコートたんぱく質コード配
列のそれぞれの末端に唯一の(unique)EcoR
I部位を含んでいた。第1鎖のcDNAは、100ml
の反応中5μgのAMV全RNAと55ngのプライマ
ーから、4mMのピロリン酸ナトリウムと逆転写酵素を
用いて合成した。この方法によって、分子量が1.04
×10ダルトン(RNA 1)、0.73×10
ルトン(RNA 2)および0.68×10ダルトン
(RNA 3)のcDNAが合成された。RNA鋳型を
加水分解した後、cDNA生成物をP−60カラムで分
別した。1本鎖cDNAをアニーリングして2本鎖プラ
イマーとして、逆転写酵素と共にインキュベーションし
た。AMV コートたんぱく質配列を含む生成した2本
鎖cDNAは、それぞれの末端でEcoRI部位に接し
ていた。EcoRIを用いて消化した後、cDNAをp
UC9のEcoRI部位に挿入し、大腸菌JM101細
胞を形質転換し、それから、アンピシリン、IPTGお
よびX−Galを含む培地上で選抜した。約1000の
形質転換体を得た。25%の形質転換体に5′および
3′特異プライマーの両方に対してハイブリダイゼーシ
ョンを行った。DNAを3つのポジティブから調製し
た。EcoRI消化物は予期した大きさ(881bp)
の挿入物の存在を明らかにした。ヌクレオチド シーク
エンシング(それぞれの末端に〜100bp)により、
これらのクローンが実際に全長さのAMV コートたん
ぱく質挿入物を含むことが確認された。
【0116】AMV コートたんぱく質をコードする8
81bpのEcoRI断片を、意味を持つ配向および意
味を持たない配向(sense and antise
nse orientation)とで(それぞれ、p
MON9800とpMON9801)、植物発現ベクタ
ーpMON316に結合させた。pMON9800の構
造を図13に示す。それから、これらのベクターを例2
に記述したアグロバクテリウム介在形質転換系を使用し
て、タバコ、トマトおよびペチュニアに移入した。
【0117】AMV コートたんぱく質mRNAの発現
を更に調べるために、AMV コートたんぱく質遺伝子
を意味のある配向(PMON9800)で含むトランス
ジェニックなタバコ植物(cv.“Samsun”)由
来のカルス組織に、ノーザン(Northern)ブロ
ット分析を行った。pMON9800からと、AMVC
Pコード配列を欠くpMON200から誘導した対照ベ
クターであるpMON273からの全RNA(40μ
g)をアガロースゲル上に仕込み、膜(Gene Sc
reen、New England Nuclear
製造)に移し、それから、AMV コートたんぱく質を
コードする881bpのcDNA挿入物をプローブとし
て調べた。予期した大きさの転写体(1.2kb)に対
応するバンドの群は非常に強いハイブリダイゼーション
を示した。プローブとハイブリダイゼーションする、よ
り小さい大きさの転写体も存在した。pMON273を
用いて形質転換した対照カルスに対してはハイブリダイ
ゼーションは検出されなかった。
【0118】同じく、AMV コートたんぱく質検出の
ためのウエスタン ブロット プロトコルを、トランス
ジェニックな植物と感染植物とに発達させた。市販の抗
AMV IgG分画(Agdia Inc.,Mish
awaka,IN)を、トランスジェニックなタバコ
カルスおよび葉中、および、トランスジェニックなトマ
ト葉中でのコートたんぱく質の検出にうまく使用するこ
とができた。特に、対照およびトランスジェニックなタ
バコ カルスからの30μgのたんぱく質、および、対
照およびトランスジェニックなトマト材料からの40μ
gのたんぱく質をウエスタン ブロットに適用し、精製
AMV コートたんぱく質標品と共に移動する分子量2
8〜29kd付近の免疫反応性のバンドが得られた。
【0119】AMV コートたんぱく質を発現すると同
定されたトランスジェニックなタバコ植物に、AMVの
接種を行った。また、形質転換されていないか、また
は、ベクター pMON316を用いて形質転換された
かのいずれかの対照植物に、接種を行った。症状の発達
を生育室内で毎日監視した。用いた対照植物とトランス
ジェニック植物とは、大きさ、外観および発達段階(全
て開花を始めていた)が類似していた。対照植物とトラ
ンスジェニック植物からの3枚の葉に、それぞれ、AM
V感染植物の抽出物を接種した。その後の滴定分析か
ら、この接種に用いたAMVの濃度は約50μg/ml
であったことが示された。
【0120】対照のトランスジェニックなタバコ植物お
よび形質転換されていないタバコ植物の接種を施された
葉は、AMVの感染後1週以内に症状を示した。これと
対照的に、CPを発現するトランスジェニック植物はい
ずれも感染後1週以内に症状を示さなかった。10日
後、後者の植物の一つは、3枚の接種した葉の1枚に1
または2の病害を示した。感染後2週には、対照植物の
接種を施され葉の多数の病害は同様のままだったが、接
種しなかった上側の葉は葉の表面に均一に広がった症状
(緑退環)を示した。AMV コートたんぱく質を生産
するトランスジェニック試験植物は、接種した葉または
全体の(接種していない)葉のいずれにも症状を示さな
かった(または、追加の症状を示さなかった)。
【0121】トランスジェニック植物および対照植物中
のAMVの複製は、ウエスタンおよびドット(dot)
ブロット分析を介してコートたんぱく質の水準を監視
することによって測定した。感染後1週に、トランスジ
ェニック植物ではウエスタンブロッティングによって背
景の水準の発現のみが検出された。つまり、検出された
発現の水準は、導入されたコートたんぱく質コード配列
の固有の水準と比較できるものであった。一方、対照植
物は相当に高い水準のAMV コートたんぱく質を含ん
でいた。デンシトメーター スキャンニングによるハイ
ブリダイゼーションのシグナルの量化から、トランスジ
ェニックと形質転換されていない対照のタバコ植物との
間には211倍の差が示された。トランスジェニックな
タバコ対照植物は、AMV形質転換体の水準より110
ないし815倍高いAMV コートたんぱく質の水準に
よって確認された。この結果は、上記のたんぱく質をつ
くるトランスジェニックな植物ではAMV複製は相当に
低いことを示している。
【0122】例7 ポテト ウイルス X コートたん
ぱく質コード配列を含むDNA構成物 ポテト ウイルス Xのコートたんぱく質コード配列
(PVX CP)を包含する構成物を、TMVおよびA
MV構成物の工学的処理に用いた同様の方法を使用して
製造した。ポテックスウイルス群に属するポテト ウイ
ルス X(PVX)は、2×10ダルトンの1本の感
染性のゲノムRNAを含んでいる。PVXRNAの3′
末端領域をクローニングし、シークエンシングを行っ
た。この領域は、長さが237アミノ酸残基のたんぱく
質をコードするコートたんぱく質遺伝子を含む(Zak
haryev et al(1984))。
【0123】5′末端から最初の10個のコドンを除い
て、PVX コートたんぱく質遺伝子を含むcDNA複
製物を、ポリアデニル化したPVX ウイルス RNA
から合成した。「クローン p3a」と称するcDNA
複製物を、文献(Zakharyev et al(1
984))記載のdG.dC テイリング(taili
ng)法を介してpBR322のPstI部位へクロー
ニングした。遣伝子の5′末端を修復するために、開始
コドン ATGの直前、および22コドン後に18塩基
の真正(authentic)5′非コード配列を含む
合成のBamHI−PstI 断片を用いて、dG.d
C テイル(tail)および11番目から21番目ま
でのコドンを含むより小さいPstI−PstI断片を
置換えた。この遺伝子のdG.gC テイルと3′末端
のdA.dT 伸長の部分を、pUC18中でサブクロ
ーニングしたより大きいHpaII−PstI断片のB
al31消化によって除去し、それから、ClaI部位
をリンカー付加によって形成した。XhoI−ClaI
断片(約 170bp)を使用して、それぞれ、p3a
由来の本来の3′末端配列、および、pBR322由来
の PstI−ClaI配列を含むXhoI−ClaI
断片を置換えた。
【0124】最終構成物は、18bpの5′非コード領
域のcDNA、657bpのコートたんぱく質配列コー
ド領域(翻訳終結コドンであるTAAを含む)、72b
pの3′非コード領域、および、40bpのpEMBL
12(+)中のdA.dT伸長を含んでいた(図14参
照)。PVX コートたんぱく質遺伝子の配列を図15
に示す。水平の矢印はp3a中のPVX配列の5′境界
を示す。合成DNAから誘導した領域は配列上部の波線
で示した。構築に用いた制限部位には下線を施した。こ
のシークエンシングデータと文献(Zakharyev
et al(1984))に発表されているデータと
の相違を、配列の下に示す。コードされている新たなア
ミノ酸を本来のものの上に示す。
【0125】PVX コートたんぱく質の全長さのcD
NAを、CaMV35S プロモーター(pMON98
18)またはssRUBISCO プロモーター(pM
ON9818)のいずれかとrbcS−E9 3′末端
(Odell et al(1985))を用いて、両
方の配向で、pMON505から誘導した発現ベクター
に挿入した。PVX コートたんぱく質遺伝子を発現さ
せるために次に示すベクターを作成し、例2に記述した
アグロバクテリウム介在の形質転換系を使用して、タバ
コ植物へ移入した。
【0126】(a)pMON9809 − PVXコー
トたんぱく質コード配列を、意味のある配向で、pMO
N9818のCaMV35SプロモーターとrbcS−
E93′末端の間に挿入した。
【0127】(b)pMON9810 − PVXコー
トたんぱく質cDNAを、意味のない(アンチセンス)
配向で、pMON9818のCaMV35Sプロモータ
ーとrbcS−E9 3′末端の間に挿入した。
【0128】(c)pMON9811 − PVXコー
トたんぱく質コード配列の5′断片を、意味のある配向
で、pMON9818に挿入した。
【0129】(d)pMON9812 − PVXコー
トたんぱく質コード配列の5′断片を、意味のない配向
で、pMON9818に挿入した。
【0130】(e)pMON9813 − PVXコー
トたんぱく質コード配列を、意味のある配向で、pMO
N9819のrbcS8BプロモーターとE9 3′末
端の間に挿入した。
【0131】上記に従い、植物にPVXを用いて接種を
行い、ウイルス耐性の水準を測定した。
【0132】AMVのmRNAと異なり、ポックスウイ
ルスのRNAはポリアデニル化されており、このため
に、オリゴdTを第1鎖合成のプライマーとして使用
し、DNAポリメラーゼまたは鳥骨髄芽球症ウイルス逆
転写酵素を第2鎖合成に使用することが可能になる。こ
の例の始めに詳細に記述したように、2本鎖DNAの単
離と、植物中でコートたんぱく質配列の発現との操作を
行うことができる。
【0133】例8 トマト ゴールデン モザイク ウ
イルス コートたんぱく質コード配列を含むDNA構成
物 トマト ゴールデン モザイク ウイルス(TGMV)
コートたんぱく質に対するmRNAの生産を起こすこ
とができるコード配列を含むDNA構成物を包含するプ
ラスミドを、以下のようにして構築した。プラスミド
pBH404(Bisaro et al(198
2))をXhoIIを用いて消化し、TGMV コート
たんぱく質(TGMV CP)のコード配列を保有する
ヌクレオチド312から1285におよぶ約1kbの断
片(Hamilton et al(1984))を単
離した(図16参照)。この断片を、pMON200を
NdeIを用いて開裂し900bpのNdeI断片を除
くことにより構築したプラスミドであるpMON530
に挿入した。このようにしてpMON503を得た。こ
れをHindIIIとSmaIを用いて開裂し、同じく
HindIIIとSmaIを用いて開裂したpTJS7
5(Schmidhauser & Helinski
(1985))と混合した。pTJS75の3.8kb
のHindIII−SmaI断片を含む生成したプラス
ミドを、8kbのpMON503断片と結合させ、これ
をとり、pMON505と命名した。pMON316由
来のCaMV35S−NOS 発現カセット(図3参
照)を、2.4kbのStuI−HindIII断片上
に単離し、StuI−HindIIIを用いて開裂した
pMON505DNAと混合した。
【0134】生成のプラスミド pMON530(図1
6参照)をBglIIを用いて消化し、TGMV コー
トたんぱく質コード配列を保有する1kbのXhoII
断片を挿入した。プラスミドは1kb断片を意味のある
配向で含んでいることを同定された。「pMON40
1」と称するこのプラスミドは、CaMV35S/TG
MV−CP/NOS 構成物を保有していた(図16参
照)。例2に記述される方法と実質的に同じ方法によ
り、タバコ植物をpMON401を用いて形質転換し
た。カナマイシンに耐性であるこれらの植物の自家受精
により、上に詳述した方法に従ってウイルス耐性を試験
できる実生後代を得た。
【0135】例9 TMV RNAに相補的なアンチセ
ンスRNAの発現ベクター コートたんぱく質に関するmRNAに対して相対的にア
ンチセンスの極性を有するRNAを生産するように、T
MV−CP 遺伝子を中間体プラスミド(pMON31
6)に挿入する実験を行った。
【0136】図17に参照されるように、TMV コー
トたんぱく質遺伝子を、酵素AhaIIIおよびBam
HIを用いて中間体プラスミド(pTM37)から切取
った。この配向においては、mRNAをコードする遣伝
子の5′末端はAhaIII部位の近くに位置する。A
haIII:BamHI 断片を、BamHIとSma
Iを用いて既に消化したプラスミド pUC13に導入
した。
【0137】コートたんぱく質遺伝子を、EcoRIと
BamHIを用いる消化によってpUC13から切取っ
た。このDNA断片を、酵素BglIIとEcoRIを
用いて制限したpMON316(図3参照)に連結し
た。
【0138】この配置においては、CaMV35Sプロ
モーターは、TMV コートたんぱく質 mRNAに相
補的なRNAを生産する。このRNAは次のものを包含
する(転写体の5′末端から)。
【0139】(1)CaMV35S プロモーターから
誘導した約30のヌクレオチド (2)cDNAの第1鎖の調製に使用したヌクレオチド
プライマーから誘導した約8のヌクレオチド (3)TMV RNAのヌクレオチド (−) 639
5 (−) 5707 (4)NOS 3′末端によって付与された約150の
ヌクレオチド この構成物を植物に導入し、それらの植物に例2の記述
に従ってウイルス耐性の試験を行うことができる。
【0140】例10 キューリ モザイク ウイルス
(CuMV) コートたんぱく質遺伝子のクローニング RNA 4が豊富であるCuMV−D株(J.M.Ka
per,USDA Agricultural Res
earch Service,Beltsville,
Maryland より入手可能)の大きさに従って分
別したゲノムRNAを、CuMV RNA分子当りのA
MP残基の概算値(estimated numbe
r)が約30になるようにポリアデニル化した。2本鎖
cDNAを合成するために、ウイッケンズら(Wick
ens et al(1978))の方法論を第1鎖c
DNAの製造に適用した。更に詳しくは、3μgのポリ
アデニル化CuMV−RNA4、100mMトリス−H
Cl(pH8.3)、140mM KCl、10mM
MgCl、19mM β−メルカプトエタノール、
1.5μg(dT)15 、0.5mM dNTP′
s、20μCi〔α−32P〕dCTP (3000C
i/mmole、New England Nucle
ar)、および、48単位のAMV逆転写酵素(Lif
e Sciense,Inc.)を含む80μlの反応
混合物を、42℃で90分間インキュベートした。それ
から、4μlの0.5M EDTAを反応混合物に加
え、続いてこれをフェノール/クロロホルムで抽出し、
その後、20μlの0.5トリス−HCl(pH7.
5)で逆抽出した。1/3容の8M酢酸アンモニウムお
よび2容のエタノールを用いて連続して2回沈澱させる
ことにより、生成物を遊離のヌクレオチドとして回収し
た。
【0141】上記の反応から得たcDNAを乾燥させ、
40μlの水に再懸濁した。第2鎖合成にはガブラーと
ホフマンの方法(Gubler & Hoffman
(1983))を適用した。20mMトリス−HCl
(pH7.5)、10mM(NHSO、5mM
MgCl、100mM KCl、0.2mg/ml
BSA、0.1mM dNTP′s、30単位のDNA
ポリメラーゼI(NewEngland Biolab
s)、20μCi〔α−32P〕dCTP、および、2
単位のRNAse H(BRL)を、0.1mlの容積
中に含む反応混合物に、40μlの水中のcDNAを加
えた。まず、この反応混合物を11℃で1時間インキュ
ベートし、その後22℃で1時間インキュベートした。
第1鎖cDNAの合成について記述した同じ方法で、生
成物を回収した。
【0142】文献(Huynh et al(198
5))に開示された方法に従って、2本鎖cDNAをE
coRI メチラーゼを用いてメチル化し、リン酸化し
たEcoRIリンカー(New England Bi
olabs)に連結し、EcoRI酵素で消化し、それ
から、過剰のリンカーから分離した。その後、cDNA
を、試料レーンと接したレーン中に適用した標識DNA
と共に、1%アガロースゲル上で電気泳動した。標識を
エチジウム プロミド染色によって可視化し、約900
〜1300bpの大きさのcDNAを含むゲル薄片を切
取った。cDNAを電気溶出(electroelut
ion)し、5μgのグリコーゲン坦体(Boehri
nger Mannheim Biochemical
s)の存在下で沈澱させ、10μlの連結反応容積と相
溶性である容積の水中に再懸濁した。それから、cDN
Aを室温で4時間、20ngのEcoRI消化リン酸化
pEMBL12(+) DNAに連結させた。その後、
生成のプラスミドを大腸菌JM101株中に形質転換さ
せた。コロニーを、アンピシリン耐性、並びに、0.6
mgX−GalとIPTGを用いて広げたプレート上の
白色により選抜した。挿入物の大きさを、ミニプレップ
(miniprep)DNA(Maniatis et
al(1982))のEcoRI消化によって決定し
た。
【0143】600bpから1300bpの範囲にわた
る挿入物を有する16のコロニーに、ジデオキシシーク
エンシングによって更にスクリーニングを行い、文献
(Gould & Symons(1982))に報告
されているように、X株のCMV コートたんぱく質に
対する配列相同性の存在を決定した。最長のクローンを
完全にシークエンシングし、CuMV CPに対する全
長さのcDNAを得たことを確認した。CuMV コー
トたんぱく質コード配列を、発現ベクター pMON9
818とpMON9819(前記の例7を参照)中にク
ローニングすることができる。その後、これらのベクタ
ーを使用して、CuMV コートたんぱく質コード配列
からの意味のある配列と意味のない(アンチセンス)配
列を生産することができる。
【0144】次のベクターを構築し、植物に移入させ
た。
【0145】pMON9816 − pMON9818
中の意味のある配向のCuMV コートたんぱく質コー
ド配列 pMON9817 − pMON9818中の意味のな
い配向のCuMV コートたんぱく質コード配列 これらのベクターを例2に従って、アグロバクテリウム
細胞に導入し、生産したトマトおよびタバコ植物に形質
転換させた。上記に従って、これらの植物にCuMVを
接種し、ウイルス耐性の水準を決定することができる。
【0146】例11 ポテト リーフロール ウイルス
由来のRNAの操作 精製したポテト リーフロール ウイルス(PLRV)
(Dr.Peta Thomas,USDA Agri
cultural Research Statio
n,Prosser,Washington から入
手)から、大きさが約6kbの完全なウイルスRNAを
単離した。このRNAを、大腸菌 ポリ(A) ポリメ
ラーゼを用いてポリアデニル化することができる。更
に、上記に従って、cDNAの第1鎖をオリゴ dT
プライミングにより合成できる。その後、ガブラーとホ
フマン(Gubler & Hoffman(198
3))に従い、RNAse Hの存在下でDNA ポリ
メラーゼIを使用することによって、第2のcDNA鎖
を合成できる。
【0147】上記の例10に従って、このようにして生
産した2本鎖cDNAをEcoRIメチラーゼでメチル
化し、EcoRI リンカーに連結し、それから、Ec
oRIで消化したpEMBL12(+)に連結すること
ができる。生成のプラスミドを大腸菌JM 101(M
essing & Vieira(1982))に形質
転換させ、それによって得た組換体クローンを、トーマ
ス(Thomas(1983))の記述に従い、PLR
Vにたいする抗体を使用してスクリーニングすることが
できる。ウイルス コートたんぱく質をコードしている
ことが同定されたcDNA断片は、成熟コートたんぱく
質のNH末端アミノ酸に対するコドンのすぐ隣(vi
s−a−vis 5′末端)に、新たな制限部位および
ATG翻訳開始コドンを導入することによって得られ
る。これはゾラーとスミスの方法(Zoller &
Smith(1982))によって行うことができる。
【0148】例12 カリフラワー モザイク ウイル
ス由来DNAの操作 カリフラワー モザイク ウイルス(CaMV)のコー
トたんぱく質コード配列は、プラスミド pOS1(H
owarth et al(1981))をAccIを
用いて開裂し、DNA ポリメラーゼのクレノー断片で
処理し、BamHIで開裂することによって、1.6k
bの断片上に単離することができる。プラスミドそのも
のはDr.ロバート シェファード(Dr.Rober
t Shepherd,University of
Kentucky,Lexington)から入手でき
る。1.6kbの断片にゲル上で電気泳動による分離を
行った後、NA−45膜(Schleicher &
Scheull,Keene,NH)を用いてそれを精
製し、EcoRIで消化したpMON316 DNAと
混合し、クレノー断片を用いて処理し、BglIIを用
いて消化することができる。
【0149】リガーゼで処理することによりCaMV
コートたんぱく質コード配列を含む組換体プラスミドを
得る。このプラスミドを上記に従って使用し、細胞を形
質転換させることができる。意味のある配向のコード配
列を有するプラスミドを保有するそれらの細胞は、Hi
ndIIIを用いるプラスミドDNAの消化により、同
定することができる。つまり、そのようなDNAは、
1.1kbおよび0.7kbのHindIII断片、並
びに、プラスミドの残りに由来するより大きな断片を示
す。それから、正しく配向したCaMVコートたんぱく
質コード配列を含むプラスミドDNAをクローニング
し、植物細胞に導入し、それを今度は全植物へ再生する
ことができる。これらの形質転換植物のウイルス耐性
は、その後、既に記述した基本的な方法に従って決定す
ることができる。例えば、形質転換したタバコ植物の耐
性は、タバコに感染するCaMV W260株、W26
2株およびW283株(Gracia & Sheph
erd(1985))を用いる接種によって試験するこ
とができる。
【0150】例13 MAS(2′)プロモーターによ
って制御されたTMVコートたんぱく質コード配列を有
するDNA構成物 EcoRI(21,631)とClaI(20,13
8)によるオクトピン型pTiA6プラスミド Bam
H12断片を保有するプラスミド pNW34C−2−
1(Garfinkel et al(1981))か
ら、MAS プロモーターを保有するDNA断片を切取
った。(括弧内の数値は、オクトピン型Tiプラスミド
T−DNA配列のべーカーら(Barker et
al(1983a))の発表配列から取った開裂部位の
座標である。)生成した1503bpの断片を精製し、
EcoRIおよびClaI開裂pMON505(Hor
sch & Klee(1986))に挿入して、pM
ON706を生産した。NOS3′末端を、BglII
およびBamHIを用いてpMO530から切取った。
298bpのNOS3′断片を、pMON706のMA
S プロモーターの3′末端に隣接するBglII部位
に導入し、pMON707を得た。
【0151】生成したpMON707中のMAS プロ
モーター − NOS3′ カセットを、StuIとH
indIIIを用いてpMON707を開裂し、それか
ら、NOS−NPTII′−NOS キメラ カナマイ
シン耐性遺伝子およびMASプロモーター − NOS
3′ カセットを保有する3.2kbの断片を単離する
ことにより、コインテグレート型ベクターに移入した。
この断片を、pMON200の7.7kbのStuI−
to−HindIII断片に付加した。生成のプラスミ
ド、pMON9741はpMON316の類似物である
が、MAS プロモーターがCaMV35S プロモー
ターと置換わった発現カセットを含んでいる。
【0152】TMV−CPコード配列は、例2の記述に
従って、または、アベルら(Abel et al(1
986))が開示するようにBglIIとBamHIを
用いてpTM319 DNAを消化することによって、
得ることができる。それから、700bpのCPコード
断片をBglIIを用いて開裂したpMON9741に
挿入できる。プロモーターおよびNOS3′に関して意
味のある配向でCP挿入物を有するプラスミドは、Bg
lIIとEcoRIを用いてプラスミド DNAを消化
し、MASプロモーターを1.5kbの断片上に、更
に、CPコード配列を700bpの断片上に放出させる
ことにより、同定できる。生成のプラスミドをA.タメ
ファシエンスに交配させ、MAS/TMV−CP/NO
S3′構成物を保有するA.タメファシエンス細胞を、
上記に従って、形質転換したタバコ植物およびトマト植
物を得るために使用できる。既に記述した方法で、形質
転換した植物のウイルス耐性を試験することができる。
【0153】例14 エレクトロポーレーション技術を
使用する遊離DNAベクターによる植物細胞の形質転換 以下の説明により、ウイルス病耐性を得るために、プラ
スミドDNAを外膜を除去した種々の植物細胞(プロト
プラスト)に効果的に導入するアグロバクテリウムに基
づかない遊離のDNA受渡し(delivery)法を
概説する。
【0154】A.双子葉類の種におけるプロトプラスト
の単離および培養 ダイズ[Glycine max(GM)]、ペチュニ
ア[Petuniahybrida Mitchell
(MP4)]およびニンジン[Daucuscarot
(TC)]由来の細胞培養をウィドホルム(Widh
olm(1977))に従い、TCおよびGMに対して
は0.4mg/lの2,4−D、あるいは、MP4に対
しては0.2mg/lのρ−クロロフェノキシ酢酸を含
む50mlのMS培養基(Murashige & S
koog(1962))中で、旋回振とう器上の250
mlエルレンマイヤー フラスコ(135rpm、27
°〜28℃)中に成長させた。
【0155】10mlパック(packed)細胞容積
の対数成長している懸濁培養細胞を、10%マンニトー
ルと0.1%CaCl・2HO(pH5.7)とに
溶解した酵素40ml中で12時間インキュベートする
ことにより、GMおよびTC由来のプロトプラストを、
それぞれ生産した。酵素混合物は、2%セルラーゼR−
10(Kinki Yakult,Nishinomi
ya,Japan)、0.1%マセロザイム(Mace
rozyme)R−10(Kinki Yakul
t)、および、0.5%ペクトラヤーゼ(Pectol
ayaze) Y−23(Seishin Pharm
aceutical Co. Ltd.,Noda,
Chiba,Japan)を含んでいた。生成のプロト
プラストは、ハウプトマンとウィンドホルム(Haup
tman & Windholm(1984))の開示
に従って、単離、精製および培養した。
【0156】MP4由来のメゾフィル(mesophy
ll) プロトプラストを、使用した酵素混合物が懸濁
培養に用いたものと同一だった以外はフレーリーら(F
raley et al(1984))の開示に従っ
て、単離し培養した。
【0157】B.単子葉類の種におけるプロトプラスト
の単離および培養 コムギ[Triticum monococcum(T
M)およびTriticum aetiuum(T
A)、Maddockら(1983)およびOzias
−AkinsとVasil(1983)により開示]、
エレファント グラス[Pennisetum pur
pureum(PP)、Vasilら(1983)およ
びKarlssonとVasil(1986)により開
示]、ギニアグラス [Panicum maximu
(PM)、LuとVasil(1981)およびKa
rlssonとVasil(1986)により開示]、
イネ[Oryza sativa(OS)、Heyse
rら(1983)およびYamadaら(1986)に
より開示]、コーン[Zea mays(ZM)、Me
adows(1982)により開示]、サトウキビ[
accharum officinarum(SC)、
HoとVasil(1983)およびSrinivas
inとVasil(1985)により開示]、および、
ペニセタム アメリカナム(Pennisetum
mericanum)とP.プルプレウム(Pur
pureum)およびP.スクアマラタム(squ
amulatum)の間の複交雑(double cr
oss)トリスペシフィック(trispecifi
c)ハイブリッド(PAPS)[DujardinとH
anna(1984)により開示]から単子葉類の細胞
を採取した。PMおよびPAPSの懸濁培養を、5%コ
コナット ミルクおよび2mg/l 2,4−Dを含む
変形MS培地(Vasil & Vasil(198
1))中で成長させた。一方、SC培養に対して使用し
たMS培地は、更に500mg/lのカゼイン加水分解
物を含んでいた。TM懸濁培養は、ダディッツら(Du
dits etal(1977))に従って、脂質培地
中で成長させた。他の単子葉類の細胞培養は、それぞれ
上に引用した文献に従って成長させた。週に2度継代培
養(subculture)したTMとPAPSを除
き、全ての懸濁培養は、35mlの培地中に2〜8ml
の接種物を用いて、7日の継代培養で成長させた。プロ
トプラスト単離に先だって、4〜5日目に、懸濁を25
〜35mlの培地中に5〜8mlの接種物を用いて継代
培養した。
【0158】それぞれの単子葉類細胞型に関するプロト
プラストを、バジルら(Vasilet al(198
3))の開示に従い、3mM MES、0.45Mマン
ニトール、7mM CaCl・2HO、および、
0.7mM NaHPOOH(pH5.6)に溶解
した種々の酵素混合物を使用して、単離した。酵素混合
物は、TMおよびPMに対しては、1.0%セルラーゼ
RS(KinkiYakult)と0.8%ペクチナ
ーゼ(Sigma)を;SCに対しては、2%セルラー
ゼ RSと0.7%ペクチナーゼを;PPに対しては、
3%セルラーゼ R−10と0.7%ペクチナーゼを;
PAPSに対しては、2.5%セルラーゼ R−10と
0.75%ペクチナーゼを含んでいた。
【0159】それから、単離した単子葉類プロトプラス
トを、カオとミカイルク(Kao& Michaylu
k(1975))により変形された8p培地(Vasi
l& Vasil(1980))中で培養した。この培
養基は、0.4〜0.5Mグルコース、0.5〜1,0
mg/l 2,4−Dおよび0.2mg/lゼアチンを
含んでいた。これを1週間後にプロトプラスト培養基を
用いて1:2.3に希釈した。PAPSおよびTMのコ
ロニー形成率(plating efficienc
y)を測定するために、2〜3週間後に、2mlの元の
プロトプラスト培養と等価な量を、0.4%のシープラ
ーク(Seaplaque) アガロース(FMC)を
用いて36mlに希釈した。それから、希釈した培養の
3mlを、10cmペトリ皿の0.6%アガロースを含
む同じ培地の層上にプレートした。
【0160】C.エレクトロポーレーションによる遊離
DNA受渡し カナマイシン耐性遺伝子を含むプラスミドDNAの存在
下で、ジンマーマン(Zimmerman)細胞融合系
(GCA Precision)、または、キャパシタ
ー ディスチャージ バンク(Fromm et al
(1985))を用いて、プロトプラストにエレクトロ
ポーレーションを行った。ジンマーマン細胞融合系を用
いるエレクトロポーレーションは、ジンマーマン ヘリ
カルフュージョン チャンバー中で、または、ポッター
ら(Potter et al(1984))の方法に
従ってキュベットと白金またはアルミニウム箔から構成
されたエレクトロポーレーション室中で行った。パルス
(直流240V)を、それぞれ9のパルスからなるパ
ルス列として999,9μsecで与えた。それぞれの
パルス列を、プロトプラスト洗浄溶液中、50μgの子
ウシ胸線DNAを伴ってまたはそれを伴わずに14μg
のプラスミド DNAの存在下で、1回、10回、50
回および100回与えた。
【0161】キャパシター バンクは、1個の100μ
Fキャパシターと1個の2400μFキャパシター(M
allory)と共に、それぞれ40、110、24
0、340μFのキャパシターの4個を含むように構成
した。キャパシターは個々にまたは平行に充電と放電を
行うことができた。パルス放電は、2重チャンネル記録
オシロスコープ(Tectronics モデル 58
4A)を使用して監視した。アンペア数はエレクトロポ
ーレーションの間に1個の1オーム抵抗にかかる放電を
測定することによって決定した。
【0162】エレクトロポーレーションに先だって、プ
ロトプラストを、10mM Hepes、150mM
NaCl、5mM CaCl、および、0.2Mマン
ニトール(pH7.2)中で1度洗浄し、それから、同
じ緩衝液(Fromm etal(1985))を用い
て約3×10プロトプラスト/mlの密度にした。1
mlの再懸濁プロトプラストに20mlのプラスミド
DNAを加え、混合した。このプロトプラストに種々の
電圧と容量でエレクトロポーレーションを行った。プロ
トプラストは氷上に約10分間保ち、その後、液体培養
基中でのプレーティングを行った。
【0163】種々のエレクトロポーレーション処理によ
って細胞溶解された双子葉類プロトプラストの数を評価
するために、パルス放電を与える前および直後にTCプ
ロトプラストの密度を測定した。測定値は残存割合で表
わした。生存率測定は、エレクトロポーレーションの2
日後のフェノサフラニン(phenosafrani
n)染料排除(Widholm(1972))を基礎に
した。結果はエレクトロポーレーションを行っていない
対照と比較したパーセント生存率で表わした。エレクト
ロポーレーションを行った双子葉類プロトプラストのコ
ロニー形成率評価は、培養の3〜4週後に形成されたコ
ロニー数を数えることによって得た。これを、エレクト
ロポーレーションを行っていない対照の割合として表わ
した。
【0164】形質転換したコロニーは、フロムら(Fr
omm et al(1986))の開示に従い、カナ
マイシンを含む培地に移した後に選抜した。同様にし
て、工学的に処理したウイルス コートたんぱく質とカ
ナマイシン選抜可能標識とを含むpMON319、pM
ON401、pMON9800、pMON9809、お
よび、pMON9816などのプラスミドを遊離DNA
形質転換に使用することができる。再生植物は、例2に
記述した方法を使用して、コートたんぱく質mRNAと
たんぱく質生産とを監視することができる。
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[Zurini,M.et al,J.Biol.Ch
em.259: 618− 27(1984)]
【手続補正2】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】図面の簡単な説明
【補正方法】変更
【補正内容】
【図面の簡単な説明】
【図1】ウイルス病耐性生物試験の概略図である。
【図2】ダイズ モザイク ウイルス コートたんぱく
質(SMV CP)の部分アミノ酸配列図である。
【図3】CaMV35S/TMV−CP/NOS 構成
物を含む植物形質転換ベクター図である。
【図4】CaMV35S プロモーターを含む発現ベク
ター図である。
【図5】CaMV35S プロモーター、マルチリンカ
ーおよびノパリン シンターゼ断片の完全配列図であ
る。
【図6】トランスジェニックなタバコ植物に対する異な
る水準のウイルス接触の効果のデータ図である。
【図7】トランスジェニックなトマト植物に対する異な
る水準のウイルス接触の効果のデータ図である。
【図8】ウイルス耐性の比較のデータ図である。
【図9】交叉免疫の導入のデータ図である。
【図10】ssRUBISCO プロモーターの最初の
単離と中間体ベクターへの導入を示す系統図である。
【図11】ssRUBISCO プロモーターの部分ヌ
クレオチド配列図である。
【図12】CaMV35S プロモーターをssRUB
ISCO プロモーターに置換したDNA構成物の製造
の系統図である。
【図13】アルファルファ モザイク ウイルスのコー
トたんぱく質(AMV CP)をコードするcDNAの
製造の系統図である。
【図14】ポテト ウイルス X のコートたんぱく質
遺伝子(PVX CP)を含む植物ベクターの製造の系
統図である。
【図15】PVX CP遺伝子のヌクレオチド配列図で
ある。
【図16】トマト ゴールデン モザイク ウイルス
コートたんぱく質(TGMV CP)をコードするヌク
レオチド断片の単離の系統図である。
【図17】TMV RNAに対するアンチセンス相補体
をコードするDNAを含む植物ベクターの製造の系統図
である。
───────────────────────────────────────────────────── 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 // A01N 65/00 J 9159−4H (C12N 1/20 C12R 1:01) (72)発明者 ロジャー・エヌ・ビーチイ アメリカ合衆国、ミズーリ州 63124、ラ デュー、ゴッドウイン・レーン 17 (72)発明者 ロバート・テイー・フラレイ アメリカ合衆国、ミズーリ州 63131、セ ント・ルイス、トッピング・エステーツ 12917 (72)発明者 ステイーブン・ジー・ロジャース アメリカ合衆国、ミズーリ州 63017、チ ェスターフィールド、テインバーブルッ フ・ドライブ 14788

Claims (20)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 配列中に、(a)植物細胞中で機能し
    て、植物ウイルスのRNA配列の生産を起こすプロモー
    ターと、(b)植物ウイルスのコートたんぱく質をコー
    ドするRNA配列の生産を起こす植物ウイルスから誘導
    したDNA配列と、(c)植物細胞中で機能して、RN
    A配列の3′末端へのポリアデニル化ヌクレオチドの付
    加を起こす3′非翻訳領域と、 を包含する組換体2本鎖DNA分子。
  2. 【請求項2】 プロモーターが植物DNAウイルス プ
    ロモーターである特許請求の範囲第1項記載のDNA分
    子。
  3. 【請求項3】 プロモーターがカリフラワー モザイク
    ウイルスの35Sプロモーターである特許請求の範囲
    第2項記載のDNA分子。
  4. 【請求項4】 プロモーターがノパリン シンターゼま
    たはオクトピン シンターゼである特許請求の範囲第1
    項記載のDNA分子。
  5. 【請求項5】 プロモーターが植物遺伝子プロモーター
    である特許請求の範囲第1項記載のDNA分子。
  6. 【請求項6】 プロモーターがリブロース2リン酸 カ
    ルボキシル化酵素小サブユニット プロモーターである
    特許請求の範囲第5項記載のDNA分子。
  7. 【請求項7】 プロモーターがヒドロキシプロリンに富
    む糖たんぱく質をコードする遺伝子のプロモーターであ
    る特許請求の範囲第1項記載のDNA分子。
  8. 【請求項8】 DNA配列がコートたんぱく質の生産を
    起こす特許請求の範囲第1項記載のDNA分子。
  9. 【請求項9】 植物ウイルスが、タバコ モザイク ウ
    イルス、ダイズ モザイク ウイルス、ビーン ポッド
    モトル ウイルス、タバコ リング スポット ウイ
    ルス、バーレイ イエロー ドゥワーフ ウイルス、コ
    ムギ ストリーク ウイルス、コムギ スピンドル ス
    トリーク ウイルス、ソイル ボーンモザイク ウイル
    ス、メイズ ドゥワーフ モザイク ウイルス、メイズ
    クロロティック ドゥワーフ ウイルス、アルファル
    ファ モザイク ウイルス、ポテト ウイルス X、ポ
    テト ウイルス Y、ポテト リーフロール ウイル
    ス、トマト ゴールデン モザイク ウイルスおよびキ
    ューリ モザイク ウイルスからなる群から選ばれる特
    許請求の範囲第1項記載のDNA分子。
  10. 【請求項10】 プロモーターがマンノピン シンター
    ゼ プロモーターである特許請求の範囲第1項記載のD
    NA分子。
  11. 【請求項11】 特許請求の範囲第1項記載のDNA分
    子を包含する植物形質転換ベクター。
  12. 【請求項12】 特許請求の範囲第11項記載の植物形
    質転換ベクターを含有する細菌細胞。
  13. 【請求項13】 形質転換ベクターが pMON31
    9::pTiB6S3−SE コインテグレート プラ
    スミドである特許請求の範囲第12項記載の細菌細胞。
  14. 【請求項14】 細菌細胞がアグロバクテリウム タメ
    ファシエンス細胞である特許請求の範囲第12項記載の
    細菌細胞。
  15. 【請求項15】 細菌細胞が受託番号第53924号の
    ATCC寄託物を包含する細菌細胞の特性を有する特許
    請求の範囲第14項記載の細菌細胞。
  16. 【請求項16】 (a)植物細胞中で機能して、植物ウ
    イルスのRNA配列の生産を起こすプロモーターと、 (b)植物ウイルスのコートたんぱく質をコードするR
    NA配列の生産を起こすDNA配列と、 (c)植物細胞中で機能して、RNA配列の3′末端へ
    のポリアデニル化ヌクレオチドの付加を起こす3′非翻
    訳領域と、 を包含するDNAを含有する形質転換植物細胞。
  17. 【請求項17】 植物ウイルスによる感染に対して耐性
    である遺伝的に処理した形質転換植物を生産する方法で
    あって、 (a)植物細胞のゲノムに、(i)植物細胞中で機能し
    て、植物ウイルスのRNA配列の生産を起こすプロモー
    ターと、(ii)植物ウイルスのRNA配列の生産を起こ
    すDNA配列と、(iii)植物細胞中で機能して、RNA
    配列の3′末端へのポリアデニル化ヌクレオチドの付加
    を起こす3′非翻訳DNA配列とを包含する組換体2本
    鎖DNA分子を挿入する工程と、 (b)形質転換された植物細胞を得る工程と、 (c)形質転換植物細胞から、植物ウイルスによる感染
    に対する耐性が増した遺伝的に形質転換された植物を再
    生する工程とを包含する形質転換植物の生産方法。
  18. 【請求項18】 RNA配列が植物ウイルスのアンチセ
    ンス配列である特許請求の範囲第17項記載の方法。
  19. 【請求項19】 ウイルス耐性植物の生産方法であっ
    て、 (1)(a)植物細胞中で機能して、植物ウイルスのR
    NA配列の生産を起こすプロモーターと、(b)植物ウ
    イルスのコートたんぱく質またはその実質的部分をコー
    ドする植物ウイルスのRNA配列の生産を起こす植物ウ
    イルスから誘導したDNA配列と、(c)植物細胞中で
    機能して、RNA配列の3′末端へのポリアデニレート
    付加を起こす3′非翻訳領域とを包含するDNAを含有
    する種子、胎芽または植物を準備し、 (2)この種子、胎芽または植物を培養し、 (3)この培養によってウイルス耐性植物を得ることを
    包含するウイルス耐性植物の生産方法。
  20. 【請求項20】 第1の植物と第2の植物との間に、少
    なくともいくらかの交雑後代が植物ウイルスに対する耐
    性を示すように交雑を行うことによって第1の植物を繁
    殖させる特許請求の範囲第19項記載の方法。
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