JPH11512922A - Induction of plant male sterility by high levels of avidin expression - Google Patents

Induction of plant male sterility by high levels of avidin expression

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JPH11512922A
JPH11512922A JP9501127A JP50112797A JPH11512922A JP H11512922 A JPH11512922 A JP H11512922A JP 9501127 A JP9501127 A JP 9501127A JP 50112797 A JP50112797 A JP 50112797A JP H11512922 A JPH11512922 A JP H11512922A
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Abstract

(57)【要約】 植物の組織において、アビジンの内在濃度を増すことにより、雄性不稔の植物を作出することが可能である。この効果は、アビジンをコードするDNA配列をプロモーター支配下に接続した発現ベクターを保持するトランスジェニック植物を作出することにより達成できる。雄性稔性を回復する方法についても、同様に開示される。   (57) [Summary] By increasing the endogenous concentration of avidin in plant tissues, it is possible to produce male-sterile plants. This effect can be achieved by creating a transgenic plant carrying an expression vector in which a DNA sequence encoding avidin is connected under the control of a promoter. Methods for restoring male fertility are also disclosed.

Description

【発明の詳細な説明】 高レベルのアビジン発現による植物の雄性不稔の誘発発明の背景 本発明は、アビジンをコードするDNA分子を用いて、植物の稔性を制御する方 法に関するものである。特に、本発明は、アビジンを発現する、トランスジェニ ックの雄性不稔植物を作出する方法についてのものである。更に本発明は、雄性 不稔植物の子孫において、雄性稔性を回復する方法にも関する。 花粉の稔性を制御することは、雑種作物の作出には不可欠である。例えば参照 として本明細書に組み入れられる「J.M.Poehlman,BREEDING FIELD CROPS(野 外作物の育成)第3版(Van NorstrandおよびReinhold,New York,NY,1987) 」参照のこと。例えば雑種トウモロコシの作出にあたっては、典型的には、花粉 がこぼれ落ちる前に、雄性の花序または房毛を物理的に除去することにより、花 粉の稔性を制御することができる。人手で房毛を除去することは、非常な重労働 である。機械を用いて房毛を除去すれば、人手によるよりも手間は省けるが、信 頼性はより低く、後で作物の検査、および場合によっては人手による補足的な房 毛除去を行わねばならない。どちらの方法による房毛除去でも、雌性親の生存性 が低下する。 しかしながら、主に関心の対象となる作物としての植物は、ほとんどが、同一 の花の中に、機能的な雄性および雌性両方の器官を有している;このため、除雄 を行うことは単純な過程ではない。花粉がこぼれ落ちる前に花粉を形成する器官 を人手で除去することは可能であるが、この方式による雑種作出は、非常に重労 働および高価である。 花粉の稔性はまた、雄性配偶子の特徴を持つスプレーを葉にかけることによっ ても制御できる。Crossら、Sex Plant Reprod.4: 235(1991)。例えば、2-ク ロロエチルスルホン酸(エスレル)を葯にかけると、コムギでは余分に花粉の有 糸分裂が起き、オオムギではタペート細胞の変性が起き、およびカゼクサでは花 粉の低形成や発育不全が起きる。Bennetら、Nature 240: 566(1972)、Colhounら 、Plant Cell Environ.6: 21(1983);Bertheら、Crop Sci.18: 35(1978)。し かしながら、化学的アプローチは重労働で、および環境へ化学物質の毒性が持ち 込 まれるという潜在的な問題も存在する。 更に、配偶子撲滅剤を用いて雑種種子を商業的に生産することは、化学物質を 利用した場合の信頼性および実効期間と同様に、化学物質の価格および有効性の 点からも、限度がある。配偶子撲滅剤の重大な限界は、遺伝子型により強さが異 なる植物への毒性の影響があることである。他の限界としては、これらの化学物 質は、花期の長い作物には効果的ではない可能性があることで、その理由は、新 しく産生される花々はその影響を受けないと考えられるからである。結果として 、化学物質を繰り返し与えることが必要となる。 野外作物に関する現行の商業的な雑種種子生産システムは、多くの場合、受粉 制御という遺伝的手段に立脚するものである。雌性として用いられる植物は、花 粉を散らすことが出来ないか、生化学的には自家受粉できない花粉を産生するか 、または花粉を産生できないものかのいずれかである。自家受粉できない植物は 、「自家不和合性」と呼ばれる。自家不和合性システムを用いる際には、自家不 和合性の雌性株の有用性および繁殖性、ならびに自家和合性の安定性が問題とな る。ある場合には、化学的に、または、花粉を阻害する生化学的な機構が活性化 する前に、人手で未熟な蕾に授粉することにより、自家不和合性を解消すること ができる。脱活性化できる自家不和合性機構は、しばしば、自家受粉の生化学的 阻害の有効性を喪失または減少させるような、抑圧的な気候状態の害を、非常に 被りやすい。 商業的な種子生産に際して、もっと広範に注目されているのは、雄性不稔を引 き起こす、遺伝的な花粉制御に基づく諸システムである。これらのシステムは、 2つのタイプに大別される:(1) 核性雄性不稔、即ち、一つまたはそれ以上の核 内遺伝子の変異によって、花粉形成ができないもの、または(2) 細胞質遺伝性雄 性不稔、即ち、しばしば「細胞質性雄性不稔」(CMS)とよばれ、細胞質小器官 に起きた変化(一般的にはミトコンドリアの場合が多い)により、花粉形成が阻 害または不全となるもの。 核性不稔性は、優性または劣性のいずれの場合もあり得る。優性不稔性は、雌 性株の無性または単為増殖が可能である場合に、雑種種子を形成するためにのみ 用いることができる。劣性不稔性は、不稔性および稔性の植物をたやすく区別で きる場合には、用いることができる。しかしながら、優性および劣性不稔性シス テムは、各々、単為増殖が高価につくこと、および自家受粉可能な植物の雌性株 を間引くことのために、商業的有用性には限りがある。 CMSの使用を含めた雑種化の計画もあるが、その商業的な価値には限度がある 。CMSシステムの一例として、細胞質にあるミトコンドリアが、適切な核のバッ クグラウンドがあれば、成熟した花粉を形成することができなくなるような、特 異的な変異を持っている場合があげられる。場合によっては、核のバックグラウ ンドが細胞質性の変異を補って、正常な花粉形成を起こさせることができる。核 の特異的な「回復遺伝子」は、CMSミトコンドリアを持つ植物の、花粉形成を可 能にする。一般的に、商業的な種子生産にCMSを利用することには、3種の交配 株を用いることが含まれる:雄優性不稔性株(雌性親株)、完全な機能を有する ミトコンドリアを持つ以外は雄性不稔株と同じ遺伝子型をもつ維持株、および雄 性親株である。雄性親株には、細胞質に、特異的な回復遺伝子を持つ場合と持た ない場合がある。 雑種から種子を回収することは重要ではない野菜のような作物には、回復性の ないCMSシステムを用いることができる。雑種の果実または種子が商業生産物と なるような作物には、雄性親株の持つ回復遺伝子により雑種種子の稔性を回復す るか、または雄性不稔雑種を授粉してやるかすることが必要である。回復されて いない雑種の授粉は、授粉させるために、少数の雄性稔性の植物をいれてやるこ とで達成できる。殆どの種において、すべての細胞質小器官は卵細胞からのみ遺 伝するため、CMS特性は、母系性に遺伝する。 CMSシステムには、不稔植物を生 産するための唯一の解決法として、雄性植物を製造しなければならないという限 界がある。例えば、トウモロコシのある特殊なCMSタイプ(T-細胞質)は、特定 の真菌が感染して産生する毒素に対する感受性を与える。多くの作物で今なお利 用されているが、CMSシステムは、特定の環境条件のもとでは、破壊される可能 性がある。 以上のことから、手動、機械、化学物質および伝統的な遺伝的手法以外で、花 粉の生産を制御する手段の必要性が大きいことは、明らかである。発明の概要 このため、本発明の目的は、アビジンの異種性発現により、不稔性となる雄性 不稔植物を作出する方法を提供することである。 植物性プロモータ配列の支配下に接続した、アビジンをコードするDNA配列か らなるキメラ遺伝子を提供することもさらに、本発明の目的である。 アビジンの発現によって引き起こされた雄性不稔を回復する方法を提供するこ とも、本発明の更なる目的である。 これらおよびその他の目的は、植物性プロモーター配列の支配下に接続された アビジンをコードする塩基配列からなる単離されたDNA分子を用意することによ り、本発明の態様の一つに従って、達成される。好ましい態様において、単離さ れたDNA配列は、発現ベクターに含まれる。また別の好ましい態様において、植 物性プロモーター配列は、構成的プロモーターであり、また別の好ましい態様に おいては、この構成的プロモーターはユビキチンプロモーターである。 本発明のまた別の好ましい態様に従って、アビジン遺伝子、および、植物組織 内のアビジン濃度を増加させて雄性不稔を引き起こす異種性の塩基配列を含む、 トランスジェニック植物が提供される。好ましい態様において、トランスジェニ ック植物は、穀物類、豆類、またはひまわり類である。また別の好ましい態様に おいて、異種性DNA分子は、更に構成的プロモーター配列を含み、それはひとつ の好ましい態様においては、ユビキチンプロモーター配列である。 本発明の更にまた別の観点に従って、アビジン遺伝子の発現を制御してアビジ ン遺伝子の発現により雄性不稔が引き起こされるようなプロモーターおよびアビ ジン遺伝子を含む発現べクターを、植物細胞に導入することを含む、トランスジ ェニックの雄性不稔植物を作出する方法が提供される。好ましい態様において、 トランスジェニック植物は植物細胞から再生される。別の好ましい態様において 、プロモーターはユビキチンプロモーターまたは誘導性プロモーターを含む。 本発明の更に異なる観点に従って、アビジンの発現が雄性不稔を引き起こす上 述したDNA分子を含む第1の親株である雄性不稔植物の作出、第2の外来性遺伝 子を発現する第2のトランスジェニックの親植物の作出、および、第1の親株と 第2の親株とを他家授粉させて雑種植物においてアビジンの発現を抑制し、この ため雄性稔性の雑種植物が作出されるような第2の外来精遺伝子を発現する雑種 植 物を作出することを含め、雄性不稔の雑種植物を作出するためにアビジン遺伝子 を用いる方法が提供される。 本発明のこの観点の好ましい態様において、第2の外来性の遺伝子は、アンチ センス遺伝子、リボザイム遺伝子およびexternal guide 配列遺伝子からなるグ ループから選択する。また別の好ましい態様において、アンチセンス遺伝子は、 更に別の好ましい態様において誘導性プロモーターの制御下にある、アビジンmR NA配列を含む。更にまた別の好ましい態様において、リボザイム遺伝子は、アビ ジンmRNA配列を含む。更にまた異なる好ましい態様において、external guide 配列遺伝子は、アビジンmRNA配列を含む。更にまた異なる好ましい態様において 、第1の親植物のDNA分子はさらに、第2の外来性遺伝子がLexAリプレッサー遺 伝子である場合、該プロモーター支配下に接続したLexAオペレーターを含む。別 の好ましい態様において、プロモーター配列は、配列番号:1の塩基配列;配列 番号:2の塩基配列;配列番号:3の塩基配列;およびそれらに由来する機能的 断片を含むグループから選択されるアンサーボックス(葯ボックス)を含む、葯 特異的プロモーター配列である。 本発明のこの観点の更にまた別の好ましい態様において、アンサーボックスは 配列番号:1、配列番号:2、または配列番号:3の塩基配列を持ち、葯特異的 プロモーター配列は更に、CaMV 35Sコアプロモーター;配列番号:4の塩基配列 ;配列番号:5の塩基配列;配列番号:6の塩基配列;およびそれらに由来する 機能的断片を含むグループから選択されるコアプロモーターを含む。 本発明の更に別な観点に従って、ビオチン溶液を植物に噴霧することを含む、 アビジンの発現により雄性不稔となった植物の稔性を回復する方法が提供される 。図面の簡単な説明 図1は、アビジンをコードするプラスミドPHI5168を示す。 図2は、bar遺伝子をコードするプラスミドPHI610を示す。好ましい態様の詳細な説明 1. 定義 以下の記載において、多くの用語が広範に用いられている。以下の定義は、本 発明の理解を容易にするため、規定されている。 構造遺伝子は、メッセンジャーRNA(mRNA)に転写された後、特異的なポリペ プチドに特徴的なアミノ酸配列に翻訳されるDNA配列である。 外来性遺伝子は、本記載においては、少なくとも一つの異種性の調節要素の支 配下に接続されたDNA配列を意味する。例えば、トウモロコシの5126構造遺伝子 以外のどんな遺伝子でも、その遺伝子の発現が、5126遺伝子の葯特異的調節要素 によって制御されている場合には、外来性遺伝子とみなされる。 プロモーターは、構造遺伝子、アンチセンス遺伝子、リボザイム遺伝子または 外部ガイド配列遺伝子のような遺伝子の転写を支配するDNA配列である。典型的 には、プロモーターは、遺伝子の転写開始部位付近の5'側領域に位置する。プロ モーターが誘導性プロモーターである場合には、転写の割合は誘導剤に応じて増 加する。これに対し、プロモーターが構成的プロモーターである場合には、転写 の割合は誘導剤による制御を受けない。植物性プロモーターは、植物組織におい て、遺伝子の転写を支配するようなプロモーター配列である。 コアプロモーターは、TATAボックスおよび転写開始部位を含む、プロモーター 機能に必須の塩基配列を含む。この定義により、コアプロモーターは、その活性 を促進するか、または組織特異的な活性に関与する、特異的な配列が欠如した場 合には、検出できるような活性を持つことも持たないこともある。例えば、SGB6 コアプロモーターは、SGB6遺伝子の転写開始部位5'側の、約38塩基からなるが、 カリフラワーモザイクウイルス(CaMV)の35sコアプロモーターは、35Sゲノムの 転写開始部位5'側の、約33塩基からなる。 組織特異的プロモーターは、その支配下に遺伝子が接続された場合、ある生物 の特定の組織において、その他のいくつか、またはすべての組織におけるよりも 高いレベルで、その遺伝子の発現を引き起こすDNA配列である。例えば、葯特異 的プロモーターは、植物の葯組織における関連する遺伝子の転写を高レベルにさ せるDNA配列である。たとえば、SGB6の葯特異的プロモーターは、葯組織におい て外来性遺伝子の発現を引き起こすことができるが、根組織または子葉鞘組織に おいては、発現を引き起こさない。 本明細書において用いられているように、「葯特異的プロモーター」は、2つ の機能要素を含む:「アンサーボックス(葯ボックス)」およびコアプロモータ ーである。特定のアンサーボックスは、古典的なエンハンサーの機能的特徴を有 している可能性がある。一つのアンサーボックスおよび一つのコアプロモーター の組み合わせは、コアプロモーター単独の場合よりも高い程度で、遺伝子発現を 促進することができる。このことは、異なる遺伝子に由来するアンサーボックス およびコアプロモーターを含む、キメラの葯特異的プロモーターの場合について さえも正しい。そのようなキメラの葯特異的調節要素については、以下で述べる 。 オペレーターとは、遺伝子の5'方向に位置するDNA分子であり、抑制蛋白質に よって認識および結合されるヌクレオチド配列を含むDNA分子である。リプレッ サー蛋白質がその同族のオペレーターと結合することにより、その遺伝子の転写 の抑制が引き起こされる。例えば、LexA遺伝子は、LexAオペレーターに結合する 抑制蛋白質をコードする。 単離DNA分子とは、生物体のDNAから分離されたDNA断片である。例えば、アビ ジン遺伝子をコードする、クローンされたDNA分子は、単離されたDNA分子である 。単離されたDNA分子のその他の例としては、化学合成されたDNA分子、または酵 素により産生された、生物のゲノムDNAには組み込まれていないcDNAがある。 エンハンサーは、転写の効率を増加させることのできるDNA調節要素である。 相補的DNA(cDNA)は、逆転写酵素という酵素によってmRNAを鋳型として形成 された、単鎖DNA分子である。典型的には、逆転写を開始させるために、mRNAの 一部に相補的なプライマーを用いる。当技術分野において熟練した人々は、また 、「cDNA」という用語を、そのような単鎖DNA分子およびその相補的DNA鎖からな る二本鎖DNAを意味する場合にも用いる。 発現という用語は、遺伝子産物の生合成を意味する。例えば、構造遺伝子の場 合、発現には、構造遺伝子のmRNAへの転写、およびmRNAの一つまたはそれ以上の ポリペプチドへの翻訳が含まれる。 クローニングベクターは、宿主細胞内において自律的に複製する能力を持つ、 プラスミド、コスミド、またはバクテリオファージなどのDNA分子である。クロ ーニングベクターは、そのベクターの本質的な生物機能を失うことなく、確定で き る様式で外来のDNAを挿入することができる制限酵素認識部位を典型的には一つ または少数含んでおり、また、クローニングベクターによって形質転換された細 胞の同定および選択における利用に適したマーカー遺伝子を含む。マーカー遺伝 子は、典型的には、テトラサイクリン抵抗性またはアンピシリン抵抗性を提供す る遺伝子を含む。 発現ベクターは、宿主細胞において発現される遺伝子を含むDNA分子である。 典型的には、遺伝子の発現は、構成的または誘導性のプロモーター、組織特異的 な調節性要素、およびエンハンサーを含む特定の調節性要素の制御の下に置かれ ている。このような遺伝子は、調節性要素と「機能的に連結している」と呼ばれ る。 組換え宿主という用語は、クローニングベクターまたは発現ベクターのいずれ かを含む原核および真核細胞のすべてにあてはまる可能性がある。この用語はま た、遺伝子操作を受けて、宿主細胞の染色体またはゲノムにクローン遺伝子(一 つまたは複数)を含む、原核または真核細胞をも含む。 トランスジェニック植物は、外来性遺伝子を含む一つまたはそれ以上の植物細 胞を持つ植物である。 真核生物では、RNAポリメラーゼIIが、構造遺伝子を転写してmRNAを産生する 過程を触媒する。RNA転写産物が特定のmRNAに相補的な配列を持つような、RNAポ リメラーゼIIの鋳型を含むDNA分子を、設計することができる。このRNA転写産物 をアンチセンスRNAと名付け、および、アンチセンスRNAをコードするDNA配列を 、アンチセンス遺伝子と名付ける。アンチセンスRNA分子は、mRNAに結合するこ とができ、この結果、mRNAの翻訳は阻害される。 リボザイムは、触媒活性中心を含むRNA分子である。この用語は、RNA酵素、自 己スプライシングRNA、および自己切断RNAを含む。リボザイムをコードするDNA 配列を、リボザイム遺伝子と名付ける。 外部ガイド配列(external guide sequence)は、内在生リボザイム、RNアーゼ Pを特定の細胞内mRNA分子種へ導き、この結果、RNアーゼ PがmRNAを切断する。 外部ガイド配列をコードするDNA配列を、外部ガイド配列遺伝子と名付ける。 2. 概観 本発明は、アビジンを発現するトランスジェニック植物を用意することにより 、雄性不稔植物を作出する方法について提供する。アビジンは、組織特異性なし に、または葯特異的な様式で、構成的に発現させることができる。雄性稔性を回 復する方法も提供する。 アビジン遺伝子を単離して、植物組織に導入するために適当な発現ベクターに 挿入する。発現ベクターは、更に、ユビキチンプロモーターのような、組織非特 異的プロモーター、および葯特異的プロモーターのような組織特異的プロモータ ーといったような構成的プロモーター、または、誘導性プロモーターを含む。標 準的な方法によって発現ベクターを植物の組織に導入し、トランスジェニック植 物を選択して増殖させる。アビジンを発現するトランスジェニック植物は、雄性 不稔である。アビジン遺伝子の転写を阻害する、またはアビジンmRNAの翻訳を阻 害する第2の遺伝子を、トランスジェニック植物において同時に発現させること により、雄性稔性を回復することができる。または、ビオチン溶液を成長途上の 植物に噴霧することにより、雄性稔性を回復することができる。 3. アビジンをコードするDNA分子の単離 アビジンをコードする塩基配列は、既知の方法により単離できる。例えば、ト リ卵白アビジンをコードするcDNAは、トリ輸卵管のcDNAライブラリーから、参照 として本明細書組み入れられる「Gopeら、Nucleic Acids Res.,15: 3595(1987) 」に記載された方法により、単離することができる。 または、アビジン遺伝子のゲノムクローンは、アビジンを産生することが知ら れている生物のゲノムDNAから得ることができる。例えば、トリのアビジン遺伝 子「は、Keinanenら、Eur.J.Biochem.,220: 615(1994)」に記載された方法に よって、トリのゲノムDNAからクローンすることができる。 アビジン遺伝子はまた、標準的手法のポリメラーゼ連鎖反応(PCR)を用いて も、単離することができる。Erlich,PCR TECHNOLOGY: Principles and Applica tions for DNA Amplification (PCR技法:原理およびDNA増幅への応用)(Sto ckton Press,NY,1989)、および、Innisら、PCR Protocols: A GUIDE TO METH ODS AND APPLICATIONS(PCRプロトコール集:方法および応用へのガイド)(Aca demic Press,San Diego,1990)参照。ELONGASETMシステム(Life Technolog ie s,Inc.,Gaithersburg,MD)のような、長い塩基配列のPCRによる増幅の方法も また、アビジンをコードするゲノムクローンのような、より長い塩基配列を得る ために、用いることができる。既知のアビジン遺伝子塩基配列の5'および3'末端 に相補的なPCRプライマーは、Applied Biosystems(Foster City,CA)が提供し ているような、市販のオリゴヌクレオチド合成機により、合成することができる 。好ましい態様においてプライマーには、制限酵素切断部位を含む余分の塩基配 列も含まれる。このような部位が存在することにより、PCR産物を適切な制限酵 素で処理した後、適切なクローニングベクターへ、一方向性にクローニングする ことができる。Finney「Molecular Cloning of PCR Products(PCR産物分子のク ローニング)」CURRENT PROTOCOLS IN MOLECUTAR BIOLOGY(分子生物学の現行プ ロトコール集)Ausubel ら編、(John Wiley & Sons,New York,1987)より、p .15.7.1.。 PCRに用いる鋳型DNAは、cDNAまたはゲノムDNAのどちらでも可能であり、当技 術分野における既知の方法を用いて、適切な生物から用意することができる。Sa mbrookら、MOLECULAR CLONING: A LABORATORY MANUAL(分子クローニング:実験 室指針)第2版、(Cold Spring Harbor Laboratory Press,Cold Spring Harbo r, NY 1989)参照。ゲノムDNAは、TriazolTM(Life Technologies,Inc.,Gai thersburg,)のような市販の薬剤を用いて、鳥類、は虫類、または両生類の組織 から直接回収することができる。または、アビジンをコードするcDNAは、市販の 利用可能なキット(Pharmacia,Piscataway,NJ)を使って、トリ輸卵管組織か ら抽出したmRNAを用いて用意することもできる。mRNA標品を、ポリdTまたはラン ダムヘキサマー(無作為の6塩基配列)プライマーを用いた、標準的な技術によ るcDNA合成の鋳型として用いる。Sambrookら、前記、参照。その後、市販の利用 可能なキット(Pharmacia)を用いてcDNA合成を行い、そのcDNAを「Saikiら、Sc ience 239: 487(1988)」の方法によって、直接PCRに用いる。 上記の方法により単離したゲノムDNAまたはcDNA断片は、制限酵素で切断して 適当な断端を作る、DNA分子が好ましくない結合をしないようアルカリホスファ ターゼで処理する、および、適当なリガーゼで結合させるといったような、従来 の技法に従って、バクテリオファージまたはコスミドのようなベクターに、挿入 する ことができる。そのようなベクターを取り扱う技術に関しては「Ausubelら(編 )、CURRENT PROTOCOLS IN MOLECULAR BIOLOGY(分子生物学の現行プロトコール 集),.Aページ 3.0.5〜3.17.5(1990)」["Ausubel"]に記載されている。 または、アビジンをコードする塩基配列は、相互にプライミングし合う長いオ リゴヌクレオチドを用いてアビジンをコードするDNA分子を合成することにより 、得ることもできる。例えば、Ausubelのページ8.2.8〜8.2.13参照。また、Wosn ickら、Gene 60: 115(1987)も参照のこと。ポリメラーゼ連鎖反応を用いる現行 の技術により、長さ1.8キロベースまでの遺伝子を合成することができる。Adang ら、Plant Molec.Biol.21: 1131(1993);Bambotら、PCR Methods and Applica tions 2(PCR法およびその応用 2): 226(1993)。アビジンをコードする既知の どんなDNA分子の塩基配列に基づいても、アビジン遺伝の塩基配列を合成するこ とができる。例えば、Gopeら、前記、参照。 これらのクローンは、制限酵素による解析、サザンブロット法による解析、プ ライマー伸長法による解析、およびDNA塩基配列の解析といったような様々な標 準的技法を用いて、解析することができる。例えば、プライマー伸長法による解 析またはS1ヌクレアーゼ防御法による解析は、クローンした遺伝子の転写開始部 位を推定するのに用いることができる。Ausubelらの文献のページ4.8.1〜4.8.5 ;Walmsleyら、"Quantitative and Qualitative Analysis of Exogenous Gene E xpression by the S1 Nuclease Protection Assay"(S1ヌクレアーゼ防御アッセ イによる外来性の遺伝子発現の定量的及び定性的解析)、METHODS IN MOLECULAR BIOLOGY(分子生物学の方法)第7巻:GENE TRANSFER AND EXPRESSION PROTOCO LS(遺伝子の伝達および発現プロトコール集)、Murray(編)、ページ271〜281 (Humana Press Inc.1991)。 4. 発現ベクターへのアビジン遺伝子のクローニング及びトランスジェニック植 物の作出 一旦アビジン遺伝子を単離すれば、それを標準的な方法によって発現 ベクターに組み込む。Sambrookら、前記、参照。適切な発現ベクターを選択する には、宿主細胞に発現ベクターを導入する事が必要となる。典型的には、発現ベ クターは以下のものを含む:(1)細菌での複製開始点、及び、細菌宿主内で発現 ベクターが増殖し選択されるために必要な抗生物質抵抗性遺伝子をコードする、 原 核生物のDNA要素;(2)例えばアビジン遺伝子のような外来性のDNA配列を挿入す るためのクローニング部位;(3)プロモーターのような、外来性の遺伝子の発現 開始を制御する、真核生物のDNA要素;(4)転写終結/ポリアデニル基付加配列の ような、転写産物の処理を制御するDNA要素;及び(5)転写開始を制御するDNA要 素の支配下に接続された、マーカー蛋白の遺伝子(例えばレポーター遺伝子)。 植物の発現ベクター及びレポーター遺伝子に関する一般的な記述は、Gruberら、 "Vectors for Plant Transformation"(植物の形質転換のためのベクター)、ME THODS IN PLANT MOLECULAR BIOLOGY AND BIOTECHNOLOGY(植物の分子生物学およ び生物工学の方法)Glick ら(編)、ページ89〜119(CRC Press,1993)参照。 本発明の好ましい態様においては、植物のユビキチンプロモーターシステムを 用いる。植物のユビキチンプロモーターは、当技術分野においては、良く知られ ている。例えば、参照として本明細書に組み入れられる、ヨーロッパ特許出願 0 342 926参照。ユビキチンプロモーターは、構成的プロモーターである。 本発明の別の好ましい態様においては、アビジンの発現を誘発的に制御するた め、誘発性プロモーターを用いている。そのような誘発的プロモーターの例とし ては、トウモロコシのグルタチオンS-転移酵素システムがあげられる。Wiegand ら、Plant Mol.Biol.7:235(1986)参照。この方法はまた、雄性不稔を逆転的に 誘導することもできる。このため、アビジンおよびこれに伴う雄性不稔の発現は 、プロモーターの活性化により、意のままに制御できる。プロモーターが活性化 されていない場合には、アビジンは発現されず、従って植物は雄性稔性である。 アビジン遺伝子を含む発現ベクターは、プロトプラスト(原形質体)、もしく は未熟性胚および分裂組織のような完全な組織、もしくはカルス培養、もしくは 単離された細胞に導入することができる。好ましくは、発現ベクターは、完全な 組織に導入される。植物組織を培養する一般的な方法については、例えばMikiら 、"Procedures for Introducing Foreign DNA into Plants"(植物への外来性DN Aの導入手順)、METHODS IN PLANT MOLECULAR BIOLOGY AND BIOTECHNOLOGY(植 物の分子生物学および生物工学の方法)Glick ら(編)、ページ67〜88(CRC Pre ss,1993)、および、Phillipsら、"Cell/Tissue Culture and In Vitro Manipul ation"(細胞/組織培養およびインビトロ操作)、CORN AND DORN IMPROBEMENT (穀物及び穀物の改良)第3版、Spragueら(編)、ページ345〜387(American S ociety of Agronomy,Inc.ら、1988)に記載されている。 植物の組織に発現ベクターを導入する方法には、直接感染または植物組織のア グロバクテリウム土壌細菌共存下の培養が含まれる。Horxchら、Science 227: 1 229(1985)。好ましくは、アームをはずしたTiプラスミドを、外来性のDNA配列の ためのべクターとして用いる。形質転換は、例えばヨーロッパ特許出願番号116 718(1984)および270 822(1988)に記載されているような手順を用いて行うことが できる。好ましいTiプラスミドベクターは、外来性のDNA配列を、辺縁配列の間 に含むか、または少なくとも右側辺縁配列の上流に含む。 他のタイプのベクターも、直接的遺伝子伝達(例えば、特許協力条約出願 WO B5/01856およびヨーロッパ出願 275 069参照)、インビトロのプロトプラスト形 質転換(例えば、アメリカ合衆国特許番号4,684,611)、植物ウイルス媒介性形 質転換(例えば、ヨーロッパ特許番号067 553およびアメリカ合衆国特許番号4,4 07,956)、及び、リポソーム媒介性形質転換(例えば、アメリカ合衆国特許番号 4,536,475)のような手順を用いて、植物細胞を形質転換するのに用いることが できる。トウモロコシの形質転換に適当な方法は、Frommら、Bio/Technology 8: 833(1990)、およびGordon-Kammら、The Plant Cell 2: 603(1990)により示され ている。イネの形質転換の標準的な方法は、Christouら、Trends in Biotechnol ogy 10: 239(1992)およびLeeら、Proc.Nat'l.Acad.Sci.USA 88: 6389(1991) に記載されている。コムギも、トウモロコシまたはイネを形質転換する技術と同 様の方法を用いて、形質転換することができる。さらに、Casasら、Proc.Nat'l .Acad.Sci.USA 90: 11212(1993)では、モロコシの形質転換の方法が記載され ており、一方、Wanら、Plant Physiol.104: 37(1984)では、オオムギの形質転 換の方法が記載されている。 一般に、単子葉類の植物、特にイネ、トウモロコシ、モロコシ、オオムギまた はコムギのような穀類の形質転換には、直接的伝達法が好まれる。適切な直接伝 達法には、微小パーティクルを介する伝達、DNA注入、電気穿孔法、その他同種 のものが含まれる。例えば「Gruberら、前記、Mikiら、前記、及び、Kleinら、B io/Technology 10: 268(1992)」参照。さらに好ましくは、発現ベクターは、パ ー ティクルガン(biolistic device)で、微小パーティクルを介する伝達を用いて 、単子葉類の植物組織に導入する。 5. 雄性稔性の制御 A. 雄性不稔植物の作出 本発明に従って雄性不稔を誘発するために、アビ ジンをコードするDNA配列が、植物組織における遺伝子の転写を制御するDNA配列 の支配下に接続された発現ベクターを構築する。発現ベクターの一般的な必要条 件は上述してある。アビジンの発現によって雄性不稔とするために、アビジンは ただ単に一過性に発現するだけでなく、植物の成体期における発達の遅い段階で アビジンが発現するようなかたちで、植物の胚組織に発現ベクターを導入する。 例えば、染色体外で複製できるような植物ウイルスのベクターを利用して、有糸 分裂での安定性を持たせることができる。 有糸分裂での安定性を獲得するのに好ましい方法は、発現ベクターの配列を、 宿主の染色体に組み込むことである。そのような有糸分裂時の安定性は、微小パ ーティクルで発現ベクターを植物組織に伝達することにより、またはその他の上 述した標準的な方法を用いることにより、達成できる。例えば、Frommら、Bio/T echnology 8: 833(1990)、Gordon-Kammら、The Plant Cell 2: 603(1990)、およ びWaltersら、Plant Molec.Biol.18:189(1992)参照。 植物組織に導入した後のアビジンの転写は、好ましくは、植物組織において非 特異的に遺伝子発現を刺激する構成的プロモーターにより制御される。この目的 に適した構成的プロモーターの例は、前記に述べたように、ユビキチンプロモー ターである。 アビジン遺伝子の転写はまた、組織特異的に遺伝子発現を刺激するプロモータ ーによっても制御できる。特に好ましい葯特異的プロモーターは、トウモロコシ の近郊系B73から単離された5126プロモーターである。5126プロモーターは、四 分子から早期の一核期小胞子段階の葯に至るまで、外来性遺伝子の発現を刺激す る。 もう一つの適切な葯特異的プロモーターはSGB6プロモーターで、これもまたB7 3株から単離された。SGB6プロモーターは、四分子段階から中期一核期に至る小 胞子の発達段階まで、葯タペート細胞において、外来性遺伝子の発現を誘発する こ とができる。 または、アンサーボックスおよびコアプロモーターの組み合わせを用いて、葯 特異的な遺伝子発現を起こすことができる。特に好ましいアンサーボックスは、 以下に述べる塩基配列からなる、5126アンサーボックスである: もう一つの適切なアンサーボックスは、SGB6の転写開始部位の上流583番目か ら490番目の塩基により規定される94ベースペアのDNA断片内にある。そのSGB6の 94ベースペアのアンサーボックスは、下記の塩基配列からなる: または、減数分裂から四分子段階までの発達の間、遺伝子発現を刺激する、ト ウモロコシのG9プロモーターからも、適切なアンサーボックスを得る事ができる 。G9アンサーボックスは、下記の塩基配列からなる: 5126、SGB6およびG9のアンサーボックスは、上述したように、オリゴヌクレオ チドを合成することにより、得ることができる。当技術分野において熟練した人 々は、欠損変異による解析を用いて、ここで示したアンサーボツクス内にさらに 、ひとつまたはそれ以上の葯特異的制御配列を位置づける事ができる可能性があ る。そのようなアンサーボックスの「機能的断片」もまた、葯特異的な様式で、 アビジン遺伝子の発現を制御するのに用いることができる。 好ましいコアプロモーターは、5126コアプロモーター、SGB6コアプロモーター 、G9コアプロモーターおよびカリフラワーモザイクウイルスの35Sコアプロモー ターに由来する。 特に好ましいプロモーターは、以下に示す塩基配列からなる5126コアプロモー ターである: SGB6コアプロモーターは、SGB6遺伝子の転写開始部位上流の、約38塩基からな る。適切なSGB6コアプロモーターは、以下の塩基配列を持つ: G9遺伝子に由来する適切なコアプロモーターは、以下の塩基配列からなる: 5126、SGB6およびG9コアプロモーターの機能的断片もまた、適切なコアプロモ ーターとなる。そのような機能的断片を獲得する方法は、上述した。 一つの遺伝子に由来するアンサーボックス、および第二の遺伝子に由来する葯 特異的プロモーターからなるキメラの制御要素を用いることによっても、アビジ ン遺伝子が発現する発達段階を拡張することができる。 例えば、SGB6の制御配列は、四分子から一核期中期までの発達段階を通じて、 遺伝子発現を刺激するが、一方、G9の制御配列は、減数分裂から四分子に至る発 達段階を通じて、遺伝子の発現を刺激する。しかし、SGB6のアンサーボックスお よびG9のプロモーターを組み合わせれば、減数分裂から一核期中期に至るまでの 発達段階を通じて、外来性遺伝子の転写を刺激する。このように、アンサーボッ クス及び葯特異的プロモーターを様々に組み合わせることが、本発明においては 特に有用である。 ウイルスのコアプロモーターもまた、用いることができる。適切なウイルスコ アプロモーターの例としては、カリフラワーモザイクウイルス(CaMV)コアプロ モーター、Figwort モザイクウイルスコアプロモーター、および同類のものが含 まれる。Gruberら、前記。好ましくは、ウイルスのコアプロモーターは、CaMVの 35Sコアプロモーター、またはそれに由来する変異体である。 形質転換した細胞を選択するため、発現ベクターは、除草剤抵抗性遺伝子のよ うな、選択性マーカー遺伝子を含んでいる。例えば、そのような遺伝子は、ホス フィノスリシン、グリホサート、スルホン酸尿素、アトラジン、またはイミダゾ リノンに対する抵抗性に関わる可能性がある。好ましくは、選択性マーカーの遺 伝子は、ホスフィノスリシンアセチル転移酵素をコードする、bar遺伝子またはp at遺伝子である。bar遺伝子の塩基配列は、Leemansら、ヨーロッパ特許出願番号 0-242-246(1987)、およびWhiteら、Nucleic Acids Res.18: 1062(1990)に見出す ことができる。Wohllebenら、Gene 70: 25(1988)では、pat遺伝子の塩基配列が 提示されている。Barまたはpat遺伝子が発現すると、グルホシネート(他ではBa staR及びIgniteRとして販売されている)およびビアラホス(Herbi-aceR及び LibertyRとして販売されている)のような除草剤に対する抵抗性を獲得する。 発現ベクターは、構成的プロモーターにより制御される選択性マーカー遺伝子 と同様に、構成的プロモーターまたは葯特異的プロモーターにより制御される、 アビジンをコードするDNA配列を含むことができる。または、選択性マーカー遺 伝子を宿主細胞に伝達するのに、胚組織を、独立の選択性発現ベクターで「同時 に形質転換」することもできる。 B. 第一代雑種における雄性稔性の回復 上述した方法は、近郊系品種間で大規模に方向性のある交配を行って、トラン スジェニックの雄性不稔植物の第1代雑種を作出する際に、用いることができる 。トランスジェニックの雄性不稔植物の卵細胞が、いずれも組換えアビジン遺伝 子を含んでいない場合には、第1代雑種の一部は、雄性稔性の表現型を持つ。一 方、組換えアビジン遺伝子が、トランスジェニックの雄性不稔植物の全ての卵細 胞に存在すれば、エチレンにより誘発された不稔性が優性となるため、第1代雑 種は雄性不稔の表現型を持つ。このことから、雄性稔性の第1代雑種を作出でき る、雄性稔性の回復システムを用いる方が、望ましいと考えられる。このような 稔性回復システムは、収穫産物が種子である場合、自殖性の種においては、特に 価値の高いものである。 トランスジェニックの雄性不稔植物の系統において、稔性を回復するために通 常用いられる方法では、トランスジェニック植物の第二の「回復」系を作成する ことが必要である。例えば、バルナーゼの発現により雄性不稔となっているトラ ンスジェニック植物を、上記で論じたように、バルナーゼ阻害剤を発現する雄性 稔性植物と交配するのである。Marianiら、Nature 357: 384(1992)。 本件においては、類似のアプローチとして、アビジンmRNAを標的とするリボザ イムを発現する、またはアンチセンスのアビジンを発現するトランスジェニック 植物の回復系を作成することが、必要である。例えば、mRNA分子の特定の標的配 列に対するエンドヌクレアーゼ活性を発現するように、リボザイムを設計するこ とができる。例えば、Steineckeら、EMBO J.11: 1525(1992)では、タバコのプ ロトプラストにおいて、リボザイムにより、ネオマイシン燐酸転移酵素の遺伝子 発現を、100%まで阻害している。より最近の例として、Perrimanら、Antisense Res.& Devel.3: 253(1993)では、改変したハンマーヘッド型リボザイムを発現 するベクターを用いて、タバコのプロトプラストにおいて、クロラムフェニコー ルアセチル転移酵素の活性を阻害している。本発明における状況としては、アビ ジンmRNAが、リボザイムの標的RNA分子として適当である。 同様のアプローチにおいて、アンチセンスRNAをコードする塩基配列を含む発 現ベクターを用いて、稔性を回復することができる。アンチセンスRNA分子が標 的のmRNA分子に結合すると、ハイブリダイゼーションにより翻訳が阻害される。 Patersonら、Proc.Natl.Acad.Sci.USA,74: 4370(1987)。本発明の状況にお いては、適切なアンチセンスRNA分子は、アビジンmRNAに相補的な配列を持つ。 本発明 の好ましい態様においては、アンチセンスRNAは、誘発性プロモーターにより制 御を受ける。このプロモーターを活性化すると、雄性稔性を回復することができ る。 さらに別のアプローチとしては、RNアーゼPが触媒するアビジンmRNA分子の切 断を、促進することができるような、RNA転写物をコードする発現ベクターを、 構築することができる。このアプローチを用いると、内在性のリボザイムである RNアーゼPをアビジンmRNAに導き、その後続けて細胞のリボザイムにより切断さ せるための、外部ガイド配列を、構築することができる。Altmanら、アメリカ合 衆国特許番号5,168,053;Yuanら、Science 263: 1269(1994)。好ましくは、外部 ガイド配列は、アビジンmRNAに相補的な10〜15塩基の配列、および、Nが好まし くはプリンである3'-NCCA塩基配列を含む。同文献。外部ガイド配列の転写産物 は、mRNAおよび相補的な外部ガイド配列間で塩基対を形成することによって、標 的のmRNA分子種に結合し、この結果、塩基対を形成した領域の5'側に位置する塩 基のところで、RNアーゼPによるmRNAの切断が促進される。同文献。 雄性稔性を回復する別の方法では、トランスジェニックの雄性不稔植物は、ア ビジン遺伝子を支配するよう接続されたプロモーター配列に加えて、原核生物の 調節要素をも含んだ発現ベクターを持っている。原核生物のポリペプチドを、そ のプロモーターの制御のもとで発現する、トランスジェニックの雄性稔性植物を 作出する。第1代雑種において、原核生物のポリペプチドは原核生物の調節配列 に結合し、およびアビジンの発現を抑制する。 例えば、本発明に従って、遺伝子発現を制御するために、LexA遺伝子/LexAオ ペレーターのシステムを、用いることができる。アメリカ合衆国特許第4,833,08 0号("'080特許)及びWangら、Mol.Cell.Biol.13:1805 (1993)。より特異的に は、雄性不稔性植物の発現ベクターはLexAオペレーター配列を含み、一方で、雄 性稔性植物の発現ベクターはLexAリプレッサーをコードする配列を含む。第1代 雑種においては、LexAリプレッサーがLexAオペレーター配列に結合し、およびア ビジン遺伝子の転写を阻害する。 LexAオペレーターのDNA分子は、たとえば、既知のLexAオペレーター配列を含 むDNA断片を合成することにより、獲得することができる。例えば、'080特許お よび Garrigaら、Mol.Gen.Genet.236: 125(1992)参照。LexA遺伝子は、LexAリプレ ッサーをコードするDNA分子を合成することにより、獲得することができる。遺 伝子合成技術については上述し、および、LexA遺伝子の塩基配列は、例えば、Ga rrigaら、前記、に提示されている。または、LexAリプレッサーをコードするDNA 分子は、プラスミドpRB500、American Type Culture Collection Accession番号 67758から、入手することができる。 稔性を回復する更に別の方法としては、ビオチン溶液を成長途上の植物に噴霧 する事により、アビジンのビオチンに対する高い親和性を利用するものがある。 ビオチン溶液はまた、ビオチンを確実に完全に溶解させるために、DMSOのような 有機性共溶媒を最小量含む。花粉の発達過程の減数分裂期のうちに噴霧を始め、 花粉がまき散らされるのを確認するまで、一定の間隔で繰り返す。噴霧の間隔は 、1〜7日間の間で変わる。本発明の好ましい態様においては、3〜5日ごとに噴霧 を繰り返す。 当技術分野において熟練した人々は、簡単に、lacリプレッサー/lacオペロン システムまたはtrpリプレッサー/trpオペロンシステムのような原核生物の調節 システムを用いた、他の雄性稔性の回復法を設定することができる。 本発明は、このために一般的に記述されており、本発明を限定する為ではなく 具体例として提示した以下に述べる実施例を参照することにより、より容易に理 解することができると考えられる。 実施例 1:アビジンの高レベルの構成的発現による雄性不稔トランスジェニッ クトウモロコシの作出 トランスジェニックのトウモロコシ植物を作出する方法は、ヨーロッパ特許出 願番号 0 442 174A1 に記載されており、このため、参照として本明細書に組み 入れられている。その方法を、以下に簡略に記載する。 ユビキチンプロモーターの制御下にアビジン遺伝子を持ち、およびPNINIIター ミネーター配列をも含むベクター、PHI5168を用いて、トランスジェニックのト ウモロコシ植物を作出した。PHI5168の構造は、図1に示されている。bar遺伝子 を二重の35Sプロモーター制御下に持ち、およびさらにPINIIターミネーター配列 をも含む発現プラスミドPHI610を、アビジンを有する構築物と共に同時に形質転 換に用いて、ビアロホスを含む形質転換混合液で処理することにより、トランス ジェニック植物を選択した。PHI610の構造は、図2に示されている。二つの発現 ベクターで、Greenら、「植物及び動物の分子遺伝学(Molecular Genetics of P lants and Animals)」Downeyら編、Academic Press,NY,20,147(1983)の方法 に従ったII型の胚形成培養に由来する、胚形成用浮遊培養を形質転換した。培養 を、Murashigeら、Physio.Plant; 15巻; pp.453〜497;(1962)に記載されたMur ashigeおよびSkoog(「MS」)培地に、2,4-二塩化フェノキシ酢酸(2,4-D)2 mg /Lおよびサッカロース30 g/Lを加えたもので維持した。浮遊培養を、実験の7日 前に710ミクロンの篩にかけ、その濾過物をMS培地中で維持した。 ブヒャナー漏斗による吸引濾過(Whatman No.614)で浮遊培養から細胞を回 収し、100 ml(新しい重量として)の細胞を、3.3 cmのペトリ皿に移した。細胞 を0.5 mLの新しい培養用培地に拡散させて、細胞の薄層を形成した。覆いを取っ たペトリ皿を、Biolistics Inc.(Geneva,NY)製の遺伝子銃装置の検体チャンバ ーに入れた。吸引ポンプを用いて、チャンバー内の圧力を0.1気圧まで下げ、空 気の摩擦により微粒子が減速するのを防いだ。平均径約1.2ミクロンのタングス テン粒子(GTE Sylvania Precision Materials Group,Towanda,Pennsylvania )で細胞を爆撃した。pH 7.7のTE緩衝液で作成したDNA溶液(1μg DNA/100λ)5 μlを、1.5 mlのエッペンドルフチューブ中で、蒸留水1 mlあたり50 mgの濃度 のタングステン微粒子浮遊液25 μlに加えることにより、PHI5168およびPHI610 の等量混合 物を、微粒子にロードした。粒子は凝集して、チューブ内に沈殿した。 外来遺伝子を含む、形質転換された植物細胞の培養を、560R(培地)(N6を基 本とし、1 mg/mlのビアラホスを加えた培地)中で4〜8週間培養した。この培地 は、bar遺伝子を発現する細胞を選択するものである。 その後胚形成用の培養で胚形成を誘導し、細胞を植物体へと発芽させた。カル ス維持培地上に認められた体細胞胚を発芽させるために、二系列の培地を用いた 。カルスをまず最初に、5.0 mg/L のインドール酢酸(IAA)を含む培地(成熟培 地)に移して、カルスが増殖し続けている間、10〜14日培養した。素材の単位体 積当たりの回収量を最適化するため、カルスは50 mg/プレートで撒いた。 次にカルスを、「成熟」培地から、最初の培地と比較してIAA含有量の少ない (1 mg/L)二番目の培地に移した。この時点で、光の当たる場所に培養を移した 。発芽中の体細胞胚の特徴は、緑色の芽条が、連結した根(root access)とと もに伸長していることであった。体細胞胚を、次に、培養管(150 x 25 mm)に 入れた培地に移して、さらに10〜14日培養した。この時点で、植物は約7〜10 cm の長さがあり、温室内中の条件で活発に低温順化するのに十分な大きさであった 。 再生した植物を低温順化させるため、植物を無菌コンテナから取り出して、固 化した寒天培地を根から洗浄して除去し、成長用チャンバーに移した。植物の根 が過度に濡れないように相対湿度約100%を維持する、加湿装置を付けた成長用チ ャンバーに、市販の鉢植え用ミックスを入れ、ここに苗を移した。加湿チャンバ ー内で3〜4週間おくと、植物は、野外条件へ移植できるほど丈夫になった。 野外に出した植物の雄性不稔を観察して解析を行った。選択した植物について 、その後さらに、PCRおよびサザンブロッティングを行って、アビジン遺伝子が 存在するかどうか解析し、ならびにアビジンの発現については標準的な方法によ るELISAで、解析を行った。 PCRで解析した94の植物のうち、53が稔性、および41が不稔であった。各植物 ごとの稔性を、PCRで解析したアビジン遺伝子の有無と比較すると、遺伝子が存 在することおよび植物が不稔であることは、98%の相関が認められた。5つの植物 についてサザンブロッティングを行い、アビジン遺伝子の存在を詳しく解析した 。サザンブロットによる解析で、3つの植物は、アビジン遺伝子を持っているこ とが示 された。3つの植物すべてが、不稔であった。アビジン遺伝子を持っていなかっ た2つの植物は、完全に稔性であった。これらの結果から、アビジン遺伝子が存 在することおよび不稔であることの間には、100%の相関があった。 実施例 2:雄性不稔のトランスジェニックダイズの植物作出のためのアビジン をコードするDNA配列を含むバイナリーベクターを有するアグロバクテリウム菌 株の使用 トランスジェニックのダイズ植物体を作出する方法は、アメリカ合衆国特許出 願続き番号07/920,409に記載されており、このためこれを、参照として本明細書 に組み入れる。Pioneer variety 9341のダイズ(Glycine max)種子を、釣り鐘 型のガラス器内に塩素ガスを発生させてこれに暴露させ、表面を殺菌処理する。 ガスは、100 mlの次亜塩素酸ナトリウム(5.25% w/w)に3.5 mlの塩酸(34〜37% w/w)を加えて発生させる。暴露は、容積約1立方フィートのコンテナ内で、16 〜20時間行う。表面を殺菌処理した種子は、ペトリ皿に入れて、室温で保存する 。Gaulborgによる1/10強度の寒天固化培地(0.32 gm/L最小有機物、Sigma Chemi cal カタログ番号G5893、0.2%w/v サッカロース、(3.0 mM)2-(N-モルフォリ ノ)エタンスルフォン酸(MES)を添加したB5基本培地で、植物成長調整剤を含 まないものに種子を撒き、28℃で、約20μEm-2S-1の白色蛍光灯で照射時間16時 間として培養し、発芽させる。3〜4日後、共培養のために種子の準備を行う。種 皮を除去し、伸長している出根を子葉下3〜4 mmのところで除去する。 アビジン遺伝子を含む改変したバイナリープラスミドを有するアグロバクテリ ウム土壌細菌株LBA4404を一晩培養し、これをテトラサイクリン1 μg/mlを含む 最小A培地で対数増殖期まで増殖させ、プールして、550 nmにおける吸光度を測 定する。で沈殿して各遠心管に1〜2 x 1010細胞を回収するのに十分な量の109細 胞/mLの培養を、15 mLのコニカル遠心管に入れる。6,000 x gで10分間遠心して 細胞を沈殿させる。遠心後、上清を傾瀉し、必要時まで1時間以内の範囲で、遠 心管を室温に保存する。 各プレートの種子を、新たに浮遊させたアグロバクテリウムのペレットで処理 できるよう、接種は一組ごとに行う。B5塩類(G5893)3.2 g/L、2.0% w/v サッ カロース、45 μm 6-ベンジルアミノプリン(BAP)、0.5 μMブチル酸インドー ル( IBA)、100μM アセトシリンゴンを含み、10 mM MESでpH 5.5に調整した接種用 培地20 mlに、各バクテリアのペレットを再浮遊させる。ボルテックスをかけて 再浮遊させる。次に、接種液を、準備の整った種子を入れたペトリ皿に注ぎ、外 科用剃刀で、子葉節を損傷する。これは、子葉2つを完全なまま保護し、芽頂を 通る長軸方向で種子を二分することによって行う。2分した芽頂から、次に外科 用剃刀で各々の子葉を掘り出して折り取る。子葉節を次に、外科用剃刀で、軸に 沿って対称に繰り返し刻み目を付けることによって損傷する。移植片を、軸側ま で通して完全に切ってしまわないよう、気を付ける。約5分で移植片を用意した 後、バクテリア存在下で、室温で揺動せずに30分間接種を行う。30分後、移植片 を、0.2% w/v のGelrite(Merck & Company Inc.)で固化させた同じ培地のプレ ートに移す。移植片を、向軸面を上にして、培地表面と同じ高さに埋め込み、約 20μEm-2S-1の白色蛍光灯下で、22℃で3日間培養する。 3日後、3.2 g/l B5塩類(G5893)、2% w/v サッカロース、5 μM BAP、0.5 μ M IBA、200 μg/mlバンコマイシン、500 μg/mlセホタキシムを含み、3 mM MES でpH 5.7に調整した、液体逆選択培地に、移植片を移す。移植片を入れた各ペト リ皿を、継続的に緩やかに旋回揺動し、室温で4日間洗浄する。逆選択培地は、4 回交換する。 その後、3.2 g/l B5塩類(G5893)、2% w/v サッカロース、5.0 μM BAP、0.5 μM IBA、50 μg/ml硫酸カナマイシン、100 μg/mlバンコマイシン、30 μg/ml セホタキシム、30 μg/mlティメンチンを含み、3 mM MESでpH 5.7に調整し、寒 天で固化した選択培地に、移植片を移す。選択培地は、0.3% w/v のSeakem Agar oseで固化する。移植片を、向軸面を下にして培地に埋め込み、28℃で、60〜80 μEM-2S-1の白色蛍光灯下、照射時間16時間で培養する。 2週間後、移植片を再度旋回揺動装置にのせて液体培地で洗浄する。洗浄は、5 0 μg/ml の硫酸カナマイシンを含む逆選択培地で、一晩行う。翌日、寒天で固 化した選択培地に移植片を移す。それらを、向軸面を下にして培地に埋め込み、 さらに2週間の間培養する。 選択培地で1ヶ月培養した後、形質転換した組織は、脱色した不健全な組織を 背景に、緑色の扇形をした再生組織として、観察することができる。緑色扇形部 の 認められない移植片は廃棄し、緑色扇形部を有する移植片を、3.2 g/l B5塩類( G5893)、2% w/v サッカロース、3.3 μM IBA、1.7 μMジベレリン酸、100 μg/ mlバンコマイシン、30 μg/mlセホタキシム、および30 μg/mlティメンチンを含 み、3 mM MESでpH 5.7に調整した伸長培地に移す。伸長培地は、0.2% w/v のGel riteで固化する。緑色扇形部を、向軸面を上にして埋め込み、前と同様にして培 養する。2週間ごとに新しいプレートに移しながら、この培地で培養を続ける。 芽条が0.5 cmの長さになった時点でベースから切り取り、13 x 100 mlの試験管 に入れた出根培地に入れる。出根培地は、3.2 g/l B5塩類(G5893)、15 g/l サ ッカロース、20 μMニコチン酸、900 mg/lピログルタミン酸(PGA)および10 μ M IBAを含む。根付培地は3 mM MESでpH 5.7に調整し、0.2% w/vのGelriteで固化 する。10日後、IBAまたはPGAを含まない同じ培地に芽条を移す。芽条は出根し、 前と同じ環境条件下で、これらの試験管で保管する。 出根のシステムが十分に確立された時点で、苗を無菌土に移す。温度、照射時 間、および光度は、前と同じに保つ。 トランスジェニックダイズ植物におけるアビジンの発現は、ELISAを用いて確 認及び定量し、ならびに遺伝子の存在は、PCRおよびサザンブロッティングによ り確認する。発現の安定性は、世代を重ね、同じ方法で評価する。不稔性は、ダ イズにおけるアビジンの発現と相関していることがわかる。 実施例 3: アビジンの発現による雄性不稔ヒマワリ植物の作出 アビジンをコードする発現カセットを、トランスジェニックヒマワリの植物及 び種子を作出するために用いる。アビジンをコードするDNA配列を、ユビキチン プロモーターの制御下にある発現カセットに挿入する。 この発現カセットを、次に、EcoRI部位を用いて、PHI 5765のようなバイナリ ーベクターにサブクローンする。次にバイナリーベクターをアクロバクテリウム 土壌細菌のヘルパー株に導入する。 ヒマワリの植物を、Bidneyら、Plant Mol.Bio.; 18巻; p.301; 1992の記載に 従って、微粒子爆撃法で処理した後、アグロバクテリウムのLBA4404株で形質転 換する。要約すれば、Pioneer Sunflower Line SMF-3の種子から種皮を除去し、 表面を殺菌する。種子を水でしめらせた濾紙にのせ、暗所において、26℃で18時 間 、水分を吸収させる。子葉および根幹を除去し、374BGA培地(MS塩類、Shephard ビタミン類、40 mg/L硫酸アデニン、3%サッカロース、0.8%植物寒天 pH5.6に、0 .5 mg/L BAP、0.25 mg/L IAAおよび0.1 mg/L GAを加えたもの)上で、分裂組織 移植片を培養する。24時間後、初葉を除去して頂端の分裂組織を露出し、移植片 を、頂端半球を上に向けて、水性寒天を入れた20 mmのペトリ皿を用いて、60 mm の中心に2 cmの円形に置く。TE緩衝液に浮遊させたタングステン粒子、またはア ビジン遺伝子を含む発現プラスミドを付着させた粒子で、移植片を2回爆撃する 。分裂組織の移植片を、374BGA培地上で、光照射下、26℃でさらに72時間共培養 する。 アグロバクテリウム処理した分裂組織を、72時間の共培養の後、250 μg/mlセ ホタキシムを含む374培地(1%サッカロースを含み、BAP、IAAまたはGA3を含まな い374BGA)に移す。さらに2週間、26℃で日照時間16時間の培養条件で苗を培養 し、緑色または脱色に発色させる。苗をカナマイシンを含む培地に移し、成長さ せる。植物中のアビジンの存在を、実施例2に記載したようにして確認および定 量する。雄性不稔が存在することは、植物にアビジンが発現していることと相関 しているのがわかる。 前文は、特に好ましい態様に言及したものであるが、本発明がそれだけに限局 されるものではないことが理解されるはずである。当技術分野において通常の技 術を有する当業者は、本明細書に開示された態様に様々な改変を加えることがで きると考えられるが、そのような改変は、以下の請求の範囲で定義する、本発明 の範囲内に含まれるものとする。本明細書に記載されている出版物および特許出 願はすべて、本発明が属する当技術分野の人々の技術レベルを示すものである。 DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Induction of Plant Male Sterility by High Level Avidin Expression Background of the Invention The present invention relates to a method of controlling plant fertility using a DNA molecule encoding avidin. In particular, the present invention is directed to a method of producing transgenic male sterile plants that express avidin. The present invention further relates to a method of restoring male fertility in progeny of a male sterile plant. Controlling pollen fertility is essential for producing hybrid crops. See, for example, "JM. Poehlman, Breeding Field Crops, 3rd Edition (Van Norstrand and Reinhold, New York, NY, 1987)," which is incorporated herein by reference. For example, in producing hybrid corn, pollen fertility can typically be controlled by physically removing the male inflorescence or tuft before pollen spills. Removing the tufts manually is very hard work. Removing the tufts using a machine is less labor intensive than manual, but less reliable, and requires a later inspection of the crop and possibly additional manual tuft removal. Both methods of hair removal remove the viability of the female parent. However, most plants, primarily as crops of interest, have both functional male and female organs in the same flower; therefore, it is simple to perform emasculation It is not a process. Although it is possible to manually remove the pollen-forming organs before the pollen spills, the hybrid production by this method is very labor intensive and expensive. Pollen fertility can also be controlled by spraying leaves with the characteristics of male gametes. Cross et al., Sex Plant Reprod. 4: 235 (1991). For example, applying 2-chloroethyl sulfonic acid (esrel) to anthers causes extra pollen mitosis in wheat, degeneration of tapetocytes in barley, and hypoplasia and stunting in Lentinus. . Bennet et al., Nature 240: 566 (1972); Colhoun et al., Plant Cell Environ. 6:21 (1983); Berthe et al., Crop Sci. 18:35 (1978). However, the chemical approach is also labor intensive and has the potential problems of introducing chemical toxicity to the environment. In addition, the commercial production of hybrid seeds using gameticides is limited in terms of the price and effectiveness of chemicals, as well as the reliability and shelf life of chemicals. is there. A significant limitation of gametoids is that they have toxic effects on plants that vary in strength by genotype. Another limitation is that these chemicals may not be effective in long-flowering crops, because newly-grown flowers may not be affected . As a result, it is necessary to provide the chemical substance repeatedly. Current commercial hybrid seed production systems for field crops are often based on genetic means of pollination control. Plants used as females are either unable to disperse pollen, produce pollen that cannot be self-pollinated biochemically, or cannot produce pollen. Plants that cannot self-pollinate are called "self-incompatible". When using a self-incompatibility system, the usefulness and reproductivity of a self-incompatible female strain, and the stability of self-incompatibility become problems. In some cases, self-incompatibility can be resolved by manually pollinating immature buds before the chemical or biochemical mechanisms that inhibit pollen are activated. Self-incompatibility mechanisms that can be deactivated are often very susceptible to the effects of repressive climatic conditions, such as losing or reducing the effectiveness of biochemical inhibition of self-pollination. Of greater interest in commercial seed production are systems based on genetic pollen control that cause male sterility. These systems can be broadly divided into two types: (1) nuclear male sterility, that is, one or more nuclear gene mutations that prevent pollen formation, or (2) cytoplasmic inheritance. Sexual male sterility, often called "cytoplasmic male sterility" (CMS), is a change in cytoplasmic organelles (often mitochondria) that inhibits or defies pollen formation thing. Nuclear sterility can be either dominant or recessive. Dominant sterility can only be used to form hybrid seeds where asexual or parthenogenetic propagation of the female strain is possible. Recessive sterility can be used if it is easy to distinguish between sterile and fertile plants. However, dominant and recessive sterility systems have limited commercial utility, respectively, due to the high cost of parthenogenesis and the culling of female strains of self-pollinating plants. There are plans for hybridization, including the use of CMS, but their commercial value is limited. One example of a CMS system is when the mitochondria in the cytoplasm have specific mutations that, with the appropriate nuclear background, make it impossible to form mature pollen. In some cases, nuclear background can compensate for cytoplasmic mutations and cause normal pollen formation. A specific "restoring gene" in the nucleus enables pollen formation in plants with CMS mitochondria. In general, the use of CMS for commercial seed production involves the use of three hybrid strains: a male dominant sterile strain (female parent strain), other than having a fully functional mitochondria. Is a maintenance strain having the same genotype as the male sterile strain, and a male parent strain. The male parent strain may or may not have a specific restoring gene in the cytoplasm. For crops such as vegetables where recovering seed from hybrids is not important, a non-recoverable CMS system can be used. For crops in which the hybrid fruit or seed is a commercial product, it is necessary to restore the fertility of the hybrid seed by the recovery gene of the male parent strain or to pollinate the male sterile hybrid. Pollination of unrecovered hybrids can be achieved by including a small number of male fertile plants for pollination. In most species, all cytoplasmic organelles are inherited exclusively from egg cells, so the CMS trait is maternally inherited. CMS systems have the limitation that male plants must be produced as the only solution for producing sterile plants. For example, one particular CMS type of maize (T-cytoplasm) confers susceptibility to toxins produced by infection by certain fungi. Although still used in many crops, CMS systems can be destroyed under certain environmental conditions. From the above, it is clear that there is a great need for means to control pollen production other than manual, mechanical, chemical and traditional genetic techniques. Summary of the Invention Therefore, an object of the present invention is to provide a method for producing a male sterile plant that becomes sterile by heterologous expression of avidin. It is a further object of the present invention to provide a chimeric gene consisting of a DNA sequence encoding avidin, connected under the control of a plant promoter sequence. It is a further object of the present invention to provide a method of restoring male sterility caused by avidin expression. These and other objects are achieved according to one aspect of the present invention by providing an isolated DNA molecule consisting of a nucleotide sequence encoding avidin connected under the control of a plant promoter sequence. . In a preferred embodiment, the isolated DNA sequence is contained on an expression vector. In another preferred embodiment, the plant promoter sequence is a constitutive promoter, and in another preferred embodiment, the constitutive promoter is a ubiquitin promoter. According to yet another preferred embodiment of the present invention, there is provided a transgenic plant comprising an avidin gene and a heterologous nucleotide sequence that increases male avidin concentration in plant tissue to cause male sterility. In a preferred embodiment, the transgenic plant is a cereal, legume, or sunflower. In another preferred embodiment, the heterologous DNA molecule further comprises a constitutive promoter sequence, which in one preferred embodiment is a ubiquitin promoter sequence. According to yet another aspect of the present invention, the method comprises introducing an expression vector containing a promoter and an avidin gene into a plant cell, wherein the expression of the avidin gene causes male sterility by controlling the expression of the avidin gene. And a method for producing a transgenic male sterile plant. In a preferred embodiment, the transgenic plants are regenerated from plant cells. In another preferred embodiment, the promoter comprises a ubiquitin promoter or an inducible promoter. According to a further different aspect of the present invention, the creation of a first parent strain, a male sterile plant containing the DNA molecule described above, wherein the expression of avidin causes male sterility, a second transgenic expressing a second foreign gene Of a parent plant, and the second parent plant in which a first parent strain and a second parent strain are cross-pollinated to suppress the expression of avidin in a hybrid plant, thereby producing a male fertile hybrid plant. Provided is a method of using an avidin gene to produce a male-sterile hybrid plant, including producing a hybrid plant that expresses a foreign sperm gene. In a preferred embodiment of this aspect of the invention, the second exogenous gene is selected from the group consisting of an antisense gene, a ribozyme gene and an external guide sequence gene. In yet another preferred embodiment, the antisense gene comprises an avidin mRNA sequence under the control of an inducible promoter in yet another preferred embodiment. In yet another preferred embodiment, the ribozyme gene comprises an avidin mRNA sequence. In yet another preferred embodiment, the external guide sequence gene comprises an avidin mRNA sequence. In still another preferred embodiment, the DNA molecule of the first parent plant further comprises a LexA operator connected under the control of the promoter when the second exogenous gene is a LexA repressor gene. In another preferred embodiment, the promoter sequence is an answer selected from the group comprising the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1; the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 2; the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 3; and a functional fragment derived therefrom. Anther-specific promoter sequence containing a box (anther box). In yet another preferred embodiment of this aspect of the invention, the answer box has the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1, SEQ ID NO: 2, or SEQ ID NO: 3, and the anther-specific promoter sequence further comprises a CaMV 35S core promoter. A nucleotide sequence of SEQ ID NO: 4; a nucleotide sequence of SEQ ID NO: 5; a nucleotide sequence of SEQ ID NO: 6; and a core promoter selected from a group including a functional fragment derived therefrom. In accordance with yet another aspect of the present invention, there is provided a method of restoring fertility of a plant that has become male sterile due to avidin expression, comprising spraying a biotin solution onto the plant. BRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES FIG. 1 shows the plasmid PHI5168 encoding avidin. FIG. 2 shows the plasmid PHI610 encoding the bar gene. Detailed description of preferred embodiments 1. Definitions In the description that follows, a number of terms are used extensively. The following definitions are provided to facilitate understanding of the present invention. A structural gene is a DNA sequence that is transcribed into messenger RNA (mRNA) and then translated into an amino acid sequence characteristic of a specific polypeptide. Exogenous gene, as used herein, refers to a DNA sequence connected under the control of at least one heterologous regulatory element. For example, any gene other than the maize 5126 structural gene is considered an exogenous gene if its expression is controlled by an anther-specific regulatory element of the 5126 gene. A promoter is a DNA sequence that governs the transcription of a gene, such as a structural gene, an antisense gene, a ribozyme gene, or an external guide sequence gene. Typically, a promoter is located in the 5 'region near the transcription start site of a gene. When the promoter is an inducible promoter, the rate of transcription increases with the inducing agent. In contrast, when the promoter is a constitutive promoter, the rate of transcription is not controlled by the inducing agent. A plant promoter is a promoter sequence that controls the transcription of a gene in a plant tissue. The core promoter contains a nucleotide sequence essential for promoter function, including a TATA box and a transcription initiation site. By this definition, a core promoter may or may not have detectable activity in the absence of a specific sequence that promotes its activity or is involved in tissue-specific activity. . For example, the SGB6 core promoter consists of about 38 bases 5 ′ to the transcription start site of the SGB6 gene, while the cauliflower mosaic virus (CaMV) 35s core promoter has about 33 bases 5 ′ to the transcription start site of the 35S genome. Consists of a base. A tissue-specific promoter is a DNA sequence that, when linked to a gene under its control, causes expression of that gene at a higher level in certain tissues of an organism than in some or all other tissues. is there. For example, an anther-specific promoter is a DNA sequence that causes high levels of transcription of the relevant gene in plant anther tissue. For example, the anther-specific promoter of SGB6 can cause exogenous gene expression in anther tissue, but not in root or coleoptile tissue. As used herein, an "anther-specific promoter" contains two functional elements: the "answer box" and the core promoter. Certain answer boxes may have the functional characteristics of classical enhancers. The combination of one answer box and one core promoter can promote gene expression to a greater extent than the core promoter alone. This is true even in the case of chimeric anther-specific promoters, including answerbox and core promoters from different genes. Such chimeric anther-specific regulatory elements are described below. An operator is a DNA molecule located in the 5 'direction of a gene and contains a nucleotide sequence that is recognized and bound by a repressor protein. Binding of the repressor protein to its cognate operator causes repression of transcription of the gene. For example, the LexA gene encodes a suppressor protein that binds to the LexA operator. An isolated DNA molecule is a DNA fragment that has been separated from the DNA of an organism. For example, a cloned DNA molecule that encodes an avidin gene is an isolated DNA molecule. Other examples of isolated DNA molecules include chemically synthesized DNA molecules or cDNA produced by enzymes that have not been integrated into the genomic DNA of an organism. Enhancers are DNA regulatory elements that can increase the efficiency of transcription. Complementary DNA (cDNA) is a single-stranded DNA molecule formed using mRNA as a template by an enzyme called reverse transcriptase. Typically, a primer complementary to a portion of the mRNA is used to initiate reverse transcription. Those skilled in the art also use the term "cDNA" to refer to a double-stranded DNA consisting of such a single-stranded DNA molecule and its complementary DNA strand. The term expression refers to the biosynthesis of a gene product. For example, in the case of a structural gene, expression includes transcription of the structural gene into mRNA and translation of the mRNA into one or more polypeptides. A cloning vector is a DNA molecule, such as a plasmid, cosmid, or bacteriophage, that has the ability to replicate autonomously in a host cell. Cloning vectors typically contain one or a few restriction enzyme recognition sites into which foreign DNA can be inserted in a determinable manner without loss of the essential biological function of the vector. Contains marker genes suitable for use in the identification and selection of cells transformed by the vector. Marker genes typically include genes that provide tetracycline resistance or ampicillin resistance. An expression vector is a DNA molecule that contains a gene that is expressed in a host cell. Typically, the expression of a gene is under the control of specific regulatory elements, including constitutive or inducible promoters, tissue-specific regulatory elements, and enhancers. Such a gene is termed "operably linked" to a regulatory element. The term recombinant host can apply to all prokaryotic and eukaryotic cells, including either cloning or expression vectors. The term also includes prokaryotic or eukaryotic cells that have undergone genetic manipulation and contain the cloned gene (s) in the chromosome or genome of the host cell. A transgenic plant is a plant that has one or more plant cells containing an exogenous gene. In eukaryotes, RNA polymerase II catalyzes the process of transcribing structural genes to produce mRNA. DNA molecules containing an RNA polymerase II template can be designed such that the RNA transcript has a sequence complementary to a particular mRNA. This RNA transcript is named antisense RNA, and the DNA sequence encoding the antisense RNA is named antisense gene. The antisense RNA molecule can bind to the mRNA, such that translation of the mRNA is inhibited. Ribozymes are RNA molecules that contain a catalytically active center. The term includes RNA enzymes, self-splicing RNAs, and self-cleaving RNAs. The DNA sequence encoding the ribozyme is termed the ribozyme gene. The external guide sequence directs the endogenous ribozyme, RNase P, to a specific intracellular mRNA molecular species, which results in RNase P cleaving the mRNA. The DNA sequence encoding the external guide sequence is termed the external guide sequence gene. 2. Overview The present invention provides a method for producing a male sterile plant by preparing a transgenic plant that expresses avidin. Avidin can be expressed constitutively without tissue specificity or in an anther-specific manner. Methods for restoring male fertility are also provided. The avidin gene is isolated and inserted into an appropriate expression vector for introduction into plant tissue. Expression vectors further include a constitutive promoter, such as a tissue non-specific promoter, such as the ubiquitin promoter, and a tissue specific promoter, such as an anther specific promoter, or an inducible promoter. The expression vector is introduced into plant tissues by standard methods, and transgenic plants are selected for propagation. Transgenic plants that express avidin are male sterile. Male fertility can be restored by co-expressing a second gene in the transgenic plant that inhibits transcription of the avidin gene or inhibits translation of avidin mRNA. Alternatively, male fertility can be restored by spraying the growing plant with a biotin solution. 3. Isolation of DNA molecule encoding avidin The nucleotide sequence encoding avidin can be isolated by known methods. For example, cDNA encoding avian egg white avidin can be isolated from avian oviduct cDNA library by the method described in Gope et al., Nucleic Acids Res., 15: 3595 (1987), which is incorporated herein by reference. Can be released. Alternatively, a genomic clone of the avidin gene can be obtained from genomic DNA of an organism known to produce avidin. For example, the avian avidin gene can be cloned from avian genomic DNA by the method described in Keinanen et al., Eur. J. Biochem., 220: 615 (1994). The avidin gene can also be isolated using standard techniques, the polymerase chain reaction (PCR). Erlich, PCR TECHNOLOGY: Principles and Applica tions for DNA Amplification (PCR technique: application to DNA amplification) (Stockton Press, NY, 1989), and Innis et al., PCR Protocols: A GUIDE TO METH ODS AND APPLICATIONS ( PCR Protocols: Guide to Methods and Applications) (Aca demic Press, San Diego, 1990). Methods for amplification of long base sequences by PCR, such as the ELONGASE ™ system (Life Technologies, Inc., Gaithersburg, MD), also provide longer base sequences, such as genomic clones encoding avidin, Can be used. PCR primers complementary to the 5 'and 3' ends of the known avidin gene base sequence can be synthesized using a commercially available oligonucleotide synthesizer, such as that provided by Applied Biosystems (Foster City, CA). . In a preferred embodiment, the primer also contains an extra nucleotide sequence containing a restriction enzyme cleavage site. The presence of such a site allows the PCR product to be treated with an appropriate restriction enzyme and then unidirectionally cloned into an appropriate cloning vector. Finney, “Molecular Cloning of PCR Products”, CURRENT PROTOCOLS IN MOLECUTAR BIOLOGY (Current Protocol Collection of Molecular Biology), edited by Ausubel et al., (John Wiley & Sons, New York, 1987), p.15.7. 1. The template DNA used for PCR can be either cDNA or genomic DNA, and can be prepared from a suitable organism using methods known in the art. See Sambrook et al., MOLECULAR CLONING: A LABORATORY MANUAL (Molecular Cloning: Laboratory Guidelines), Second Edition, (Cold Spring Harbor Laboratory Press, Cold Spring Harbor, NY 1989). Genomic DNA can be recovered directly from bird, reptile, or amphibian tissues using a commercially available drug such as Triazol ™ (Life Technologies, Inc., Gaithersburg,). Alternatively, cDNA encoding avidin can be prepared using mRNA extracted from avian oviduct tissue using commercially available kits (Pharmacia, Piscataway, NJ). The mRNA preparation is used as a template for cDNA synthesis by standard techniques using poly dT or random hexamer (random 6 base sequence) primers. See Sambrook et al., Supra. Thereafter, cDNA synthesis is performed using a commercially available kit (Pharmacia), and the cDNA is directly used for PCR according to the method of "Saiki et al., Science 239: 487 (1988)". The genomic DNA or cDNA fragment isolated by the above method is cleaved with a restriction enzyme to form an appropriate stump, treated with alkaline phosphatase so that the DNA molecule does not bind undesirably, and ligated with an appropriate ligase. And into a vector such as a bacteriophage or cosmid, according to conventional techniques. For details on techniques for handling such vectors, see "Ausubel et al. (Ed.), CURRENT PROTOCOLS IN MOLECULAR BIOLOGY (Current Protocol Collection of Molecular Biology), .A. 3.0.5 to 3.17.5 (1990)"["Ausubel"] It is described in. Alternatively, the avidin-encoding base sequence can also be obtained by synthesizing avidin-encoding DNA molecules using long mutually priming oligonucleotides. See, for example, Ausubel pages 8.2.8-8.2.13. See also Wosnick et al., Gene 60: 115 (1987). Current technology using the polymerase chain reaction allows genes up to 1.8 kilobases in length to be synthesized. Adang et al., Plant Molec. Biol. 21: 1131 (1993); Bambot et al., PCR Methods and Applications 2 (PCR and its applications 2): 226 (1993). Based on the nucleotide sequence of any known DNA molecule encoding avidin, the nucleotide sequence of the avidin gene can be synthesized. See, for example, Gope et al., Supra. These clones can be analyzed using various standard techniques such as restriction enzyme analysis, Southern blot analysis, primer extension analysis, and DNA sequence analysis. For example, analysis by the primer extension method or analysis by the S1 nuclease protection method can be used to estimate the transcription start site of the cloned gene. Ausubel et al., Pages 4.8.1-4.8.5; Walmsley et al., "Quantitative and Qualitative Analysis of Exogenous Gene Expression by the S1 Nuclease Protection Assay" (Quantitative and qualitative analysis of exogenous gene expression by S1 nuclease protection assay). Analysis), METHODS IN MOLECULAR BIOLOGY (Methods of Molecular Biology), Volume 7: GENE TRANSFER AND EXPRESSION PROTOCO LS (Collection of Protocols for Gene Transfer and Expression), Murray (eds.), Pages 271-281 (Humana Press Inc. 1991) ). 4. Cloning of avidin gene into expression vector and production of transgenic plant Once the avidin gene is isolated, it is incorporated into an expression vector by standard methods. See Sambrook et al., Supra. In order to select an appropriate expression vector, it is necessary to introduce the expression vector into a host cell. Typically, expression vectors include: (1) an origin of replication in bacteria, and encoding antibiotic resistance genes necessary for the expression vector to grow and be selected in bacterial hosts. A prokaryotic DNA element; (2) a cloning site for inserting an exogenous DNA sequence such as the avidin gene; (3) a eukaryote that controls the initiation of expression of the exogenous gene such as a promoter. (4) a DNA element that controls the processing of the transcript, such as a transcription termination / polyadenylation sequence; and (5) a marker protein, which is connected under the control of a DNA element that controls transcription initiation. (Eg, a reporter gene). General descriptions of plant expression vectors and reporter genes can be found in Gruber et al., "Vectors for Plant Transformation", ME THODS IN PLANT MOLECULAR BIOLOGY AND BIOTECHNOLOGY (Molecular Biology and Biology of Plants). Engineering method) See Glick et al. (Eds.), Pages 89-119 (CRC Press, 1993). In a preferred embodiment of the present invention, a plant ubiquitin promoter system is used. Plant ubiquitin promoters are well known in the art. See, for example, European Patent Application 0 342 926, which is incorporated herein by reference. The ubiquitin promoter is a constitutive promoter. In another preferred embodiment of the present invention, an inducible promoter is used for inducibly controlling avidin expression. An example of such an inducible promoter is the corn glutathione S-transferase system. Wiegand et al., Plant Mol. Biol. 7: 235 (1986). The method can also reverse induce male sterility. Thus, expression of avidin and the accompanying male sterility can be controlled at will by activation of the promoter. If the promoter is not activated, avidin is not expressed and the plant is male fertile. Expression vectors containing the avidin gene can be introduced into protoplasts (protoplasts), or complete tissues such as immature embryos and meristems, or callus cultures, or isolated cells. Preferably, the expression vector is introduced into a complete tissue. For general methods of culturing plant tissues, see, for example, Miki et al., "Procedures for Introducing Foreign DNA into Plants", "METHODS IN PLANT MOLECULAR BIOLOGY AND BIOTECHNOLOGY" Glick et al. (Eds.), Pages 67-88 (CRC Press, 1993), and Phillips et al., "Cell / Tissue Culture and In Vitro Manipulation" (cell / tissue culture and in vitro manipulation). CORN AND DORN IMPROBEMENT, 3rd edition, Sprague et al. (Eds.), Pages 345-387 (American Society of Agronomy, Inc. et al., 1988). Methods for introducing an expression vector into plant tissue include direct infection or cultivation of plant tissue in the presence of Agrobacterium soil bacteria. Horxch et al., Science 227: 1229 (1985). Preferably, the disarmed Ti plasmid is used as a vector for exogenous DNA sequences. Transformation can be performed using procedures such as those described in European Patent Application Nos. 116 718 (1984) and 270 822 (1988). Preferred Ti plasmid vectors contain exogenous DNA sequences between the marginal sequences or at least upstream of the right marginal sequence. Other types of vectors are also available for direct gene transfer (see, eg, Patent Cooperation Treaty application WO B5 / 01856 and European application 275 069), in vitro protoplast transformation (eg, US Pat. No. 4,684,611), plant virus-mediated transformation (Eg, EP 067553 and US Pat. No. 4,407,956) and are used to transform plant cells using procedures such as liposome-mediated transformation (eg, US Pat. No. 4,536,475). be able to. Suitable methods for maize transformation are described by Fromm et al., Bio / Technology 8: 833 (1990), and Gordon-Kamm et al., The Plant Cell 2: 603 (1990). Standard methods for rice transformation are described in Christou et al., Trends in Biotechnolgy 10: 239 (1992) and Lee et al., Proc. Nat'l. Acad. Sci. USA 88: 6389 (1991). Wheat can also be transformed using techniques similar to those used to transform corn or rice. Further, Casas et al., Proc. Nat'l. Acad. Sci. USA 90: 11212 (1993) describes a method for transformation of sorghum, while Wan et al., Plant Physiol. 104: 37 (1984) describes a method for barley transformation. In general, the direct transfer method is preferred for the transformation of monocotyledonous plants, especially cereals such as rice, corn, sorghum, barley or wheat. Suitable direct transfer methods include transfer via microparticles, DNA injection, electroporation, and the like. See, for example, Gruber et al., Supra, Miki et al., Supra, and Klein et al., Bio / Technology 10: 268 (1992). More preferably, the expression vector is introduced into monocotyledonous plant tissue using a particle mediated transmission via microparticles. 5. Control of Male Fertility A. Production of Male Sterile Plants In order to induce male sterility according to the present invention, the DNA sequence encoding avidin is controlled by the DNA sequence that controls the transcription of genes in plant tissues. Build the connected expression vector. General requirements for expression vectors are described above. In order to render male sterile by the expression of avidin, avidin is not only transiently expressed but also expressed in the embryonic tissue of plants in such a way that avidin is expressed at a late stage of development in the adult stage of plants. An expression vector is introduced. For example, mitotic stability can be imparted by using a plant virus vector that can replicate extrachromosomally. A preferred way to achieve mitotic stability is to integrate the sequence of the expression vector into the host chromosome. Such mitotic stability can be achieved by transferring the expression vector to plant tissue in microparticles, or by using other standard methods described above. For example, Fromm et al., Bio / Technology 8: 833 (1990), Gordon-Kamm et al., The Plant Cell 2: 603 (1990), and Walters et al., Plant Molec. Biol. 18: 189 (1992). Avidin transcription after introduction into plant tissue is preferably controlled by a constitutive promoter that non-specifically stimulates gene expression in plant tissue. Examples of constitutive promoters suitable for this purpose are, as mentioned above, the ubiquitin promoter. Avidin gene transcription can also be controlled by a promoter that stimulates gene expression in a tissue-specific manner. A particularly preferred anther-specific promoter is the 5126 promoter isolated from maize sublines B73. The 5126 promoter stimulates the expression of foreign genes, from tetrad to early mononuclear microspore stage anthers. Another suitable anther-specific promoter is the SGB6 promoter, which was also isolated from strain B73. The SGB6 promoter is capable of inducing the expression of foreign genes in anther tapetate cells from the stage of microspore development from the tetrad stage to the mid-mononuclear stage. Alternatively, anther-specific gene expression can be induced using a combination of an answer box and a core promoter. A particularly preferred answer box is the 5126 answer box, consisting of the base sequence described below: Another suitable answer box is within a 94 base pair DNA fragment defined by bases 583 to 490 upstream of the transcription start site of SGB6. The SGB6 94 base pair answer box consists of the following nucleotide sequence: Alternatively, a suitable answer box can be obtained from the maize G9 promoter, which stimulates gene expression during meiotic to tetrad development. The G9 answer box consists of the following nucleotide sequence: Answer boxes for 5126, SGB6 and G9 can be obtained by synthesizing oligonucleotides as described above. Those skilled in the art may be able to further position one or more anther-specific regulatory sequences within the indicated Anservox using analysis by deletion mutations. "Functional fragments" of such answer boxes can also be used to control avidin gene expression in an anther-specific manner. Preferred core promoters are derived from the 5126 core promoter, the SGB6 core promoter, the G9 core promoter and the cauliflower mosaic virus 35S core promoter. A particularly preferred promoter is a 5126 core promoter consisting of the following nucleotide sequence: The SGB6 core promoter consists of about 38 bases upstream of the transcription start site of the SGB6 gene. A suitable SGB6 core promoter has the following nucleotide sequence: A suitable core promoter derived from the G9 gene has the following nucleotide sequence: Functional fragments of the 5126, SGB6 and G9 core promoters also make suitable core promoters. Methods for obtaining such functional fragments have been described above. The use of a chimeric regulatory element consisting of an answer box from one gene and an anther-specific promoter from a second gene can also extend the stage of development in which the avidin gene is expressed. For example, the regulatory sequence of SGB6 stimulates gene expression through the developmental stages from quaternary to mid-mononuclear phase, while the G9 regulatory sequence stimulates gene expression through the developmental stages from meiosis to tetrad. Stimulates. However, the combination of the SGB6 answer box and the G9 promoter stimulates the transcription of foreign genes through developmental stages from meiosis to mid-nuclear. Thus, various combinations of answer boxes and anther-specific promoters are particularly useful in the present invention. The viral core promoter can also be used. Examples of suitable viral core promoters include the cauliflower mosaic virus (CaMV) core promoter, the Figwort mosaic virus core promoter, and the like. Gruber et al., Supra. Preferably, the viral core promoter is the CaMV 35S core promoter, or a variant derived therefrom. To select for transformed cells, the expression vector contains a selectable marker gene, such as a herbicide resistance gene. For example, such a gene may be involved in resistance to phosphinothricin, glyphosate, urea sulfonate, atrazine, or imidazolinone. Preferably, the gene for the selectable marker is a bar gene or a pat gene encoding phosphinothricin acetyltransferase. The nucleotide sequence of the bar gene can be found in Leemans et al., European Patent Application No. 0-242-246 (1987), and in White et al., Nucleic Acids Res. 18: 1062 (1990). Wohlleben et al., Gene 70: 25 (1988), provide the nucleotide sequence of the pat gene. When the Bar or pat gene is expressed, it acquires resistance to herbicides such as glufosinate (otherwise sold as BastaR and IgniteR) and bialaphos (sold as Herbi-aceR and LibertyR). Expression vectors can include avidin-encoding DNA sequences controlled by a constitutive or anther-specific promoter, as well as a selectable marker gene controlled by a constitutive promoter. Alternatively, embryonic tissue can be "co-transformed" with an independent selectable expression vector to deliver the selectable marker gene to the host cell. B. Restoration of Male Fertility in First-Generation Hybrids The above-described method is used to produce a first-generation hybrid of transgenic male-sterile plants by performing large-scale directional crosses between neighboring varieties. Can be used. If none of the eggs of the transgenic male sterile plant contain the recombinant avidin gene, some of the first hybrids will have a male fertile phenotype. On the other hand, if the recombinant avidin gene is present in all the eggs of the transgenic male sterile plant, the sterility induced by ethylene will be dominant, and the first hybrid will have a male sterile phenotype. Have. From this, it is considered preferable to use a male fertility recovery system that can produce a male fertile first-generation hybrid. Such a fertility restoration system is particularly valuable for inbred species when the harvest product is seed. In a transgenic male sterile plant line, the methods commonly used to restore fertility require the creation of a second "restored" line of the transgenic plant. For example, a transgenic plant that has become male sterile due to the expression of barnase is crossed with a male fertile plant that expresses a barnase inhibitor, as discussed above. Mariani et al., Nature 357: 384 (1992). In this case, as a similar approach, it is necessary to create a recovery system for transgenic plants expressing ribozymes targeting avidin mRNA or expressing antisense avidin. For example, a ribozyme can be designed to express an endonuclease activity on a specific target sequence of an mRNA molecule. See, for example, Steinecke et al. 11: 1525 (1992), ribozymes inhibit neomycin phosphotransferase gene expression to 100% in tobacco protoplasts. For a more recent example, see Perriman et al., Antisense Res. & Devel. 3: 253 (1993) uses a vector that expresses a modified hammerhead ribozyme to inhibit chloramphenicol acetyltransferase activity in tobacco protoplasts. In the context of the present invention, avidin mRNA is suitable as a target RNA molecule for a ribozyme. In a similar approach, fertility can be restored using an expression vector containing a base sequence encoding the antisense RNA. When the antisense RNA molecule binds to the target mRNA molecule, hybridization inhibits translation. Paterson et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 74: 4370 (1987). In the context of the present invention, a suitable antisense RNA molecule has a sequence that is complementary to avidin mRNA. In a preferred embodiment of the invention, the antisense RNA is controlled by an inducible promoter. Activating this promoter can restore male fertility. As yet another approach, expression vectors encoding RNA transcripts can be constructed that can facilitate RNase P-catalyzed cleavage of avidin mRNA molecules. Using this approach, an external guide sequence can be constructed for directing the endogenous ribozyme, RNase P, to avidin mRNA and subsequent cleavage by the cellular ribozyme. Altman et al., US Patent No. 5,168,053; Yuan et al., Science 263: 1269 (1994). Preferably, the external guide sequence comprises a 10-15 base sequence complementary to avidin mRNA and a 3'-NCCA base sequence where N is preferably a purine. The same reference. The transcript of the external guide sequence binds to the target mRNA species by forming a base pair between the mRNA and the complementary external guide sequence, resulting in a 5 ′ position of the base-paired region. At these bases, the cleavage of mRNA by RNase P is promoted. The same reference. In another method of restoring male fertility, the transgenic male sterile plant has an expression vector that contains prokaryotic regulatory elements in addition to the promoter sequence connected to control the avidin gene. . A transgenic male fertile plant is produced that expresses the prokaryotic polypeptide under the control of its promoter. In the first hybrid, the prokaryotic polypeptide binds to prokaryotic regulatory sequences and suppresses avidin expression. For example, according to the present invention, a LexA gene / LexA operator system can be used to control gene expression. U.S. Pat. No. 4,833,080 ("'080 patent") and Wang et al., Mol. Cell. Biol. 13: 1805 (1993) More specifically, an expression vector for a male sterile plant comprises a LexA operator sequence. In contrast, the expression vector of the male fertile plant contains a sequence encoding the LexA repressor, In the first hybrid, the LexA repressor binds to the LexA operator sequence and inhibits transcription of the avidin gene. The LexA operator DNA molecule can be obtained, for example, by synthesizing a DNA fragment containing the known LexA operator sequence, eg, the '080 patent and Garriga et al., Mol. Gen. Genet. 236: 125 (1992). The LexA gene can be obtained by synthesizing a DNA molecule encoding the LexA repressor.Gene synthesis techniques are described above, and the base sequence of the LexA gene is, for example, Garri or a DNA molecule encoding the LexA repressor can be obtained from plasmid pRB500, American Type Culture Collection Accession number 67758. Yet Another Method to Restore Fertility Some use the high affinity of avidin for biotin by spraying a biotin solution onto growing plants.Biotin solutions also use a biotin solution, such as DMSO, to ensure complete dissolution of biotin. Contains a minimal amount of organic co-solvents, begins spraying during the meiotic phase of pollen development and repeats at regular intervals until pollen is scattered. In a preferred embodiment of the invention, the spraying is repeated every 3 to 5 days. Those skilled in the art will readily recognize that the lac repressor / lac operonsi Other methods of restoring male fertility can be set up using a prokaryotic regulatory system, such as a stem or trp repressor / trp operon system.The invention is described generally for this purpose. It is believed that the present invention may be more readily understood by reference to the following examples, which are provided by way of illustration, and not by way of limitation, of the invention: Example 1: By high level constitutive expression of avidin Production of Male Sterile Transgenic Maize A method for producing transgenic corn plants is described in European Patent Application No. 0 442 174A1, and is hereby incorporated by reference. The method is briefly described below. A transgenic corn plant was created using PHI5168, a vector containing the avidin gene under the control of the ubiquitin promoter and also containing the PNINII terminator sequence. The structure of PHI5168 is shown in FIG. By treating the bar gene under the control of the dual 35S promoter, and simultaneously using the expression plasmid PHI610, which also contains the PINII terminator sequence, together with the construct with avidin, with the transformation mixture containing bialophos. , Transgenic plants were selected. The structure of PHI610 is shown in FIG. Two expression vectors, type II, according to the method of Green et al., "Molecular Genetics of Plants and Animals", edited by Downey et al., Academic Press, NY, 20, 147 (1983). Embryogenic suspension cultures derived from embryogenic cultures were transformed. Cultures were prepared as described in Murashige et al., Physio. Plant; 15 volumes; pp. 453-497; Murashige and Skoog ("MS") medium described in (1962) were supplemented with 2 mg / L of 2,4-dichlorophenoxyacetic acid (2,4-D) and 30 g / L of saccharose. Maintained. Suspension cultures were sieved to 710 microns seven days before the experiment and the filtrate was maintained in MS medium. Cells were collected from the suspension culture by suction filtration (Whatman No. 614) through a Buchner funnel and 100 ml (as fresh weight) of the cells were transferred to a 3.3 cm Petri dish. The cells were diffused into 0.5 mL of fresh culture medium to form a thin layer of cells. The uncovered Petri dishes are then transferred to Biolistics Inc. (Geneva, NY) was placed in the sample chamber of a gene gun device. Using a suction pump, the pressure in the chamber was reduced to 0.1 atm, preventing the particles from slowing down due to the friction of air. The cells were bombarded with tungsten particles having an average diameter of about 1.2 microns (GTE Sylvania Precision Materials Group, Towanda, Pennsylvania). By adding 5 μl of a DNA solution (1 μg DNA / 100λ) prepared in TE buffer of pH 7.7 to 25 μl of a suspension of tungsten fine particles at a concentration of 50 mg per 1 ml of distilled water in a 1.5 ml Eppendorf tube. An equal mixture of PHI5168 and PHI610 was loaded on the microparticles. The particles aggregated and settled in the tube. Cultures of the transformed plant cells containing the foreign gene were cultured in 560R (medium) (N6 based medium supplemented with 1 mg / ml bialaphos) for 4-8 weeks. This medium selects cells that express the bar gene. Thereafter, embryo formation was induced by culture for embryo formation, and the cells were germinated into plants. To germinate somatic embryos found on callus maintenance media, two lines of media were used. Calli were first transferred to a medium containing 5.0 mg / L indoleacetic acid (IAA) (maturation medium) and cultured for 10-14 days while the callus continued to grow. Calli were seeded at 50 mg / plate to optimize the recovery per unit volume of material. The callus was then transferred from the "mature" medium to a second medium with a lower IAA content (1 mg / L) compared to the first medium. At this point, the culture was transferred to a lighted location. A characteristic of the germinating somatic embryo was that green shoots elongated with connected root access. Somatic embryos were then transferred to medium in culture tubes (150 x 25 mm) and cultured for an additional 10-14 days. At this point, the plants were approximately 7-10 cm long and large enough to actively cold acclimate under conditions in the greenhouse. To acclimate the regenerated plants to low temperatures, the plants were removed from the sterile container, the solidified agar medium was washed off the roots and transferred to a growth chamber. A commercially available potting mix was placed in a growth chamber equipped with a humidifier that maintained a relative humidity of about 100% so that the roots of the plant were not excessively wetted, and the seedlings were transferred thereto. After 3-4 weeks in a humidified chamber, the plants became robust enough to be transplanted to field conditions. The male sterility of the plant put out in the field was observed and analyzed. Selected plants were then further analyzed by PCR and Southern blotting for the presence of the avidin gene, and avidin expression was analyzed by ELISA using standard methods. Of 94 plants analyzed by PCR, 53 were fertile and 41 were sterile. When the fertility of each plant was compared with the presence or absence of the avidin gene analyzed by PCR, a 98% correlation was observed between the presence of the gene and the sterility of the plant. Southern blotting was performed on five plants to analyze the presence of the avidin gene in detail. Analysis by Southern blot showed that three plants had the avidin gene. All three plants were sterile. Two plants that did not have the avidin gene were completely fertile. From these results, there was a 100% correlation between the presence and sterility of the avidin gene. Example 2: Use of an Agrobacterium strain having a binary vector containing a DNA sequence encoding avidin for the production of transgenic soybean plants of male sterility. A method for producing transgenic soybean plants is described in US patent application Ser. No. 07 / 920,409, which is hereby incorporated herein by reference. Soybean (Glycine max) seeds of Pioneer variety 9341 are exposed to chlorine gas generated in a bell-shaped glass vessel, and the surface is sterilized. The gas is generated by adding 3.5 ml of hydrochloric acid (34-37% w / w) to 100 ml of sodium hypochlorite (5.25% w / w). Exposure is for 16-20 hours in a container approximately 1 cubic foot in volume. Seeds whose surface has been sterilized are stored in a Petri dish at room temperature. 1/10 strength agar solidification medium from Gaulborg (0.32 gm / L minimum organics, Sigma Chemical Cat. No. G5893, 0.2% w / v saccharose, (3.0 mM) 2- (N-morpholino) ethanesulfonic acid (MES) In the B5 basic medium added, seeds were seeded on a plant growth regulator-free one, and at 28 ° C, about 20 -2 S -1 The cells are cultured with a white fluorescent lamp for 16 hours as an irradiation time, and germinated. After 3-4 days, prepare the seeds for co-culture. The seed coat is removed and the growing roots are removed 3-4 mm below the cotyledon. Agrobacterium soil bacterial strain LBA4404 with a modified binary plasmid containing the avidin gene is grown overnight, grown in minimal A medium containing 1 μg / ml tetracycline to logarithmic growth phase, pooled and pooled at 550 nm. Measure the absorbance. 1-2x10 in each centrifuge tube Ten Enough 10 to harvest cells 9 Transfer the cells / mL culture into a 15 mL conical centrifuge tube. Centrifuge at 6,000 xg for 10 minutes to pellet the cells. After centrifugation, the supernatant is decanted and the centrifuge tube is stored at room temperature for up to one hour until needed. Inoculation is performed in pairs so that the seeds on each plate can be treated with freshly suspended Agrobacterium pellets. B5 salts (G5893) 3.2 g / L, 2.0% w / v saccharose, 45 μm 6-benzylaminopurine (BAP), 0.5 μM indole butyrate (IBA), 100 μM acetosyringone, pH 5.5 at 10 mM MES Resuspend each bacterial pellet in 20 ml of the inoculation medium adjusted to. Vortex to resuspend. The inoculum is then poured into a petri dish containing the ready seeds and the cotyledonous nodes are damaged with a surgical razor. This is done by protecting the two cotyledons intact and bisecting the seed in the longitudinal direction through the shoot apex. From the bud top that has been split in two, each cotyledon is then dug out and cut off with a surgical razor. The cotyledons are then damaged with a surgical razor by repeatedly scoring them symmetrically along the axis. Be careful not to cut the implant completely through the shaft. After preparing the explant in about 5 minutes, inoculation is carried out for 30 minutes without rocking at room temperature in the presence of bacteria. After 30 minutes, the explants are transferred to plates of the same medium solidified with 0.2% w / v Gelrite (Merck & Company Inc.). Implant the implant at the same height as the surface of the culture medium, with the axial side facing up, about 20 μEm -2 S -1 Cultured at 22 ° C for 3 days under white fluorescent light. Three days later, contain 3.2 g / l B5 salts (G5893), 2% w / v saccharose, 5 μM BAP, 0.5 μM IBA, 200 μg / ml vancomycin, 500 μg / ml cefotaxime, and reach pH 5.7 with 3 mM MES. Transfer the explant to conditioned, liquid reverse selection medium. Each petri dish containing the graft is swirled gently continuously and washed for 4 days at room temperature. Change the reverse selection medium four times. Then, 3.2 g / l B5 salts (G5893), 2% w / v saccharose, 5.0 μM BAP, 0.5 μM IBA, 50 μg / ml kanamycin sulfate, 100 μg / ml vancomycin, 30 μg / ml cefotaxime, 30 μg / ml The explant is transferred to a selective medium containing Timentin, adjusted to pH 5.7 with 3 mM MES and solidified on agar. The selection medium is solidified with 0.3% w / v Seakem Agarose. Implants are implanted in media with the axial side down and at 28 ° C, 60-80 μEM -2 S -1 Culture for 16 hours under a white fluorescent lamp. After two weeks, the explants are again placed on a swing rocker and washed with liquid medium. Washing is performed overnight in a reverse selection medium containing 50 μg / ml kanamycin sulfate. The next day, transfer the explants to agar-solidified selection medium. They are embedded in the medium with the axial side down and cultured for a further 2 weeks. After culturing for one month in the selection medium, the transformed tissue can be observed as a green fan-shaped regenerated tissue against a background of decolorized and unhealthy tissue. The graft without the green sector is discarded, and the implant with the green sector is replaced with 3.2 g / l B5 salt (G5893), 2% w / v saccharose, 3.3 μM IBA, 1.7 μM gibberellic acid, 100 μg Transfer to elongation medium containing / ml vancomycin, 30 μg / ml cefotaxime, and 30 μg / ml timentin, adjusted to pH 5.7 with 3 mM MES. The elongation medium is solidified with 0.2% w / v Gelrite. Embed the green sector with the axial side up and incubate as before. Continue culturing in this medium, transferring to new plates every two weeks. When the shoots are 0.5 cm long, they are cut from the base and placed in rooting medium in 13 x 100 ml test tubes. The rooting medium contains 3.2 g / l B5 salts (G5893), 15 g / l saccharose, 20 μM nicotinic acid, 900 mg / l pyroglutamic acid (PGA) and 10 μM IBA. The root medium is adjusted to pH 5.7 with 3 mM MES and solidified with 0.2% w / v Gelrite. After 10 days, transfer the shoots to the same medium without IBA or PGA. Shoots will emerge and be stored in these tubes under the same environmental conditions as before. Once the rooting system is well established, the seedlings are transferred to sterile soil. The temperature, irradiation time and luminosity are kept the same as before. Avidin expression in transgenic soybean plants is confirmed and quantified using ELISA, and the presence of the gene is confirmed by PCR and Southern blotting. The stability of expression is evaluated in successive generations in the same way. It can be seen that sterility correlates with avidin expression in soybean. Example 3 Generation of Male Sterile Sunflower Plants by Expression of Avidin An expression cassette encoding avidin is used to generate transgenic sunflower plants and seeds. The DNA sequence encoding avidin is inserted into an expression cassette under the control of a ubiquitin promoter. This expression cassette is then subcloned into a binary vector such as PHI 5765 using an EcoRI site. Next, the binary vector is introduced into a helper strain of Acrobacterium soil bacteria. Sunflower plants were purchased from Bidney et al., Plant Mol. Bio .; 18; p.301; 1992, followed by microparticle bombardment followed by transformation with Agrobacterium strain LBA4404. Briefly, the seed coat is removed from the seeds of Pioneer Sunflower Line SMF-3 and the surface is sterilized. Seeds are placed on filter paper moistened with water and allowed to absorb moisture at 26 ° C. for 18 hours in the dark. Remove cotyledons and roots, and add 374 BGA medium (MS salts, Shephard vitamins, 40 mg / L adenine sulfate, 3% saccharose, 0.8% plant agar pH 5.6, 0.5 mg / L BAP, 0.25 mg / L IAA And 0.1 mg / L GA). Twenty-four hours later, the primary lobe was removed to expose the apical meristem, and the graft was placed 2 cm centered at 60 mm using a 20 mm Petri dish with aqueous agar, apical hemisphere up Put in a circle. The graft is bombed twice with tungsten particles suspended in TE buffer or particles to which an expression plasmid containing the avidin gene has been attached. The meristem explants are co-cultured on 374BGA medium under light irradiation at 26 ° C. for an additional 72 hours. Agrobacterium-treated meristems were co-cultured for 72 hours and then cultured in 374 medium containing 250 μg / ml cefotaxime (containing 1% sucrose, BAP, IAA or GA Three (374BGA not containing). The seedlings are further cultured for 2 weeks at 26 ° C. under the conditions of 16 hours of sunshine, and are colored green or decolorized. The seedlings are transferred to a medium containing kanamycin and grown. The presence of avidin in the plant is confirmed and quantified as described in Example 2. It can be seen that the presence of male sterility correlates with the expression of avidin in the plant. While the preamble refers to particularly preferred embodiments, it should be understood that the invention is not limited thereto. It is believed that one of ordinary skill in the art can make various modifications to the embodiments disclosed herein, and such modifications are defined in the following claims. It is intended to be included within the scope of the present invention. All publications and patent applications mentioned herein are indicative of the level of skill of those in the art to which this invention belongs.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (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,UZ,VN (72)発明者 アルバートソン マーク シー. アメリカ合衆国 アイオワ州 ウェスト デモイン エス.60ス ストリート 1930────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page    (81) Designated countries 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, UZ, VN (72) Inventor Albertson Mark C.             United States Iowa West             Des Moines S. 60s Street 1930

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1.植物のプロモーター配列に機能的に結合されたアビジンをコードする塩基 配列を含む、単離DNA分子。 2.請求項1記載の単離DNA分子を含む発現ベクター。 3.植物のプロモーター配列が構成的プロモーターである、請求項2記載の発 現。 4.構成的プロモーター配列がユビキチンプロモーター配列である、請求項3 記載の単離DNA分子。 5.異種塩基配列が植物の組織内におけるアビジンの濃度を増加させ、 該アビジン濃度の増加により該植物の雄性不稔が引き起こされる、 アビジン遺伝子を含む異種塩基配列を有する、トランスジェニック植物。 6.植物がトウモロコシ植物である、請求項5記載のトランスジェニック植物 。 7.植物がダイズ植物である、請求項5記載のトランスジェニック植物。 8.植物がヒマワリ植物である、請求項5記載のトランスジェニック植物。 9.異種塩基配列が構成的プロモーター配列をさらに含む、請求項5記載のト ランスジェニック植物。 10.構成的プロモーター配列がユビキチンプロモーター配列である、請求項9 記載のトランスジェニック植物。 11.プロモーターがアビジン遺伝子の発現を制御し、それによる該アビジン遺 伝子の発現により雄性不稔が引き起こされる、プロモーター及びアビジン遺伝子 を含む発現ベクターを植物細胞に導入することを含む、トランスジェニック雄性 不稔植物を作出する方法。 12.植物細胞からのトランスジェニック植物体の再生をさらに含む、請求項11 記載の方法。 13.プロモーターがユビキチンプロモーターを含む、請求項11記載の方法。 14.雑種植物が第2の外来遺伝子を発現し、該第2の外来遺伝子産物が該雑種 植物においてアビジンの発現を抑制し、それにより雄性稔性の雑種植物が作出さ れる、 以下の段階を含む、アビジン遺伝子を用いて雄性稔性の雑種植物を作出する方 法: (a) アビジンの発現により雄性不稔が引き起こされる、請求項1記載のDNA 分子を含む第1の親の雄性不稔植物を作出する段階; (b) 第2の外来遺伝子を発現する第2のトランスジェニック親植物を作出 する段階; および (c) 雑種植物を作出するために、該第1の親を該第2の親と交雑受精させ る段階。 15.第2の外来遺伝子が、アンチセンス遺伝子、リボザイム遺伝子、および外 部ガイド配列遺伝子からなる群より選択される、請求項14記載の方法。 16.アンチセンス遺伝子がアビジンmRNAの配列を含む、請求項15記載の方法。 17.リボザイム遺伝子がアビジンmRNAの配列を含む、請求項16記載の方法。 18.外部ガイド配列遺伝子がアビジンmRNAの配列を含む、請求項16記載の方法 。 19.第1の親植物のDNA分子がプロモーターに機能的に結合されたLexAオペレ ーターをさらに含み、第2の外来遺伝子がLexAリプレッサー遺伝子である、請求 項14記載の方法。 20.プロモーター配列が、以下の各項からなる群より選択されるアンサーボッ クスを含む、葯特異的プロモーター配列である、請求項2記載の発現ベクター: (a) 配列番号:1の塩基配列を有するDNA分子; (b) 配列番号:2の塩基配列を有するDNA分子; (c) 配列番号:3の塩基配列を有するDNA分子; および (d) (a)、(b)または(c)の機能的断片。 21.アンサーボックスが配列番号:1の塩基配列を有し、葯特異的プロモータ ーが以下の各項からなる群より選択されるコアプロモーターをさらに含む、請求 項20記載の発現ベクター: (a) CaMV 35S コアプロモーター; (b) 配列番号:4の塩基配列を有するDNA分子; (c) 配列番号:5の塩基配列を有するDNA分子; (d) 配列番号:6の塩基配列を有するDNA分子; および (e) (b)、(c)または(d)の機能的断片。 22.アンサーボックスが配列番号:2の塩基配列を有し、葯特異的プロモータ ーが以下の各項からなる群より選択されるコアプロモーターをさらに含む、請求 項20記載の発現ベクター: (a) CaMV 35S コアプロモーター; (b) 配列番号:4の塩基配列を有するDNA分子; (c) 配列番号:5の塩基配列を有するDNA分子; (d) 配列番号:6の塩基配列を有するDNA分子; および (e) (b)、(c)または(d)の機能的断片。 23.アンサーボックスが配列番号:6の塩基配列を有し、葯特異的プロモータ ーが以下の各項からなる群より選択されるコアプロモーターをさらに含む、請求 項20記載の発現ベクター: (a) CaMV 35S コアプロモーター; (b) 配列番号:4の塩基配列を有するDNA分子; (c) 配列番号:5の塩基配列を有するDNA分子; (d) 配列番号:6の塩基配列を有するDNA分子; および (e) (b)、(c)または(d)の機能的断片。 24.植物にビオチン溶液を噴霧することを含む、アビジンの発現によって雄性 不稔となった植物体において稔性を回復させる方法。 25.プロモーターが誘発性プロモーターを含む、請求項11記載の方法。 26.アンチセンス遺伝子が誘発性プロモーターに機能的に結合される、請求項 15記載の方法。[Claims]   1. Avidin-encoding bases operably linked to plant promoter sequences An isolated DNA molecule comprising a sequence.   2. An expression vector comprising the isolated DNA molecule of claim 1.   3. 3. The method according to claim 2, wherein the plant promoter sequence is a constitutive promoter. Present.   4. 4. The constitutive promoter sequence is a ubiquitin promoter sequence. An isolated DNA molecule as described.   5. The heterologous nucleotide sequence increases the concentration of avidin in the tissue of the plant,       Increasing the avidin concentration causes male sterility of the plant,       A transgenic plant having a heterologous nucleotide sequence containing an avidin gene.   6. The transgenic plant according to claim 5, wherein the plant is a corn plant. .   7. 6. The transgenic plant according to claim 5, wherein the plant is a soybean plant.   8. 6. The transgenic plant according to claim 5, wherein the plant is a sunflower plant.   9. The method according to claim 5, wherein the heterologous nucleotide sequence further comprises a constitutive promoter sequence. Lancegenic plants.   Ten. 10.The constitutive promoter sequence is a ubiquitin promoter sequence. The transgenic plant as described.   11. The promoter controls the expression of the avidin gene, and thereby the avidin gene Promoter and avidin genes cause male sterility by expression of gene Transgenic male, comprising introducing an expression vector containing A method of producing a sterile plant.   12. 12. The method of claim 11, further comprising regenerating the transgenic plant from the plant cell. The described method.   13. 12. The method of claim 11, wherein said promoter comprises a ubiquitin promoter.   14. The hybrid plant expresses a second foreign gene, and wherein the second foreign gene product is Suppresses avidin expression in plants, thereby producing male fertile hybrid plants The   To produce a male fertile hybrid plant using the avidin gene, including the following steps Law:     (a) The DNA of claim 1, wherein the expression of avidin causes male sterility. Creating a first parental male sterile plant containing the molecule;     (b) creating a second transgenic parent plant that expresses a second foreign gene Doing; and     (c) cross-fertilizing the first parent with the second parent to produce a hybrid plant Stage.   15. The second foreign gene is an antisense gene, a ribozyme gene, and a foreign gene. 15. The method according to claim 14, which is selected from the group consisting of a partial guide sequence gene.   16. 16. The method of claim 15, wherein the antisense gene comprises a sequence of avidin mRNA.   17. 17. The method according to claim 16, wherein the ribozyme gene comprises a sequence of avidin mRNA.   18. 17. The method of claim 16, wherein the external guide sequence gene comprises the sequence of avidin mRNA. .   19. A LexA operet in which a DNA molecule of a first parent plant is operably linked to a promoter. The second foreign gene is a LexA repressor gene. Item 14. The method according to Item 14.   20. The promoter sequence is selected from the group consisting of the following items. 3. The expression vector according to claim 2, which is an anther-specific promoter sequence containing auxin.     (a) a DNA molecule having the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1;     (b) a DNA molecule having the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 2;     (c) a DNA molecule having the base sequence of SEQ ID NO: 3; and     (d) A functional fragment of (a), (b) or (c).   twenty one. The answer box has the base sequence of SEQ ID NO: 1, and contains an anther-specific promoter. Further comprises a core promoter selected from the group consisting of: The expression vector according to item 20,     (a) CaMV 35S core promoter;     (b) a DNA molecule having the base sequence of SEQ ID NO: 4;     (c) a DNA molecule having the base sequence of SEQ ID NO: 5;     (d) a DNA molecule having the base sequence of SEQ ID NO: 6;     (e) A functional fragment of (b), (c) or (d).   twenty two. The answer box has the base sequence of SEQ ID NO: 2 and is an anther-specific promoter. Further comprises a core promoter selected from the group consisting of: The expression vector according to item 20,     (a) CaMV 35S core promoter;     (b) a DNA molecule having the base sequence of SEQ ID NO: 4;     (c) a DNA molecule having the base sequence of SEQ ID NO: 5;     (d) a DNA molecule having the base sequence of SEQ ID NO: 6;     (e) A functional fragment of (b), (c) or (d).   twenty three. The answer box has the base sequence of SEQ ID NO: 6, and contains an anther-specific promoter. Further comprises a core promoter selected from the group consisting of: The expression vector according to item 20,     (a) CaMV 35S core promoter;     (b) a DNA molecule having the base sequence of SEQ ID NO: 4;     (c) a DNA molecule having the base sequence of SEQ ID NO: 5;     (d) a DNA molecule having the base sequence of SEQ ID NO: 6;     (e) A functional fragment of (b), (c) or (d).   twenty four. Male by expression of avidin, including spraying biotin solution on plants A method for restoring fertility in a plant that has become sterile.   twenty five. 12. The method of claim 11, wherein the promoter comprises an inducible promoter.   26. The antisense gene is operably linked to an inducible promoter. The method according to 15.
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