JPH11507832A - 植物制御蛋白質iii - Google Patents

植物制御蛋白質iii

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JPH11507832A JP9503470A JP50347097A JPH11507832A JP H11507832 A JPH11507832 A JP H11507832A JP 9503470 A JP9503470 A JP 9503470A JP 50347097 A JP50347097 A JP 50347097A JP H11507832 A JPH11507832 A JP H11507832A
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Abstract

(57)【要約】 本発明は一般に、植物内での麦芽化酵素の合成を制御するのに有用な遺伝子構造体に関する。さらに詳しくは、本発明は、ジベレリン制御MYB ポリペプチドをコードする核酸分子、例えば大麦と米のGAMyb の遺伝子配列およびその転写によって調節する部分および/または免疫によって相互に作用する部分に関する。本発明の遺伝子配列は、植物の細胞、特に、大麦、小麦、トウモロコシ、ライ麦、米またはモロコシ類など由来の単子葉植物の細胞中に導入され、その本発明の配列がセンスまたはアンチセンスの方向で発現することによって、通常はGAMYB のポリペプチドが制御する加水分解麦芽化酵素の発現が調節される。したがって本発明の遺伝子配列は、麦芽化の特性が変化した植物を製造するのに有用である。

Description

【発明の詳細な説明】 植物制御蛋白質III 本発明は、一般に、α−アミラーゼのような植物の麦芽酵素(malting enzyme )の合成の制御に有用な遺伝子構成体に関係する。より具体的には本発明は、例 えばオオムギやイネ(コメ)の糊粉(アリューロン;Aleurone)ジベレリン制御 MYB ポリペプチドのようなジベレリン制御〔ジベレリンにより制御される(gibbe rellin-regulated)〕MYB ポリペプチド、並びに、その転写段階で改変した部分 、および/または免疫学的に相互反応する部位をコードする核酸分子に関係する 。 本明細書で発明者が引用した公報の参考文献の詳細は明細書の最後にまとめら れている。本明細書で用いるヌクレオチドとアミノ酸配列の配列番号(SEQ ID N O.)は参考文献の後に定義を示す。 次の明細書と請求の範囲を通じ、文脈による別の定義の必要がない限り、「含 んで成る」、「含む」またはそれに類する用語は、記載された因子もしくは完全 体(integer)、または複数の因子もしくは完全体の集合を含むことを意味し、ほ かの因子もしくは完全体、または複数の因子もしくは完全体の集合を排除するこ とを意味するものではない。 麦芽生産(malting)及び醸造は億万ドル産業である。アメリカの1983年から199 2年の年毎の付加価値は大麦製品だけで30億ドルである。同じ時期、アメリカの 醸造産業は総経済事業において1670億米ドルをあげている。世界の醸造産業の生 産能力から得られる経済効果は甚大である。この生産能力の増加への主な要因は 、投入される原料、大麦の作柄、その遺伝子により殆ど決められる質の改良であ る。 醸造産業での活用のためのオオムギの改良の第一目標は、生産者に生殖質(ge rm plasm)を広く提供し、これをもって高収量、病変耐性、および/または向上 した麦芽形成特性の優れた栽培品種(cultivar)の創成を可能にすることである 。従来の植物の品種改良法は、これらの目標に至るために幾多の行程を要し、そ れらの行程は過酷な労働であり、正確さを欠き、長期間を要し、安定に改良され た品種を獲得するためには数代にわたる交配を必要とする。本発明は特にオオム ギの醸造産業に有用な植物材料の麦芽形成の形質改良において有意な進歩であり 、前記発明は、例えばα- アミラーゼ、β- グルカナーゼなどのようないくつか の麦芽形成に関する遺伝子の発現を調節する「メインスイッチ」を提供する。 発芽形成の過程では、オオムギの種子は1 〜2 日間、10〜20℃で水に浸漬され 、CO2を除いて酸素を置換し、放熱する。この浸漬の行程は、胚での細胞伸張及 び呼吸の増加、胚の分泌物、蛋白質の生合成及び酵素の活性化並びに内胚乳の水 和作用により特徴付けられる種子の発芽を誘導する。種子の水分含有量は浸漬の 結果、10〜15%(W/W)から40〜50%(W/W)に増加する。(植物学的に定義される発 芽は約30%の水分含有量で起こる。)浸漬に続いて種子は調整された3 〜6 日間 の生育環境下で発芽し、「緑色麦芽」(green malt)を形成する。この段階で種 子の不完全で一様でない発芽による損失がありがちであるので、種子の休止状態 が浸漬中に一様に、完全に中断され、素早く一様な発芽をもたらす事は、穀物の 生産に多くの利点がある。さらに、オオムギ種子の休止状態は、収穫前の発芽と その結果おこる穀物の損失を防止するに適するはずである。従って、本発明は種 子の糊粉細胞におけるα- アミラーゼ発現の調節の手段を提供する。本発明は穀 物種子の発芽の調節に有用である。 麦芽形成の際、オオムギでんぷん質の内胚乳の細胞壁の主要構成物であるβ- グルカンは、糊粉細胞から分泌される、以降β- グルカナーゼと記述する酵素( 1-3,1-4)- β- グルカナーゼにより分解される(Fincher,1989)。β- グルカ ン分子の有効な分解は、高分子量β- グルカンの存在が「マッシュ」の粘度を上 げ、後の濾過行程を遅くする意味で、醸造行程に重要である。β- グルカン分子 の不完全な加水分解は、最終産物に濁った沈殿物をもたらす。β- グルカンの加 水分解の程度は、糊粉で作られるβ- グルカナーゼの量と乾燥とマッシング(下 記参照のこと)の高温処理後に残る酵素活性の割合による。オオムギ系の生産物 の麦芽産業に、βグルカナーゼの活性によって、麦芽形成の行程を容易にするこ とが明らかに求められる。 緑色麦芽はキルンで乾燥し、種子の水分量を3 〜5 %とする。麦芽の構成物は 引き続いて糖、アミノ酸、核酸、ビタミン、無機物を含む発酵基質に転化される 。この麦芽は温水に移され40℃〜75℃の温度上昇、温度保持が繰り返され、種子 の貯蔵でんぷんをゼラチン化し、可溶化し、炭水化物分解酵素を可溶化する。マ ルトースやグルコースのような発酵性糖の生産には加水分解酵素であるα- アミ ラーゼ、βアミラーゼ、αグルコシダーゼ、限界デキストリナーゼが必要である 。α- アミラーゼ、α- グルコシダーゼ、限界デキストリナーゼは糊粉より分泌 されることが知られている(Fincher,1989)。 発酵性糖は70〜75℃でのα- アミラーゼ活性により産生される。乾燥工程の間 、および後の加水分解酵素活性の存続は、特にα- アミラーゼの場合、醸造行程 に、また麦芽の香り及び色に、最終産物のアルコール濃度に強く影響する。乾燥 工程の後に残る、これら酵素の割合は休止状態が解かれた発芽種子の酵素量に直 接的に比例す る。本発明による技術の応用により、特に低カロリービールの生産において、こ の行程の効率が微生物性アミログルコシダーゼの補充により改善された。 特に糊粉のα- アミラーゼ、α- グルコシダーゼ、限界デキストリナーゼ、β - グルカナーゼ、エンドキシラナーゼ、プロテアーゼの活性の上昇を促す麦芽形 成の形質が改良されたオオムギの開発が強く望まれているにもかかわらず、従来 の品種改良技術では問題に取り組めなかった。その理由には、試験を施した膨大 な数の植物の確実な選抜方法が開発されていなかった事が挙げられる。 糊粉分泌酵素のレベルは、特に特定のα- アミラーゼやβ- グルカナーゼでは 、植物ホルモンであるジベレリン酸(GA)特にGA3の添加で上昇するとされ る(Paleg,1960、Varner,1964、Paleg,1960Varner,1964、Yomo,1960)。GAの 添加後は単離されたオオムギ糊粉層におけるα- アミラーゼ遺伝子の速やかな上 昇があり、この効果は、アブシジン酸で阻害される(Jacobsenら,1995)。現在 、糊粉細胞のGA認識部位に関するかなりのデータがあるが、GA受容体は未だ 同定されていない。セファロースビーズに共有結合させたGA4と抗イデオタイ プ抗体を用いた実験データは、GAがオートムギのプロトプラストの原形質体の 原形質膜上に認められることを示唆している(Hooleyら1991、Hooleyら1992)。 これは、α- アミラーゼの生成及び分泌の誘導ができない、単離されたオオムギ 糊粉の原形質体へのGA3の注入について示す最近の研究によって裏付けられて いる(Gilroy およびJones 1994)。しかしGA3を原形質外部、即ち培地に添 加した場合、その原形質体はα- アミラーゼ遺伝子の発現の増加に反応し、認識 部位が原形質膜の外側にあることを示した。GAのシグナルを細胞質を通して伝 達するGA受容体の機構に沿った分子レベルの現象と、α- アミラーゼと加水 分解酵素をコードする遺伝子の発現の最終的な引き金については殆どわかってい ない(Bushおよび Jones 1990、Gilroyおよび Jones 1992)。 オオムギの高pIα- アミラーゼの機能的解析は、ジベレリン応答複合体(GARC )を、GA応答を媒介するピリミジンTAACAAA ボックス及びTATCCAC ボックスと 同定した(Skriver ら 1991、Gugler及び Jacobsen 1992、Gubler 1995)。更に 、アブシジン酸の活性が同じ複合体によって介在されるという証明がなされてい る。オオムギの低pIアミラーゼプロモーターの解析は、GAは似通ったシス活性 因子を通して効くが、ピリミジンボックスの上流の追加のシス活性因子も重要で ある事を示した(Lanahan ら1992)。In vitroで核蛋白質に結合するDNA 配列は 、穀類α- アミラーゼプロモーターでDNase1フットプリンティングとゲル移動度 シフトアッセイにより同定された(Ou-Leeら 1988、Rushton ら1992、Sutliff ら 1993、 Goldmanら 1994)。最近の二つの研究では、コムギ及びオオムギのα - アミラーゼプロモーターのGARC配列が、遺伝子発現を調節する核酸転写因子の ための結合部位として振る舞い得ることが示された。Sutliff ら(1993)はオオ ムギの低pIα- アミラーゼ遺伝子配列にin vitroで結合するオオムギ糊粉層から の核酸因子を特徴付けた。GA依存性結合因子は、TAACAGA ボックス及びTATCCA T ボックス並びに基部の配列と符合する配列に特異的に結合することが示された 。この結合因子が、両方の因子に結合する単一の核酸蛋白質を含有するか、異な る結合特異性を持つ2か、またはそれ以上の蛋白質から成るかは未だ明らかでは ない。Rushton ら(1992)はGA処理したオートムギの原形質から得た核酸因子 が低pIコムギα- アミラーゼプロモーターのボックス2、並びにピリミジン及びT AACAGA 因子に特異的に結合することを実証した。α- アミラーゼ発現調節 におけるこれらの蛋白質の機能は決定されていない。更に、DNA と蛋白質の相互 作用の実証は、通常の当業者に、DNA 結合蛋白質または前記蛋白質のコード遺伝 子の単離を、または例えばα- アミラーゼ及びβ- グルカナーゼ及びその他のよ うな麦芽形成酵素をコードする遺伝子の発現を、調節における前記蛋白質の役割 の決定を、可能にさせるような有意な指針を提供しない。 本発明のひとつの態様は、種子特異的ジベレリン制御MYB ポリペプチド、種子 発現ジベレリン制御MYB ポリペプチド、またはその他のジベレリン制御ポリペプ チドをコードするか、またはコードする配列に相補的な、単離された核酸配列を 提供する。 好ましくは、前記MYB は、例えば高pIα- アミラーゼ、低pIα- アミラーゼ、 EII-(1-3,1-4)β- グルカナーゼ、カテプシンβ- 様プロテアーゼ、α- グルコ シナーゼ、キシラナーゼ、アラビノフラノシダーゼ及びその他のような麦芽形成 過程に関わる加水分解酵素をコードするジベレリン制御遺伝子の発現を制御する 。 好ましくは、本発明において単離された核酸分子はcDNA、ゲノムDNA またはmD NAである。特に好ましい態様において、この核酸分子はcDNA分子である。 本発明の好ましい態様において、本発明で単離された核酸分子は、イネ(コメ )、オオムギ、コムギ、トウモロコシ、ライムギ、サトウキビ及びその他を含む 群から選択された単子葉植物から得られる。特に好ましい態様において、単離さ れた核酸分子はオオムギまたはイネ(コメ)から得られる。 本発明は、単離された核酸分子が、内因性細胞構成成分へのジベレリン制御My b 遺伝子の追加として細胞のゲノムへ組込まれる場合、この単離された核酸分子 にも及ぶ。上記の組み込まれた核酸分子は、それに含有されるMyb 遺伝子配列の ジベレリン制御発現を起こ すプロモーター配列を含んでいてもよく、または含んでいなくてもよい。 本明細書において、「ジベレリン制御MYB」もしくは「GAMYB」又は同様の用語 は、MYB 転写因子のクラスに属するポリペプチドを意味し、その合成及び/また は活性は植物の細胞、特に種子、または発芽幼植物において通常ジベレリンによ って制御され、そしてそれは (i)茎の伸張、開花、葉の発達、結実とその成長、雌雄の決定、発芽及びその 他を含む群から選択された植物の分化過程;または (ii)種子の休止状態、発芽、乾燥工程後の加水分解酵素の量、マッシュ濾過特 性、沈殿形成、アルコール含有量およびその他を含むリストから選択された麦芽 形成の特徴、ただし、ここで前記加水分解酵素はGA制御加水分解酵素群、特に高 pIα- アミラーゼ、低pIα- アミラーゼ、EII-(1-3,1-4)β- グルカナーゼ及び カテプシンβ- 様蛋白質分解酵素、およびその他を含むリストから選択される; に関与する遺伝子の発現を調節する。 本発明において定義されるGAMYB は更に他の植物ホルモン、例えばアブシジン 酸によって制御されているらしい。 本明細書の「ジベレリン制御Myb 遺伝子」、「GAMyb」という用語またはそれ に類する用語は、発現についてジベレリン制御MYB ポリペプチドの活性を含有す るアミノ酸配列を含んで成るポリペプチドをコードする遺伝子を定義するために 用いられる。 本明細書において「遺伝子」は、その最も広義に解釈され、そして (I)転写の及び/または翻訳の調節配列、及び/またはコード領域及び/ま たは非翻訳領域(即ち、イントロン、5’及び3’末端の非翻訳領域)からなる 通常のゲノム遺伝子;または (II)コード領域(即ち、エクソン)及び、遺伝子の5’及び3’末端の非翻 訳配列に対応するmRNAまたはcDNA; を包含する。 「遺伝子」という用語は、機能的産物の全てまたは一部をコードする、合成の または融合した分子を指して用いられる。好ましいジベレリン制御Myb 遺伝子は 、天然に存在するジベレリン制御Myb の遺伝子から通常の組み換え技術によって 得られるであろう。一般に、ジベレリン制御Myb 遺伝子は突然変異誘発に曝され ると1のまたは複数のヌクレオチドの置換、欠失、及び/または付加を起こすで あろう。本発明のジベレリン制御Myb 遺伝子のヌクレオチド挿入誘導体は、1、 または複数のヌクレオチドの配列内部への挿入並びに5’及び3’末端での融合 を含む。挿入ヌクレオチド変異体では、得られる生成の適当なスクリーニングと 共にランダムな挿入も可能であるが、1または複数のヌクレオチドがヌクレオチ ド配列の所定の部位に導入される。欠失変異体は配列から1または複数のヌクレ オチドが削除されることによって特徴づけられる。置換ヌクレオチド変異体は、 配列の少なくとも1のヌクレオチドが削除され異なるヌクレオチドがその位置に 挿入されたものである。そのような置換は「沈黙」(silent)でもよく、この場 合はその置換はコドンで定義されるアミノ酸を変更しない。または、置換は1の アミノ酸を他の似通った挙動をするアミノ酸、または似た電荷、極性もしくは疎 水性を持つアミノ酸に換えるようにデザインされていてもよい。 本発明の他の態様は、配列番号1または配列番号3に示される配列に一致する かもしくは相補的か、または、それらの相同体、類似体もしくは誘導体のヌクレ オチド配列、あるいは配列番号1または配列番号3の全てかまたは一部と少なく とも約40%、より好ましくは少なくとも約55%、さらにより好ましくは少なくと も約65%、さ らにより好ましくは少なくとも約75-80 %、そして更に好ましくは少なくとも約 85-95 %のヌクレオチド相同性を有するヌクレオチド配列を含んで成る単離され た核酸分子に向けられる。 この観点によれば、上記核酸分子は、植物ジベレリン制御MYB ポリペプチドを コードするか、又はそれをコードするヌクレオチド配列に対して相補的である。 好ましい様態において、核酸分子はイネ(コメ)、オオムギ、コムギ、トウモ ロコシ、ライムギ、及びサトウキビを含む群から選択された単子葉植物から供給 される。特に好ましい態様において、単離された核酸分子はオオムギまたはイネ (コメ)から供給される。 配列番号1に示すヌクレオチド配列は、ジベレリンの外からの添加に応答して オオムギ糊粉細胞中で発現するオオムギGAMyb cDNA配列(HvGAMyb)に関係して いる。好ましくは、そこにコードされているポリペプチドは、α- アミラーゼ、 特に高pIα- アミラーゼ及び低pIα- アミラーゼ、β- グルカナーゼ、特にEII- (1-3,1-4)β- グルカナーゼ、プロテアーゼ群、特にカテプシンβ- 様プロテア ーゼ、αグルコシダーゼ、キシラナーゼ、及びアラビノフラノシダーゼ及びその 他を含む麦芽形成過程に関与する多くの遺伝子の発現を制御する。より好ましく は、そこにコードされているポリペプチドは、糊粉細胞中で、少なくともオオム ギα- アミラーゼ遺伝子の発現を制御する。 配列番号3に示されたヌクレオチド配列は、オオムギGAMy cDNA 配列に対する イネ(コメ)の相同体に関し、これを以下「イネ(コメ)GAMyb」または「OsGAM yb」と示す。イネ(コメ)GAMyb cDNA クローンの単離及び特徴付けの詳細は、 本明細書に組み入れられた実施例より提供される。 本発明の目的においては、ヌクレオチド配列の「相同体」は、本 発明の核酸分子と機能的に同じ単離された核酸分子、またはその相補的ヌクレオ チド配列を意味すると理解すべきであり、配列内に1またはそれ以上のヌクレオ チドの置換、挿入、欠失又は再構成(rearangement)が起こっていることによっ て妨げるものではない。 本明細書に提示されるヌクレオチド配列の「類似体」は、本発明の核酸分子と 実質的に同じ単離された核酸分子、またはその相補的ヌクレオチド配列を意味す ると理解すべきであり、通常は単離された核酸分子に存在しない非ヌクレオチド 構成物、例えば炭水化物、放射性ヌクレオチドを含む放射性物質、伝達分子、例 えばDIG、アルカリフォスファターゼ、ホースラディッシュペルオキシダーゼ及 びその他の存在を妨げるものではない。 本明細書に提示されるヌクレオチド配列の「誘導体」は、その配列またはその 一部に対して有意な配列類似性を含む任意の単離された核酸分子を意味するもの と理解すべきである。一般に、本発明のヌクレオチド配列は、突然変異誘発に曝 されると、1または複数のヌクレオチド置換、欠失、及び/または挿入を生じる であろう。本発明のヌクレオチド配列のヌクレオチド挿入誘導体は、配列内への 1または複数のヌクレオチドまたはヌクレオチド類似体の挿入、並びに5’及び 3’末端の融合を含む。挿入ヌクレオチド配列変異体は、ランダムな挿入も最終 生成物の適当なスクリーニングによって可能であるが、1またはそれ以上のヌク レオチドまたはヌクレオチド類似体が上記配列のヌクレオチド配列のあらかじめ 決められた部位に導かれたものでもよい。欠失変異体はヌクレオチド配列からの 、1またはそれ以上のヌクレオチドの削除により特徴づけられる。置換ヌクレオ チド変異体は、そこで、配列の少なくとも1のヌクレオチドが削除され、異なる ヌクレオチドまたはヌクレオチド類似体がその部位に挿入されるものである。 本発明の更なる態様は、少なくとも低いストリンジェンシー条件下で、配列番 号1または配列番号3に示す核酸分子もしくはその相補的鎖またはその相同体、 類似体または誘導体にハイブリダイゼーション可能な単離された核酸分子を提供 する。 好ましくは、上記核酸分子は植物ジベレリン制御MYB ポリペプチドをコードす るか、またはコードする核酸分子に相補的である。 より好ましくは、上記核酸分子は、ジベレリン制御MYB ポリペプチドをコード するか、又はそれをコードする核酸分子に対して相補的であり、そして少なくと も、低いストリンジェンシー条件下で配列番号1に示す核酸分子の全部又はヌク レオチドの1 から400 残基もしくは710 から2220残基から成る部分または、これ らの相補鎖もしくは相同体、または類似体もしくはその誘導体にハイブリダイゼ ーション可能な核酸分子である。 特に好ましい形態においては、上記のヌクレオチド分子は、植物起源のMYB ポ リペプチドの保存されているR2及びR3ドメインまたはそれらの一部のみをコード しているのではなく、または、それをコードしている核酸分子のみに相補的なの ではなく、または低いストリンジェンシー条件下で、同じくコードされた配列番 号1に示される核酸分子の401 から709 ヌクレオチド残基のみとハイブリダイズ しまたはそれらの鎖に相補的な核酸分子のみではない。 他の好ましい形態において、核酸分子は、ジベレリン制御MYB ポリペプチドを コードするか、又はそれをコードする核酸分子に対して相補的であり、そして少 なくとも低いストリンジェンシー条件下で配列番号3に示される核酸分子の全部 又は1 から671 ヌクレオチド残基もしくは816 から2352ヌクレオチド残基から成 る部分又はその相補鎖、もしくは相同体、類似体もしくは誘導体にハイブリダイ ズすることができ、そしてMYB ポリペプチドの保存されたR2及びR3 ドメインをコードせず、又はそれをコードする核酸分子に相同でもない。 従って、この好ましい形態による単離された核酸分子は、低いストリンジェン シー条件下で、配列番号3に示す核酸分子の672 から815 ヌクレオチド残基に、 またはこれらの相補的鎖に完全にはハイブリダイズしない。 ストリンジェンシーの程度を決定する目的で、低いストリンジェンシーについ ては、本明細書において、ハイブリダイゼーション及び/または洗浄は、28℃か ら55℃の温度条件下で0.1 %(w/V)SDS6倍SSC 緩衝液にて行うものとする。一般 にストリンジェンシーはSSC 緩衝液濃度を落とすごとに、及び/または、SDS の 濃度を増すごとに、ハイブリダイゼーションと洗浄の温度を上げるごとに上昇す る。ハイブリダイゼーションと洗浄の条件は、当業界において既知である。核酸 分子間のハイブリダイゼーションに影響するパラメーターを明確にする目的で、 Ausubel ら(1987)の参考文献の2.10.8から2.10.16 ページを本明細書に組み入 れる。 本発明は、特に、オオムギGAMyb またはイネ(コメ)GAMyb のようなジベレリ ン制御Myb 遺伝子に向けられる。本発明は明らかに、制限はされないがコムギ、 トウモロコシ、ライムギ、サトウキビを含む植物から得られる、制限はされない が糊粉組織または胚組織及び植物由来培養細胞のような、ジベレリン制御Myb 遺 伝子、またはジベレリン制御Myb 様遺伝子のほかの由来植物をも意図している。 好ましくは、上記Myb 遺伝子またはMyb 様遺伝子は、本明細書で定義した、制限 はされないが、茎の伸張、開花、葉の分化、結実とその成長、雌雄の決定、発芽 、または麦芽形成の特徴を含む群から選択された生物学的過程に関与する遺伝子 の転写時の調整に関与する。 本発明は明らかに、配列番号1または配列番号3に示されるヌクレオチド配列 のゲノムクローン相当物を意図し、及び、配列番号1または配列番号3で定義さ れたヌクレオチド配列のゲノムクローン相当物からのプロモーター、機能的誘導 体、部分断片、相同体、またはそれらの類似体に及ぶ範囲を持つ。 ジベレリン制御MYB ポリペプチドまたはジベレリン制御MYB 様ポリペプチドを コードする遺伝配列、またはその遺伝配列に相補的な遺伝配列は、天然に存在す る配列に一致するか、または、1もしくはそれ以上のヌクレオチドの置換、欠失 、及び/または付加により異なるものであろう。従って、本発明は、ジベレリン 制御Myb 遺伝子、及びジベレリン制御Myb 様遺伝子、及びそれらの機能的遺伝子 、変異体、誘導体、部分、断片、相同体、または類似物、または、機能的ではな いが少なくとも例えば、上記遺伝子の酵素的または化学的合成において、または 免疫学的に相互作用を持つ組み換え分子のジェネレーションにおいて、遺伝子プ ローブ、またはプライマー配列として有用である非機能的分子に及ぶ範囲を持つ 。 特に好ましい形態において、本明細書に開示したジベレリン制御Myb 遺伝配列 は、似通った遺伝子を、他のオオムギまたはイネ(コメ)の細胞、組織、または 器官のタイプから、または、他の植物種の細胞、組織、器官から同定し、単離す ることに使用される。 この形態により、関連するジベレリン制御Myb 遺伝配列かまたはジベレリン制 御Myb 様遺伝配列を同定する方法が意図されており、この方法は、ゲノムDNA、 またはmRNA、またはcDNAをハイブリダイゼーション可能な量のジベレリン制御My b 遺伝配列または機能的部分、相同体、類似物、またはそれらの誘導体と接触さ せ、そしてさらに上記のハイブリダイゼーションを検出する方法を包含する。 関連する遺伝配列は、組み換え体、ウィルス粒子、バクテリオフ ァージ粒子、酵母細胞、動物細胞、または植物細胞に存在するであろう。好まし くは、関連する遺伝配列は、ジベレリン制御Myb 遺伝配列を取得した種とは別の 植物種から由来する事が好ましい。より好ましくは、関連する遺伝配列は麦芽形 成過程で使用される植物、例えば、単子葉植物の、コムギ、ライムギ、トウモロ コシ、イネ(コメ)、サトウキビ及びその他、に由来する。特に好ましい形態に おいては、関連する遺伝配列はイネ(コメ)から取得される。 好ましくは、ジベレリン制御Myb 遺伝配列(即ち、後者の配列)は単子葉植物 に由来する。最も好ましい形態において、後者の遺伝配列は配列番号1または配 列番号3に示される通りである。 好ましくは、後者の遺伝配列は、同定可能なシグナルを発することができるレ ポーター分子(例えば、32Pまたは35Sの様なラジオアイソトープ、またはビオ チン標識分子)で標識されている。 本発明に意図されている他の方法は、少なくとも15ヌクレオチドの長さの2個 の核酸の「プライマー分子」を「鋳型分子」である核酸にハイブリダイゼーショ ンすることを含み、上記の鋳型分子は、関連するジベレリン制御Myb 遺伝配列、 またはそれらの機能部位、またはその相補的配列によって決定される。鋳型分子 の特異的核酸分子のコピーは、当業界で周知であるポリメラーゼ連鎖反応にて酵 素的に増幅される。 好ましくは、核酸プライマー分子は、ほかの核酸プライマー分子の水溶性混合 物に含まれる。より好ましくは、この核酸プライマー分子は実質的に純粋な形を 取る。好ましい形態において、それぞれの核酸プライマー分子は、配列番号1ま たは配列番号3に示されるヌクレオチド配列、またはそれらの相同体、類似体ま たは誘導体から得られたか、またはそれに相補的な、少なくとも15ヌクレオチド の長さのヌクレオチド配列である。 特に好ましい形態において、少なくとも1のプライマー分子は、配列番号1の 残基1 から400、または710 から2220、または配列番号3の残基1 から671、また は816 から2352に示される、MYB ポリペプチドに見られる高度に保存されたR2ま たはR3アミノ酸配列モチーフをコードしないヌクレオチド配列と実質的に同じか 相補的である。この形態によると、この核酸プライマー分子は、ポリヌクレオチ ド分子に統合され得る、ヌクレオチドであるアデニン、シチジン、グアニン、チ ミジンもしくはイノシンまたはそれらの機能的な類似体もしくは誘導体の組合せ から成る。 核酸鋳型分子は、組み換え体に、ウィルス粒子、バクテリオファージ粒子、酵 母細胞、動物細胞または植物細胞に存在するであろう。好ましくは、関連した遺 伝配列は、ほ乳類の細胞、組織、または器官に由来する。より好ましくは、関連 した遺伝配列は植物の細胞、組織、または器官に由来する。 また本発明の他の様態は、適当な宿主(例えば、原核生物、または真核生物) の中で本発明の遺伝配列を発現し、全長の、または非全長の組み換えジベレリン 制御MYB 遺伝子産物を合成せしめる。好ましくはジベレリン制御MYB 遺伝子産物 は、配列番号2または配列番号4に示されるアミノ酸配列に一致しているか、ま たは含まれている。 配列番号2及び4に示されたアミノ酸配列は、それぞれオオムギ及びイネ(コ メ)GAMYB ポリペプチドを示す。 他の形態において、本発明は、ジベレリン制御MYB の転写活性化機能を持つア ミノ酸配列を含む単離されたポリペプチド、または前記ポリペプチドの機能的な 相同体、変異体、誘導体、部分、断片、または類似体を提供する。 好ましくは、このポリペプチドはオオムギまたはイネ(コメ)GA Myb 遺伝子配列のポリペプチド産物である。 本明細書において、アミノ酸配列の「相同体」は、そこにアミノ酸の置換、付 加、または欠失があることを妨げるものではなく、配列番号2または配列番号4 に示されるアミノ酸配列に類似の触媒活性を持つポリペプチド、酵素または蛋白 質を言う。相同体は、本発明のポリペプチドを取得するところの種と同一かまた は他の植物種から単離され、取得されるであろう。 更に、相同的ポリペプチドのアミノ酸は、例えば、疎水性、親水性、疎水性モ ーメント、または抗原性及びその他のような似た特性をもつ他のアミノ酸に置き 換えられているであろう。 「類似体」はその中のいかなる非天然のアミノ酸類似物の存在を妨げるもので はなく、本発明のポリペプチドを包含する。 GAMYB ポリペプチドに関連する「誘導体」という用語は、本明細書において定 義された、完全なオオムギ、またはイネ(コメ)のGAMYB の変異体、部分、また は断片を言うこととする。誘導体は、炭水化物、酵素、蛋白質、ポリペプチド、 または、放射性または蛍光性化合物のようなリガンドが1またはそれ以上のアミ ノ酸残基に結びついている、改変ペプチドを含む。本発明のペプチドの、糖蛋白 質化した、蛍光性となった、アシル化された、またはアルキル化された形は、特 に本発明が意図するものである。更に、本発明のアミノ酸配列の断片又は部分を 持つ、配列番号2または配列番号4の誘導体は本発明の範囲にあり、それらは、 ホモポリマー、または、2またはそれ以上の本発明のポリペプチドのコピーを含 むヘテロポリマーである。ペプチドの誘導体作成の手法は当業界において周知で ある。 置換は、アミノ酸が、天然に存在するかまたは天然に存在しない異なるアミノ 酸残基に置き換えられるといったアミノ酸の変化を包 含する。このような置換は、「コンサバティブ」として分類づけされ、そこでは 、例えば、Gly ⇔ Ala、Val⇔ Ile⇔ Leu、Asp ⇔ Glu、Lys⇔Arg、Asn ⇔Gln、 または Phe⇔Trp ⇔Tyr のように、セルロース遺伝子産物に含まれるアミノ酸残 基が、似た特性を持つ他の天然アミノ酸に置き換えられている。 本発明に包含される置換は、「非−コンサバティブ」であってもよく、本明細 書で記述したセルロース遺伝子産物に存在するアミノ酸残基が、異なる群の天然 に存在するアミノ酸のような、異なる特性を持ったアミノ酸残基に置換されるか (例えば、電荷を持つ疎水性のアミノ酸をアラニンに置換する)、または、天然 に存在するアミノ酸残基が非−常用のアミノ酸に置換されている。本発明に包含 される非−コンサバティブアミノ酸は、表2に示すものを含むが、これに制限さ れない。 アミノ酸置換は典型的には単一の残基で起こるが、複数の残基で起こり得、そ れが集まっている場合と分散している場合がある。 アミノ酸欠失は、挿入がいくらかの長さで起こってもよいが、通常約1 から10 アミノ酸残基の大きさで起こると思われる。欠失及び挿入は、N 末端又はC 末端 で生ずるがまたは、内部に欠失または挿入が起こってもよい。一般にアミノ酸配 列内の挿入は、アミノ末端またはカルボキシル末端での融合より小さく、1 から 4 アミノ酸残基の大きさであろう。 本発明は、少なくとも2の似通ったアミノ酸繰り返し領域を持つジベレリン制 御MYB ポリペプチドのコード遺伝子によって特徴づけられるジベレリン制御Myb 遺伝子にわたる範囲を持ち、この繰り返し構造は、そのそれぞれから18から19残 基離れた2 から3 の保存されたトリプトファン残基を伴い、本明細書で「R2」及 び「R3」と呼ぶ構造的な特徴を示す。いかなる学説または実施の様式に拘束され る事無く、この保存されたトリプトファン残基はMYB 転写因子のDNA 結合部位の 安定に重要な役割を果たすらしい(Ogata ら 1992)。 R2及びR3モチーフはMYB 関連蛋白質において保存されているにもかかわらず、 細胞中の特定なMYB ポリペプチドの役割を明らかにするものではなく、MYB 関連 蛋白質は多種なため、このような高度に保存されたモチーフを使うことは、例え ばα- アミラーゼのような既知の遺伝子の転写活性化に関与する特定のMYB 関連 ポリペプチド、またはこれをコードするcDNAの単離する端的な方法ではない。 本発明は、HvGAMyb またはOsGAMyb のR2部位及びR3部位に少なくとも約85%の 同一性を持ち、それ以外の領域では低い配列同一性の、保存されたR2部位及びR3 部位を含むポリペプチドをコードするジベレリン制御Myb 遺伝子に及ぶ範囲を持 つ。このようなGAMYB ポリペプチドは、オオムギ及びイネ(コメ)のGAMYB ポリ ペプチドが結合するTAACAAA ボックス、またはTAACAAA 様ボックスと同じGA応答 因子に結合する。 好ましくは、R2及びR3の構造上の特徴は、隣り合っていること、GAMYB ポリペ プチドのN 末端に、またはその付近に位置していること、及び配列番号2 のアミ ノ酸配列の42から145 アミノ酸残基に、または、配列番号4の93から143 アミノ 酸残基に、少なくとも85%の同一性を持つことである。より好ましくは、R2及び R3領域は、配列番号2に示されたアミノ酸配列の42から145 アミノ酸残基と、ま たは、配列番号4の93から143 アミノ酸残基と実質上同一である。 関連する形態において本発明は、 (I)ジベレリン制御MYB ポリペプチドの構造的特徴のR2及びR3を含み;そし て (II)R2またはR3部位とは異なった、配列番号2または配列番号 4に示された配列、またはそれらの相同体、類似物、誘導体、または部分と少な くとも40のアミノ酸配列同一性を持つ; 単離ポリペプチドを提供する。 好ましくは、アミノ酸同一性の割合は、少なくとも60%、より好ましくは少な くとも80%、そして更により好ましくは、91%93%または95%も含め、少なくと も90%である。 特に好ましい形態において、本発明は、 (I)配列番号2の42から145 アミノ酸残基、または配列番号4の93から143 アミノ酸残基に対し、少なくとも85%の同一性を持つアミノ酸配列を含む、ジベ レリン制御MYB ポリペプチドの構造上の特徴R2及びR3を含み;そして (II)上記の特徴点とは異なる配列番号2または配列番号4に示される配列、 またはそれらの相同体、類似物、誘導体もしくは部分に対し、少なくとも75%の アミノ酸配列同一性を持つ、 単離ポリペプチドを提供する。 関連する形態において、本発明は、配列番号2または配列番号4に示されたア ミノ酸配列の「sequencably pure」の形を提供する。「sequencably pure」は、 本明細書において、アミノ酸配列決定を容易にする実質的な相同体として記述さ れている。さらに関連する形態において、本発明は配列番号2または配列番号4 に示されたアミノ酸配列の「実質的な相同体」を提供し、「実質的な相同体」と いう用語は、本明細書において、免疫学的な反応活性を持つ分子と相互作用する に適する形を成しているものとして定義されている。好ましくは、このポリペプ チドは、蛋白質調製物における総蛋白質のミリグラムあたりの活性に関して、少 なくとも20%の相同体、より好ましくは、少なくとも50%の相同体、更により好 ましくは、少なくとも75%の相同体、及び更により好ましくは、少なくともおよ そ95から100 %の相同体である。 本発明はまた、配列番号2または配列番号4に示されるアミノ酸配列の部分を 含むか、または、これらの全てか、または一部に少なくとも40%以上の相同性を 持つ合成ペプチドに及ぶ範囲を持ち、配列番号2または配列番号4に示されたこ のアミノ酸配列はジベレリン制御MYB ポリペプチドである。 特に好ましい形態において、本発明は、配列番号2の1 から14までのアミノ酸 残基、または配列番号2の481 から494 までのアミノ酸残基を含むか、またはそ れらの相同体、類似物、または誘導体を提供する。 関連する形態において、本発明は、 (I)MYRVKSESDCEMMHC、または (II)CGAGDTSSHPENLRP、 のアミノ酸配列か、またはそれらの相同体、類似物もしくは誘導体を含む合成ペ プチドを提供する。 組み換えジベレリン制御MYB 遺伝子産物、またはそれらの部分断片、機能的誘 導体、合成ペプチド、または三次元構造は、抗体、または、例えばFab、SCABS (単鎖抗体)のようなそれらの機能的誘導体、または酵素性の、放射性の、また は、蛍光性の標識と連結した抗体、のような免疫学的な相互作用をする分子の生 産に使用され、その組み換え産物はジベレリン制御MYB 遺伝子産物の全て、また は一部に対する抗体と免疫学的に反応する事が要求される。 この態様により、本発明は、 (I)ジベレリン制御MYB の転写活性化機能またはそのポリペプチドの機能的 変異体、誘導体、部分、断片、または類似物を含み;そして (II)配列番号2または配列番号4に示されたアミノ酸配列と実 質的に同一か、またはこれらの全てか、または一部に対して、少なくとも40%以 上の同一性を持つ; アミノ酸配列を含むポリペプチドに結合する抗体を提供する。 特に好ましい形態において、抗体は、本明細書において定義された合成ペプチ ドに対して作成され、 (I)MYRVKSESDCEMMHC、もしくは (II)CGAGDTSSHPENLRP、 のアミノ酸配列、または、それらの相同体、類似物、または誘導体に結合可能で ある。 組み換え体ジベレリン制御MYB ポリペプチドの抗体は、特に、ジベレリン制御 Myb 遺伝配列、及びジベレリン制御Myb 様遺伝配列の単離のためのスクリーニン グに有用である。ジベレリン制御Myb 遺伝配列、及び、ジベレリン制御Myb 様遺 伝配列の検出の成功のためには、ジベレリン制御MYB ポリペプチドに結合する抗 体によって認識される少なくともひとつのエピトープを持つポリペプチドを、上 記の遺伝配列が発現し、生産すればよい。 好ましくは、検出を容易にする発現を得るためには、関連するジベレリン制御 Myb 遺伝配列、及びジベレリン制御Myb 様遺伝配列を、例えば、細菌性lac プロ モーターの様なプロモーター配列の後ろに、機能が発揮されるように位置させる 。この好ましい形態により、ジベレリン制御ポリペプチドに結合する抗体は、上 記のジベレリン制御Myb 遺伝配列、及び、ジベレリン制御Myb 様遺伝配列の発現 が可能なプラスミドまたはバクテリオファージの存在の検出に使用され、よって これらの精製に有用である。 それらの抗体は、モノクローナル抗体、またはポリクローナル抗体で、ジベレ リン制御MYB 遺伝子産物のエピトープ、ペプチド断片、または合成ペプチドに対 して天然にできる抗体から選択され、特 に、組み換えジベレリン制御MYB 遺伝子産物に対して作られるであろう。ポリク ローナル抗体、及び、モノクローナル抗体とも、適当な遺伝子産物か、または、 遺伝子産物のエピトープ、またはペプチド断片による免疫によって取得できる。 また、Fab 断片のような抗体の断片も使用できるであろう。更に、本発明は、組 み換え及び、合成抗体、及び抗体ハイブリッドに及ぶ範囲を持つ。本明細書にお いて、「合成抗体」は、抗体の断片、及びハイブリッドを含んで指す。 本発明の核酸分子はまた、ジベレリン制御Myb 遺伝子配列を発現し、これによ って、制限はされないが、α- アミラーゼ、EII-(1-3,1-4)β- グルカナーゼの ようなβ- グルカナーゼ、カプシンβ- 様プロテアーゼのようなプロテアーゼ、 αグルコシダーゼ、キシラナーゼ、アラビノフラノシダーゼ、及びその他のよう な加水分解麦芽酵素をコードする遺伝子の発現を増加させる、遺伝子構成物の開 発に有用である。 この形態により、ジベレリン制御Myb 遺伝子のコード領域が、プロモーターの 後に、MYB ポリペプチドが上記プロモーターの制御下で発現できるように、正し い方向で、機能が発揮されるように位置される。 特に好ましい形態において、ジベレリン制御Myb 遺伝子配列は、配列番号1に 示されたオオムギGAMyb 遺伝配列、またはイネ(コメ)GAMyb 遺伝配列である。 本発明の核酸分子はまた、アンチセンスまたはリボゾーム分子に使用する遺伝 子構造物の開発に、または、特にオオムギ、またはイネ(コメ)のGAMyb につい てジベレリン制御Myb 遺伝子の補・抑制に、有用である。内因性のジベレリン制 御Myb 遺伝子を標的にすることによって、発現は縮小され、減少され、または、 特にα- アミ ラーゼのような麦芽酵素の発現が減少されるに至るまで低下される。 好ましくは、GAMyb 遺伝配列の発現の減少はまた、例えば高pI及び低pIα- ア ミラーゼのようなα- アミラーゼ、EII-(1-3,1-4)β- グルカナーゼのようなβ- グルカナーゼ、カプシンβ- 様プロテアーゼのようなプロテアーゼ、αグルコ シダーゼ、キシラナーゼ、アラビノフラノシダーゼ、及びその他のような麦芽酵 素をコードする遺伝子の発現を減少させる。 補・抑制(Co-suppressim)は、その遺伝子の1またはそれ以上のコピー、また は、実質的に同一の遺伝子の1またはそれ以上のコピーが細胞に導入されるとき に起こる、内因性遺伝子の発現の減少である。本発明はジベレリン制御MYB ポリ ペプチドをコードする遺伝子の発現を阻害する補・抑制の利用に及ぶ範囲を持つ 。 好ましくは、補・抑制分子が標的にする遺伝子は、配列番号1に示されたヌク レオチド配列を含むオオムギGAMyb、または配列番号3に示されたヌクレオチド 配列を含むイネ(コメ)GAMyb である。 本発明の文脈において、アンチセンス分子は、通常に転写されるとMYB ポリペ プチドに翻訳され得る「センス」mRNA分子をつくる核酸遺伝子の相補鎖から転写 されるRNA 分子である。従って、このアンチセンス分子は、センスmRNAかまたは その部分に対して相補的である。本発明のいかなる特定の機序に対するアンチセ ンス分子の使用様式も制限されないが、このアンチセンスRNA 分子はセンスMRNA の翻訳、及び、それに続くポリペプチド遺伝子産物の合成を阻害し、遅滞させ、 減少するであろうセンスmRNAとの塩基ペアリングによって二本鎖mRNAを形作る能 力を備えている。好ましくは、本発明のアンチセンス分子は、本明細書で定義さ れたオオムギまたはイネ(コメ)GAMyb 分子を標的にする。 特に好ましい形態において、本発明は、オオムギ、コムギ、ライムギ、イネ( コメ)、トウモロコシ、またはサトウキビまたはその他を含む群から選択される 単子葉植物においてGAMyb 遺伝子の発現を減少させるのに有用な、配列番号3に 示されたOsGAMybcDNA 配列の3’末端、またはその相補的鎖、相同体、類似物、 または誘導体を含むアンチセンス分子を提供する。最もこのましい形態において は、アンチセンス分子は、アンチセンス分子を発現するトランスジェニック植物 において、OsGAMyb 遺伝子(即ち、イネ(コメ)GAMyb 遺伝子)の発現を減少さ せ得る。好ましくは、GAMyb 遺伝子の発現の減少は、同じ遺伝子型の非導入の植 物か、または、同じ種に属する他の植物における発現に比較して、少なくとも10 %、より好ましくは、少なくとも20%、更により好ましくは少なくとも50%、更 により好ましくは少なくとも75%、及び、更に好ましくは少なくとも90%である 。 リボザイムは、標的センスmRNA中の少なくとも5個の連続ヌクレオチド塩基を それぞれが有する2カ所の領域に相補的なハイブリダイゼーション領域を持つRN A 合成分子である。更に、リボザイムは、標的のセンスMRNAを自動的に切断する 、高い特異性を持つエンドリボヌクレオチドクレアーゼ活性を持っている。リボ ザイムの機能の全てはHaseloff 及びGerlach (1988)、及び、国際特許出願番 号WO89/05852に記述されている。本発明はジベレリン制御MYB ポリペプチドをコ ードするセンスmRNAを標的とし、このセンスmRNAとハイブリダイズしてこれを切 断し、もはや、それが翻訳されて機能的なポリペプチド産物を合成できない様に する。好ましくは本発明のリボザイム分子は、オオムギの GAMyb mRNA分子を標 的とする。 この形態により、本発明は、ジベレリン制御MYB ポリペプチドをコードするセ ンスmRNAと水素結合複合体をつくることができ、上記 のmRNAの翻訳を減少させる事ができる、少なくとも5個の連続したヌクレオチド 塩基を持つリボザイム、または、アンチセンス分子を提供する。好ましいアンチ センス、及び/またはリボザイム分子が、標的分子のすくなくとも約10から20の ヌクレオチドにハイブリダイズしても、本発明は、少なくとも50から100 ヌクレ オチドの長さにハイブリダイズする分子、または、ジベレリン制御 Myb mRNAの 全長か、または実質的に全長にハイブリダイズできる分子に及ぶ範囲を持つ。 特に好ましい形態において、アンチセンス分子は、標的のmRNAの約1000から15 00ヌクレオチドにハイブリダイズできる。 ヌクレオチドの置換、及びその他を含む改変は、ジベレリン制御MYB ポリペプ チドをコードする遺伝子の発現の阻害におけるその分子の効果を壊すことなく、 本発明のアンチセンス、及び/またはリボザイムに起こるであろう事は、当業界 において周知である。従って、本発明の範囲に、同じコードの上記遺伝子のいか なるヌクレオチド配列変異体、相同体、類似物、または断片も含まれ、上記ヌク レオチド配列変異体が、転写されれば、上記センスmRNAにハイブリダイズできる アンチセンス、及び/またはリボザイム分子を生産できることのみが要求される 。 遺伝子標的は、細胞中で内因性遺伝子配列が、それがハイブリダイズする関連 DNA によって置換されることで、内因性遺伝子の形、及び/または機能が変化せ られ、引き続く細胞内の現象が変化せられる。この形態により、少なくとも配列 番号1または配列番号3に定義されたDNA 配列の一部、または関連するジベレリ ン制御Myb 遺伝配列は、内因性のジベレリン制御Myb 遺伝子を持つ細胞に導入さ れ、上記の遺伝配列を置換して、上記のジベレリン制御Myb 遺伝子を変化せしめ るであろう。 さらに、上記ジベレリン制御Myb 遺伝配列のポリペプチド産物は、異なるDNA 親和性/特異性、及び/または、転写活性化活性、及び/または、発現特性を持 ち、翻って、上記ポリペプチドに制御される遺伝子の改変された発現をもたらし 、好ましくは、この遺伝子は、例えば、特に高pI及び低pIα- アミラーゼのよう なα- アミラーゼ、特に EII-(1-3,1-4)β- グルカナーゼのようなβ- グルカナ ーゼ、特にカプシンβ- 様プロテアーゼのようなプロテアーゼ、αグルコシダー ゼ、キシラナーゼ、アラビノフラノシダーゼ、及びその他のような麦芽過程に関 与する。 本発明は、配列番号1または配列番号3に示される配列と同一かまたは相補的 なジベレリン制御Myb 遺伝配列または、それらの機能的誘導体、部分、相同体、 類似物の発現を容易にするようにデザインされた遺伝子構造物、または、センス 分子、アンチセンス分子、リボザイム分子、補・制限分子、または上記の遺伝子 を含む、遺伝子を標的とする分子の発現を容易にするようにデザインされた遺伝 子構造物に及ぶ範囲を持つ。 本発明の上記遺伝子構成物は、前述のセンス、アンチセンス、リボザイム、ま たは補・制限核酸分子、及び、ジベレリン制御MYB ポリペプチドをコードする核 酸分子をコードするか、またはこれに相補的で、真核細胞、好ましくは植物細胞 中で上記核酸分子の発現の制御が可能なプロモーター配列の制御下に機能を発揮 できるように位置される遺伝子を標的とする分子を含む。上記遺伝子構造体は、 プロモーター、及びセンス、またはアンチセンス、またはリボザイム、または補 ・制限、または遺伝子を標的とする核酸分子に加え、オプションでターミネータ ー配列を含むことがある。 「ターミネーター」は、転写の終止のシグナルを持つ、転写単位の終末端のDN A 配列を指して言う。ターミネータは、一次転写物の 3’末端へのポリアデニン配列の付加を促進する、ポリアデニル化シグナルをも つ3’非転写DNA である。植物細胞中で活性なターミネータは参考文献に記述さ れ、知られるところである。それらは細菌類、真菌類、ウィルス、動物、及び/ または植物より単離されるであろう。本発明の遺伝子構造物に使用するに特に適 当なターミネータの例は、アグロバクテリウム・チュメファシエンス(Agrobacte rium tumefaciens)のノパリン合成(NOS)遺伝子ターミネータ、カリフラワーモザ イクウィルス(CaMV)35S遺伝子ターミネータ、および、ゼア・イイズ(Zea ma ys)のチェイン(zein)遺伝子ターミネータである。 本明細書において「プロモーター」は最も広義に解釈され、転写開始の促進に 必要なTATAボックスを含み、CCCAATT ボックス及び更なる制御因子(即ち、上流 活性化配列、エンハンサー、サイレンサー)を伴うか、または伴わない、発達段 階の及び/または外因の刺激に反応し、組織特異的様式で、遺伝子の発現を変化 させる、古典的ゲノムの転写制御配列を包含する。プロモーターは、通常、必ず ではないが、その遺伝子の発現に関与する構造遺伝子の上流か、または5’末端 に位置する。更にプロモーターを含む制御因子は、通常、遺伝子の転写開始部位 の2kb 内に位置している。 本明細書において、「プロモーター」という用語は、植物細胞において、上記 のアンチセンス、リボゾーム、補・制限核酸分子の発現を誘発し、活性化し、ま たは促進する、合成または融合分子、または誘導体を指して用いられる。好まし いプロモーターは、1またはそれ以上の特異的制御因子の付加的なコピーを含み 、アンチセンス、またはリボゾーム、または補・抑制分子の発現を抑制し、上記 のセンス、またはアンチセンスまたはリボゾーム、または、補・抑制、または遺 伝子を標的とする分子の空間的な発現、及び/または 時間的な的な発現を変化させる。例えば、銅の誘導能を司る制御因子は、センス 、またはアンチセンス、またはリボゾーム、または補・抑制分子の発現を起動す る異種のプロモーター配列に合わせて位置され、上記の分子の発現によって銅の 誘導能が与えられる。 センス、またはアンチセンス、またはリボゾーム、または補・抑制分子が、プ ロモーター配列の制御の下に置かれていることは、上記の、そのように位置され ている分子の発現がプロモーター配列によって制御されていることを意味する。 プロモーターは一般に、それが制御する遺伝子の5’(上流)に位置している。 異種プロモーター/構造蛋白質の組合せを構築する時は、一般に、そのプロモー ターを、その遺伝子の転写開始部位から、プロモーターとそれが制御する遺伝子 の天然の場合の間隔、即ち、そのプロモーターを取得した遺伝子での距離間隔と ほぼ等しい間隔に離して位置させる事が好ましい。当業界において周知の通り、 この間隔の幾分かの変更は、プロモーターの機能を損なうことなく適応され得る 。同じく、異種遺伝子がその制御下に置かれるような、制御配列因子の好ましい 配置は、天然での、即ち、それが取得された遺伝子での因子の位置により決定さ れる。これも当業界において周知の通り、この間隔に幾分か変更があっても機能 する。 本発明の遺伝子構成物への使用に適するプロモーターの例は、植物細胞内で機 能できる、ウィルス性、菌性、細菌性、動物性、及び植物性のプロモーターであ る。プロモーターは上記分子の発現を、発現が起こる組織に関して、または、発 現が起こる発生の段階に関して、または、物理的ストレス、植物病原体、金属イ オン及びその他の外因性刺激に応えて、本質的に、または特異的に制御している と思われる。好ましくは、このプロモーターは、植物細胞のセンスまたはリボゾ ーム、またはアンチセンス、または補・抑制分子、ま たは遺伝子標的の発現を制御できる。好ましいプロモーターの例は、CaMV 35Sプ ロモーター、NOS プロモーター、オクトピンシンターゼ(OCS)プロモーター、 イネ(コメ)Actin 1遺伝子プロモーターおよびそれに類するものである。プロ モーターはまた、ジベレリン制御MYB ポリペプチドをコードするゲノムクローン 、好ましくは、オオムギまたはイネ(コメ)GAMyb 遺伝子から取得されよう。 最も好ましい形態において、このプロモーターは、例えば、トウモロコシ、コ ムギ、イネ(コメ)、サトウキビ、オオムギ、またはライムギ及びその他のよう な単子葉植物において発現できる。 本発明による特に好ましいプロモーターは、これに制限されないが、イネ(コ メ)Actin 1プロモーター、CaMV S35プロモーター、ユビキノンプロモーター1 (Ubi 1)、α- アミラーゼプロモーター、または EII-(1-3,1-4)β- グルコシ ナーゼプロモーター、の配列を含む。 この態様により、ひとつの様態は、配列番号1または配列番号3に定義された ヌクレオチド配列のゲノムクローン相当物、または、それらの相同体、類似物、 または誘導体からのプロモーター、または、その機能的誘導体、部分断片、相同 体、または類似物を含む遺伝子構成物に施される。 本発明の遺伝子構成物は、麦芽形成の特性を増強することで穀類の生産に特に 有用である。このように増強される麦芽形成の特性は、これにより制限されない が、休止状態期間の変更、より揃った種子の発芽、麦芽形成に必要な、乾燥後の 加水分解酵素の高い活性、マッシュのより迅速な濾過、より少ない沈殿による濁 り、及び最終産物での変更されたアルコール含有量を含む群から選択される。好 ましい形態において、上記の穀類は、コムギ、オオムギ、イネ(コメ)、ライム ギ、トウモロコシ、またはサトウキビを含む群から選 択される単子葉植物である。特に好ましい様態において、この穀類はオオムギで ある。 本発明のセンス、またはアンチセンス、またはリボゾーム、または補・抑制分 子を持つ組換えDNA、及び/または同じものを持つ遺伝子構成物は、植物の組織 に導入され、当業者において周知の様々な方法により、「トランスジェニック植 物」が作られる。定められた植物、または、植物組織の特定の型に対して使用す る手法は、既知の成功した手法に依存している。組み換えDNA の植物組織への導 入の方法は、これに制限されないが、DNA のトランスフォーメーション(Paszko wskiら 1984)、エレクトロポーレイション(Fromm ら1985)、またはマイクロ インジェクション(Crosswayら 1986)、またはAgrobacterium から植物組織へ のT-DNA 媒介転移を含む。典型的なT-DNA ベクターは以下の参考文献に記述され ている、Anら(1985)、Herrera-Estrellaら(1983 a,b)Herrera-Estrellaら( 1985)。植物組織に導入されると、導入された遺伝子の発現は短期的な発現系で 検出され、それは植物ゲノム内での安定な融合の選択の後に決定されるであろう 。植物組織のin vitro培養に対して、及び、多くの場合、植物体への再構成に対 する手法が周知である。はじめに形質転換された植物からの導入された遺伝子の 、商業上有用な栽培品種への移転の手法は当業界において周知である。 本発明の更なる態様は、前述のセンス、またはアンチセンス、またはリボゾー ム、または補・抑制、または遺伝子を標的にする分子を持つ穀類植物、及び/ま たは、同じものを持つ遺伝子構成物のような、トランスジェニック植物に及ぶ範 囲を持つ。好ましくは、トランスジェニック植物は、コムギ、オオムギ、イネ( コメ)、ライムギ、トウモロコシ、またはサトウキビ、またはその他のうちから の1またはそれ以上の植物である。追加の種は排除されない。 特に好ましい形態において、本発明は配列番号1または配列番号3に示された GAMyb 遺伝配列、または、それらの相補的配列、相同体、類似物、または誘導体 により形質導入されたトランスジェニックイネ(コメ)を提供する。 最も好ましい形態において、本発明によるトランスジェニックイネ(コメ)は 、配列番号3の3’領域から取得したヌクレオチドの配列、または、その相補的 鎖、相同体、類似物、または誘導体、を持つアンチセンス遺伝子構成物により形 質導入されている。この形態の実例においては、配列番号3の1003から2113ヌク レオチド残基を含むアンチセンス遺伝子構成物によって形質導入されたトランス ジェニックイネ(コメ)が提供されている。 本発明は更に、前述の形態のどれかひとつによるトランスジェニック植物の子 孫にも及ぶ範囲を持つ。 本発明は、以下の制限的でない図、及び例示の参照により更に記述される。 図についての記述 図1は、オオムギゲノムDNA の、Bgl II(第1 列)、HindIII(第2 列)又はX ba I(第3列)による消化物と、配列番号1に示されたヌクレオチド配列の143 0から2189ヌクレオチドを含むプローブとの、サザンブロットハイブリダイゼー ション結果の写真を示す。 図2は、GAMyb 及びα- アミラーゼ遺伝子の発現に対するGA3の効果を示す。 パネル(A)は、単離されたオオムギの糊粉層をGA3の存在下または非存在下にて インキュベートし、RNA を単離して、図に見られるように、3’遺伝子特異的 G AMyb cDNAプローブまたは高pIα- アミラーゼcDNAによりプローブし、ノーザン ブロットハイ ブリダイゼーション実験した結果の写真を示す。列の上の番号は開始からのホル モン処理時間を示している。パネル(B)はGA3の添加による、GAMyb の発現誘発 の時間経過を図で示している。 図3は、GAMyb 遺伝子発現に対するGA3とABA との組合せ効果を示すノーザン ブロットハイブリダイゼーションの結果を写真で示す。単離されたオオムギ糊粉 層は、RNA の抽出に先だって、ホルモン無し(第1列)、またはGA3(第2列) 、ABA (第3列)、またはGA+ABA (第4列)のそれぞれの存在下でインキュベ ートされた。ノーザンブロットは、図2の凡例に記述されたとおり、遺伝子特異 的GAMyb プローブ(最上パネル)、または、対照として、α- アミラーゼプロー ブでプローブされた。 図4は、GAMyb 及びα- アミラーゼ遺伝子発現量に対するシクロヘキシミドの 異なる効果を示すノーザンブロットハイブリダイゼーション実験の結果を写真で 示す。単離された糊粉層は、GA3又はクロロヘキシミド無し(第1列)、クロロ ヘキシミドのみ(第2列)、GA3のみ(第4列)、またはGA3+クロロヘキシミ ドそれぞれの条件で6時間インキュベートした。そして、RNA は単離され、図2 の凡例に示されるプローブでプローブ付けされた。 図5は、エフェクター構成物pAct1.GAMyb 及びpAct1.C1、並びにレポーター構 成物Am(-174)IGN 及びmTAACAAA-1の模式図を示す。 図6は、TAACAAA ボックスを含有する22塩基対α- アミラーゼプロモーター断 片へのGAMYB の結合を示す。パネル(A)は、ゲル移動度シフト測定に用いるオリ ゴヌクレオチドプローブのヌクレオチド配列の模式図を示す。プローブW は149 から128 の野生型α- アミラーゼプロモーター配列を含む(Jacobsen及び Close 1991)。プローブm 1から5は示されたようにTAACAAA ボックスに変異を持つ 。パネル(B)は、パネル(A)に記述した、アフィニティー精製した 組み換えGAMYB 蛋白質及び32p標識オリゴヌクレオチドプローブを用いたゲル 移動度シフト測定の結果を写真で示す。第1列は蛋白質非存在下でプローブW を 、第2列はプローブW 及び組み換えグルタチオンS- トランスフェラーゼ(GST) を、第3列はプローブW 及びGAMYB を、第4列はプローブm-1 及びGAMYB を、第 5列はm-2 及びGAMYB を、第6列は m-3及びGAMYB を、第7列はm-4 及びGAMYB を、第8列は m-5及びGAMYB を、第8列はm-5 及びGAMYB を含んだ。 図7は、組み換えGAMYB 蛋白質のプローブW に対する結合についての競合を示 すゲル移動度シフト測定の結果を写真で示す。標識のない競合オリゴヌクレオチ ドW (第1から3列)、m-1 (第4 から6 列)、m-2 (第7 から9 列)、m-3 ( 第10から12列)m-4 (第13から15列)、及びm-5 (第16から18列)は、標識プロ ーブW の添加に先立って、アフィニティー精製された組み換えGAMYB とインキュ ベートされた。競合DNA は図中の各ゲルの上部に示される。図中に示される各ゲ ルにおいて、左側の列(即ち、第1,4,7,10,13,16列)は、いずれの競合DNA も存 在しないで形成されたDNA −蛋白質複合体を示す。各ゲルの中央の列(即ち、第 2,5,8,11,14,17列)は、各競合DNA を10倍モル量過剰に添加した効果を示す。各 ゲルの右側の列(即ち、第3,6,9,12,15,18列)は各競合DNA を100 倍モル量過剰 に添加した効果を示す。 図8は、GAMYB 結合部位に変異を持った高pIアミラーゼプロモーターの一過性 発現の解析を示す。パネル(A)は野生型、及び変異型αプロモーター配列を示す 図である。Am(-174)IGN はGAMYB のための野生型結合部位を含む。MTAACAA-2 及 び-3は、GAMYB 結合部位に、示されるような、1塩基対変異を含む。パネル(B) は、野生型、及び変異型の高pIα- アミラーゼプロモーターのGA3への応答性を 示すグラフである。Am(-174)IGN、MTAACAAA-2及び-3が無傷の糊粉細胞に打ち込 まれ、ホルモン非存在下(対照)、またはGA3の存在下でインキュベートされた 。β- グルクロニナーゼ(GUS)の酵素活性が決定された。全てのGUS 活性量を、A m(-174)IGN の活性と比較して示す。エラーバーは平均の標準誤差を示す(n=11 )。 図9は、オオムギ糊粉細胞内での、GAMYB 蛋白質による、高pIα- アミラーゼ プロモーターの転写活性化を示すグラフを示す。使用した構成物は図5に示した 。無傷の糊粉細胞に、前述したレポーター構成物、及びエフェクター構成物を打 ち込み、ホルモン非存在下(対照)またはGA3存在下でインキュベートした。エ ラーバーは平均の標準誤差を示す(n=12から34)。 図10は、オオムギ糊粉細胞における、3種の穀類糊粉遺伝子のプロモーター 、オオムギAmy 32b 遺伝子プロモーター、オオムギ EII-(1-3,1-4)- β- グルカ ナーゼ遺伝子プロモーター、コムギカテプシンβ- 遺伝子A121プロモーターのト ランスアクチベーションを示す表を示した。P113Act.cas 及びAct1.GAMyb構成物 は実施例6に示した。プラスミド EII.IGNは、トウモロコシAdhlイントロン1/GU S/ノパリン合成3’ターミネータ配列(これも実施例6に記述されたプラスミド pAm(-174)IGNに含まれる。)を含むレポーター遺伝子カセットの上流に位置する 、EII-(1-3,1-4)- β- グルカナーゼ遺伝子プロモーターの1600bpを含む。プラ スミドmlo22 は、GUS レポーター遺伝子に連結したオオムギAmy 32b プロモータ ーを含み、Lanahan ら(1992)によって記述されている。プラスミドCBG1はGUS レポーター遺伝子に連結するコムギカテプシンβ- 様遺伝子プロモーターA121を 含み、Cjudo ら(1992)によって記述されている。無傷のオオムギ糊粉細胞は、 前述のレポーター及びエフェクター構成物を打ち込まれ、ホルモン非存在下で、 またはGA3の存在下で インキュベートされた。Dhn7構成物の場合、無傷の糊粉細胞は、ホルモン非存在 下(対照)、またはABA の存在下でインキュベートされた。GUS 活性は24時間の インキュベーションの後に決定され、対照のAct1.casエフェクター構成物と共に 打ち込んだときの、それぞれの構成物の活性と比較して示した。 図11は、オオムギ糊粉細胞における、高pIα- アミラーゼ遺伝子発現に対す るGAの提案される応答機序を図で示す。 図12は、イネ(コメ)(上)、及びオオムギ(下)GAMYB ポリペプチドの推 定されるアミノ酸配列の列を示す図を示す。MYB DNA 結合部位のR2及びR3繰り 返し配列は四角で囲んだ。両方の配列に存在する、推定される活性部位に下線を 引いた。 図13は、イネ(コメ)の内胚乳におけるGAMyb 及びα- アミラーゼ遺伝子発現 でのジベレリンの効果を示すノーザンブロットハイブリダイゼーションの結果の 写真を示す。RNA は半づきのイネ(コメ)内胚乳(Taipai309 系)から単離され (Schuurink ら1996)、10mMCaCl2で28℃、一昼夜加水分解され、10mMCaCl2、15 0 μm ml-1セフォタキシム、50単位mlニスタチン、及び、ホルモン無し(対照) 、または10−6Mジベレリン酸(GA)存在下で30℃にてインキュベートした。ブ ロッティングの後、RNA は、遺伝子特異的3’OsGAMyb プローブ(パネルa)、 低pIオオムギα-アミラーゼcDNA(パネルb)、及び、コムギリボゾームDNA クロ ーンpTA250(Gerlack 及びBedbrook 1979、パネルc)によってプローブされた。 列の上に記した番号は、処理を初めてからの時間(時間)を示す。列あたり10μ gのRNA が入れられた。 図14は、オオムギ糊粉細胞における、イネ(コメ)GAMYB による低pIα- アミ ラーゼプロモーターのトランスアクチベーションを図で示す。(A)GAMybエフェク ター構成物は、完全なオープンリーディ ングフレームを持つOsGAMybcDNA の、多クローニング部位、及びNos3’ターミネ ーターに融合したトウモロコシ ユビキチン遺伝子プロモーターを持つトウモロ コシ ユビキチン発現カセットUbil.casの多クローニング部位への挿入によって つくられよう。レポーター構成物mlo22 はGUS レポーター遺伝子に融合したオオ ムギAmy32bから成る(Lanahan ら1992)。(B)無傷の糊粉細胞は、レポーター構 成物、及びエフェクター構成物が、同時に投入され、実施例10から12に示す通り 、ホルモン非存在下(対照)、またはジベレリン酸(GA)存在下でインキュベート された。GUS 活性の抽出及び測定の手法はGublerら(1995)が記述した通りであ った。 図15は、GAMYB 融合タンパクのウェスタンブロット分析の結果を写真で示し た。パネル(a)において、GAMYB 融合タンパクが、オオムギGAMYB の1 から14ア ミノ酸を含む合成ペプチドに対して作成された精製抗体による免疫ブロッティン グにより検出された。GST はグルタシオン- S- トランスフェラーゼ、GST-GAMy b はGST-GAMYB、PIは免疫前血清、I は免疫血清。図の左側の番号は分子の量をk Da にて示す。パネル(b)において、GAMYB 融合タンパクが、オオムギGAMYB ポリ ペプチドの481 から494 アミノ酸を含む合成ペプチドに対して作成された精製抗 体による免疫ブロッティングによって検出された。免疫前血清、または免疫血清 (0.1 から10μg ml−1)がGST-GAMYB を含むブロットと共にインキュベートさ れた。パネルの左の番号は、識別される分子量をkDa で示す。 図16は、ノパリン合成ターミネーター配列のアンチセンス方向上流に位置する OsGAMybcDNA 配列に、機能可能なように連結した、偏在するプロモーター配列を 含むアンチセンス遺伝子構成物の図を示す。 図17は、OsGAMyb の構成物であるUbil.の6種のイネ(コメ) 系の姉妹細胞T 0(JSH15.2.28第1から6 列)のゲノムDNA への挿入を示すサザ ンブロットハイブリダイゼーションを写真で示す。対照プラスミド(「1コピー 」と記した列)及びゲノムDNA (第1から6 列)は、EcoRIによって消化されて いたものである。ブロットはOsGAMybcDNA の3’末端でプローブされた。 図18は、発芽中のオオムギ胚におけるHvGAMyb mRNAの量をグラフで示す。 本明細書においてアミノ酸残基に使用する1文字、及び3文字の略号は、表1 に於いて定義される。 実施例1. GAMyb cDNAの分子クローニング 単離糊粉層から調製されたオオムギ(Hordeum vulgare 品種 Himaraya)cDNA ライブラリー(Stratagene、La Jolla、California)を推測されるMybcDNA につ いてクローニングした。このライブラリーはトウモロコシC1cDNAの保存されたR2 及びR3繰り返し構造(49から106 アミノ酸)の間の領域に相同的な配列を持つ17 4bpPCR断片によってスクリーニングされた。プローブはランダムプライミングに より〔α- 32P〕dCTPで標識された。ハイブリダイゼーションは6倍SSC、およ び0.1%SDS、1倍Denhardt溶液、100 μg/mlサケ精液DNA 中、54℃で行い、 3倍SSD、0.1 %SDS にて54℃で洗浄した(Jackson ら 1991)。陽性のプラーク はさらにプラークハイブリダイゼーションにより精製した。GAMyb の挿入を含む pBluescriptSK(-)プラスミドは、操作指導書(Stratagene)に従って、in vivo で切り取られた。クローンcDNA断片(pGAMyb)は、Biosystem の370A DNA シ ークエンサーを使用して、ジデオキシターミネーターサイクルクエンチング法に より配列決定した。106組み換えファージの初期のスクリーニングから、部分的 なcDNAクローン、GAMyb が単離され、1991bpの挿入を含んでいた。 cDNA の5'末端の増幅は、Frohman(1990)に記述されたとおり5'RACE法で行っ た。GA-処理したオオムギ糊粉層からのPoly(A)+RNA は、5'-TGTTCTTCTGCACCGCG TTC-3'の遺伝子特異的プライマーを用いて逆転写された。過剰なプライマーを除 去した後、5’PolyA 尾部が一本鎖cDNAにターミナル・デオキシヌクレオチド・ トランスフェラーゼを使用して、合成された。PCR 増幅は、5'-GTGCTTCACGTACTC CAC-3'の、ネストした3'の遺伝子特異的プライマー、及び、オリゴdTプライマー を使用して行われた。PCR 断片は、操作指導書に従って、pCR-スクリプトへのブ ントエンドライゲーション(Stratagen e)によりクローニングされた。陽性のクローンはクローンハイブリダイゼーショ ン(Sambrookら1989)によって同定され、及び配列決定された。 クローニングされた最も長いPCR 産物は408bp で、cDNAをさらに271bp だけ広 げることが配列解析によって示された。GAMyb 遺伝子を含む、Himalayaオオムギ クローンの部分的な配列決定により、5'RACEクローンの配列を確認した。オオム ギGAMyb の全長のcDNAの完全なヌクレオチド配列、及び、推定されるアミノ酸配 列は、配列番号1及び配列番号2に、それぞれ示される。 配列番号1の最長のオープンリーディングフレームは、275 の位置から1934〜 1936の位置に見られるTAG の終止コドンまで、1659bpに渡り、553 アミノ酸残基 のポリペプチドをコードしている。配列番号2のアミノ酸残基42から49(R2)、及 び95から145(R3)は、動物及び植物のMYB 蛋白質のDNA 結合部位のR2及びR3に高 い相同性を持つ。これら両方の繰り返し構造は、動物MYB のDNA 結合部位の安定 化に重要な役割を持つトリプトファン残基を保存して含む(Ogata ら1992)。推 測されるDNA 結合部位の外では、GAMYB と他のYMB の推測されるアミノ酸配列で の同一性はほとんどない。実施例2.ゲノムDNA の単離とサザン分析 6日目のオオムギ発芽の白色の葉から、Dellaportaら(1993)の記述した方法に よりDNA を単離した。ゲノムDNA のGAMyb 遺伝子の検出のために、BglIIまたはH indIII、またはXbaIで消化した25μgのゲノムDNA を1%(W/V)アガロースゲルで 分画し、ナイロン膜にブロットした。このブロットを、配列番号1に示されたヌ クレオチド配列の1430と2189ヌクレオチドの間の配列を含む、32P 標識PCR 断片 でハイブリダイゼーションした。ハイブリダイゼーションは42℃で6倍SSC、5 倍Denhardt溶液〔0.1%(W/V)Ficol、0.1%(W/V )PVP、および0.1%(W/V)BSA〕、0.1%(W/V)SDS、及び50%(V/V)ホルムアミド の溶液中で行った。ブロットは0.1 倍SSD、0.1%(W/V)SDS、65℃で洗浄された 。 HindIII、及び XbaIで切断したオオムギゲノムDNA の、cDNAの3’末端(143 0から2189の位置)をプローブとして用いたサザン分析では、そのプローブにハ イブリダイズするただ1本のバンドだけが見られた(図1)。この結果はGAMyb 遺伝子の1個のコピーだけが存在する事を示す。DNA の BglIIで切断すると3'プ ローブによって2本のバンドが観察された。この2本のバンドの出現は、プロー ブされた配列の中の内部の BglII部位による。実施例3.GAMyb 遺伝子発現がGAによって制御される 糊粉層が、Hordeum vulgare 品種 Himalaya(1985収穫、ワシントン州立大学 、pullman)の粉砕物から、既に記述された方法(Chrispeels 及びVarner 1967) で調製された。単離された層は、3日間水を吸収し胚を除かれた、半粉砕物から 単離され、2ml10mMCaCl2、150 μg/mlセフォタキシム、50IU/ml ニスタチン、及 び、ホルモン無し(対照)、または10-6M ジベレリン酸(GA)、または10-6M ジ ベレリン酸及び5 ×10-5M アブシジン酸(ABA)(GA+ABA)を含むフラスコ中で25 ℃にて様々な時間、インキュベートされた。ホルモン処理に続いて、層は、必要 になるまで液体窒素中で保管された。クロロヘキシミドで処理される糊粉層は、 ホルモンが添加される前30分間、50μM クロロヘキシミド、塩化カルシウム、及 び抗生物質でプレインキュベートされた。 RNA は糊粉層より、Chandler及びJacobsen(1991)の方法を一カ所、少々改変し た方法で単離された。ベントナイトは、ホモジナイズ溶液から省いた。ノーザン 分析のために、20μg の糊粉RNA が、ホルムアルデヒドを含む1%(W/V)アガロー スゲルで分画され、ナイロ ン膜にブロットされた。このブロットを遺伝子特異的GAMyb 配列(配列番号1に 示された配列の1198から2189のヌクレオチド)を含む32P-標識991bpPCR産物でハ イブリダイズした。ハイブリダイゼーションの条件は本質的に実施例2に記述し た通りであった。 オートラジオグラフィーの後、ノーザンブロットはGAMyb プローブを外され、 GA3処理した糊粉層から単離されたオオムギ高pIアミラーゼcDNAであるpHV19cDN A を含む1.1kbDNA(Chandler ら 1984)、及び、対照コムギrRNAクローン、pT A71 (Gerlach 及びVogelstein 1983)によって再びプローブ付けされる。全て のDNA プローブは、オリゴヌクレオチドプライミングによって標識された(Fein berg 及びVogelstein 1983)。MRNA転写物は、分子力学フォスフォリメイジャ ー、及びImageQuantソフトウェアを使用して定量された。GAMyb、及び高pIα- アミラーゼmRNA転写物の量は、分光光度計でのRNA 定量の誤差をカバーするため にrRNA量に標準化された。 GAMyb 遺伝子がGA制御されているかを試験するために、様々な処理時間の、対 照の、及びGA3処理したオオムギ糊粉層からのRNA のノーザンブロットが3'遺伝 子特異的 GAMyb cDNAプローブによってプローブされた(図2A)。対照の処理で は、GAMyb mRNA量は、はじめの12時間には低く、次の12時間で少々増加した。 これに対し、GAMyb mRNA量はGA3に応答して素早く増加した。12時間までにGA 3処理した糊粉層での量は、同時点で対照の処理に見られる量の約5倍であった 。しかし、mRNA量の増加は短期的なものであった。12時間目から24時間目では、 mRNA量は50%減少した。同じブロットがプローブを外され、オオムギ高pIα- ア ミラーゼcDNAクローン、PHV19 (Chandlerら1984)を使用してハイブリダイズさ れた。α- アミラーゼmRNAはGA3に強く誘導されることが判明した。 GA3処理オオムギ糊粉層における、GAMyb 及びα- アミラーゼmR NAの蓄積の動態を比較する目的で、図2aに示したブロットにおける転写物の量を 、フォスフォリメイジャーを用いて定量し、rRNA量に標準化した。図2Bの時間経 過が、GA3処理糊粉層において、GAMyb 遺伝子の発現がα- アミラーゼ遺伝子の 発現に先立っていることを示している。GAMyb mRNA量はGA3を添加した後はじ めの3 時間のうちに急激に上昇するが、一方、α- アミラーゼmRNA量増加の最高 速度は、後の、6時間目から12時間目に現れる。初期の時点での実験は、GAMyb mRNA量が、GA3に反応して1時間のうちに増加したことを示した。最大のGAMy b mRNA量(6 時間目から12時間目)はα- アミラーゼmRNAの蓄積の最大増加率 に一致しており、この2個の遺伝子の発現は、理由を伴って連動しているらしい 事が示された。実施例4.GAMyb 遺伝子発現はアブシジン酸によって制御される アブシジン酸(ABA)は、オオムギ糊粉層における、GAに拮抗する効果が示され てきた。GA3に誘発されるGAMyb 遺伝子の発現がABA によって、制限を受けるか 否か試験する目的で、我々は、実施例3(図3)に示したような、対照の、GA3 の、ABA の、及びGA3+ABA の処理をした糊粉層からのRNA のノーザンブロット を調べた。GA3、及びABA に対する、GAMyb 遺伝子発現の反応は、α- アミラー ゼ遺伝子発現で観察されたそれと非常に似ている。対照、及びABA 処理の層では GAMyb、及びα- アミラーゼmRNAの量が非常に低かった。フォスフォリメージャ ーを用いたmRNA量の定量は、GAMyb、及びα- アミラーゼmRNAの量におけるGA3 誘発の増加はABA によって、それぞれ40から50%、及び80から100 %阻害される ことを示した。 GAMyb 及びα- アミラーゼ遺伝子の発現のABA に対する反応の相違がABA に反 応しABA を取り込む糊粉層の遅さによるものかを試験 する目的で、我々は糊粉層を、GA3を添加する前に30分間ABA でプレインキュベ ートした。ABA プレインキュベーションは、プレインキュベーションの無い処理 と比較し、GAMyb 遺伝子発現に効果を示さなかった。相違する反応は、α- アミ ラーゼ遺伝子発現が、オオムギ糊粉でのGAMyb 遺伝子発現より、ABA に対してよ り反応することを示す。 実施例3及び4に示されたデータは、糊粉細胞におけるABA 作用のメカニズム への新しい洞察を切り開く。ABA によるα- アミラーゼ遺伝子の阻害はGAMyb 遺 伝子発現のABA の作用により少なくとも部分的に説明されるであろう。ABA は、 GA誘導性のGAMyb 転写量の増加を50%まで阻害した。しかし、ABA は、GAMybmRN A より、α- アミラーゼmRNAの量を安定期に減少させ、GAMYB 活性の制御が転写 量における全てではないだろう事を示した。ABA 作用は、GAMYB の活性を、転写 の量においてだけでなく、GAMYB のリン酸化を促進することによって、転写後に おいても制御している可能性がある。ABA はα- アミラーゼプロモーターのGAMY B 結合部位に拮抗するMYB 群の発現も制御しているらしい。これら2種の、遺伝 子発現の量における既知の拮抗的な効果は、ABA またはGA制御下の互いに拮抗的 なMYB 群の発現に部分的に関与するであろう。実施例5.クロロヘキシミドはGAMyb の発現を誘導する GAMyb の発現も蛋白質合成阻害物質、クロロヘキシミドに感受性を持つか試験 する目的で、我々は3’遺伝子特異的GAMyb プローブ、及び、高pIα- アミラー ゼcDNAプローブを用いて、ノーザンブロット分析を行った(図4)。オオムギ糊 粉層における GAMyb mRNAの量はGA3、及びクロロヘキシミドそれぞれ単独に対 しての反応で増加したが、この増加はGA3処理した層と比較し、クロロヘキシミ ド処理した層において、より大きかった。GA3及びクロロヘキシミ ド双方でこの組織をインキュベートした場合、GAMyb mRNAの増加は、それぞれ 単独の場合より大きかった。 これらの結果は、蛋白質合成はGAMyb 遺伝子発現のGA誘導には必要でなく、従 って、GAMyb 遺伝子が、高pIα- アミラーゼ遺伝子の発現を引き起こすGA反応経 路において、初めに発現される遺伝子であることを強く示唆している。クロロヘ キシミドによるmRNAの誘導、及び超誘導に関与する機序は、未だ明らかに知られ るところではないが、mRNA安定化によるものであろう。実施例6.プラスミド構築 既に記述されている(Jacobsen 及びClose 1991)Am(174)IGN構成物は、レ ポーター遺伝子カセット(トウモロコシAdh1イントロン/GUS/ ノパリン合成3’ ターミネーター配列)に融合したオオムギ高pIα- アミラーゼ遺伝子プロモータ ー(-174から+54)の削除を含む。MTAACAAA-2及びmTAACAAA-3構成物は、PCR に よって、Am(174)IGN構成物のTAACAAAボックスに単一塩基対変異を導入して作成 された。変異プライマーは次の通りである。 mTAA11 (5'-GCCTGCAGGTCGACTCTAGAGAATCGCCTTTTGAGCTCACCGTACCGGCCGATGCAAACTC CGG-3"); mTAA12 (5'-GCCTGCAGGTCGACTCTAGAGAATCGCCTTTTGAGCTCACCGTAQCCGGCCGATAACAGAC TCCGG-3"); 逆プライマー Am-41(5'-GTGTGCTGCGCAGCATGCCGG-3") PCR は、変異プライマー及び逆プライマー、およびpAM(-174)IIGN をDNA 鋳型 として使用し行った。そのPCR 産物は PstIで切断され、pAm(-41)IGN (Jacobs en及びClose 1991)の-41 の PstI部位にクローンされ-142(TGACAAA)及び-13 8(TAACAGA)に単一塩基対変異を含むAm(-174)IGN 構成物を生産した。 pGEX ベクター(Smith 及び Johnson 1988)はゲル移動度シフ ト実験のための、グルタチオンSトランスフェラーゼ融合蛋白質の生産のために 使われた。このpGEX.GAMyb構成物は、GAMyb 遺伝子コード領域(配列番号1の27 5 から1930ヌクレオチド)を含む1656-bp EcoRI断片のpGEXベクターへのクロー ニングによって作成された。 一過性過剰発現に使用されるGAMyb 及びC1エフェクターは、GAMyb またはC1コ ード領域を含む断片を、イネ(コメ)Actin1プロモーター、及び、多クローニン グ部位Nos 3’ターミネーターに融合された5'非翻訳リーダー配列(誘導イント ロン1)を含む植物発現ベクターp113Act1.casの多クローニング部位にクローニ ングして合成された。一過性発現実験に使用されるpGEX.GAMyb構成物は、pBlues criptSK −ベクター(Stratagene)のEcoRI部位にコード領域を持つ、同定され たEcoRI GAMyb 断片の第一のクローニングによって調製された。完全なEcoRI 挿入部位はHindIII-XbaI断片として切り取られ、p113ct.casの多クローニング 部位に直接クローンされた。イネ(コメ)Actin1プロモーターの下流にクローン されたC1cDNAの完全なコード領域を含むPAct.C1 構成物もまた、類似した手法に よって調製された。実施例7.GAMYB 融合蛋白質の生産及び精製 ゲル移動度シフト測定のための精製蛋白質は、前述の実施例6に記述したよう に調製されたpGEX.GAMyb構成物によって形質転換された、大腸菌XL- ブルー細胞 から調製された。形質転換された細胞は、100 μg/mlアンピシリン、及び1mM イ ソプロピルβ--D-チオガラクトシドを含む500ml の2×YT培地にて、25℃で6時 間、グルタチオンS-トランスフェラーゼ融合蛋白質の生産が誘導されるように培 養された。この細胞は遠心分離により集菌され、溶解緩衝液(10mMTris-HCl(pH 8.0)、0.4M NaCl,5mM MgCl2,5%(V/V),0.5mM EDT A)中に懸濁された。細胞は再び遠心分離され、ペレットは溶解緩衝液に懸濁さ れた。細胞は、凍結融解の繰り返しと、10秒の超音波処理によって溶菌された。 TritonX-100、及び、PMSFがそれぞれ0.1%(V/V)、及び100 μg/mlの濃度で溶菌し た細胞に添加された。溶菌調製物は遠心分離され、上澄みが、あらかじめ膨潤さ せたグルタチオンセファロース-4B 樹脂と混合され、20℃、2分インキュベート された。吸収の後、樹脂を沈殿させ、50mlの75mM Hepes-KOH (pH7.9)及び150 mM NaClにて3回洗浄した。融合蛋白質は、200 μl の75mM Hepes-KOH(pH7.9) 及び150mM NaCl、及び5mM の還元したグルタチオンで洗浄することで溶出した。 グリセロールを最終濃度が10%(V/V)となるよう溶出蛋白質に添加し、部分標本を 液体窒素にて瞬時に凍結し、-80 ℃に保管した。実施例8.ゲル移動度シフト測定 高pIアミラーゼプロモーター(-149から-128)の天然型、及び変異型の配列を 含む5'突出部を持つ、相補的オリゴヌクレオチドが合成された。このオリゴヌク レオチドに使用されたヌクレオチド配列は、表2に示す。 * 上部の鎖の配列のみ示す。下部の鎖は相補的配列である。野生型の配列に比較 した変異ヌクレオチド残基は太文字で示す。 アニーリングの後、相補的ヌクレオチドは32P-dCTP、及びKlenow断片により3 ’標識去れ、ポリアクリルアミドゲルの電気泳動により精製された。細菌性GAMY B 融合蛋白質オリゴヌクレオチド結合反応は、10μl 結合緩衝液(24mM Hepes-K OH pH 7.9,50mMKCl,0.5mM EDTA,0.5mM ジチオトレイトール、10%(V/V)グリセ ロール)にて、2 μg poly(dI-dC)-poly(dI-dC),150ng GAMYB 融合蛋白質、及び 、0.9ng 32P標識オリゴヌクレオチドプローブ(40,000cpm)で行った。20℃、1 0分のインキュベーション後、試料は、5%(V/V)グリセロールを含む、6%(W/V)ポ リアクリルアミドゲルで0.25倍Tris-ホウ酸−EDTA緩衝液にて、140 ボルトで電 気泳動された。電気泳動の後、ゲルは乾燥され、オートラジオグラフで観察され た。実施例9.GAMyb はα- アミラーゼプロモーターに結合する GAMYB が高pIα- アミラーゼプロモーターのTAACAAA ボックスに結合するかを 試験する目的で、我々は、実施例8に記述した、ゲル遅滞実験を行った。我々は 、野生型のTAACAAA ボックスを含むアミラーゼプロモータ配列(-149から-128) を含むオリゴヌクレオチド プローブ(W)と、実施例7に示したように大腸菌内で発現した親和性精製グルタ チオン-S- トランスフェラーゼ(GST)融合蛋白質の結合を探索した。図6に示す とおり、GST-GAMYB 融合蛋白質はプローブW に結合し、結果として、遅滞した複 合体を形成した(第3列)。これに対し、GST 蛋白質だけでは結合しなかった( 第2列)。非放射性の100 倍分子量過剰な標識のないW断片での競合は、Wプロ ーブ、及びGAMYB 融合蛋白質の複合体形成を完全に破壊し、この結合が可逆的で あることが示された。実験は変異型オリゴヌクレオチドプローブ(m-1からm-5)で も行われた。図6に示すとおり、GAMYB はm-3 プローブにのみ結合し、GAMYB が 、オオムギ低pIα- アミラーゼプロモーターのTAACAAA ボックス対応物に類似す る変異配列TAACAGAcに結合できることを確認した。 22bpのW プローブのGAMyb の結合部位を決定する目的で、我々は、単一(m-2か らm-5)及び複数(m-1)塩基対変異を持つ変異プローブの一群を、天然型(W)プロー ブへの結合への無標識の阻害物として使用した。m-1 プローブ中のCTCGAGA のTA ACAAA ボックスの広範な変異は、GAMYB の結合を不可能にし(図7a、第4列) 、GAMYB の結合部位は、少なくともTAACAAA ボックスの部分を含む事が示された 。α- アミラーゼプロモーターの小さな変異は、短期的発現分析でGA誘導発現の 減少を引き起こすことが既に示された(Gubler 及びJacobsen 1992)。 図7bで示すとおり、GAMYB は5'側の推定上のYMB 結合部位のAAC 中心の単一 塩基対変異(TGACAAAc)を含むm-2(第5列)に結合できない。これに対し、3'側の 推定上の結合部位の小さな変異(AGActccg)は、GAMYB の結合に影響しなかった( 図7b、第6列)。これらの結果は、GAMYB が、3’の部位ではなく、5’MYB 結合部位TAACAAAcに結合することを示す。さらGAMYB 結合部位TAACAAAcの単一 の変異が、結合部位の3’結合部位の確認のために導入された。GAMYB は、6個 から成る結合部位の3’末端の単一の変異を持つm-4、及びm-5 (図7b、第7 および8列)には結合しなかった。実施例10.一過性発現の分析 オオムギ品種Himalayaの半種子は、粒子ボンバードのために、Lanahan ら(19 92)の方法で調製された。Qiagen-tips (Qiagan、Hiden ドイツ)で精製され たプラスミドは本質的にはHunoldら(1994)の記述したように1.6 μm の金粒子 にコートされた。変異型α- アミラーゼプロモーター構成物の発現分析を目標に して、0.5 μg のAm(-174)IGN、またはmTAACAAA-2、または、mTAACAAA-3構成物 が0.75mgの金粒子に凝結された。GAMyb 遺伝子の過剰発現に関与する実験のため に、1.5 μg のエフェクター構成物(pAcy1.GAMyb またはpAct1.C1)及び0.5 μ g のレポーター構成物〔Am(-174)IGN、またはmTAACAAA〕が0.75mgの金粒子に凝 結された。内因性の標準物(ユビキノンプロモーターとルシフェラーゼレポータ ーの構成物)は、GAMyb またはC1の過剰発現が、その内因性の標準物の発現に何 らかの影響を持つかを確認することが難しいために、本実験では使用しなかった 。各実験は充分回数繰り返した(n>12)。ヘリウム粒子インフローガンによる ボンバードの条件はGublerらの記述(1995)によるが一カ所改変した。1回のショ ットあたり、8個ではなく、6個の半種子が使用された。ショットの後、6個の 半種子は溝に沿って縦に切断されて、2個の4分の1種子となり、10mM CaCl2 (対照)または10mM CaCl2及び1μm のGA3を含むフラスコに分配された。両 方のインキュベーション溶液は実施例3記述したのと同じ濃度にセフォタキシム 、及びニスタチンを含んだ。24時間、25℃のインキュベーションの後、ショット 種子は凍結され、-70 ℃に保管された。可溶性蛋白質は既に記述された方法(Gu blerら 1995 )で調製され、GUS を測定された。 GAMYB 結合部位、TAACAAAcが、短期的発現測定において機能的であることが示 されていた。GAMYB 結合を妨げる、m-1 配列に導入された、集中的局部変異は、 短期的発現実験において、高pIα- アミラーゼプロモーターのGAに対する反応性 を大きく減少させることが既に示されてきた(GublerおよびJacobsen 1992)。 GAMYB 結合部位が、α- アミラーゼプロモーターへのGA反応性の授与において機 能的に重要かを更に試験する目的で、結合に関する研究に有用な変異が構成物Am (-174)IGN に導入され、この変異プロモーター構成物は短期的発現により分析さ れた。図8に示すとおり、GAMYB 結合を妨げる、単一塩基対変異、TGACAAAc の 導入(図7)は、GA制御発現を強く減少させた。これに対し、変異TAACAGAcはレ ポーター遺伝子発現、またはGAMYB 結合に影響を持たなかった。これらの結果は 、GAMYB 結合部位と、GA反応において機能的に重要な配列の間に近密な相互作用 があることを示唆する。実施例11.GAMYB ポリペプチドは高pIα- アミラーゼ遺伝子プロモーターの転 写活性化物質である GAMyb cDNA によってコードされた蛋白質のin vivo における機能を試験する 目的で、我々は、GAMYB が高pIα- アミラーゼ遺伝子プロモーター、GUS 構成物 を転写活性化するかを決定した。オオムギ糊粉組織が、前述の実施例10(図5) に記述されたように、高pIアミラーゼプロモーターに融合したGUS レポーター遺 伝子〔Am(-174)IGN〕、及びGAMyb エフェクタープラスミドで、同時にショット された。エフェクタープラスミドは GAMyb cDNAに融合したイネ(コメ)Actin 1プロモーターより成った。図9はGA3により通常通り誘導されたレポーターGU S 活性がGAMyb エフェクター構成物により、GA3非存在下で誘導されたことを示 す。GAMyb 発現に対応する GUS 活性の増加は、GA3のみの存在下で見られたのと類似していた。(表2のm- 1 のような)α- アミラーゼプロモーターにおけるTAACAAA ボックスの変異は、 GA3、及びGAMyb エフェクター構成物に対するレポーター構成物の反応を大きく 誘導した。これらの結果は、GAMYB が、オオムギ糊粉細胞における高pIα- アミ ラーゼ遺伝子発現を活性化する転写活性化物質であることを示唆する。加えて、 この結果は、GAMYB 転写因子の、TAACAAA ボックス即ち、この転写因子のための 結合部位を介した活性化発現の機能上の証拠を提供する。 他の植物のMYB がα- アミラーゼプロモーターを活性化できるかを試験する目 的で、トウモロコシC1 cDNAがイネ(コメ)actin 1プロモーターに融合され( 図5)、Am(-174)IGN と共にショットされた。短期的発現分析(図9)で、トウ モロコシC1 cDNAはレポーター遺伝子の転写を活性化できなかった。更に、C1 cDNAに発現は一部、GA3への反応を阻害した。実施例12.GAMYB ポリペプチドは多数のGA反応遺伝子プロモーターの転写活性 化物質である GAMYB が、GA3に反応して糊粉細胞において発現される他の遺伝子のプロモー ターを転写活性化するか試験する目的で、我々はオオムギAmy32b遺伝子のプロモ ーターに融合したGUS 遺伝子を含むレポーター構成物(mlo22、Lanahan ら1992 に記述)、オオムギ EII-(1-3,1-4)- β--グルカナーゼ遺伝子(EII.IGN;レポー ター遺伝子カセットIGN に融合したプロモーターの1600bpを含む構成物)、及び コムギカテプシンβ- 様遺伝子A121(CBG1、Cejudoら1992に記述)を糊粉細胞に 同時にボンバードした。対照として、我々は、GAMYB が、レポーター遺伝子カセ ットIGN 〔Dhn7(-935).IGN、Robertson 1995に記述〕と融合したABA 反応遺伝 子プロモーターDhn7に転写 活性化することができるか試験した。エフェクタープラスミドは、イネ(コメ) actin1発現カセットp113Act1.cas(実施例6)及び、GAMyb cDNAを含んで、及 び、含まずに構築された。 図10はAmy32b、EII及びA121遺伝子プロモーターにより稼働されるレポータ ー活性が、GAYMB エフェクター構成物により、GA3の非存在下で誘導されたこと を示す。GAYMB 発現に応答したGUS 活性の増加は、全ての構成物についてGA3の みの場合に見られるより高かった。GAMYB はDhn7遺伝子プロモーターを若干のみ 転写活性化した。これらの結果は、GAMYB が、α- アミラーゼ遺伝子だけでなく 、穀物糊粉における他のGA応答遺伝子の発現の転写活性化物質であることを示す 。これらには、EII- グルカナーゼ遺伝子、及びプロテアーゼ遺伝子A121を含む 。実施例13.GA応答シグナルの変換経路のモデル いかなる理論、または実施の形態にも拘束されないが、これらのデータはGAMy b 遺伝子の発現が、例えばα- アミラーゼ、およびその他のような麦芽形成の酵 素をコードする遺伝子の発現に要求されることを示唆している。事実、GAMYB ポ リペプチドは全ての麦芽形成酵素の遺伝子の発現に要求され、これらの遺伝子の 制御において「メインスイッチ」として振る舞っているようである。前述の実施 例は、オオムギ糊粉層におけるGAMyb 遺伝子発現がジベレリンによって誘導され ていることを示している。発現の動態の比較は、GAMyb 発現がGA応答経路におい て早い時期に起こり、α- アミラーゼの発現に先立っていることを示している。 我々の実施結果は、この説を支持する3の立証を提供する。第一に、我々は、GA MYB 融合蛋白質が、オオムギ高pIα- アミラーゼ遺伝子プロモーターにおいて、 GARCシス活性因子、TAACAAA ボックスに結合している事を示した。TAACAAA ボッ クスに変異を導入し、3’配列に接続することによっ て、結合部位が、TAACAAAc配列を含んでマッピングされた。第二に、in vitroで 定義されたGAMYB 結合部位と、短期的発現測定において機能的に重要な配列の間 に強い相互作用がある(実施例9と実施例10を比較のこと)。我々は、GAYMB 融合蛋白質への結合を妨げる、TAACAAAc結合部位の複数または単一の局所変異を 含むオリゴヌクレオチドが、高pIα- アミラーゼプロモーターのGA応答性をも減 少させることを示した。これは、GAMYB 蛋白質がin vivo において、TAACAAAc ボックスを介してα- アミラーゼ遺伝子発現を活性化するように機能する、確か な証拠を提供する。第三に、我々は、短期的発現実験において、GAMYB が、高pI α- アミラーゼプロモーター、オオムギAmy32bプロモーター、オオムギ EII-(1- 3,1-4)- β--グルカナーゼプロモーター、及び、GUS レポーター遺伝子に融合し たコムギA121プロモーターの、GA3非存在下どの活性化を含め、穀類糊粉におけ る、いくつかのGA応答遺伝子の転写を活性化することを示した(実施例11及び 12)。TAACAAA ボックスの変異は、GAMYB の、α- アミラーゼプロモーター構 成物の転写活性化をする能力を大きく低下させ、TAACAAA ボックスがGAMYB 結合 、及び活性化の部位であることが確認された。 図11は、高pIα- アミラーゼ遺伝子の発現と、初期GA信号との間のGA応答経 路の、我々の実験結果を基にしたモデルを示す。このモデルにおいて、GAはおそ らく原形質膜上にある受容体に結合し、GAMyb 遺伝子発現の引き金となる信号変 換経路を活性化する。このとき新しく合成されたGAMYB 蛋白質が高pIα- アミラ ーゼ遺伝子の発現を活性化する。我々の実験結果は、GAMYB が高pIα- アミラー ゼ遺伝子の転写活性化に必要な唯一のGA制御転写因子であることを示す。GAの非 存在下で、我々は、構成のプロモーターの制御下において、GAMyb の短期的発現 により高pIα- アミラーゼ遺伝子転写を 活性化することができた。高pIα- アミラーゼ遺伝子転写に必要と推測される他 の転写因子(例えば、ピリミジン、及びTATTCCACボックスに結合するであろう因 子)は、GAで処理されていない糊粉細胞に存在しているらしい。 GAに応答して穀類の糊粉細胞にて発現される他の遺伝子のプロモーターにおけ る配列のようなTAACAAA ボックスの野生での存在(Huang ら1990)は、GAMYB の 幅広い作動を示すものだろう。TAACAGA ボックスに結合し、3’配列をオオムギ 低pIα- アミラーゼプロモーターに、GA依存的なかたちで連結した核酸因子のオ オムギ糊粉層からの検出は、図11に示されたモデルに一致する。GAMYB が本研 究においてTAACAGA 配列を含むm3プローブに結合することが示されたため、結合 因子はおそらくGAMYB、または、GAMYB 複合体であると思われる。他のGA応答遺 伝子プロモーターも、オオムギ高pIα- アミラーゼプロモーターのGAMYB 結合部 位に類似した配列を含む。オオムギ EII(1-3,1-4)-β--グルカナーゼ遺伝子プロ モーター(Wolf 1992)、及びコムギカテプシンβ- 様遺伝子プロモーター(Ce judoら1992)の5'領域の欠失解析は、GA応答領域が、それぞれ-310、及び-173の 下流にあることを示した。実施例14.米GAmyb をコードするcDNA のクローン化 米GAMyb(OsGAMyb)をコードするcDNA クローンを単離するため、ジベレリン で処理した無胚半穀粒(chenらの1995年の報告)を、低ストリンジェンシイ(54 ℃にて2×SSC,0.1 %SDS)にて、大麦の3’GAMyb プローブを用いてIR36米ゲ ノムライブラリー(Clontech社)を選別することによって単離した部分ゲノムク ローンを使用して選別した。陽性のハイブリッド形成クローンを確認した。すな わち、6個のプラークを採取し、その後の分析のため単離した。 その米GAMyb(OsGAMyb)cDNAクローンのヌクレオチド配列を決定 して配列番号:3に示す。そのヌクレオチド配列は、配列番号:3の 396位〜20 54位の残基の単一の読取り枠を有し、この読取り枠は、長さが 553個のアミノ酸 残基からなるMYB 様ポリペプチド(分子量59KDa)をコードしている。 米と大麦のGAMYB ポリペプチドのアミノ酸配列を比較した結果(すなわち配列 番号:2と配列番号:4の比較)、全体の88%が同一であることが明らかになっ た(図12)。これら両MYB ポリペプチドのDNA 結合ドメイン間の配列同一性は非 常に高い。さらに、大麦と米のGAMYB のアミノ酸配列のR2とR3の繰返し体は 高い配列同一性(99%)を示しており、これは、両MYB が非常に類似した結合特 異性を有している可能性があることを示している。推定アクチベータードメイン (OsGAMYB アミノ酸配列の 372〜386 位のアミノ酸残基、配列番号:4に示す) までとこの領域を含むDNA 結合ドメインの下流の配列も高度に保存されている。 前記アクチベータードメインの下流の配列は、大麦と米のGAMYB ポリペプチド中 に約75%保存されている。 アミノ酸レベルでの配列同一性のレベルが高いことに基づいて、米のcDNAは、 本明細書に記載のHvGAMyb cDNAクローンの米相同体をコードしているようである 。実施例15.GAに応答して行われる米GAMby 遺伝子の発現の分析 米GAMby(OsGAMyb)遺伝子の発現に対するGAの効果を、GAの存在下および非存 在下で米の水和胚乳半穀粒を12時間までインキュベートすることによって監視し た。RCA を抽出し、3’OsGAMyb のPCR 産物を用いて、RNA ゲルブロット分析法 で分析した。 図13aに示すように、上記プローブは大きさが 3.5kbの単一バンドしか検出し なかった。OsGAMyb mRNAの存在量のレベルがGAに応答して迅速に増大した。GAと ともにインキュベートして1時間以内に 、OsGAMyb mRNAのレベルは、増加し始め、12時間まで増加し続けた。GAが存在し ない場合、OsGAMyb mRNAのレベルに連続的に減少した。OsGAMyb mRNAは、乾燥穀 粒の内乳には水和穀粒に比べごく低レベルしか検出されなかった(データは示し ていない)。このことは、mRNAが24時間の水和期間中、糊粉細胞中に蓄積されて いるが、GAが存在しない場合、その後、減少することを示している。 GAに応答してα−アミラーゼmRNAが蓄積されることは図3bに示してある。GA に応答して起こるOsGAMyb mRNAレベルの増大は、大麦の糊粉細胞において大麦の GAMyb(HvGAMyb)遺伝子が発現する場合に見られるのと類似しているα−アミラ ーゼmRNAの増大より先行して起こった(実施例3)。実施例16.OsGAMYB ポリペプチドは、α−アミラーゼ遺伝子のプロモーターの転 写アクチベーターである OsGAMYB がα−アミラーゼ遺伝子のプロモーターの転写アクチベータであるか どうか試験するため、大麦の糊粉細胞に、大麦の低−pIα−アミラーゼプロモー ターに融合させたGUS レポーター遺伝子(mlo 22;Lanahan らの1992年の報告) およびGAMyb(OsGAMyb)エフェクター構造体を同時に衝突させた(図14)。図14 aに示すように、上記エフェクター構造体Ubil.OsGAMyb は、トウモロコシの構 成ユビキタン1プロモーターに作動可能に接続されたOsGAMyb cDNAで構成されて いる(Christiansenらの1992年の報告)。 OsGAMyb エフェクターは、GAが存在下と非存在下の両方で、低−PIα−アミラ ーゼプロモーターをトランス活性化(transactivate)することができる。図4 bに示すように、前記エフェクター構造体によって、GAで処理されていない糊粉 細胞中のGUS の発現が、cDNAの挿入物がないエフェクター構造体(Ubil.cass) に比べて、176倍に増大した。これとは対照的に、OsGAMyb cDNAの過剰発現に応 答 して、Ubil.OsGAMyb エフェクターに見られるGUS 活性の増大は、GAMyb 配列を 含有していないUbi.cass エフェクター構造体と衝突させたGA処理糊粉細胞にお いて、2倍に過ぎなかった。これらの試験結果は、OsGAMyb cDNAが低−PIα−ア ミラーゼ遺伝子プロモーターの転写アクチベーターをコードしていることを示し ている。 高い配列の同一性、GAに対する応答性および機能の証拠からみて、本明細書に 記載のOsGAMyb 遺伝子はHvGAMyb に対するオーソローグ(orthologue)をコード している。 さらに、こゝで与えられた試験結果は、MYB タンパク質またはMYB 様タンパク 質が米および大麦の糊粉細胞におけるα−アミラーゼ遺伝子の発現をホルモンで 制御する場合に重要な役割を演じることを示している。穀物α−アミラーゼのプ ロモーターの配列分析の結果、MYB 結合部位のTAACAAA ボックスが、大麦、小麦 および米のプロモーター中に高度に保存されていることが分かっている(Huang らの1990年の報告)。別の初期ジベレリン応答遺伝子(early gibberellin in r esponse gene)が米の糊粉中に確認されている(Chenらの1995年の報告)ことに 注目すべきである。ユビキチン活性化酵素をコードする遺伝子の発現は、GAを使 用してから1時間以内に応答することが分かった。実施例17.大麦GAMYB に対する抗体の製造 大麦のGAMYB のアミノ酸配列MYRVKSESDCEMMHC (すなわち配列番号:1の1〜 14位のアミノ酸)およびCGAGDTSSHPENLRP (配列番号:1の 481〜494 位のアミ ノ酸)に基づいた二つの合成ペプチドを、オーストラリアのオーストラリア国立 大学、John Curtin School of Medical Research,the Biomolecalar Resource Facilityで合成した。これらペプチドを、キーホールリンペットヘモシアニンに 、グルタルアルデヒドを用いて結合させ、これを使用して3ヶ月齢 のニュージーランドホワイトウサギを免疫化した。一次免疫化を行う前に免疫前 血清を収集した。これらのウサギに1,2,4,5および10週目にブースト免疫 化を行った。血清を収集し、そしてそのIgG 画分を、メーカーの説明書に記載さ れているようにしてProteinGのカラムで精製した(Pharmacia 社、アプサラ)。 免疫前抗体と免疫抗体の、GAMYB 融合タンパク質に対する免疫反応性を、ウエ スタンブロット分析法で試験した。GAMYB 融合タンパク質は、実施例7に記載さ れているようにして製造し、10%(w/v)の SDS/ポリアクリルアミドゲル上で 分離し、次いでPVDF膜に移した。そのブロットを、前記精製抗体でプローブし、 続いて西洋ワサビペルオキシダーゼで連結したヤギ抗ウサギ抗体でプローブした (Amersham社、英国)。ブロットを、メーカーの説明書に記載されているように して化学発光サブストレートを使用して展開した(DuPont NEN)。 図15に示す試験結果は、上記両ペプチドに対する免疫抗体がGAMYB 融合タンパ ク質を認識することを示している。 大麦穀粒タンパク質のウエスタンブロット分析の結果は、その免疫抗体も未変 性GAMYB タンパク質に結合することを示している。大麦と米のアミノ酸配列は非 常に類似しているので、抗GAMYB 抗体は、他の穀物のGAMYB タンパク質と交差反 応を行うと考えられる。実施例18.米植物中でアンチセンスGAMyb 遺伝子が発現すると、発芽中の穀粒の 糊粉細胞中のα−アミラーゼの遺伝子および他の加水分解遺伝子の発現を阻止す エフェクター構造体のUbil.asOsGAMyb (図16)を、アンチセンスGAMyb mRNA を発現するように設計した。この構造体は、OsGAMyb cDNA配列の3’末端を含有 するフラグメントを、アンチセンス方向で、図14aに示すUbil cass 構造体中に 挿入することによって製造 した。米植物を、Liらの1993年の報告に記載されているように、上記構造体を用 いて形質転換した。 形質転換系を、プローブとしてOsGAMyb の3’末端を用いてサザンブロットハ イブリッド形成分析法で確認した。図17は、OsGAMyb cDNAの3’末端でプローブ された形質転換系由来のゲノムDNA の制限消化の結果を示す。これらの試験結果 は、前記形質転換系が上記新しい構造体を含有していることを示している。 T1世代およびこれに続く世代由来の穀粒の分析結果は、発芽中穀粒の糊粉細 胞内での加水分解酵素の発現は、アンチセンスGAMyb mRNAを発現する形質転換系 では阻止されることを示している。実施例19.大麦のGAMyb 遺伝子の発現は、発芽の早期に増大する GAMyb が発芽と休眠に関与しているかどうかを試験するため、発芽中の大麦穀 粒の胚におけるGAMyb 遺伝子の発現を監視した。各種時点におけるRNA を含有す るRNA ゲルブロットを、3’遺伝子特異的HvGAMyb cDNAプローブを使用してプロ ーブした。試験結果を、Phosphorimagerを使って定量分析し、rRNAレベルに標準 化した(図18)。 図18に示すように、GAMyb mRNAは、成熟大麦の乾燥穀粒の胚の中に検出された 。吸収(imbibition)開始に続いて、最初の12時間でGAMyb mRNAのレベルは3倍 に増大した。GAMyb mRNAレベルのこの増大は、発芽より先行して起こった。これ らの試験結果は、大麦のGAMYB ポリペプチドが発芽に関与している可能性がある ことを示唆している。 本明細書に記載の発明が、具体的に説明した発明以外に各種の変形を行うこと ができることは当該技術分野の当業者にとって明らかであろう。本発明には、こ のような変形がすべて含まれると解すべきである。また、本発明には、本明細書 に、個々にまたは総合的に 引用または示されているすべてのステップ、特徴、組成物および化合物、ならび に前記ステップもしくは特徴のすべての組合せまたは二つ以上が含まれる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI C12N 5/10 C12N 9/00 9/00 C12P 21/02 C C12P 21/02 C12N 5/00 C //(C12N 1/21 C12R 1:19) (C12N 5/10 C12R 1:91) (C12P 21/02 C12R 1:19) (81)指定国 EP(AT,BE,CH,DE, DK,ES,FI,FR,GB,GR,IE,IT,L U,MC,NL,PT,SE),OA(BF,BJ,CF ,CG,CI,CM,GA,GN,ML,MR,NE, SN,TD,TG),AP(KE,LS,MW,SD,S Z,UG),UA(AM,AZ,BY,KG,KZ,MD ,RU,TJ,TM),AL,AM,AT,AU,AZ ,BB,BG,BR,BY,CA,CH,CN,CZ, DE,DK,EE,ES,FI,GB,GE,HU,I L,IS,JP,KE,KG,KP,KR,KZ,LK ,LR,LS,LT,LU,LV,MD,MG,MK, MN,MW,MX,NO,NZ,PL,PT,RO,R U,SD,SE,SG,SI,SK,TJ,TM,TR ,TT,UA,UG,US,UZ,VN (72)発明者 ガブラー,フランズ,ジャック オーストラリア国,オーストラリアン キ ャピタル テリトリー 2602,リネハム, マッケンナル ストリート 43 (72)発明者 ジャコブセン,ジョン ビーゴ オーストラリア国,オーストラリアン キ ャピタル テリトリー 2614,ウェータン ジェラ,アバーネズィー ストリート 12

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1.ジベレジン制御MYB ポリペプチドをコードする配列もしくは該ポリペプチ ドをコードする配列に相補的な配列を含んでなる単離された核酸分子、またはそ の核酸分子の相同体、類似体もしくは誘導体。 2.前記ジベレジン制御MYB ポリペプチドが、少なくとも植物の種子中で発現 される請求の範囲1記載の単離された核酸分子。 3.前記MYB ペプチドが、麦芽化プロセスに関与する加水分解酵素をコードす るジベレジン制御遺伝子の発現を制御する請求の範囲2記載の単離された核酸分 子。 4.加水分解酵素が、とりわけ、高PIα−アミラーゼ、低PIα−アミラーゼ、 EII−(1−3,1−4)−β−グルカナーゼ、カテプシンβ様プロテアーゼ、 α−グルコシダーゼ、キシラナーゼ、およびアラビノフラノシダーゼからなる群 から選択される請求の範囲3記載の単離された核酸分子。 5.加水分解酵素がα−アミラーゼである請求の範囲4記載の単離された核酸 分子。 6.デオキシリボヌクレオチドを含有する請求の範囲1〜5のいずれか一つに 記載の単離された核酸分子。 7.とりわけ、米、大麦、小麦、トウモロコシ、ライ麦およびモロコシ類から なる群から選択される単子葉植物の種から誘導される請求の範囲1〜6のいずれ か一つに記載の単離された核酸分子。 8.米の植物から誘導される請求の範囲7記載の単離された核酸分子。 9.大麦植物から誘導される請求の範囲7記載の単離された核酸分子。 10.配列番号:1に示すヌクレオチド配列またはその相同体、類似体もしくは 誘導体に、相当するか、または相補的であるか、または少なくとも40%の配列類 似性を有するヌクレオチドの配列を含んでなる単離された核酸分子。 11.配列番号:3に示すヌクレオチド配列またはその相同体、類似体もしくは その誘導体に、相当するか、または相補的であるか、または少なくとも40%の配 列類似性を有するヌクレオチドの配列を含んでなる単離された核酸分子。 12.類似性の比率が少なくとも55%である請求の範囲10または11に記載の単離 された核酸分子。 13.類似性の比率が少なくとも75〜80%である請求の範囲12記載の単離された 核酸分子。 14.類似性の比率が少なくとも85〜95%である請求の範囲13記載の単離された 核酸分子。 15.さらに、先に定義した植物のジベレリン制御MYB ポリペプチドをコードす るか、または該ポリペプチドをコードするヌクレオチド配列に相補的なヌクレオ チドの配列を含有していることを特徴とする請求の範囲10〜14のいずれか一つに 記載の単離された核酸分子。 16.配列番号:1もしくは配列番号:3に示すヌクレオチド配列、またはこれ ら配列の相補的ヌクレオチド配列、相同体、類似体もしくは誘導体と、先に定義 したような少なくとも低いストリンジェンシイのハイブリッド形成条件下、ハイ ブリッドを形成することができる単離された核酸分子。 17.さらに、さきに定義した植物のGAMYB ポリペプチドをコードするヌクレオ チド配列を含んでなる請求の範囲16記載の単離された核酸分子。 18.植物が、大麦、米、小麦、トウモロコシ、ライ麦またはモロコシ類の植物 である請求の範囲17記載の単離された核酸分子。 19.先に定義したジベレリン制御MYB の転写活性化機能を有するアミノ酸配列 、またはその機能的相同体、類似体もしくは誘導体を含有してなる単離されたポ リペプチドもしくは組換えポリペプチド。 20.前記ポリペプチドが、大麦または米のGAMyb 遺伝子配列の産物である請求 の範囲19記載の単離されたポリペプチドもしくは組換えポリペプチド。 21.配列番号:2もしくは配列番号:4に示すアミノ酸配列またはそれら配列 の相同体、類似体もしくは誘導体と少なくとも40%同一であるアミノ酸配列を含 んでなる単離されたポリペプチドもしくは組換えポリペプチド。 22.単子葉植物から誘導可能なGAMYB ポリペプチドのR2とR3のドメインと 実質的に同じかまたは少なくとも85%同一である、前記定義の保存されたR2と R3のドメインを含んでなる単離されたかもしくは組換えのジベレリン制御MYB ポリペプチド。 23.単子葉植物が、大麦、トウモロコシ、小麦、米、ライ麦またはモロコシ類 の植物である請求の範囲22記載の単離されたポリペプチドもしくは組換えポリペ プチド。 24.単子葉植物が、米または大麦である請求の範囲23記載の単離されたポリペ プチドもしくは組換えペプチド。 25.さらに、(i)配列番号:2の42〜145 位の残基または配列番号:4の93 〜143 位の残基またはその相同体、類似体もしくは誘導体に少なくとも85%同一 であり;および(ii)パラグラフ(i)で定義したアミノ酸残基以外の配列番号 :2または配列番号:4に含まれているアミノ酸残基またはその相同体、類似体 もしくは誘導 体に少なくとも40%同一である、アミノ酸の配列を含んでなる請求の範囲22〜24 のいずれか一つに記載の単離されたポリペプチドもしくは組換えポリペプチド。 26.パラグラフ(ii)で定義した同一性の比率が少なくとも75%である請求の 範囲25記載の単離されたポリペプチドもしくは組換えポリペプチド。 27.配列番号:2または配列番号:4由来の少なくとも10個の隣接アミノ酸残 基またはその残基に少なくとも40%類似している相同体、類似体もしくは誘導体 を含んでなる合成ペプチド。 28.さらに、配列MYRVKSESDCEMMHC またはこの配列と少なくとも40%同一であ る配列を含有してなる請求の範囲27記載の合成ペプチド。 29.さらに、配列CGAGDTSSHPENLRP またはこの配列と少なくとも40%同一であ る配列を含有してなる請求の範囲27記載の合成ペプチド。 30.請求の範囲19〜26のいずれか一つに記載のポリペプチドに結合することが できる抗体。 31.請求の範囲27〜29のいずれか一つに記載の合成ペプチドに結合できる抗体 。 32.MYB ポリペプチドまたはその相同体、類似体もしくは誘導体がプロモータ ーの制御下で発現できるように、該プロモーターとともに作動可能にかつセンス 方向に配置されたジベレリン制御Myb の遺伝子配列のコーディング領域を含んで なる遺伝子構造体。 33.Myb 遺伝子配列が、配列番号:1に示す大麦のGAMyb 配列または配列番号 :3に示す米のGAMyb 配列である請求の範囲32記載の遺伝子構造体。 34.プロモーターが、ウイルス、真菌、細菌、動物または植物の 遺伝子のプロモーターである請求の範囲32または33に記載の遺伝子構造体。 35.プロモーターが、さらに、植物の細胞におけるMYB の発現を制御できる請 求の範囲34記載の遺伝子構造体。 36.植物の細胞が単子葉植物の細胞である請求の範囲35記載の遺伝子構造体。 37.単子葉植物が、とりわけ、小麦、トウモロコシ、米、ライ麦、モロコシ類 または大麦からなる群から選択される請求の範囲36記載の遺伝子構造体。 38.プロモーターが、HvGAMyb,OsGAMyb,CaMV35S,NOS,OCS、米アクチン1 、ユビキチン1、α−アミラーゼ、EII−(1−3,1−4)−β−グルカナー ゼまたはtac からなる群から選択される請求の範囲34〜37のいずれか一つに記載 の遺伝子構造体。 39.配列番号:1または配列番号:3の少なくとも10〜20個の隣接ヌクレオチ ドまたはその相同体、類似体もしくは誘導体を、アンチセンス方向に、プロモー ター配列と作動可能に接続して含んでなるアンチセンス遺伝子構造体。 40.配列番号:1または配列番号:3の少なくとも50〜100 個の隣接ヌクレオ チドまたはその相同体、類似体もしくは誘導体を含んでなる請求の範囲39記載の 遺伝子構造体。 41.配列番号:1または配列番号:3の少なくとも1000〜1500個の隣接ヌクレ オチドまたはその相同体、類似体もしくは誘導体を含んでなる請求の範囲40記載 の遺伝子構造体。 42.配列番号:3の領域が少なくともヌクレオチドの残基1003〜2113を含有し ている請求の範囲41記載の遺伝子構造体。 43.プロモーターが、ウイルス、細菌、動物または植物の遺伝子のプロモータ ーである請求の範囲39〜42のいずれか一つに記載の遺 伝子構造体。 44.プロモーターが、配列番号1または配列番号3のヌクレオチドまたはその 相同体、類似体もしくは誘導体を含んでなるアンチセンス分子の、単子葉植物の 細胞における発現を制御することができる請求の範囲43記載の遺伝子構造体。 45.単子葉植物の細胞が、とりわけ、小麦、トウモロコシ、米、ライ麦、モロ コシ類または大麦からなる群から選択される請求の範囲44記載の遺伝子構造体。 46.プロモーターが、HvGAMyb,OsGAMyb,CaMV35S,NOS,OCS、米アクチン1 、ユビキチン1、α−アミラーゼ、EII−(1−3,1−4)−β−グルカナー ゼまたはtac からなる群から選択される請求の範囲43〜45のいずれか一つに記載 の遺伝子構造体。 47.植物の細胞またはその細胞を含有する全植物の中でGAMYB の発現を増大す るため、植物の細胞中に導入される請求の範囲32〜38のいずれか一つに記載の遺 伝子構造体。 48.植物の細胞またはその細胞を含有する全植物のなかでGAMYB の発現を低下 させるか、遅らせるかさもなければ減少させるため、植物の細胞中に導入される 請求の範囲39〜46のいずれか一つに記載の遺伝子構造体。 49.発現を、同質遺伝子の非形質転換植物または他の植物の中でのGAMYB の発 現に比べて少なくとも20%減少させる請求の範囲48記載の遺伝子構造体。 50.発現を、少なくとも50%減少させる請求の範囲49記載の遺伝子構造体。 51.発現を、少なくとも75%減少させる請求の範囲50記載の遺伝子構造体。 52.発現を、少なくとも90%減少させる請求の範囲51記載の遺伝 子構造体。 53.GAMYB ポリペプチドの発現を増減させて、GAMYB のポリペプチドによって 制御される遺伝子の発現を変化させる請求の範囲47〜52のいずれか一つに記載の 遺伝子構造体。 54.GAMYB によって制御される遺伝子が、茎の伸長、開花、葉の発育、果実の 結実と成長、性決定、発芽および麦芽化に関与する遺伝子からなる群から選択さ れる請求の範囲53記載の遺伝子構造体。 55.遺伝子が、とりわけ、α−アミラーゼ、EII−(1−3,1−4)−β− グルカナーゼを含むβ−グルカナーゼ、α−グルコシダーゼ、キシラナーゼ、カ テプシンβ様プロテアーゼまたはアラビノフラノシダーゼからなる群から選択さ れる加水分解麦芽化酵素をコードする請求の範囲54記載の遺伝子構造体。 56.GAMYB ポリペプチドをコードするmRNAを開裂することができるリボザイム 分子であって;前記リボザイムが、 (i)配列番号:1または配列番号:3の少なくとも5個の隣接するヌクレオ チドに相補的な配列またはその相同体、類似体もしくは誘導体を含んでなり、各 々少なくとも二つのドメインからなり、かつ前記mRNAに結合できるハイブリッド 形成領域;および (ii)上記ハイブリッド形成領域の各ドメイン間に位置し、エンドリボヌクレ アーゼ活性を有するヌクレオチドの配列;を含んでなるリボザイム分子。 57.プロモーターの制御下、請求の範囲56記載のリボザイムを発現することが できる遺伝子構造体。 58.プロモーターが、植物の細胞内での発現を制御することができる請求の範 囲57記載の遺伝子構造体。 59.植物の細胞が単子葉植物の細胞である請求の範囲58記載の遺伝子構造体。 60.単子葉植物の細胞が、とりわけ、大麦、小麦、トウモロコシ、米、ライ麦 またはモロコシからなる群から選択される請求の範囲59記載の遺伝子構造体。 61.プロモーターが、HvGAMyb,OsGAMyb,CaMV35S,NOS,OCS、米アクチン1 、ユビキチン1、α−アミラーゼ、EII−(1−3,1−4)−β−グルカナー ゼまたはtac からなる群から選択される請求の範囲57〜60のいずれか一つに記載 の遺伝子構造体。 62.請求の範囲1〜18のいずれか一つに記載の単離された核酸分子または請求 の範囲32〜55もしくは57〜61のいずれか一つに記載の遺伝子構造体で形質転換さ れた細菌細胞。 63.請求の範囲1〜18のいずれか一つに記載の単離された核酸分子または請求 の範囲32〜55もしくは57〜61のいずれか一つに記載の遺伝子構造体で形質転換さ れた植物細胞。 64.植物が単子葉植物の種である請求の範囲63記載の細胞。 65.植物が、とりわけ、大麦、米、トウモロコシ、小麦、モロコシ類またはラ イ麦からなる群から選択される請求の範囲64記載の細胞。 66.請求の範囲65に記載の細胞から再生されるトランスジェニック植物。 67.形質転換された植物中に存在する核酸分子または遺伝子構造体、またはそ の相同体、類似体もしくは誘導体を保有している、請求の範囲66記載の形質転換 植物の後代植物。 68.ジベレリン制御MYB ポリペプチドで制御され、そしてとりわけ、茎の伸長 、開花、葉の発育、果実の結実と成長、性決定、発芽または麦芽化の特性からな る群から選択される一つ以上のプロセスに関与する遺伝子の変化した発現を示す 請求の範囲64記載のトランスジェニック植物または請求の範囲67記載の後代植物 。 69.麦芽化の特性が、とりわけ、休眠、発芽、加水分解酵素の乾燥後のレベル 、マッシュの濾過特性、沈澱の生成およびアルコール含量からなる群から選択さ れる請求の範囲68記載のトランスジェニック植物。 70.加水分解酵素が、とりわけ、高pIα−アミラーゼ、低pIα−アミラーゼ、 EII−(1−3,1−4)−β−グルカナーゼ、カテプシンβ様プロテアーゼ、 α−グルコシダーゼ、キシラナーゼおよびアラビノフラノシダーゼからなる群か ら選択される請求の範囲69記載のトランスジェニック植物。 71.(i)請求の範囲31〜53または55〜59のいずれか一つに記載の遺伝子構造 体で植物細胞を形質転換し;次いで (ii)前記細胞を全植物中に再生させる; ステップからなる、植物中のGAMYB 制御遺伝子またはGAMYB 制御ポリペプチドの 発現を改変する方法。 72.GAMYB 制御遺伝子またはGAMYB 制御ポリペプチドが、とりわけ、茎の伸長 、開花、葉の発育、果実の結実と発育、性決定、発芽からなる群から選択される 植物の発育プロセスに関与し、または植物の麦芽化の特性を決定する請求の範囲 71記載の方法。 73.麦芽化の特性が、とりわけ、休眠、発芽、加水分解酵素の乾燥後のレベル 、マッシュの濾過特性、沈澱の生成およびアルコールの含量からなる群から選択 される請求の範囲72記載の方法。 74.加水分解酵素が、とりわけ、高pIα−アミラーゼ、低pIα−アミラーゼ、 EII−(1−3,1−4)−β−グルカナーゼ、カテプシンβ様プロテアーゼ、 α−グルコシダーゼ、キシラナーゼおよびアラビノフラノシダーゼからなる群か ら選択される請求の範囲73記載の方法。 75.単子葉植物、その種子または他の器官の麦芽化の特性を改変 する方法であって; (i)請求の範囲31〜53または55〜59のいずれか一つに記載の遺伝子構造体で 、植物の細胞を形質転換し;次いで (ii)前記細胞を全植物中に再生させる; ステップからなる方法。 76.麦芽化の特性が、とりわけ休眠、発芽、加水分解酵素の乾燥後のレベル、 マッシュの濾過特性、沈澱の生成およびアルコールの含量からなる群から選択さ れる請求の範囲75記載の方法。 77.麦芽化の特性が改変されてマッシュの濾過がより迅速になる請求の範囲76 記載の方法。 78.麦芽化の特性が改変されて、麦芽化中の種子の発芽が一層均一になる請求 の範囲76記載の方法。 79.麦芽化の特性が改変されて、麦芽化プロセスの産物中への濁った沈澱の生 成が減少する請求の範囲76記載の方法。 80.麦芽化の特性が改変されて、麦芽化プロセスの産物中のアルコール含量が 高くなるかまたは低くなる請求の範囲76記載の方法。 81.麦芽化の特性が改変されて、麦芽化中に必要な、加水分解酵素の高い乾燥 後のレベルが得られる請求の範囲76記載の方法。 82.加水分解酵素が、とりわけ、高pIα−アミラーゼ、低pIα−アミラーゼ、 EII−(1−3,1−4)−β−グルカナーゼ、カテプシンβ様プロテアーゼ、 α−グルコシダーゼ、キシラナーゼおよびアラビノフラノシダーゼからなる群か ら選択される請求の範囲81記載の方法。
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