JPH07213285A - 植物細胞への遺伝子導入法 - Google Patents

植物細胞への遺伝子導入法

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JPH07213285A
JPH07213285A JP6025956A JP2595694A JPH07213285A JP H07213285 A JPH07213285 A JP H07213285A JP 6025956 A JP6025956 A JP 6025956A JP 2595694 A JP2595694 A JP 2595694A JP H07213285 A JPH07213285 A JP H07213285A
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JP
Japan
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plant
gene
protoplast
dna
cell
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JP6025956A
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English (en)
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Yoshiaki Otsuki
義昭 大槻
Hidehito Tsugawa
秀仁 津川
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NORIN SUISANSYO NOGYO KENKYU C
NORIN SUISANSYO NOGYO KENKYU CENTER SHOCHO
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NORIN SUISANSYO NOGYO KENKYU C
NORIN SUISANSYO NOGYO KENKYU CENTER SHOCHO
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12NMICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
    • C12N15/00Mutation or genetic engineering; DNA or RNA concerning genetic engineering, vectors, e.g. plasmids, or their isolation, preparation or purification; Use of hosts therefor
    • C12N15/09Recombinant DNA-technology
    • C12N15/63Introduction of foreign genetic material using vectors; Vectors; Use of hosts therefor; Regulation of expression
    • C12N15/79Vectors or expression systems specially adapted for eukaryotic hosts
    • C12N15/82Vectors or expression systems specially adapted for eukaryotic hosts for plant cells, e.g. plant artificial chromosomes (PACs)
    • C12N15/8201Methods for introducing genetic material into plant cells, e.g. DNA, RNA, stable or transient incorporation, tissue culture methods adapted for transformation
    • C12N15/8206Methods for introducing genetic material into plant cells, e.g. DNA, RNA, stable or transient incorporation, tissue culture methods adapted for transformation by physical or chemical, i.e. non-biological, means, e.g. electroporation, PEG mediated

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Abstract

(57)【要約】 【構成】 植物プロトプラストを、ポリカチオンの存在
下に、DNAで処理することによりDNAを細胞内に取
り込ませることを特徴とする植物細胞への遺伝子導入
法、該遺伝子導入法による植物の形質転換法、及び該形
質転換法により得られた形質転換植物。 【効果】 エレクトロポレーション法やパーティクルガ
ン法等の物理的方法と異なり、粒子間のイオン結合と、
プロトプラストが有する「物を細胞内に取り込む」作用
を利用した化学的遺伝子導入法が提供される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、DNAと植物プロトプ
ラストを結合させる化学物質の働きにより植物細胞へ遺
伝子を導入する方法に関する。
【0002】
【従来の技術】バイオテクノロジーの進展とともに、遺
伝子導入による実用品種が育成される可能性が高くなっ
てきた。植物への遺伝子導入の技術として、既にアグロ
バクテリウム法、エレクトロポレーション法、パーティ
クルガン法が開発されている。また、バクテリアの形質
転換ではリン酸カルシウムを用いる化学的方法も普遍技
術となっている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、植物の遺伝
子導入技術の一つに、DNAと植物プロトプラストを結
合させる化学物質の働きにより植物細胞へ遺伝子を導入
する方法を付加することを目的とする。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明の植物細胞への遺
伝子導入法は、植物プロトプラストを、ポリカチオンの
存在下に、DNAで処理することによりDNAを細胞内
に取り込ませることを特徴とするものである。本発明
は、粒子間のイオン結合と、プロトプラストが有する
「物を細胞内に取り込む」作用を利用したものである。
DNAとプロトプラストはそれぞれ負の電荷を有するの
で、正の電荷を有するポリカチオンを加えてDNAとプ
ロトプラストの結合の仲立ちをさせることにより、DN
Aを細胞内に取り込ませるものである。
【0005】本発明に用いるポリカチオンとは、高分子
鎖に沿って、正の電荷を有する高分子イオンをいう。本
発明に用いるポリカチオンとしては、分子量が10万〜
30万であるものが好ましい。本発明に用いるポリカチ
オンとしては、好ましくは塩基性アミノ酸のポリマーが
挙げられる。
【0006】塩基性アミノ酸のポリマーとしては、ホモ
ポリマー、コポリマーのいずれでもよく、またLタイ
プ、Dタイプ、DLタイプのいずれでもよい。塩基性ア
ミノ酸のホモポリマーとしては、例えばポリオルニチ
ン、ポリリジン、ポリアルギニンが挙げられ、特にポリ
−L−オルニチンが好ましい。本発明の対象となる植物
としては、プロトプラスト培養系が確立しているもので
あれば、特に制限はない。
【0007】以下に、ポリカチオンとしてポリオルニチ
ンを用いてイネプロトプラストに遺伝子を導入する場合
を例にとり、本発明の好ましい態様を示す。以下におい
ては、精製したプロトプラストに、DNAとポリカチオ
ンを混合して、遺伝子を導入し、そのプロトプラストを
培養して、導入遺伝子を発現させる。 (プロトプラストの精製)先ず、プロトプラストを精製
する。
【0008】イネの培養細胞を酵素処理する。30メッシ
ュのフィルターで濾過したプロトプラスト液を遠心管に
移して遠心し、プロトプラストを沈澱させる。上澄を除
去した後、遠心管を振って、プロトプラストをほぐし、
洗浄液を加えて再び懸濁する。プロトプラストの洗浄操
作を2回繰り返した後、少量のマンニトール液に懸濁
し、細胞濃度を求める。マンニトール液としては、好ま
しくは 0.5〜0.7 Mのものを用いる(以下同様)。 (プロトプラスト懸濁液の調製)細胞濃度は、血球計算
盤を用いて求める。プロトプラスト濃度は3×107 個/
ml程度になるように調整しておく。 (ストック液)ストック液の種類と使用濃度を表1に示
す。
【0009】
【表1】 リン酸緩衝液としては、カリウム塩のものを用いること
が好ましい。ポリオルニチンとしては、分子量10万〜
30万のものが好ましい。導入しようとするDNAとし
ては、遺伝子発現ベクターに組み込み、精製したものが
好ましい。 (混合の方法)混合の順序は以下のようにすることが好
ましい。 1.ストック液の希釈 先ず、ポリオルニチン及びDNAのストック液をマンニ
トール液で使用時の10倍の濃度に希釈しておく。即ち、
ポリオルニチン液は40μg/mlの液とし、DNA液は20μ
g/mlとする。この際、ボーテックスミキサーでよく攪拌
し均一な濃度にすることが好ましい。 2.接種液の調製 先ず、マンニトール液を試験管にとり、これにリン酸緩
衝液(0.5M) 、ポリオルニチン液(40μg/ml)、DNA
液(20μg/ml)を順次加え、試験管を攪拌する。そし
て、氷中に立て、10分程度冷やしておく。この間に、ポ
リオルニチンとDNAはコンプレックスを形成し、プロ
トプラストの添加を待つことになる。
【0010】この際、試験管1本当りの最終液量を5ml
とした場合、各液の使用量は、マンニトール液 1.25ml
、リン酸緩衝液(0.5M) 0.25ml 、ポリオルニチン液
(40μg/ml)0.5ml 、DNA液(20μg/ml)0.5ml とす
ることが好ましい。3.接種液とプロトプラスト液の混
合次いで、接種液と等量のプロトプラスト液を混合す
る。
【0011】この際、プロトプラストは、接種液に加え
る直前に、遠心で沈め、新たなマンニトール液に再懸濁
して、直ぐに接種液に加えることにより、表面を清潔に
しておくことが好ましい。この操作は、接種液を氷中に
立てている間に行うことが好ましい。また、接種液に加
えるプロトプラストは、試験管1本当り 7.5×106 個の
細胞数となるので、濃度測定を行ったプロトプラスト原
液から一定量ずつ細い試験管に分注することが好まし
い。この細い試験管には、予め3ml程度のマンニトール
液を入れておく。遠心してプロトプラストを試験管の底
に沈め、上清を除去する。上清を除去する際には沈澱が
舞い上がらないように注意する。
【0012】前記試験管の1本をとり、沈澱をほぐし、
2.5ml の冷却したマンニット液を注ぎ、接種液に加え
る。氷の中に10分程度立てておく。この間に、DNAと
ポリオルニチンのコンプレックスがプロトプラスト内に
取り込まれる。 (遠心・上清除去・培地添加)接種の後、プロトプラス
トを遠心で沈めた後、マンニトール液で一回洗浄する。
次いで、少量のプロトプラスト用培地を加える。 (プロトプラスト用培地の調製)プロトプラストの培養
には、一般にコンディショニング培地といわれる液体培
地、又は該コンディショニング培地とプロトプラスト培
地を等量ずつ混合したものを用いる。ここで、コンディ
ショニング培地とは、予めイネ等の培養細胞をプロトプ
ラスト用培地で培養し、その培地から培養細胞を除去し
たものをいう。 (エッペンドルフに分注)遺伝子の発現を調べる「トラ
ンジェントアッセイ」の実験では、プロトプラストをエ
ッペンドルフのチューブに入れ、チューブを寝かせて培
養する。β−グルクロニダーゼ(GUS)遺伝子の場
合、GUS活性は1日の培養で、十分検出することがで
きる。
【0013】形質転換植物体を得ようとする場合は、遺
伝子を導入した細胞を前記コンディショニング培地を用
いる培養法、又はナース培養法により、プロトプラスト
の初期分裂を促進し、培養を継続する。本発明の遺伝子
導入法により細胞内に導入された遺伝子の一部は核内D
NAに取り込まれて、細胞分裂と共に増殖し、形質転換
植物が得られる。
【0014】
【実施例】以下、実施例により本発明を更に具体的に説
明するが、本発明の範囲は以下の実施例に限定されるも
のではない。 (実施例1) トランジェントアッセイ系による導入効
果 イネ品種「日本晴」の懸濁培養細胞から常法によりプロ
トプラストを調製した。
【0015】0.5Mマンニトール液中で、0.025 Mリン
酸カリウム緩衝液 pH5.6、2μg/ml35S−GUSと
し、ポリ−L−オルニチン(分子量約145,000)の濃度を
1〜5μg/mlに変えて混合し、10分程度放置した。この
混合液に等量のプロトプラスト懸濁液(3×106/ml) を
加え、10分程度放置した後、低速遠心でプロトプラスト
を集めた。接種したプロトプラストを1日培養し、蛍光
分光光度計を用いてGUS遺伝子の発現を定量した。結
果を図1に示した。
【0016】GUS活性は、ポリカチオン濃度の上昇に
伴って高くなった。この結果から、遺伝子導入効率は、
DNA及びポリカチオン濃度比と密接に関連しているこ
とが示された。 (実施例2) ハイグロマイシン耐性遺伝子の導入によ
る耐性カルスの獲得 イネ品種「日本晴」の懸濁培養細胞から常法によりプロ
トプラストを調製した。
【0017】0.5Mマンニトール液中で、0.025 Mリン
酸カリウム緩衝液 pH5.6、2μg/mlハイグロマイシン耐
性遺伝子とし、1μg/mlポリ−L−オルニチン(分子量
約145,000)を混合し、10分程度放置した。この混合液に
等量のプロトプラスト懸濁液(3×106/ml) を加え、10
分程度放置した後、低速遠心でプロトプラストを集め
た。得られたプロトプラストをコンディショニング培地
で10日間培養した後、30μg/mlハイグロマイシンBを含
有した培地で1カ月培養した。比較のために、エレクト
ロポレーション法による導入も同時に行い、コロニーの
形成を観察した。その時の耐性コロニーの形成の様子を
図2に示した。
【0018】本発明方法による形質転換効率は、エレク
トロポレーション法と同程度であった。この結果から、
本発明方法は植物の形質転換にも有用であることが示さ
れた。
【0019】
【発明の効果】本発明の遺伝子導入法は、エレクトロポ
レーション法やパーティクルガン法等の物理的方法と異
なり、粒子間のイオン結合と、プロトプラストが有する
「物を細胞内に取り込む」作用を利用した化学的遺伝子
導入法である。本発明の遺伝子導入法は、プロトプラス
トのダメージが少なく、キャリヤーDNA及び高価な機
械が不要であり、大量のプロトプラストを処理すること
ができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明方法におけるポリカチオン濃度の影響を
示す図である。
【図2】ハイグロマイシン選択培地におけるコロニー形
成を表す生物の形態を示す写真である。
【符号の説明】
EP エレクトロポレーション法 PLO ポリ−L−オルニチンを用いた本発明方法
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 //(C12N 5/10 C12R 1:91) (C12N 5/00 C C12R 1:91)

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 植物プロトプラストを、ポリカチオンの
    存在下に、DNAで処理することによりDNAを細胞内
    に取り込ませることを特徴とする植物細胞への遺伝子導
    入法。
  2. 【請求項2】 ポリカチオンの分子量が10万〜30万
    である請求項1記載の遺伝子導入法。
  3. 【請求項3】 ポリカチオンが塩基性アミノ酸のポリマ
    ーである請求項1又は2記載の遺伝子導入法。
  4. 【請求項4】 塩基性アミノ酸のポリマーがポリオルニ
    チンである請求項3記載の遺伝子導入法。
  5. 【請求項5】 塩基性アミノ酸のポリマーがポリ−L−
    オルニチンである請求項3記載の遺伝子導入法。
  6. 【請求項6】 請求項1〜5のいずれか1項に記載の遺
    伝子導入法により遺伝子が導入された細胞を培養するこ
    とを特徴とする植物の形質転換法。
  7. 【請求項7】 請求項6記載の形質転換法により得られ
    た形質転換植物。
JP6025956A 1994-01-31 1994-01-31 植物細胞への遺伝子導入法 Pending JPH07213285A (ja)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2013129698A1 (ja) 2012-02-27 2013-09-06 独立行政法人理化学研究所 植物細胞に核酸を導入する方法
US10526612B2 (en) 2014-03-06 2020-01-07 Riken Plant transformation method

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US10526612B2 (en) 2014-03-06 2020-01-07 Riken Plant transformation method

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Publication number Publication date
EP0665290A3 (en) 1997-12-29
EP0665290A2 (en) 1995-08-02
CN1116655A (zh) 1996-02-14

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