JPS60500438A - 植物細胞を形質転換するためのプラスミド - Google Patents
植物細胞を形質転換するためのプラスミドInfo
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- JPS60500438A JPS60500438A JP59500826A JP50082684A JPS60500438A JP S60500438 A JPS60500438 A JP S60500438A JP 59500826 A JP59500826 A JP 59500826A JP 50082684 A JP50082684 A JP 50082684A JP S60500438 A JPS60500438 A JP S60500438A
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- C12N15/82—Vectors or expression systems specially adapted for eukaryotic hosts for plant cells, e.g. plant artificial chromosomes (PACs)
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- C12N15/8205—Agrobacterium mediated transformation
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
植物細胞を形質転換するためのプラスミド技術北の分野
本発明は、遺伝子工学、植物学および細菌学の分野に属する。
背景となる技術
過去10年間、遺伝子工学の科学は急速に発展した。
異質遺伝子を細菌中に挿入し、細菌が挿入された遺伝子を効率よく発現しうるよ
うにさせうる種々の方法が知られている。そのような方法は、ふつう、制限エン
ドヌクレアーゼでひとつまたはひとつより多くの選択された切断サイトで切断さ
れつるプラスミドを用いる。
代表的には、1片のDNAをを切断して興味の対象である遺伝子を取得し、生ず
るDNAフラグメントを、シラスミドのようなベクターを切断して得られたフラ
グメントと混合する。異なるDNA鎖をリゾ−ジョンして、再構築されたプラス
ミドとする。たとへばU、S、 %許4.267.224 (Cohenおよび
Boyer 、 1980 );4.2 6 4,7 6 1 (5bine
、 1 9 8 1 ) : 4,2 7 ろ、875(Ma、nis 、 1
981 ) :4,322,499(Baxter等。
1982)、および4,336.366 (5ilhavy等。
1982)をみよ。
他に種々の参考文献がある。これらの文献のあるものには、DNAがmRNAに
転写されそしてml−1MAが蛋白質に翻訳されろプロセスが記載されている。
たとへば、L、 5tryer 、 Biochemistry 、第2版、5
59頁および以降(W、H,Freema、n社、 1981 ) ; A−L
。
Lehninger、 Biochemistry、第2版、85乙1頁および
以降(Worth Publ、、 1975 )がある。他の文献は、遺伝子操
作の方法および生成物を記載している。たとへば、T、 Maniaから等、
Mo1ecuLar Cloning 、 ALaboratory Ma、n
ual (Co1d Spring Harbor Labs 。
1982 ) ; J、に、 Set;lowおよびA−Ho1laender
。
Ge n e tl CEIl g l n e e r l n g t P
r l n Cl p l e San a、 1Vfe th Od S(P
lenum Press、 1979 )がある。以降、すべての参照文献は略
称で記載する。実施例のあとに引用文献の完全リストを記載する。
今日までになされた遺伝子工学の仕事の大部分は、種々の型の細胞、主にE、c
oliのような細菌、酵母のような種々の他の微生物および呻乳動物の細胞に遺
伝子を挿入することを包含している。しかし、動物細胞および微生物の遺伝子工
学に用いる技術および物質は、植物を含む遺伝子工学にじかに応用されない。
本明細書中で用いる”植物”の用語は、被子植物および多細胞藻類のような、光
合成をしうろ、多細胞の分化した生物を意味するとする。これには、細菌、酵母
およびかびのような微生物を含まない。“植物細胞”とは植物に由来する細胞の
すべてを包含する。これには、カルスまたはクラウンゴール腫瘍のような未分化
組織ならびに植物種子、繁殖体、花粉および植物胚が外来の遺伝子情報を植物細
胞に導入するための天然とが提案された( Hernalsteen等+ 19
80 ; Rorschおよび5chj、1peroort 、1978 )
。あろタイツ0のA。
−ル症をおこさせうる。感染のフ0ロセスは完全には理解されていない。T1プ
ラスミドの少なくとも1部が植物細胞に入る。種々の代謝上の変化を生じて、プ
ラスミドが植物のケ8ツム(恐らくは染色体)に挿入されろ。植物ケゞツムに入
ったT1フ0ラスミドの部分は”移入されたtrans fe rred″(T
−DIVIA)と呼ばれる。
T −DNAは植物DNA中に安定に維持される( chiltoH等、197
7 ; Yad、ev等1980; Willmitzer等。
1980 ; 0ttcn等、1981)。
いくつかの実験室での研究は、T −DNA中に存在するいくつかの構造(すな
わち蛋白質をコードする)遺伝子の特徴づけ(Garfinkel等、 198
1 ; Leemans等、 1982 )ならびにいくつかの他の働らきをす
るように見える他のDNA配列の特徴づけを行なった。たとへぼ、゛レフトー?
−$ −(1eft border )および”ライトボータゞ−(right
border )と呼ばれる2つの配列11 T −DNAを表現しているよ
うに思われ、そして恐ら< T −DNAが植物の染色体に移入(transf
er)される際のプロセスに関与するのであろう(Zambryski等、19
82)。
”根毛病誘導root−inducing″(Ri ) 7°ラスミドを担う、
Agrobacteriumの別の種、つまり−A−rhizoge−nesが
ある。このシラスミドはT1プラスミドと類似する。−A、 rhizogen
esで植物細胞を感染すると根毛症をおこす。T17°ラヌミドと同じ<、”
T −DIqA”とぶ〕は、感染細胞の植物ケゞツム中に移入されろ。
植物細胞の遺伝子形質転換をおこさせうろ種々の他細菌かあ)る。Setlow
およびHo1aender 、 1979の156頁、 Hooykaas等。
本明柾嘗中で用いる″T1T17°ラヌミド用語は、(I)植物または植物細胞
に、ひとつまたはひとつより多くの遺伝的形質転換をおこしつる、ウィルヌ以外
の微生物に含まれ、そして、(2)植物ケゞツムに挿入されるDNA断片を含有
するフ0ラスミドのすべてを包含するとする。
これにはRi7°ラスミドも含まれろ。
本明細書中で用いる“T −DNA”の用語は、(1)植物細胞のひとつまたは
ひとつより多くの型のケゝノ人中に挿入されたか、または、T2) T −DN
Aボーダーとして役立ちうる2つの塩基配列のあいだに位置するDNA断片中に
含有されているところの、T1フ0ラスミド中f存在するかまたはそれに由来す
るDNA断片を意味するとする。本明細書−中で使用すする、“T −DNAボ
ータゞ−”および“ヴータ8−”の用語については、これらは経験的に定められ
そして適用されろもので、T1フ0ラスミドより植物ケ9ツムに移されろDNA
断片の末端にかまたは末喝に近く現われる塩基の配列を意味するとする。
T −DNAおよびT1プラスミドについての現在の刊識にかかわらず、本発明
より以前には、遺伝的に改変された植物中で発現される外来遺伝子の導入のため
に、これらのベクターを利用することができないでいた。
そのような利用への障害が、遺伝子工学の挑戦において認められた。
1)Ti−J′シラスドはザイズが大きく(約200,000塙基対)そしてそ
の結果複雑になるので、T −DNA中の特定のサイトを遺伝子的に改変しそし
て(または)外来遺伝子を挿入するための組換えDNAの標漁技術を使用しえな
い。たとへばT〕フ0ラスミド中には、独自の制限エンVヌクレアーゼ切断ナイ
トがまったく知られていない(Leema、ns等、1982)。
2)植物細胞中に挿入されそして発現されたT−DNAは、形質転換された植物
細胞中に高レベルの植物ホルモンを生産さすることに関与する遺伝子を含有する
。高レベルの植物ホルモンは、細胞の正常の代謝および再生フ0ロセスを妨害し
、細胞より正常な表現型の植物を形成するのを妨げる( Bra、u、nおよび
Wo o ci rl 976 ; Yang等、1980)、このことの例外
は、T −DNAがin plantaで、植物ホルモン生産に関与する遺伝子
を除くような広範な自然発生的な欠失を受るという稀な場合である。これらの条
件では、正常な植物が得られる瀕度は低いと報告されている( Ott、en等
。
1981)。ところで、植物ホルモン生産に関与するT −DNA遺伝子を欠失
させ得たのは本発明が初めでである。つまり、それらの遺伝子が形質転換植物細
胞の同定および(または)選択に非常に重要であったからである( Marto
n等、1979)。
上述のように、外来遺伝子をフ0ラスミドに導入するための単純な組換えDNA
技術は、大きなT1フ0ラヌミドには応用しえない。それで、いくつかの間接的
方法が開発されたので、それについて下記に論する。T1プラスミドをベクター
として使用することの第1の報告例は、細菌性トランスボ・アンをT −DNA
に挿入し、ついで、植物細胞に導入するモデル実験である。細菌性トランスボー
メは、植物ケ8ツム中に安定して維持されると報告された( Harnalst
een等、 1980 ;Garfinke1等1981)、しかし、これらの
例で、形質転換された腫瘍細胞は、正常植物中で再生しえないことが分った。そ
して細菌性遺伝子が植物細胞中で発現されたという報告もない。さらに、細菌ト
ランス式・アンの挿入は、本質的にランダムであると信ぜられるので、これらの
例で挿入されたDNAの位置を定めるに要する労力は大変なものである。それゆ
えに、このアプローチは、植物に、予知しうる方式で望む遺伝子を導入するのに
有用であると思われない。
他の研究者は、E、 coliおよびA、 tu、mefaciensの両方で
増殖しうろ中間ペターの使用ジ報告した( Ma t zk eおよびChil
ton 、 1981 ; Leemans等1981 + Garfinke
l等、1981)。中間体ベクターは、標焦組換えDNA技術を用いて操作しう
ろ、比較的に小さいT1フ0ラスミドのサフ〆うグメントを含有する。このナプ
フラグメントは特定の配列な欠失さすかまたは外来遺伝子を特定のサイトに挿入
することで改変しうろ。この改変TDNAを含有する中間体ベクター(ま、つい
でトランスボーメ−ンヨンまたはコンジュケゞ−ンヨンによりA−tumefa
ciensに導入する。中間体ベクター上の変型されたT −DNAフラグメン
トとそれのT1プラスミド上野生型対し部分とのあいだの2重組換えにより、野
生型コピーが変型フラグメントでおきかえられる。適当な抗生物質を用いて、組
換えTi)0ラスミドを含有する細胞を選択しうる。
この方法で種々の外来DNAがT −DNAの特定のサイトに挿入された。それ
から植物細胞に安定に移入されると報告された( MatzkeおよびChil
ton、 1981 。
Leeman等、1981.1982)。これらの二外来遺伝子が植物細胞中で
発現された報告はなく、形質転換された植物細胞は、正常植物へと再生しえぬま
まとなる。
さらに、上記の操作では、野生型コピーを変型DNAフラグメントに代えるには
、2重クロスオーバ事象がおこるのが有利である。T −DNA i+−’プフ
ラグメントのコピーを2つ含有するコーインテグレート(co−integra
te )フ0ラスミドを、単純クロスオーバーでは生ずる。このような重複は、
これらの方法で望ましくない。それは、A、 tumefaclens細胞また
は植物細胞でおこりうる相同性組換えは、挿入された外来遺伝子の損失を結果し
うるからである。
上記方法の最大の欠点は2重組換えの瀕度がきわめて低いこと(約10−4から
10−9+ Le eIna、n S等。
1981)で、2重クロスオーバ組換え生成物を同定し分離するに大変な労力を
有することである。それで、Ti7’ラスミドを遺伝子工学的に処理するための
、現存のり方法を用いて実施しうろ実験の数および型は著しく限定されろ。
植物細胞にDNAを挿入するための他の手段他にも色々な方法が、植物細胞にD
NAを挿入するために報告された。ひとつのそのような方法としては、ひとつま
たはひとつより多くのDNA分子をカフ0セルに封入するために、リボゾームと
も言われろ脂質ベシクルを用いることである。リボソゞ−ムおよびそれらのD1
執)ま植物細胞に取り込まれる(たとへばLurquin 。
1981)。挿入されたDNAが植物体rツムに取り込まれ、複製し、そして受
けつがれてゆげ1ハ、植物細胞は形質転換されることになる。
別法に、(a)ポリ陽イオン物質たとへばポリーL−オルニチン(Davey等
、 1980 )または[blリン酸カルシウム(Krens等、1982)と
複合物としたDNAがある。これらの技術を用いろと、T1プラスミドのすべて
または部分が植物細胞に挿入され、植物細胞に腫瘍形成性の変化を与えるという
。
望むフ0ラスミPを含有する細菌を植物細胞と融合さす方法も開発された。この
方法では共に、酵素消化で、細菌植物の細胞より細胞壁障壁を除いている。つい
でこれら2つの細胞タイプは、ポリエチレングリコールのような化学剤にさらし
て用いうる。Hasezawa等。
1981゜
しかし、これら上記した技術は、下記する欠点のひとつまたはひとつより多くを
有している。
1 これまでに報告された形質転換効率は非常に低い。
2、小型のDNA分子のみが植物細胞中に挿入されうる。
ろ、 わづか少数のDNA分子のみが植物細胞中に挿入されつる、モして(また
は)
4、植物細胞中に挿入される遺伝子は、それが植物細胞のゲノム中に組込まれな
いと、つまり、植物細胞中で複製する染色体またはプラスミド中に挿入されぬ限
り、植物細胞により安定に維持されない。
これらおよび恐らくは他の理由により、上記の腫瘍誘導性トランスホーメーショ
ン以外には、上記技術のいずれかにより植物細胞に挿入された遺伝子が発現され
たという報告(まない。
本発明より前には、ルーチンに再生されて形態学的に正常な植物になりうる遺伝
学的に形質転換された植物細胞が創出され同定された例はない。
本発明の要約
不発明は、分化し、形態学的に正常の植物に引き続き再生され5る、形質転換さ
れた植物細胞の創製に有用ないくつかのプラスミドに関している。本発明はその
ようなプラスミドを含有する微生物およびそのような)0ラスミドおよび微生物
を創製するための方法に関する。
本発明は、ある種の下記する望ましい特性を有する、pMON 120のような
第1のフ0ラスミドに関する。植物細胞中で発現されうる遺伝子は、このフ0ラ
スミドに挿入して、pMON 128のような誘導プラスミドを与えうる。たと
へばプラスミドpMON 128は、ある種の抗生物質を不活化する酵素である
ネオマイシンホスホトランスフエラーゼn(NPT II)を発現するキメラ遺
伝子は植物細胞中に発現しうる。
誘導プラスミドを、Tiミツ0ラスミド含有するプラスミドのあるものはTi
7°ラスミドと再結合して、コーインテグレートフ0ラスミドを形成する。これ
は2つのフ0ラヌミド聞の相同性による。望むコーインテグレートフ0ラヌミド
を創出するのにひとつだけクロス−オーバー事象が必要である。
本発明の挿入されたプラスミドの特性のゆえに、生成するコーインテグレートT
1プラスミドは、コーイー々、
ンテタv −l−7’フS トノ′r −DNA領域中に、キメラ遺伝子および
(または)任意の他の挿入遺伝子を含有する。挿入された遺伝子(±少なくとも
2つのT −DNAポーターにかこまれ、それらのうちの少なくともひとつは、
クロスオーバー事象によりT1)0ラスミドに挿入された。適当な抗生物質によ
り、挿入された遺伝子宮ミドまたはその部分を植物細胞中に入らせうる條件で、
デロトフ0ラスト、フ0ロトフ0ラスト由来細胞、植物の切片またはインタクト
の植物のような植物?■胞と、あわせ培養する。ひとたび植物細胞内に入ると、
2つのT−2
DNAボーダーにかこまれたT1プラスミドの部分が自然のプロセヌで植物デノ
ームに挿入される。このDNA断片は、キメラ遺伝子および(または)任意の他
の望む遺伝子を含有する。なるべくは、植物ケ゛ノームに挿入されるベクターD
NAの断片は、植物細胞の再生分化を不可能とするような遺伝子を含有しないよ
うにする。
形質転換された植物細胞は、挿入された遺伝子を子孫に伝える、形態学的に正常
な植物に再生されうる。
本発明方法により形質転換された植物に11種々の用途が存在する。たとへば、
除草剤を不活化する酵素をコードする遺伝子を植物中に挿入しうる。これにより
植物および子孫は除草剤に抵抗性を示す。同様に、望む哺乳動物〆す(デチドた
とへげ成長ホルモン、インスリン、インターフェロンまたはソマトヌタチンのよ
うな望む哨乳動物醪すベフ0チドを植物に挿入しうる。
植物を栽培し収穫し、ボリペフ0チドを植物組織より抽出しうる。
図面の簡単な説明
第1図は、pMON 128およびNo S−1ぐPTIIを遺伝子の例とする
、本発明の工程を示すフローチャートである。
第2図は、pMON 120を構築するに用いられるシラスミVであるpMON
41の創製を示す。
第6図は、pMoN109を構築するに用いられるMlろ一由来DNAであるM
−4の創製を示す。
第4図は、pMON 109を構築するに用いられろデラスミvである111M
0N 54の創製を示す。
第5図はpMON 120の構築に用いられるフ0ラヌミドであるpMON 1
09の創製を示す。
第6図は、pMON120の構築に用いられるシラスミドであるpMON 11
ろの創製を示す。
第7図は、望む遺伝子の挿入に適当な6個の制限エンドヌクレアーゼ切断サイト
を有する中間ベクターであるシラスミドpMON 120の創出を示す。
第8図は、キメラNO8−NPT I Iカナマイシン抵抗性遺伝子をpMON
120に挿入することで得られた中間体ベクターpMON 128の創出を示
す。
第9図は、単一クロスオーバ事象を用いて、野生型T1シラスミドでpMON
128をコインテグレーンヨンし、それにより複数のボーダーを有するコーイン
テグレートデラヌミドを創出することを表わす。
第10図は、デイヌアーム(disarm )されたTi−シラスミドでpMO
N 128をコーインテグレーンヨン1−1それにより非腫瘍誘導性インチグレ
ートプラスミドを創出することを示す。
第11図はカナマイシン含有培地で形質転換細胞と非転換細胞の生育を比較した
グラフである。
本発明の詳細な記載
本発明のひとつの有利な具体例として、第1図のフローチャートに要約される段
階を用いて、多様のキメラ遺伝子を植物細胞に挿入した。第1図に示すように、
6個の予備的なプラスミドを調製した。これらのブ0ラヌミドばつぎのようにデ
ずインした。
1、pMON 41、これは、ツバリン−型T1シラスミドのライドボーダーお
よびノパリンンンターゼ(nopaline 5ynthase 、 NO3)
遺伝子の5′部分を含有した。フ0ラヌミドpMON d lの構築を下記し、
第2図に示す。
2、pMOl、l 109、これはNO8遺伝子のろ7部分および選択(5el
qctable )マーカー遺伝子(spc / 5tar)な含有し、これら
により、キメラ遺伝子を有するコーを下記し、第6.4、および5図に示す。
ろ pMON 11ろ、これのオクトピン−型T1シラスミドのT −DNA
部分内の配列と同じある配列を有するDNAの領域を含有した。この領域ハ、ル
フトインサイドホモロジー1eft 1nside homology (LI
H)”領域といわれた。pMON 11乙の構築を下記し、第6図に示す。
これらのシラスミドを組上げたあとで、各プラスミドを適当なエンドヌクレアー
ゼで消化し望むフラグメントを得た。ろつのフラグメント(3個のシラスミドの
それぞれから1個宛)をトリプルリケゞ−ジョン(triple 1j4ati
on )で組上げ中間体べ〃ターであるシラスミドpMON 12 [4を得た
。これを第7図に示す。
プラスミドpMON 120は下に詳記する本発明の具体例でかなめの役割を演
する。この)0ラスミドはつぎの特四を有する。
1、pMON 12 Dは少なくとも6個の独特の制限エンドヌクレアーゼ切断
サイト(gcoR工、 C1aI 、およびHindIII)を有し、これらは
、任意の望む遺伝子の挿入しかし、正常のAgrobacterium8胞内て
は1Agrobacterium 8胞内で複製するような、別のフ0ラスミド
だとへばT1フ0ラスミドとコーインテグレートしないと、正常のAgroba
cterium 釧胞内ては複製しない。
ろ l)1ν+o+q 120は、2千1の抗生物質スー?クチノマインン(s
pectinomycin 、 spc )およびストレフ01゛マー多
イン(Streptomycin、str )に抵抗性を与えろ酵素をコー−す
るマーカー遺伝子を担う。この遺伝子はspc /atr遺伝子と椙われ、E、
co見およびA、 tumefaciensに発現されるが、植物細胞に(1
発現されない。pMON120はアンビンリンまたはテトラサイクリンへの抵抗
性をコードする遺伝子は担わな1・。
4、pMON 1201?、A、 tumefaciensのオクトピン−タイ
プT1)0ラヌミドのT −D1iA部分内の配列と相同性の配列を担う。この
配列は“レフトインサイドホモ、−−−−−−−−+−,、−、、/丁 工U
) 6石線 吏1 b 舌↓、れる。このホモロジー領域は、クロスオーバー事
象ヲ促進し、それによりpMON 120またはl)MON 120の誘導体だ
とへばI)MON 128は、2つの70ラスミドが同じA、 tumefac
iens内に存在するならばT1−7°ラスミドとコーインテグレートを形成す
る。定義によれば、蚊コーインテグレート”フ0ラスミドは光−クロスオーバー
事象により形成される。それは、Tiミツ0ラスミドまたはpMON 120−
由来シラスミド中に犀前に存在したDNA配列のすべてを含有ずろ。
5、pMON 120しよ、ツバリン型T −DNA″ライトボー/i”−”、
つまり、A、 t+1tne factensにより細胞を形質転換するあいだ
、Tiミツ0ラスミドり移されそして植物細胞の染色体に挿入されるT−DNA
配列ひとつの端(慣用によりライトボーダーと称するうとして作用しつる配列を
担う。
6、I)MON 120は、酵素ノパリンンンターゼ(NO8)の発現をコード
する遺伝子(プロモーターを含有する)を担う。O・とたび植物体に導入される
と、No55%素はオピン(opine )のひとつの型てあろツバリンの生産
を触媒する。オピンは大部分の型の植物において、低レベルに蓄積する、無害の
化合物である。
ツバリンの存在は植物組織に容易に検出しうる(□ttenおよび5chilp
eroort 、 1978 ) oオビンは未形質転換植物細胞にはふつう存
在しないので、オピン遺伝子は形質転換な確かめるための有用なマーカー)−な
りうる。望むならば、pMON 120中のNO8遺伝子は、この方面で湘られ
ている専門家既知の種々の技術で非機能けとなしうる。たとへば、NO8遺伝子
のコード部分内にBamHI切断サイトが存在する。NO8の翻訳を防ぐだめK
このサイトに、ストソデコドンまたは他の適当なオリゴヌクレオチド配列を挿入
しえた。
7、pMON 120中の種々の遺伝子、切断ナイトおよび他の配列の相対的位
置は、本発明の実施に非常に重要である。pMON 120プラスミド全体、ま
たはその誘導プラスミドたとへばpMON 128は、コーインテグレートT1
デラヌミドに含有されるであろう。しかし、コーインテグレートT1デラヌミド
の部分のみ(変型T −DNA領域)が植物rツムに挿入されるであろう。
この部分はT −DNAボーダーにおいて始まり相同の領域へのみひとつの方向
に伸びる。pMON 120において!’!、NOSヌコア(5corable
) ?−カー、spa /str選択マーカーおよび6個の挿入サイトが、p
MON120の植物ケ8ツムに移される部分内にある。しかし、LIHに隣るp
BR322−由来領域およびPvu I切断シーイトは恐らくは植物ケ9ツム中
には移されぬであろう。
重要なこととして、pMON 120およびその誘導物のこのような配列は、下
記に論するように、ひとつより多くの相同領域の植物デノムへの移入を防止する
。
8、pMON 120は約8キロ塩基の長さである。これは、本発明の目的のす
べてを達成するには十分に小さい。しかし、望むならば、この方面の技術で知ら
れている方法により、不可欠でないヌクレオチV配列のひとつまたはひとつより
多くを欠失させてやや短かいヌクレオチVとなしうる。このようなザイズの縮少
は、本発明の目的または他の目的に用いる時のフ0ラヌミドの効率または他の特
性を改良しうる。
ひとつまたはひとつより多くの点でpMON 120とは異なる広く多様な中間
体ベクターを、専門家は調製し利用しうるであろう。たとへぼ、形質転換された
植物細・胞をスコアするのに用いられろNOSマーカーを、欠失させ、あるいは
、異なるスコアまたは選択マーカーでおきかえ、または、それらを追加しかも知
れぬ。このようなマーカー遺伝子のひとつに、下記するような抗生物質耐性遺伝
子たとへばNOS −NPT ll−N0Sキメラ遺伝子があるかもしれぬ。別
の例として、コーインテグレートデラヌミドを有するA、 tumefacie
ns細胞の選択に用いたspc / s毬マーカー遺伝子も、欠失させるか、ま
たは、Agrobacteria中だ発現される、別のスコアまたは選択マーカ
ーでおき代えたりまたはそれらを補なったりしうろ。別の例として、T−DNA
ボーダーの変種(たとへばツバリン−型”レフト”ボーダー、またはオクトピン
型レフトまたはライトボーダー)も用いうる。同様に、1個より多くのボーダー
(たとへぼ、2個または2個より多くのツバリンライトボーダー、または1個の
ツバリンライトボーダーおよび1個のオクトホンライ)e−x−)も、中間体ベ
クター中に望む配向に挿入しうる。このことは、専門家が決定しうるように、T
−DNAの植物デノムへの挿入頻度を上昇させうる。また、中間体ベクター中
に、(任意の型の)レフトおよびライトボーダーの両方を挿入することもできる
。相同の領域の長さを増加さすこともできる。このことで、望む単一クロスオー
バー事象の頻度を増加さすこともありうるC Leemans = 11981
)。任意の型の望むデラスミrたとへばツバリンまたはアグロピンT1デラスミ
rまたはR1フ0ラスミrより、適当な相同の領域を選ぶこともできる。このよ
うな領域は、中間体ベクターが任意の望むプラスミドとコーインテグレートを形
成することを可能とするであろう。
pMON 120の創製方法
3個の他のシラスミドに由来するフラグメントよりデラスミY I)MON 1
20を構築した。これら3個のシラスミドはpMON 41、pMON 109
およびpMON 113と称した。これら6個のプラスミドの構築はっぎに要約
して示すが、例のなかに追加の情報を加える。
シラスミドpMON 41は、ツバリン型T −DNAライトボーダおよびツバ
リンシンターゼ(NO8) 遺伝子の5′部分をpMON 120に与える。そ
れは、っぎのように創製される。
pTiTろ7デラスミドと称するツバリン−型T1デラスミY ヲHind 工
Iエニンrヌクレアーゼで消化して、種種のフラグメントを生成さすがそれらに
はHind lll−237ラグメントと称する3、4 kbフラグメントが含
まれる。このフラグメントは、全NO8遺伝子およびT−DNAライトボーt−
を含有する。出願人等は、HindI丁工で消化されたデラスミl& r+BR
32’7にHind III −237ラグメントを挿入した。pMON38と
称する生成デラスミvは、Hind IIIおよびBamHIの両方で消化した
。これで、2−3kbフラグメントを生成するが、これはノ/マリン型ライトボ
ーダーおよびNO8遺伝子の5′部分を含有する(ゾロモーター領域、5′非翻
訳領域および構造配列の部分を含有する)。この2,3kbフラグメントは、H
ind IIIおよびBamHIで消化したpBR627デラスミドに挿入した
。生ずるプラスミドは、第2図に示すようICpMON 41と称した。
A、tumefaciensの多様な株を、American Ty−peCu
lture Co11ection (Rockville 、 MD )より
入手しうる。ATCC番号シ1ずべてのATCCカタログに記載されている。そ
れぞれの株は、専門家のルーチンの実験により決まる本発明に適当と思われるT
1プラスミドを含有する。
デラスミ)” I)MON 109は、spa / str選択マーカー遺伝子
およびNO8の遺伝子の6′部分なpMON 120に与えた。それは、つぎの
方法で創出された。
デラスミy T)MON 38 (上記しそして第2図に示す)をRsa Iで
消化した。これは
5 ’ 4TAC
として示される平滑末端を創出した。
1.1kbフラグメントを分離した。そしてBamHIで消化して720 bp
および400 bpのフラグメントを得た。それぞれに、1個の平滑Rsa末端
および付着曲のBamHI末端を有した。これらのフラグメントは、SmaI(
平滑末端創出)およびBamHIで消化しておいた、7ア一ジM1ろmp 8
(Messing and Vie)ira )からの2本鎖DNAに付着させ
た。混合物をりヶゝ−トさせ、細胞中にトランスホームしそしてプレートに塗布
して、組換えファージを探した。挿入された7 20 bpフラグメントを含有
する組換えファージDNAL’!、、BamHニーSam I挿入物のサイズで
同定した。これらファージDNAのうちのひとつは第6図に示すようにM−4と
称した。720 bp挿入物は、NO8遺伝子の6′非翻訳領域(太い点線で図
に示すようにボリーアデニレーンヨンングナルを含む)ならびにNO8遺伝子の
構造配列の6′部分を含有した。720 bp挿入物は、M −4において、M
13 mp 8 DNA中に存在したEcoRIおよびPst 工切断サイト
にかこまれていた。
Tn 7と称とする細菌性トランスポ・アンは、前記のspa / st、r遺
伝子を含有することが知られている。
Tn7トランスポ・アンはまブこ、宿主細胞を抗生物質トリメトプリム(tri
methoprim )に対して抵抗性とする遺伝子を含有する。Tn 7中の
spa / str遺伝子およびトリメトプリム抵抗性遺伝子の正確な位置およ
び配向ば知られていない。公的に入手しうる種々の細胞株よりTn 7 )ラン
スポ・アンは得られろ。pTiT 37フ0ラヌミドのHind III −2
3領域にTn7)ランスポデンが挿入されたA、 tumefaciensの1
株が分離された。この変型pTiT 37デラスミドはpav 3106と称さ
れた( Hernalsteens等、 1980 )。
フ0ラスミドpOV 3106をHind 工IIで消化し、フラグメントは、
Hind 工IIで消化したpBR327フ0ラヌミド中にショットガンクロー
ニングした。これらのプラスミドはB、 C01i細胞中に挿入し、アンピンリ
ン抵抗性(pBR327遺伝子による)細胞およびトリメトプリム抵抗a (T
n 7遺伝子による)の細胞を選択した。
ひとつのコロニーから得られたフ0ラスミドをpMONろ1と称した。このフ0
ラヌミドレま、6 kb Hind III%i入物ヲ含有した。この挿入物は
、Tn7よりのspc / str抵抗性遺伝子およびNO8遺伝子のろ7部分
を含有した( pTiTろ7デラスミドに由来)。
プラヌミy pMON 31の サイズを2度にわたり縮小させた。第1の縮小
には、プラスミドをEcoRIで消化し、混合物を希釈して850 bpフラグ
メントを除き、大きいフラグメントを再すケゝ−ンヨンした。pMON 53と
称する生成プラスミドは、アンピンリンおよびストレフ’)マイシンに対する抵
抗性により選択された形質転換細胞より得た。トリメトラ0リムに対する抵抗性
は測定しなかった。
プラスミドpMON 5ろのサイズをさらに縮小さすのに、そのフ0ラヌミドを
C1a Iで消化し、混合物を希釈して2kbフラグメントを除き、大型フラグ
メントを再すゲーションした。生ずる5、2kbプラヌミドはpMON 54と
称した(第4図)。このフ0ラスミドはSpC/ Str遺伝子を含有した。
7°ラスミドpMON 54をEcoRIおよびPstIで消化し、8pC/
Sur遺伝子を含有する4、3ibフラグメントを分離した。M −4DNAを
EcoRIおよびPstIで消化し、そしてNO85’非翻訳領域を含有する7
40 bpフラグメントを分離した。これらのフラグメントは相互にリケゝ−
ンヨンさせてpMON 64とした。単一のEcoRI −BamHIフラグメ
ント上にNO33’部分およびspc /str遺伝子をうるために、pMON
64をC1aIで消化し混合物を再すケ゛−ジョンさせてspc / str
遺伝子の配向を逆にした。望む配向を有するフ0ラスミドはEcoRIおよびB
am HIを用いる切断で同定した。これらのフ0ラヌミドは第5図に示すよう
にpMON 109と称した。
プラスミドpMON 11ろはpMON 12 Dに相同の領域を与えた。それ
で、pMON 120は、T1フ0ラヌミドとあわせてA、 tumefaci
ens中に存在する時にコーインテダレートデラスミドを形成した。オクトビン
型T1fラスミドより相同の領域を取り出した。Ti7°ラスミド中では、それ
はレフトT −DNA d<’ −*ゞ−近くに、T1プラスミドのT −DN
A部分内に存在した。この相同領域を”レフトインサイドホモロジー1eft
insidehomology (LIH) ”領域と称した。
植物細胞を形質転換しうるフ0ラスミドのいずれの型、たとへば任意のT1プラ
スミドおよびR1フ0ラスミドに、相同領域が由来しうろ。
相同領域の由来したいずれの型の70ラスミドともコーインテグレートフ0ラヌ
ミドを形成し5ろ、中間体ベクターをデザインしうろ。
さらに、相同領域がT −DhtA内に位置する必要もないかもしれなし・。た
とへば、T−DNAdで−ダーを含有しそしてT D!JA領域の外1Y(1に
は基の配列を含有ずろ、T1プラスミドの断片より、相同領域が由来しうる。ま
さに、中間体ベクターが2つの適当なT −DNAボーダーを含有するなら、T
−DNA領域のまったく外側に相同領域があってもよいかも知れない。
出願人等は、オクトピン型T1)0ラスミドのBam−87ラグメントを含有す
るpBR由来プラスミドを有するE−coli培養物を得た。約7.5 kbの
Bam−87ラグメントは、T1′7°ラヌミドのレフトボーダーおよびLIH
領域を含有した( Wil1mitzer等+ 1982 ; DeGreve
等、1981)。Ban −8フラグメントI’!、 、BamHIで消化した
プラスミドpBR327i′c挿入した。生ずるデラスミドは、第6図に示すよ
うにpMON 90と称した。
T)MON 90はBgIIIで消化した。LIH領域を含有するがレフトボー
タゞ−を含有しない2.6 kbフラグメントを精製した。2.6kbフラグメ
ンはKl enowポリメラーゼで処理し、付着末端を平滑末端に変えた。そし
てフラグメントはHina、IIIで消化し、1.6kbフラグメント(望むフ
ラグメント)および1 kbフラグメントを得た。両方のフラグメントは、Pv
uIIおよびHindIIIで消化しておいたI)BR3227°ラスミドと混
合した。混合物はリケゝ−ンヨンさせ、E、 coli細胞に挿入した。細胞は
アンピンリン抵抗性に関して選択した。1,6kbフラグメント上には存在する
が1 kbフラグメント上には存在しないSma Iサイトの存在に関してスコ
アした。望むデラスミVを有するコロニーを同定した。このコロニーよりのフ0
ラスミドを、第6図に示すようにpMON 11ろと称した。
pMON 120を組上げるには、6個のフラグメントを分離ぜねばならなかっ
た。フ0ラスミドpMON 41 ヲPuvIおよびBam Iで消化した。そ
してツバリン型ライトボータ゛およびNO8遺伝子の5′部分を含有する1、5
kbフラグメントを得た。フ0ラスミドpMON 109をBamHIおよび
EcoRIで消化し、spc / atr遺伝子およびNO8遺伝子の6′部分
を含有するろ、4kbフラグメントを分離した。フ0ラヌミドplvfON 1
13をpvuIおよびEcoRIで消化して、LIH領域を含有する3、1 k
bフラグメントを分離した。
これら6つのフラグメントは相互に混合し、第7図に示すように、リゲーンヨン
させてpMON 120とした。pMON 120を含有するE、 coliの
培養物は、American Type Cu1ture Co工1ectio
nに寄託した。受は入れ番号39263を受けた。
pMON 120または任意の顛似の中間体ベクターを創出するのに種々の方法
を用いうる。たとへば、トリプルリケゞ−ジョンに代えて、プラスミド中に望む
フラグメントの2つを組上げ、そのプラスミドに第3のフラグメントを挿入しう
る。
pMON 120の使用法
前記のように、pMON 120は、任意の望む遺伝子の挿入に適当な6個の独
自の切断ナイ) (EC0RI。
C1aIおよびHindIII )を有する。これらの切断サイトは、pMON
120の植物ケゝツムに挿入されるであろう部分に存在する。それで、挿入され
た遺伝子はまた植物ケ8ツムにも挿入させる。
植物細胞中に細菌および哺乳動物ポリベノチドを発現しうる種々のキメラ遺伝子
が出願人等により創製された。これらのキメラ遺伝子は、1986年1月17日
願、U−3,特許願ンリースA、458,414’“植物細胞中で発現さすに適
当なキメラ遺伝子”だ記載された。
これらのキメラ遺伝子は本発明で用いるに適当である。これらはDMON 1
’;l Qに挿入されて誘導体シラスミドを形成するが、これらっぎのように用
いうる。
本発明の有利な具体例として、っぎのDNA配列を有するキメラ遺伝子を創出し
た。
1、 ツバリンシンターゼ(NO8)遺伝子に由来するフ0ロモーター領域およ
び5′非翻訳領域2、 ネオマイシンホスホトランスフェ°ラーゼエ1(NPT
II )遺伝子に由来する構造配列;および6 NO8遺伝子に由来する6′
非翻訳領域。
このキメラN03−NPT II−NQS遺伝子はEcoRI末端を有するDN
Aフラグメント上で分離した。このフラグメントは5. pMON 120のE
coR,I切断ナイト中に挿入した。そして生ずるプラスミド(反対配向のキメ
ラ遺伝子挿入物を有する)は、第8図に示すようにpMON128およびpMO
N 129と称した。シラスミドI)MON129はキメラ遺伝子の2コピーを
有した。このことはある種の型の作業に有利な特徴でありうる。いずれのプラス
ミドも、つぎのようにして植物細胞を形質転換するのに用いうる。pMON 1
28含有E、 coliの培養物はAmerican Type Cu1tur
e Co11ectionに寄託された。
受は入れ番号ろ9264を受けた。
デラスミ’f pMON 128 (または望む遺伝子をpMON120に挿入
して得られる任意の他のシラスミド)はオクトピン型T1プラスミド(または適
当なシラスミド)を含有する微生物中に挿入する。適当な微生物に8
は、T1またはRi フ0ラスミドな担うA−tumefaciens矧られて
いるかまたはあとで発見されるか創出されるかもしれない他の細胞でも、本発明
に用いられるかどうか、この方面の専門家の日常的実験で定めうる。
プラスミドは微生物に任意の望む方法で挿入しうる。
たとへばプラスミドをDNAを取り込みやすいように処理した細胞と接触さす形
質転換や、pMON128または他のプラスミドを含有する細胞と接合さす方法
がある。
挿入されたプラスミド(たとへばpMON 128) GtT1フ0ラヌミド中
の配列と相同である領域を有する。この相同の“LIH’“領域は単一クロスオ
ーバー事象を可能とし、それによりpMON 128およびオクトピン型T1プ
ラスミドは相互に結合してコーインテグレートゾラスミドを形成する。たとへば
上記5tryerの著書752−75.4頁をみよ。ふつう、このことはpMO
N128を細胞に挿入したあとのA−tumefa、ciens細胞中におこる
。別様には、異なる型の細胞中にコーインラヌミドを植物細胞中へ移し5るとこ
ろのと挿入されたプラスミドたとへばpMON 128は、T1ゾラヌミげの型
に応じて、第9または1o図に示す方法でT1フ0ラスミドと結合する。
第9図で、2の行はオクトピン型T1プラスミドのT−DNA部分を表わす。4
0行はpMON 128のような挿入されたフ0ラスミドを辰ゎす。これら2つ
のプラスミドが同じ細胞中に同時に存在すると、クロスオーバー事象を生じ、コ
ーインテダレートプラスミド6を与える。
コーインテグレートプラスミド6は、ひとつのレフトボーダー8および2個のラ
イトボーダー10および12を有する。これら2つのライトボーダーは、ここで
は\ ″プロキンマルproximal”ライトボーダー10(レフトボーダー
8にもつとも近いライトボーダ)および”デイヌタルdistal″ライトボー
ダー12(レフトボーダー8よりより遠いライトざ−ダー)と称する。プロキン
マルライトボーダー10はフ0ラスミド4に担われる。ディスタンライトボーダ
ーは、コーインテグレーンヨンの前にはT17°ラヌミド2に含まれていた。p
MON 128および野生型T1プラスミドpTiB65ろにより形成されたコ
ーインテグレートデラスミ1を含有するA、 tumefaciens ()V
3111の培養物はAmerican Type Cu1.ture Co1
1ectionに寄託された。
この培養物は受け入れ番号39266を受けた。
第9図に示すコーインテグレートT1プラスミド6を植物細胞に挿入する時に、
DNAの2つの領域のいずれか、つまりT −DNA領域14また!iT −D
NA領域16が植物ケ8ツムに入りうる。
T −DNA領域14は、レフトボーよゝ−8およびフ0ローキシマルライトボ
ーダーにより境界をなされている。
領域14はプラスミド4に含まれる、キメラ遺伝子かまたは他のいずれかの遺伝
子たとへばG’pC/ S jr選択マーカーおよびN OSヌコアマーカーを
含有した。しかし領域14ば、タラウィール病をおこしたりまたは別様・に植物
細胞の代謝または再生能力を損なうようなT−DNA遺伝子はなんら含有しない
。
T −DNA領域16はレフトボーl+−8およびライトボーダー10および1
2の両方を含有する。T −DNAのこの断片は、プラスミド4に含まれるキメ
ラ遺伝子または任意の他の遺伝子を含有する。しかし、T−DNA領域16はま
たクラウンゴール病をおことず信ぜられるT −DNAを含有する。
上記T −DNA断片、領域14または領域16は植物DNAに移しうろことが
ありうる。いずれの’I’ −DNA移入についても、これは、50−50の確
率でおこると仮定されろ。その結果、形質転換された細胞の混合物に導びくこと
になり得、それらのあるものは腫瘍性であるものは非腫瘍性である。例に記載す
るように、混合物より非腫瘍性細胞を分離し培養しうろ。
別のアラ0ローチとして、非腫瘍細胞より哩瘍細胞を分離する必要を避ける方法
が開発された。クラウンゴール病をおこしえないA、 、tumefacien
sのいくつかの変異株が分離された。このような株はふつうは”ディスアームさ
れたd l S a r m 8 d″T1T1フ0ラヌミドる。
T1またはP1フ0ラヌミドは、つぎの型の変異株のひとつまたは多くによりデ
ィスアームされうる。
1、 ポーゲー領域のひとつを除くかまたは不活化する。レフトボーダーを有す
るがライトボーダーは有しないそのようなディスアームされたオクトピンク0ラ
ヌ1982 ; ()a、rfir+ke1等、1981)。
2、tmrおよびtm3遺伝子と称する”腫瘍モルホロジーmorphol○g
y”遺伝子のひとつまたは多くを除去するかまたは不活化する。たとへばLee
mans等。
1982をみよ。
専門家は既知の方法を用いて種々の型のディスアームされたT1フ0ラスミドを
調製しうる。Matzkeおよびchllton l 1982 ; Leem
an等、1981;Koekman等、1979をみよ。
第10図は、変異を受けてtmsおよびtmr遺伝子およびライトボータ゛−を
欠失する、T −DNA領域22を有するオクトピン−型T1プラスミドを表わ
す。これで、部分的な’p −DNA領域24を有するディスアーム七+−lナ
ー甲]−f′モスダVシ片キ入 フ0ラスタ檗つG(r−2
とへばpMON 128 )を、ディスアームされたT1フ0ラヌミド24を担
う細胞中に挿入ずろと、クロスオーバ事象をおこしディスアームされたT −D
NA領域28をtiコーインテグレートT1フ0ラスミドを創出させる。相同性
のLIH領域はこのT1フ0ラスミド中で、も反復されるが、ディスアームされ
たT1フ0ラスミドはなんらの発癌遺伝子を含有しない。別様には、ライトボー
f−のみがT −DNA領域22より欠失されたのならば、tmsおよびtmr
遺伝子およびオクl−ピンンンターゼ(OC8)遺伝子がコーインテグレート状
のディスアームされたT1フ0ラスミドに含有されろであろう。しかしそれらは
T −DNAボーダーの外側に存するであろう。
ディスアームされたコーインデグレー)−Tiミツラスミド植物細胞の感染に用
いる。T −DNA領域281!。
形質転換されたDNAろ0により示されろように植物ケゞツムに入る。ディスア
ームされたT−DNA28により形質転換された植物細胞は、正常の植物ホルモ
ン代謝を有する。そして分化植物へと再生する正常の能力細胞のある部分に望む
クロスオーバ事象がおこるであろ5゜コーインテグレートフ0ラスミドを含有す
る細胞(病原性かまたはディスアームされたもの)は、つぎのようにして、クロ
スオーバーのおこらなかった他のの細胞より容易に選びうる。デラスミ¥p下1
0N 12 Qおよびその誘導体は、マーカー遺伝子(spc / str )
を中で複製しうる別のシラスミドと結合しないと、spc/atr遺伝子は、複
製しないがまたはA、 tumefaciensにより安定に遺伝してゆかぬで
あろう。もっともありうるそのような組合わせは、相同領域のゆえに、T1フ0
ラスミドと形成されるコーインテグレートである。こたは双方を含有する培地上
の細胞の増殖で同定しそして選択しうる。
′P1シラスミド28は第1o図に示すように2つのLIH領域を含有する。コ
ーインテグレートTiフ0ラスミドはひき続きクロスオーバー事象をうけ、ここ
で2つのLIH領域が再結合するであろう。この事象は望ましくない。というの
は、キメラ遺伝子を含むLIH領域のあいだのD N Aを欠失させうるからで
ある。しかし、このことが重大な困難を与えるようになるわり“でないようだ。
理由の第1は、この事象は比較的に低い確率だとへば約10−2位で起りそうだ
からである。第2にシラスミドpMON 120およびその誘導体は、クロスオ
ーバー事象により欠失するであろうDNAの領域に選択マーカー遺伝子(spc
/ str )が位置するようにデザインしであるからである。それで、コー
インテグレートデラヌミドを含有するAgrobacteria細胞を同定しそ
して培養するために用いる選択条件ii、Tiミツ0ラスミドりのキメラ遺伝子
を除去するような引き続くクロスオーバー事象をこうむった細胞の子孫を殺すこ
とにも役立つであろうからである。
第10図に示すように、コーインテグレートT1プラスミド中のL工H領域のひ
とつのみが植物rツムに挿入されろであろう。この重大な特徴はpMON 12
0のデザインに由来し、そしてそれは、従来法で形成された望ましからぬコーイ
ンテグレートデラスミドより、このコーインテグレートプラヌミドを区別する。
T−DN八へ−ダーの外側に横たわるLIH領域は植物ケゞツムに挿入されぬで
あろう。このことは少なくとも2つの重大な利点を与える。第1に、植物ケゞツ
ム中に挿入された2つのL工H領域の存在は、形質転換された植物細胞およびそ
れらの子孫中で挿入された遺伝子の損失を入ちびくであろうから。第2に、DN
A相同(牛の2つの領域の存在は、植物ケゞツムに挿入されたDNAを分析する
努力を非常に複雑化することになりうるからであろ(MatzkeおよびChi
lton 1981 )。
キメラ遺伝子を有するコーインテグレートTIプラスミドを含有するA、 tu
mefaciens細胞を同定して分離したあと、コーインテグレートデラスミ
ド(または七の部分)は植物細胞に挿入せねばならない。いずれは、この段階を
直接的に実施する方法が開発されうるであろう。さしあたり、用いて便利な良い
結果を与える方法が開発された。この方法は、2つの別のU、S。
特許願、シリーヌA、458,415”拡大細菌性共存培養による植物細胞の形
質転換”およびシリーヌ/1i、458,412”植物フ0ロトデラストの迅速
培養”に記載されており、共に、1986年1月17日に出願されている。これ
らの特許願に記載の方法をつぎに簡単に要約する。
形質転換させようとする植物細胞を、細胞壁を除く酵素と接触させる。それによ
り植物細胞はプロトプラストに変わる。これらは膜に包まれた生細胞である。
酵素を除き、プロトプラストに細胞壁材料の再生を開始させる。適当な時点で、
A、 tumefaciensの細胞(キメラ遺伝子を有するコーインテグレー
トT1)0ラヌミドを含有する)と植物フ0ロトフ0ラストとを混合する。細胞
は、A、 tumefaciensの植物細胞を感染することを可能とする時間
共存培養する。適当な共存培養の時間のあと−A、 tumefaciensを
殺し、植物細胞を増殖させる。
形質転換させた植物細胞(つまりコーインテグレートTi7°ラスミドよF)D
NAを受け取った細胞)およびそれらの子孫は、植物ケゝツムに挿入した遺伝子
(単まろ6
とへば、ある種の遺伝子は種々の抗生物質の不活化をおこさす。そのような遺伝
子にはhメラ性NO8−NPTII−NO8遺伝子(pMON 128により担
われる)がある。
そのような遺伝子は選択マーカーの役を果たし5る。
キメラ遺伝子生成物により不活化される抗生物質を含有する培地上に1群の細胞
を培養しうる。そして選択マーカー遺伝子を含有する細胞のみが生き残るであろ
う。
種々の遺伝子が植物細胞中でのスコアマーカーの役を果たしうる。たとへば、p
MON120およびそれの誘導フ0ラスミドたとへばpMON 128は、植物
細胞中で発現されるノパリンンターゼ(NO3)遺伝子を担う。
この遺伝子はツバリンの形成を触媒する酵素をコードする。ツバリンは、大部分
の型の植物では少量蓄積する、無害の化合物である。それは電気泳動またはクロ
マトグラフ法で容易に検出しうる。
もしも植物は検出困難のポリペプチドを創出する遺伝子により形質転換されるな
ら、選択マーカー遺伝子(たとへばN08−NPT II NOSキメラ遺伝子
)またはスコアマーカー遺伝子(たとべばNO3遺伝子)が形質転換用ベクター
中に存在して、形質転換された細胞の同定および分離を可能とする。
恐らくは、T1または類似のシラスミドとコーインテグレートを形成するように
デザインされるpMON 12 D士?−L+荊の、O→ス2ぐ山1F仁嵜の切
す一沓午ヱに活ス1うる。たとえば、出願人は、前記引用の特許願“植物細胞中
での発現に適当なキメラ遺伝子”中に論じた種種のキメラ遺伝子を創製した。
ある遺伝子が本発明に用いる適当かどうかは、専門家のルーチンな実験により決
めうる。そのような用途しまキメラ遺伝子に限定されない。たとへぼ、天然遺伝
子の複数コピーを植物細胞に挿入するのに本発明を用いうる。
本発明は、専門家のルーチンな実験で定めうるように広く多様な植物に用いるの
に適当である。たとへば、本発明は、Agrobacterium属よりの細菌
で感染されつる任意の型の植物よりの細胞を形質転換するのに用いうるであろう
。恐らくはすべての双子葉植物およびある種の単子葉植物にAgrobacte
riumのひとつまたはひとつより多くの株を感染させうる。さらに、専門家が
決定しうるであろうが、Rh1zobia属の微生物も本発明のコーインテグレ
ートデラスミドを担うのに有用であろう。このような細菌は、ある種の型の形質
転換または植物に有用であるかもしれない。
ある種の型の植物細胞はdy ビトロ−で培養しこの方面の専門家の知る技術を
用いて分化された植物に再生させうる。そのような植物にはばれいしよ、とまと
、にんじん、アルファルファおよびひまわりがある。
o 二で裁培することが可能となるであろう。専門家のルーチンの実験で定めう
るよ)に、再生能力の))るそのような植物体よりの細胞は、前記論議のイン
ビトニュ共存培養方法で形質転換しうるであろう。そのような形質転換された植
物細胞は、例に記載の操作を用いて分化植物に再生させうる。
イン ビトロ−共存培養法は、土/ ビトロ−培養および再生を受けうる植物の
形質転換にいくつかの利−細胞培養法に限定されない。たとへば種々の植物の苗
条および切片(大豆、にんじん、およびひまわり〕tumQfaC18ns細胞
と接触させ形質転換された。さらに、見かけ上任意の型の植物を切片または苗条
より再生さすこともできる。それで本発明の病原性かまたはなるべくはディスア
ームされたコーインテグレートデラヌミドまたはそれらの混合物を用いて苗条ま
たは切片を形質転換し、ついで挿入された遺伝子をそれらの子孫に伝える分化植
物へと形質転換されたまたは切片を再生さす方法を開発し与るであろう。
前記のように、本発明のコーインテグレートデラスミrを植物細胞に伝えるのに
共存培養は不可欠ではない。細胞中にDNAを挿入するのに種々の他の方法を用
いうる。そのような方法にはDNAをす分ソデームカデセル中に封入すること、
DNAを、ポリ陽イオン性物質またはリン酸カルシウムのような化学物質と複合
物とすること、細菌スフェロプラストを植物プロトプラスト融合さすこと、DN
Aを細胞中にミクロ注入すること電流でDNAの取り込みを誘導することなどで
ある。これまでのところ、そのような方法はDNAを植物細胞に挿入するのに十
分な効本で実施されていないが、活溌に研究されており、本発明の中間体ベクタ
ーおよびコーインテグレートデラスミVまたはそれに由来するプラスミドを用い
て、外来遺伝子を植物細胞中に挿入するのに用い5ることなろう。
本発明は多様の目的に有用であろう。たとへば、ある種の細菌性酵素だとへば5
−エノールビルビルシキメート−ろ−リン酸ンンターゼ(EPSPンンターゼ)
はある種の除草剤により不活化される。他の酵素だとへばグルタチン−3,−)
ランスフエラーr (O3T )はある種の除草剤を不活化する。そのような酵
素を植物中で発現させるキメラ遺伝子を植物に挿入し、それにより、ひとつまた
ひとつより多くの除草剤に植物を抵抗性となしうる。それで、ふつう、未形質転
換植物を殺すような除草剤を、形質転換植物を裁培した農地に姉すことが可能と
なる。除草剤は雑草致死剤となり、形質転換された植物は未損傷で残る。
別様には、哺乳動物のポリペプチドだとべばインスリン、インターフェロン、生
長ホルモン等ヲ植物カ作るように植物に、キメラ遺伝子を挿入することも可能で
ありうる。適当な時点で植物(または植物組織)を収獲する。専門家が知ってお
られる種々の方法を用いて、収獲された植物組織より望む蛋白質を抽出しうる。
本発明の別の用途は、望む物質だとべば貯蔵蛋白質または他の蛋白質の含量の高
い植物を創製することである。たとへば、望む蛋白質をコードする遺伝子のひと
つまたはひとつより多く含有する植物をである。この遺伝子の追加のコピーを、
本発明により植物中に挿入しうる。別様には、その遺伝子の構造配列を、その構
造配列のゾロリフインク(prolific )転写をおこす異なるプロモータ
ーの制御下にあるキメラ遺伝子に、遺伝子の構造配列を挿入できるかもしれない
。
本発明方法は、DN7′−配列が、植物細胞中の遺伝子の発現を促進するがまた
は別様に調節しているかどヤ′を決めるために、DNAを同定し、分離しそして
調べるのに用いうる。たとへば、任意の型の細胞からのDNAを、部分的エンド
ヌクレアーゼ消化または他の方法を用いてフラグメントとなしうる。DNAフラ
グメントは、pMON 128類似のフ0ラスミド中にランダムに挿入しうる。
これらのプラスミドは、N08−NPT llNO3のような完全なキメラ遺イ
云子を有する代わりに、NOsフ0ロモーターまたは他のプロモーターよりむし
ろDNAフラグメントの挿入のための切断ナイトを有する部分的キメラ遺伝子を
有するであろ5゜挿入されたDNAを有するデラヌミVはA、 tumefac
lensに挿入する。ここでそれらはT1フ0ラスミドと再結合しうる。コーイ
ンテグレートフ0ラスミPを有する細胞はspc / strまたは他のマーカ
ー遺伝子を用いて選択する。コーインテグレーl−プラスミドはついで、細菌性
同時培養または他の手法により植物中に挿入する。植物細胞はNPT II構造
配列のような選択マーカー構造配列を有するであろう。
しかし、この構造配列は、挿入されたDNAフラグメントが構造配列のプロモー
ターの役割をしなければ転写されないであろう。植物細胞は、それらをカナマイ
シンまたは他の適当な抗生物質を含有する培地上に培養して選択しうるであろう
。
この方法を用いて、細菌、酵母、かび、藻、他の微生物および動物細胞のプロモ
ーター領域が、種々の型の植物細胞において遺伝子プロモーターとして働らくか
ど5かを評価することが可能となる。また、ひとつの型の植物におけるプロモー
ターを他の型の植物細胞において評価することもできる。同様な方法を用いそし
て出発プラスミド中の切断サイトを変えて、あるDNA配列が、5′非翻訳領域
、3′非御訳領域または任意の型の・調節配列として働らくかどうかを評価する
こともできる。
本明細書中のD N A断片”とは、天然または合成であれ、デラヌミr1ファ
ージ、DNAフラグメントおよびぼりヌクレオチVを含ム。
本明細書中のDNAのキメラ断片”とは、異なるそして区別されるDNA断片に
由来した少なくとも2つの部分(2つのヌクレオチV配列)を含有するDNA断
片に限る。たとへばDNAのキメラ断片は、天然に存在するフ0ラスミドのひと
つまたはひとつより多く部分を単に欠失さすだけでは創出されえない。DNAの
キメラ断片は、種々の方法だとへぼ、異なるフ0ラスミvに由来する2つのフラ
グメントのリケゞ−ンヨンまたは2つの異なるフ0ラスミドの塩基配列の分析に
より決定された塩基配列を有するぼりヌクレオチドの合成により製造しうる。
本明細書中で用いるDNAのキメラ断片とは、人為的に組上げられ、合成されま
たは別様に製造されたDNA断片およびそれよりの複製または別様に由来したD
NA断片に限定する。゛人為的”とは、ヒトの手によrまたヒトの手を介しで、
おこされるか、強めるかまたは制御するような東件下でおこるような、酵素的、
細胞的および他の生物的プロセスを含むとする。天然のプロセスのみで創出され
るプラスミド、ファージおよびポリヌクレオチドは除外する。。由来する”とは
広く解釈されたい。請求の範囲で用いる”キメラ”の用語が、材料を規定してい
る。
本明シ′田書中で用いる0外来”DNAは、あらかじめ存在する植物細胞に挿入
されるDNAのすべてを包含する。
”外来遺伝子”はあらかじめ存在する植物細胞に挿入される遺伝子である。
木明寓書中で用いる”マーカー遺伝子”とは、非形質転換細胞よりの形質転換さ
れた宿主細胞の識別を可能とするような、表現型として同定しちる特質を宿主細
胞に与える遺伝子である。これには、ヌクリーン用(5creenable )
、ヌコア用(5corable )および選択用(5electable )
マーカーがある。
本明細書中で用いる”相同の領域”とは、プラスミドの再結合を統計学的に決め
うる頻度でおこさす十分なように、ひとつの70ラスミド中の塩基の配列が異な
るプラスミド中の塩基の配列と関連していることである。なるべくは、そのよう
な再結合は、再結合フ0ラヌミドを有する細胞の選択に便宜なような深度、つま
り106個の細胞について1個より大きい深度でおこるようにすべきである。こ
の用語は、種々の刊行物たとへば、Leeman等、1981により詳しく示さ
れている。
専門家は、ルー千ン的な実験で、本明細書中に論議の具体的記載に相当するもの
を矧り、確かめることができよう。そのような相当する事柄も本発明の範囲内に
あるものとする。
例1 プラスミドpMON 41の創製Hind IIIナイトにおいて、pT
iT 37のHind Iエト23フラグメント(Hernalsteens等
、1980)を挿入された1)BR325デラスミ)o(Bolivar 。
1071:l )*加べQ yxl+の泣首轟ル Ii D−、、ヘーめト4
びM、D、 Chilton博士、Washington大学、8t−Loui
s 、ノMOより得た。このクローンよりのプラスミド10マイクログラム(μ
g)をHind III (特に断わらぬ限り、これらの構築に用いた制限エン
rヌクレアーゼはすべて、New Englan6 Biola、bs 、 B
everly 、 MAより購入し、供給者の指示に従った緩衝液で用いた)の
10&位でろ7°Cで1時間消化した。0,8%アがロースケゞル上の電気泳動
で他のHind IIIフラグメントより分けたあと、6.4 kb Hind
lll−23フラグノントはガラスビードへの吸着(Vogelsteinお
よび0illespie )で精製した。精製された3、4 kb Hind
IIIフラグメント(CD 11& ) j−!、Hind III (2単位
、1時間、37°C)およびうしアルカリホスファターゼ(CAP 、0−2
差位、1時間、67°C)の両方で消化したプラスミドpBR327DNA (
5oberon等、1980)のi−oμgと混合した。フェノールで除蛋白し
、エタノール沈殿さぜ、IQμlのTE (10mM TrisHCl 、 p
H8,1mM EDTA)に再懸濁させた。フラグメント混合物に1単位のT4
Dト丁Aリガーゼ(Mu r r a y等、1979の方法で調製)を加えた
。1重位とは、1マイクログラムのHind III開環pBRろ27デラスミ
Vの1マイクログラムを、22℃で5分間で90%以上閉環させる量である。混
合物フラグメントは、25 m M Tris−HCI oH3,10mMMg
c12.1 mMジチオヌレイトール、200 mMスにルミジンHCIおよび
075 mM ATP (りが−ゼ緩衝液)中に全量15μmとなるように存在
させた。
混合物は22°Cでろ時間インキュベートし、ついでCa、C12処理で形質転
換に備えたぁcoli C600ニーA36a胞と混合した( Maniati
s等、1982)。
ミナントが発現するための時間をおいてから、細胞は、200μ/m1にアンピ
ンリンを含有するLB固型培地(Mil]、er 、 1972 )上に拡げた
。37°Gで16時時間インキュベート したあとで、数百側のクローンヲ得た
。プラスミドミニ調製(Ish −HorowiczおよびBurke 、 1
981 )をこれらのコロニーの24個に行ない、得られたフ0ラスミドDNA
の部分(0,1μg)を、ろ、4kbのHind工IIフラグメントの存在を証
明するために、HindIIIで消化した。ひとつのプラスミドが期待された構
造を示し、I)MON 38と称された。pMON3BのDNAはTriton
X −100溶解およびCsClグラジェント操作で試製した( Davis
等、1980)。
pMON6B DNAの50μIをHindIIIおよびBamHI(各50単
位、2時間、67°C)で消化し、2.3kbHind III −BamHI
フラグメントを上記のように精製した。精製フラグメント(1μg)は、上記の
ように精製した、pBR627の2.9 kb Hind III −Bam
HIフラグメントの1μlと混合した。リケゞ−ンヨン(T4DNAIJガーゼ
、2単位)およびに、 coli m胞の形質転換を上記のように行なってから
、50個のアンピンリン抵抗性コロニーを得た。20個のフ0ラスミVミニ調製
物よりのDNAを)Tj、ndIIIおよびBa、mHIで消化し、2、ろkb
フラグメントの存在をだしかめた。正しい構造の1個のデラスミvを選び、第2
図に示すようにpMON d lと称した。ある量のこれのDNAを上記のよう
に調製した。
例21.a13クローンIvf−4の創製フ0ラスミドpMONろ8(例1記載
)のろOgをRsa、I (ろ0単位、2時間、67°C)で消化しそして、前
例記載のがラスピード法を用いるアがロースケゞル電気泳動で分けたあと110
Q bpRsaIフラグメン)k精製した。精製された1 10 Q bpFt
s、iI −RsaIフラグメント(1μg)を2単位のBamHIで消化し、
BamHIを加熱不活化した。このDNAは、SmaIおよびBamHI(各2
単位、1時間、67°C)および0.2単位のうしアルカリホスファターゼ(C
AP )てあらかじめ消化し、0,2μJのファージM 13 mp 8 RF
DNAと混合した。1oo=位のT4DNAりが−ゼを用いるりヶゞ−ンヨン
、E−coli JM 101細胞の形質転換のあと、形質転換された細胞は軟
寒天と混合し、そして組換えファージの同定を可能とする条件で寒天平板に塗布
した( MessingおよびVieira−、1982)。12個の組換えフ
ァージ生成細胞を分離し、前記のようにしてRFフ0ラスミドミニ−調製物を得
た。RF DNA5をBamHIおよびSma Iで消化して720 bpRs
aI−BamHIフラグメントの存在を証明した。正しいフラグメントを担う組
換えRF DNA5のひとつをM13mp8M−4で消化した。この操作は第6
図に示す。M −4RF DNAはIsh −HorowiczおよびBurk
e 、 1981およびCo1.ma−n等1978の操作で調製した。
例ろ pMON 109の構築
プラスミドpGV 3106 (Hernalsteens等、 1980゜C
urrierおよびNe5tler 1976の方法で調製)をHind II
I (20単位、zUP間、67°C〕で消化し、2piのHind lll−
消化1)BRj27と混合した。リケゞ−ンヨン(T 4 DNAりが−ゼ、2
蛍位)およびE、 coli細胞の形質転換を上記のように実施しあと、トリメ
トラ0リム(iooμg/ml)およびアンピシリンに抵抗性のひとつのコロニ
ーを得た。この細胞よりのプラスミドD N Aを消化して入ると、6 kb
Hind IIIフラグメントが存在する。このプラスミドpMONろ1と称し
た。
ミニ調製プラスミドp MONろ1(CJ−5μg)をEcoRI(1単位、1
時間、67°G)で消化し、それから加熱(10分、70’C)でエンドヌクレ
アーゼを不活化した。10iX1μmのリゲーンヨン反応(T 4 DNAりが
一ゼ、1毘位)で再環化した。E、 coli細胞を形質転換に用いた。そして
アンピンリンおよびストレデトマインン(25μ、9/m1)抵抗性のコロニー
を選択した。
6個のクローンからの70ラスミドミニ−調製DNAを8
めた。35 Q bpEcoRIフラグメントを欠くひとつのフ0ラヌミVはp
MON 5ろと称した。このプラスミドは、上記のような形質転換でE−col
とCM 42 dam−細胞(Ba1e等、 1979 )に導入した。
dam−細胞より調製したミニ−調製物よりのプラスミドpMON 53 (0
,5μg)な上記のようにC1aIで消細胞を形質転換し、アンピシリンおよび
スペクチノマインン(50μ、97m1)抵抗性クローンを選び、50個のコロ
ニを得た。6個のコロニーよりの70ラヌミドミニ調製DNAの消化で、すべて
2 kb C1aIラグメントを欠くことが分った。これらのプラスミドのひと
つは、第4図に示すようにpMON 54と称した。フ0ラスミ「DNAは例1
記代のように調製した。
フ0ラヌミドpMON 54 DNA (20ttj;/ )をEcoRIおよ
びPstI(各20単位、2時間、67°C)で消化し、4.8 kbフラグメ
ントを、NA−45メンプレン アがロースケゞルより精製した( 5chle
i cherおよびShu、ell。
Keene 、 N、H,)。
精製4.8kbフラグメント(0,5μg)を、NA−45メンプレンを用いで
′前置したMlろmp 8 M −4RFDNAC例2記載)より得た7 40
bp EcoRI−PstI 7ラグメントの0.3μIと混合した。リケゝ
−ンヨン(TdD N Aりが−ゼ、2単位) 、E、 coli CM 42
dam−細胞の形質cth、およびスベクチノマイ7ノ抵抗性細胞の選択のあと
、20個のコロニーを得た。これらのクローンの12個から70ラスミVミニ調
製D N Aを調製し、PstIおよびEcoRIで消化し、74D bpフラ
グメントの存在を示した。このフラグメントを担う1個のプラスミドをpMON
64と称した。このフ0ラスミドDNAのある量を、例1配戟のように調製し
た。
pMON64のDNA(0−5p、9 )をcxa■(11位、1時間、37°
C)で消化した。C1aIは加熱不活化し、フラグメン口’l T 4 DNA
IJが−ゼ(1単位)で再結合させた。形質転換し、ヌペクチノマインン抵抗
性細胞を選択したあと、12個のコロニーよりプラスミドミニ−調製物を調製し
た。DNAはBa−mHIおよびCcoRIで消化L 2 kb C1aIフラ
グメントの配向を決めた。クローンの半分は、pMON 64におけると逆の配
向でC1aIフラグメントを含んだ。これらのフ0ラスミVのひとっ1i、第5
図に示すように、pMONl[19と称した。
DNAは例1のように調製した。
例4 )0ラスミドルMON 113の創製フ0ラスミKplJWろ1cm8.
29 C(Thomashow等。
1.980 )を、S、 ()elvin博士、Purdue大学、We 3
tLa、fayette 、IN、より得た。このプラスミドは、pTiA 6
7.5 kb Bam −37ラグメントヲ含有シタ。
Bam −8フラグメントば、前例におけるように1JA−45メンプレンを用
い、50tJのBam HI−消化pNWろI C−8,29Cより精製した。
精製7.5 kb Bam −8フラグメント(1,0μjj )は、Bano
HI (2単位)およびロ、2単位のうしアルカリポヌファターゼ(CAP )
で67°Gで1時間あらがしめ消化したpBR327ベノターDNAの0.5μ
gと混合した。混合物は前記のように除蛋白し再懸濁した。混合フラグメントは
T 41Jが−ゼ(2毘位)で処理しE、 coli C600rec A細胞
を形質転換いアンピレン抵抗性コロニーを選択シタ。
これは前記のようにした。これらのクローンの12個についてプラスミドDNA
をうるためのミニ−調製物を用意した。DNAはBamHIで消化しpBR62
7ベクターおよび7.5 kb Bam −87ラグメントの存在を示した。両
方のフラグメントを示すひとつのフ0ラヌミドはpXloN 90と称した。D
NAは例1記載のように調製した。
pMON 90 DNAの25μIをBgII工(25単位、2時間、67°C
)で消化し、2.6 kb BgIエエフラグメン日まNA −45メンブレン
で精製した。平滑末端を創るために、フラグメント(2μg)は、10μmの6
mMNacl、6.6 mM Tris−HCI oH3,6,6mM Mg
Cl2および0−5mMジチオスレイトール(Klenow緩衝液)に再懸濁さ
せた。4個のデオキシーヌクレオチド(dATP 、 dTTP。
dCTP 、およびac−Tp )を加え1 mMの最終濃度とし、Kleno
wポリメラーゼを加熱不活化し、10単位のT(indIIIを加えた。37℃
で1時間Hi、ndIエエ消化をおこかない ついで酵素を熱不活化した。Hi
ndIII−BgIIr(平滑)フラグメント(1μg)を、前記のように、H
inclIIIおよびPVIJ丁丁消化ついでうしア!レヵリホヌフ了ターゼ処
理て生成させた、pBRろ22の2,2kb HindIII −Pv−uII
フラグメント(Bo l i va r等。
1977 )ノo、25 μaw加えた。100単位(7)T4DNAリガーゼ
を用いるりヶ8− ンヨ7 、 E、 coli TJろ92細胞の形質転換お
よびアン2リンン抵抗性コロニーの選択を前例のように行ない、19個のコロニ
ーを得た。12個のコロニーよりプラスミドミニ調製物を用意し、FJindI
IIで消化して組換えフ0ラヌミドのナイズを決めモしてSma Iて正しいフ
ラグメントの挿入されていることを決めた。正しい構造のひとつのフ0ラヌミI
Sを、第6図に示すように、pMON 11ろと称した。プラスミドDNAは例
1のように試製した。
例5 フ0ラスミドpMON 12 [1の創製)05 スミl’ pMON
109 (例ろ記載)の20 μgを、EcoRIおよび13a、mHI (各
20巣位、2時間、37°C〕で消化、前例記載のようにNA −45メンプl
/ンを用いてろ、4 kb BamHI −EcoRIフラグメントを精製した
。
フ0ラスミY pMON 41 (例1記赦)の20agをBamHIおよびp
vB I (各20単位、2時間、67°C)で消化2
b法−45メンブレンを用いて精製した。
p!・7丁ON 113 DN (例4記載)を上記のようにPvuIおよびE
coRI (各単位、2時間、67°C)で消化し、3、1kbPvuI −E
coRIフラグメントをNA−45メンブレンで精製した。プラスミドpMON
120を組−ヒげるために、3.1 kbDcoRI −PvuI pMON
11ろフラグメン) (1,5μ9)をpMON 109よりのEcoRI
−BamHIフラクグメント(3,4kb 、)の15μgと混合した。10°
Cで16時間T 41Jガーゼ(6単位)で処理したあと、加熱(10分、70
°C)してリガーゼを不活化し、5単位のBa mHIを加えた。上記のように
、67°Cで60分加熱を続け、それから加熱してBamHIエンドヌクレアー
ゼを不活化した。ついでT 4 DNA IJガーゼ(2単位)および最終濃度
で0.75 mMとなる新鮮ATPとあわせて、pMON 41よりの1.5
kb PvuIl−BamHIフラグメントの0.75μgを加えた。最終りガ
ーゼ反応を抵抗性細胞を選んだ。数100個のコロニーのうちの12個よりプラ
スミドミニ調製物を用意し、BamHIおよびgcoRIに対して単一サイトで
サイズ約3kbのプラスミドをめてスクリーニングした。正しい構造のひとつの
プラスミドをpMON 120と称した。これ第7図に、別の構築方法とあわせ
て示した。例1のようにpMON 120 DNAを調製した。
pMONl 20を含有するE、 coliの培養物はAmerican Ty
pe Cu1ture Co11ection Ic 寄託され、受は入れ番号
ろ926ろを受けた。
例67°ラスミtPpMON 128.gよびpMON 129の創出
シラスミドpMON 75 (前記引用の1植物細胞中での発現に適当なキメラ
遺伝子”と題する別の特許願に詳記した〕はキメラNO3−NPT Iニー N
O8遺伝子を含有する。このシラスミド(およびpMON 128 、下記)は
EcoRIで消化でき、そしてNO3−NPT 工l−NO3遺伝子を含有する
1、5 kbフラグメントを精製しつる。
プラスミドpMON 120はEcoRIで消化しそしくうしアルカリホスファ
ターゼで処理した。フェノール除蛋白質およびエタノール沈殿のあと、EcoR
I−切断pMON 120直線状DNAをpMON 75または76よりの1.
5 kb EcoRIキメラフラグメントの0,5μsと混合した。混合物はT
4DNAIJが−ゼの2単位とで1時間220Cで処理した。E、colh畑胞
の細胞転換およびスペクチノマインン(50μg/ml)抵抗性コロニーの選択
のあと9、叙千個のコロニーが現われた。それらの6個を分離し、培養し、プラ
スミドミニ−調製物を用意した。フ0ラスミドのDNAはEcoRIで消化して
1−skbキメラ遺伝子挿入物をチェックしBa、mHIで挿入物の配向を決め
た。BamHI消化の結果、pMON128においてキメラ遺伝子は、pMoN
120のインタクトノパリンンンターゼ遺伝子と同じ方向に転写されることが分
った。pMON 128含有E、 coli培養物はAmerican Typ
eCulture Co11ectionに寄託された。この培養物は受け入れ
番号39264を受げた。pMON 129中の挿入物の配向は、pMON12
8におけると逆であった。
pMON 129の消化物中の追加の1.5 kb Ba、mHIフラグメント
は、第8図に示すように、フ0ラスミドpMON129がキメラNO3−NPT
II NO8遺伝子のタンデム複製を担うことを示した。
例7 コーインテグレートプラス51!pl諺0N128::pTiB 6S3
TraCの創製
フ0ラスミドpMON 128 (例6)を、下記のトリーパレンタルフ0レー
トメーティング法(trl−parenta上plate mating pr
ocedu、re) t、y用いで、Ti !う7ミドpTiB6s5tra0
(Leemans等、1982)k担う、クロラムフェニコール抵抗a Agr
obacterium tumefaciens株CVろi i i =c=5
8 CIに移した。pMON 128乞担うE、 coliの培養物の0.2
ml f、pRK 2013プラスミド(Ditta等、19’80)Y担5
E、 coli株HB 101の培養物の0.2 mlおよびGV5111細胞
のQ、2mlと混合した。Luria Broth (LB )中で細胞の混合
物を培養し、LBプレートに塗沫し、30’Cで16から24時間培養し、フ0
ラヌミドの移入およびコーインテグV−)プラスミドの生成をおこさせた。細胞
はi Q mMのMg5O,の3mlml中温懸濁スベクチトノマインンおよび
7トレ・デトマインンの各100μ!j/m1およびクロラムフェニコールの2
5μIを含有スるLBフ0レート上に塗沫した。48時間60°Cでインキュベ
ートしたあと約10コロニーを得た。ひとつのコロニーを選び、上記濃度にスペ
クチノマイシン、ストレフ0トマインンおよびクロラムフェニコールヲ含有スる
LB培地中60°Cで発育させた。
対照実験に用いるために、別の型のコーインテグレびヌトレデトマインンを用い
コーインテグレートデラスミドを有する細胞を選択することにより調製した。
pMON 12 Dのように、これらのプラスミドはキメラNO8−NPT I
I NO8遺伝子な含有しない。
例8 植物細胞培養で用いる溶液
出願人等はつぎの溶液を用いた。
リットル中
酵素ミックス セルリジン(Cellulysin) 5 Eマセoフイム(M
acerozyme) 0.7 jjMgSO4−7H20246my
6
CuS○、’5H200,025&j
マンニトール 1iog
M39 MS塩(下記をみよ)4.ろIヌクロース ろo、og
B5ビタミン(下記をみよ〕1m1
マノニトール 90.0.9
植物ホルモン
ヘンシル’7テ=ン(B A ) 0.5 ”y2.4−D 11119
MS−ES MS 塩 4.ろ J
カルベニ7リン 101119゛
植物ホルモン
インドール酢酸 0.1mシ・
MSOMS塩 4,6g
フイータゞ−70レートMS 塩 4.ろ l培地 ヌクロース ろo、o g
植物ホルモン
B八 〇、5mシ゛
MS2CMS塩 4.39
植物ホルモン
クロルフエノキソ酢酸 2 m?
MS 104 MS塩 4,3g
スクロース 30.tl 、@
B5ビタミン 1 ml
植物ホルモン
MS 11 MSjA 4.39
スクロース 30.0 g
B5ビタミン 1 ml
植物ホルモン
ゼアチン 1■
B5ビタミン ミオ−イノシトール 100 9ストツク チアミンncx 1
0 9
ニコチン酸 1g
ピロトキシンHCI 1 g
フロート リンス MS 塩 0.46 g(Float rinse) スク
ロース 171.2.9pvp−4040,0、!9
MS塩は、Gibco Laboratories、Grand l5land
、N、Y。
より乾燥粉末状プレーミンクスを購入
例9 フ0ロトフ0ラヌトの調製
螢光燈の2または3列および白熱電球の2列を有する栽培室(約5,000ルツ
クス)中で、Mitchellpetunia植物を栽培した。温度は21℃の
定温とし、明期は1日12時間とした。植物はVe rmi cul i te
とPro −mix BX (Premier Brands社、カナタゞ〕の
5 [1150混合物で栽培した。植物には、Hoagland養分溶液を1日
1回潅水した。密で繁みとなって発育しでいる暗緑色の植物より組織を採取した
。10%の市販漂白用溶液に少量の洗浄剤またはTween 20を加えたもの
で時々振りながら20分間かけて葉を滅菌した。葉は無菌蒸留水で2またはろ回
すすぎ、薄片(約1 vrm )を、葉より、主葉脈に直角に切り取った。薄片
は、約1gの組織対10m1の酵素の比率に酵素混合物に加えた。
皿はパラフィルムでンールし、暗い、間接光下かまたは暗所で、たえずか(はん
しながら(回転シェーカー上40 rpm )インキュベートした。酵素インキ
ュベーションはふつう、1夜、約16−20時間おこなった。
消化混合物は、68,74.または88μmのふるいを通してふるい大きながす
および葉を除いた。a液は+ 70から1005’で5分遠心しデロトデラヌト
Yペンソトとした。上清を叶いしゃし、ペレットはおだやシにフロートリンス溶
液中に再懸濁させた。この懸濁液り主バブコック(babcock )びんにあ
げた。びんは、くびの底より上2または3 CTfLVCkたした。フロートリ
ンスの頂部に1nnlの発育培地MS9を注意して層とした。
バブコックびんのバランスをあわせ、500から100 Orpmで10から2
0分遠心した。フ0ロトデラストは境界面において、くびの内部で緊密なパンダ
を形成した。フロートリンスを余分に取り出礁ぬよ5に注意しで、ピペットでバ
ンドを除いた。プロトプラストはMS9中に希釈した。この時点でプロトプラス
トはMS9で洗うか、または、洗うことなく希釈して、プレートにあげた。
プロトプラストは5X10’/m〕にMS9培地中に懸濁させ、6m1/フラヌ
コにT−75フラヌコ中に塗床した。暗い間接光中かまたは暗所で26から28
00で、平らな表面上でフラスコはインキュベートした。
組織より酵素を除いてから6口重に、最初の容量の半分の容量のMS○培地(マ
ンニトールは不含)を各フラスコに加えた。第4日にまた、同じ量のMSOを加
えた。
それで、マンニトール濃度は最初の希釈で約0.36M 。
第2の希釈で約0.25Mとなった。
例10 細菌との共存培養
ゾロドプラスト分離第5日に、5から7日令タバコ懸濁培養物(TXD細胞)を
(必要なら)MS2C培地で希釈して、100X 15mm’?) 17皿中の
寒天培地の表面に1 mlが容易に拡がる程度とした。これは10から15%(
W/v)懸濁液である。0.8%寒天をM S −EB培地と混合し、混合物を
オートクレーブし、混合0
物を冷却しフ0レート中で固化させて寒天培地を得た。
TXD懸濁液のIm工をフィーダーツ0レート培地の25m1K拡げた。TXD
7−(−グー、1iJl 胞上K Wha tma−n A6.10紙の8.5
1デイスクを重ねた。そして、平らにした。
同じ口紙の7cmディスク乞、大きい方の中央においた。
別に、A−tumefaciens細胞の培養物(酵母エキスペラ0トン培地中
に培養〕の1部宛を植物裡胞を含有するフラスコに入れた。それらの1組は、キ
メラNO3−NPT llNO3遺伝子を有するpMON 123 :: Ti
コーインテグレートフ0ラスミドを有する細胞を含有した。それらの他の組は
キメラNO3−NPT IニーNO8遺伝子を有しないpMON 12 D :
: Ti コーイyチクレートy’ 5ヌミドを有する細胞を含有した。
細菌を加えて細胞密度10”個/mlとした。細胞混合物の0.5 ml k
7αロ紙ディスクの表面上に薄層として拡げた。フ0レートはパラフィルムまた
はフ0ラスチックの袋に包み、螢光燈の直射光の下にインキュベートした。ひと
つの棚上にはフ0レート数5以下とした。
7日のうちにコロニーを見分けた。14日までに、コロニーの付着した7ぼディ
ヌクを、500μ、9/m1カルベンリンと50μI硫酸カナマイシン含有新し
いMSO寒天培地(フィーダー細胞なし) (Sigma r St。
Louis 、 MO)に移した。pMON 128コーインテグレ上に、盛ん
に発育する緑色コロニーを観察しえた。
pMON 120コーインテグレートフ0ラヌミドを含有するA、 tumef
aciensと共存培養した植物細胞を含有するプレート上には形質転換された
コロニーは見出ださなシン含有培地中に持続して発育しえた。ナウザーンプロン
テイング(5outhern blotting )実験(E。
5outhern 、 J、 Mo1. Biol、 98 : 50ろ(19
75))は、これらの細胞がキメラNO8−NPT I工遺伝子を含有すること
を確実にした。
両方の組の形質転換細胞(そして、NPTタイゾエ酵素をコードするキメラ遺伝
子で同様に形質転換された第3の組の細胞)をカナマイシン抵抗性に関してアッ
セイした。結果は第11図に示した。
例11 形質転換された植物の再生
第9図および関連した記載にあるように、形質転換されたカナマイシン抵抗性コ
ロー−C例10 )+s、腫瘍性および非腫瘍性両方の細胞を含有した。腫瘍性
形質転換細胞より非腫瘍性形質転換細胞を分け、非腫瘍性細胞よ゛り分化した植
物組織を再生さすのにつぎの操作を用いた。
60μ97m1の硫酸カナマイシンおよび500μg/mlのカルベニシリンを
含有するMe 104寒天培地にコロニーを発育させ、直径約1cmに至らせた
。腫瘍性のコロニーは大部分やや淡い緑色を帯び大部分の非腫瘍性コロニーより
はより粗な構成であった。腫瘍性コロニーはピンセットでMS 104培地より
取り、30μ97mlカナマイシンおよび500μ/m1カルベニンジンを含有
するMS 11培地土においた。コロニーが発育したところで、淡緑色に見え粗
な構成のコロニーを除きすてた。
MS 11培地は植物ホルモンであるゼアチンを含有した。これは非腫瘍性コロ
ニーに苗条生成を誘発した。
ついに)工、カナマイシン抵抗性コロニーいくつかの苗条が芽生えるのを認めた
。これらの苗条は望むナイズまで発育させ、鋭利な刃で切り取り、MSOのよう
な植物ホルモンを含有しない培地に挿入し、根を再生させうる。望むならば発根
な促すのに培地にナフタレン酢酸を補給しうる。植物(ま寒天培地中で望む大き
さまで発育させ、土に移し5る。適切に栽培すれば植物は成熟し種子を生じよう
。獲得された形質は古典的メンデル遺伝学により、子孫に受けつがれるであろう
。
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浄会(内さ)こ変更なし)
第1 図
EcoRl
非腫瘍34T−DNA
また1ま
腫泡診導T−DNA
嶌9区
見10図
第11 図
手続補正書(自発)
昭和59年11月140
特許庁長官殿
2、発明の名称
3、補正をする者
事件との関係 特許出願人
昭和 年 月 口
6、補正により増加する発明の数
7、補正の対象
手続、補正書(方式)
%式%
1、事件の表示
2、発明の名称
琢童バ(7)5屯1イ1「私膏欠巾必Wりq′ダベミ゛ド3、補正をする者
事件との関係 特許出願人
昭和59 年12月25 日
6、補正により増加する発明の数
8、補正の内容 別紙のとおり
国際調査報告
第1頁の続き
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 (1) 要素として、 a、第1のT−DNAボーダーより複製されるかまたは由来するところの第1の 塩基配列と;b、植物細胞のひとつまたはひとつより多くの型のうちに発現され るところのひとつまたはひとつより多くの遺伝子を包含しでいる第2の塩基配列 と;c、 Tiシラスミドと相同の領域を包含している第6の塩基配列とを、 順次に包含しており、ここで、第6の配列は、11)第1のT −DNAボーダ ーに相補性であ°るT−DN八へ−ダー、および (21Ti)0ラスミド上のひとつまたはひとつより多い腫瘍誘導遺伝子 のあいだの野生型T1プラスミド中に位置するところの選択された塩基配列に相 同である、キメラプラスミド。 f2) Tiシラスミドが複製する、ひとつまたはひとつより多くの型の微生物 中でマーカーとして機能する遺伝子を包含する、上記(1)項記載のキメラフ0 ラスミド。 (3) 該遺伝子が選択マーカーとして機能する上記(2)項記載のキメラプラ スミド。 (4) ひとつまたはひとつより多くの型の植物細胞中でマーカーとして機能す る遺伝子を包含する、上記f1.j1記載のキメラプラスミド。 8 (5)該遺伝子がスコアマーカーとして機能する、上記(4)項記載のキメラシ ラスミド。 (6) 少なくともひとつの遺伝子が、植物細胞中において、植物細胞中のひと つまたはひとつより多くのオパイン物質の生産乞触媒するところのポリペプチド に発現される、上記(5)項記載のキメラシラスミド。 (7)該遺伝子が選択マーカーとして機能する、上記(4)項記載のキメラシラ スミド。 ・8) T17°ラヌミドを含有し5るひとつまたはひとつより多くの型の微生 物中でマーカーとし1機能する第1の遺伝子と、ひとつまたはひとつより多くの 型の植物細胞中でマーカーとして機能する第2の遺伝子とを包含する、上記(1 )項記載のキメラシラスミド。 (9) T1フ0ラスミドが複製する、ひとつまたはひとつより多くの型の微生 物中では複製しない、上記(1)項記載のフ0ラヌミド。 (10) 要素として、 a、第1のT−DNAボーダーより複製さ゛れるかまたは由来するとこの第1の 塩基配列と;b、植物細胞のひとつまたはひとつより多くの型のうちに発現され るところのひとつまたはひとつより多くの遺伝子を包含しでいろ第2の塩基配列 と:c、Tiフ0ラヌミドと相同の領域を包含して(・る3の塩基配列とを、 順次に包含しており、ここで第6の配列は、T1プラヌミド中のいずれかの塩基 配列と実質的な相同性を有する塩基配列の入である、キメラフ0ラスミド。 旧)T】シラスミドが複製するひとつまたはひとつより多くの型の微生物中でマ ーカーとして機能する遺伝子を包含する、上記00)項記載のキメラプラスミド 。 02)該遺伝子が選択マーカーとしで機能する上記1II1項記載のキメラフ0 ラヌミド。 (13) ひとつまたはひとつより多くの型の植物細胞中でマーカーとして機能 する遺伝子を包含する、上記u6+項記載のキメラプラスミド。 ■ 該遺伝子がスコアマーカーとしで機能する上記031項記載のキメラプラス ミド。 0!51 少なくともひとつの遺伝子が、植物細胞中においで、植物細胞中のひ とつまたはひとつより多くのオパイン物質の生産を触媒するところのボリベフ0 チドに発現される、上記03)項記載のキメラ7°う7ミド。 06)該遺伝子が選択マーカーとして機能する、上記1.13j項記載のキメラ プラスミド。 (lη Tiプラスミドを含有しているひとつまたはひとつより多くの型の微生 物中でマーカーとして機能する第1の遺伝子と、ひとつまたはひとつより多くの 型の植物細胞中でマーカーとして機能する第2の遺伝子とを包含する、上記uO )項記載のキメラプラスミド。 (1(至) 要素としで、 a、第1のT −DNAボーダーより複製されるかまたは由来するところの第1 の塩基配列と;b、植物細胞中で発現される遺伝子を包含する第2の塩基配列と ; c、Tiミツ0ラヌミド相同の領域を包含している第ろの塩基配列とを、 順次に包含しでおり、ここで、キメラフ0ラヌミドは相同領域での単一クロスオ ーバ事象を用いてT1プラスミトトのコーインテグレートフ0ラスミドを形成で き、ここで、コーインテグレートゲラスミドは、第1のT−DNAボーダー、第 2の塩基配列および相補的T −DNAボーダーを包含する第4の塩基配列を含 有するものとなり、ここで第4の塩基はなんらの腫瘍銹導遺伝子を金材しないも のとなるような、キメラプラスミド。 (191Ti)0ラスミドの複製するひとつまたはひとつより多い型の微生物中 でマーカーとじ1機能する遺伝子を包含する、上記08)項記載のプラスミド。 (zO) ひとつまたはひとつより多くの型の植物細胞中でマーカーとしで機能 する遺伝子を包含する、上記(I8)項記載のキメラプラスミド。 (21) Tiミツ0ラヌミド複製するひとつまたはひとつより多い型の微生物 中でマーカーとしで機能する第1の遺伝子と、ひとつまたはひとつより多い型の 植物細胞中でマーカーとしで機能する第2の遺伝子とを含有する上記(18+項 記載のキメラプラスミド。 (22) 要素として a、第1のT −DNAボーダーより複製されるかまたは由来するところの第1 の塩基配列と:b、植物細胞中で発現される遺伝子を包含する第2の塩基配列と ; C8第1のT −DNAボーダーに相補的の第2のT−DNAボーダーより複製 されるかまたはそれに由来するところの第2の塩基配列とを、 順次に包含しており、ここで、2つのT −DNAボーダのあいだには、植物を 腫瘍性としたりまたは形態学的に正常な植への再生を不可能とするような゛塩基 配列は存在しない、キメラプラスミド。 (至) 上記(22のキメラプラスミドを含有するシラスミド。 (241DNAをT1〕0ラヌミドに挿入して得られる、上記恭項記載のフ0ラ スミド。 、25) Tiミツ0ラヌミド複製するひとつまたはひとつより多くの盟の微生 物のうちでマーカーとして機能する遺伝子を含有する、上記蜘項記載のシラスミ ド。 (26) ひとつまたはひとつより多くの型の植物細胞中でマーカーとして機能 する遺伝子を含有する、上記蜘項記載のプラスミド。 f27) Tiプラスミドが複製するひとつまたはひとつより多くの型の微生物 中でマーカーとして機能する第1の遺伝子と、ひとつまたはひとつより多くの型 の植物姐箇由でマーカー〉墳能す乙笛りの;膏缶羊シシ合有す2 る、上記開環記載のシラスミド。 (財) 上記(1)項記載のキメラプラスミドを含有する微生物。 □□□ 上記(8)項記載のキメラプラスミドを含有する微生物。 (7) 上記(1&項記載のキメラプラスミドを含有する微生物。 6υ 上記l2I1項記載のキメラプラスミドを含有する微生物。 6z 上記器項記載のキメラプラスミドを含有する微生物。 (331上記罰項記載のキメラプラスミドを含有する微生物。 +341 39263.ろ9264.39266より成立つ群より選択されたA TCC受は入れ番号を有する細胞の培養物中に含有されるプラスミドに関連する 特性を有するプラスミド。 65) ろ9263.ろ9264 、ろ9266より成立つ群より選択されたA TCC受は入れ番号を有する細胞の培養物に由来す細胞培養物。 浄書(内容(二変更なし)
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