JPS6152294A - 植物ゲノムへの外来性dnaの導入方法 - Google Patents

植物ゲノムへの外来性dnaの導入方法

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JPS6152294A
JPS6152294A JP60118982A JP11898285A JPS6152294A JP S6152294 A JPS6152294 A JP S6152294A JP 60118982 A JP60118982 A JP 60118982A JP 11898285 A JP11898285 A JP 11898285A JP S6152294 A JPS6152294 A JP S6152294A
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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】 アグロバクテリウム(Agrobacterium )
のTi(腫瘍誘発)−及びRi (根誘発)−プラスミ
ドのT−領域は高等植物の細胞に自然に移行し、ここで
このDNAはゲノムに導入され、そして発現される。こ
のT−領域又は任意の人工的T−領領域移行はまた、前
記細菌中でVir−領域に本質的ビルシラス(viru
lence )遺伝子を含有するプラスミドに近接した
別のプラスミド上に前記領域が存在する場合にも生ずる
(いわゆる2連ベクター系、オランダ特許出願A 83
00698 :及び単子葉植物の遺伝的操作についての
オランダ特許出願遥8401048)。ここに記載する
驚くべき新規な発明はこの2連ベクター系の延長上に基
礎を置いておυ、この方法においては無傷のT−領域又
は人工的T−領領域トランスポゾン(Tn1882)の
部分としてアグロバクテリウムの染色体に導入され、そ
してVir−領域が補助プラスミド上に存在す2、。
この方法によって細菌染色体中に導入されたT−領域は
植物細胞に効果的に移行し、ここで植物り゛ツムに組み
込まれそして発現されるようである。
この発明は壕だ、Vir−領域がアグロバクテリウムの
細菌染色体に導入されそしてT−領域がプラスミド上に
存在するか、又はVir−領域及びT −領域がアグロ
バクテリウムの細菌染色体に導入されていれば、やはり
2連系を使用することができることを記録する。この新
規な発明を用いて、双子葉植物及び単子葉植物の細胞の
遺伝的操作のフ仁めの新規な方法を開発することができ
る。外米性DNAを双子葉植物又は単子葉植物の細胞に
導入で1−る新規な可能性;成分の1方又は両方が細菌
中にもはやルーズなレプリコンとして存在しない、アグ
ロバクテリウムにおいて使用することができン)2連ベ
クター系が提供される。
この発明は、高等植物の細胞の遺伝的操作のノにめに適
切なアグロバクテリウム系統の改良に関する。
(3)−、− アグロバクテリウム・チュメファシエンス(Agrob
acterium turnefaciens )の腫
瘍形成株中に自然に存在する大プラスミド(Ti−プラ
スミド)は、双子葉植物上での腫瘍形成を担当する〔フ
ァンラレペック等、ネイチュアー(Nature ) 
(ロンドン)252.169−170(1974):ザ
エネン等、F1モルビオロ、(F、 Mo1. Bio
l、 ) 86 、109−] 27(1974):)
。T−領域と称されるTi−シラスミドの特異的部分が
細菌により植物細胞に移行し、そしてコアDNA [組
み込まれる〔チルトン等、セル(Ce1l)11 、’
263−271 (1977))。
組み込まれたDNAは発現され〔ウイルミッチェル等、
モレキュラー・アンド・ゼネラルゼネティクス(Mo1
.Gen、Genet、 ) 182 、255−26
2(1981)、そしてこの発現が植物病クラウンゴー
ル(Crown Ga1l)の分子的基礎を形成する。
生成した腫瘍細胞は、正常な植物細胞と異Q1植物ホル
モンであるオーキシン及びサイトカイニンを添加するこ
となく合成培地上で増殖することができる〔ユブラウム
、プロシーデインダス・オプ・ザ・ナシュナル・アカデ
ミ−・オブ・サイエンシス(Nat、Acad、Sci
、)44.344:349(1958)]。
腫腫細胞はさらに、オパインと称される特異的化合物を
含有し、このオパインは正常細胞中には存在せずそして
その遺伝情報は移行したT −DNA上にコードされて
いる〔ボムホフ等、モレキュラー・アンド・ゼネラルゼ
ネティクス(Mo1. Gen、 Genet)145
.177:181(1976):シュレーダー等。
FEBSレター(FEBSLett)129.166−
168(1981):)。
植物細胞中に見出されるT−領域のほかに、T−プラス
ミドは細菌の毒性(vlrulenca qualit
y)に必須である第2領域を含有する〔オムス等、ジャ
ーナル・オブ・バクテリオロジ−(J、Bacteri
ol、)144.82−91 (1980)ニガーフィ
ンケル等。
ジャーナル・オプ・バクテリオロジ−(J。
Bacteriol、) 144.732−743 (
1980)]。この領域は腫瘍細胞中には見出されてお
らず、そして遺伝的分析により、この領域の変異(非常
に弱い毒性又は完全な無毒化を導く)はクローン又はR
プライムプラスミド上に存在する野性形遺伝子により補
完され得るインドランス(Intrans )であるこ
とが示された〔)・イル等、プラスミド・(Plasm
id)7 、197118(1982):クレー等。
ジャーナル・オブ・ノ々クテリオロジー(J。
Bacteriol、)150.327−331 )]
。このVir(毒性)領域中には7個の遺伝子座、すな
わちVirA、B、C,DSESF、及びGが存在する
〔クレー等、ジャーナル・オブ・iZクチ1ノオロジ−
(J、 Bacteriol、) 150.327−3
31 (1982) :ハイル等、プラスミド(Pla
smid) 7 、107−1.18(1982);ホ
ーイカース等、印刷中〕。
Vir−領域及びT−領域は、2つの適合性プラスミド
上に相互に物理的に分離されていてもよく、これによっ
てT−領域又は人工的T−領領域植物細胞に導入するア
グロバクテリウムの能力に対して負の影響はなんら与え
られない〔ヘケマ等、ネイチーアー(Nature) 
(ロンドン) 303,179−180(1983)〕
。この発明を基礎にする2連ベクター系は、植物細胞の
遺伝的操作のために使用することかできる。(オランダ
特許出願扁8300698及びヨーロッ・ぐ特許出願&
、 842002396、並びにオランダ特許出願扁8
401048に記載されている)。
ここに記載する結果は2連系の成分がプラスミド上に存
在することが必須要件では々いことを示す。成分(T−
又はVir−領域)は別々に又は両者ともアグロバクテ
リウムの染色体中に組み込まれることができ、これによ
って、T−領域又は人工的T−領領域植物細胞に移行し
そして次に植物ゲノムに組み込まれることに対する負の
効果が生じ々い。この発明は、細菌がDNAを植物細胞
に移行させることを可能にする分子的操作に強力な光を
投するのみならず、2連系によりもたらされる高等植物
の遺伝的操作の可能性の明らかな拡大を意味する。
Ti−プラスミドのT−領域を異る位置においてアグロ
バクテリウムのrツムに挿入する目的で、その上に完全
なT−領域が存在するトランスポゾンTn1882をイ
ン−ビトロ造成した。−緒になって完全なT−領域を構
成する3種の制限酵素断片、すなわちEcoRI断片]
 Oa、 BamHI断片17a及びKpnI断片9を
別々にクローニングし、そしてトランスポゾンTn3 
(Δ5−65)中の後記の無傷のT−領域を構成するだ
めの3段階クローニングにおいて使用した。使用された
このトランス接合体〔コストリケン等、プロシーデイン
ダス・オブ・ザ・ナショナル・アカデミ−・オブ・サイ
エンシス(Proc、 Natl、 Acad、 Sc
i、 78.4041−4045 )は、トランス接合
体の移動又はそのアンピシリン耐性のために必須でない
位置にI c oRI部位が導入されたTn3の誘導体
である。次に、このトランスポゾンを、EcoRI部位
を含有しないE、コリベクタープラスミドpTR262
[、ロバート等、ジーン(Gene)12.123−1
27(1980)]に挿入した。
得られたプラスミドI)RAL3103のユ=−りEc
oRI部位にpTiB6のE c o RI断片をクロ
ーン化した。
次の段階において、EcoRI断片1. Oaと部分的
にオーバーラツプするBamHI断片17aを天然Ba
mH1部位[パーカー等、プラント・モレキュラー・バ
イオロジー(Plant、Mo1.Biol、 ) 2
 、335−350(1983)による位置13.77
4:]に配置した。この目的のために、旦coRI断片
を有するTT13由来トランスポゾンを、イン−ビトロ
除去によりBamT(I部位が除去されたプラスミドで
あるpRAL3102に伝達した。これに達するため、
プラスミドpRAL3102をpAL]155 (R7
7Z: Tn1880)が存在するE、コリ株に形質転
換した。得られた株を空のE、コリ系統への交差導入(
cross−fertilization )における
供与体として使用した。pA、Lll、55によるpR
AL3102の変性についての選択により、2つのタイ
プのトランス接合体(transconjugant)
が得られた。Tn1880がpRAL3102に移行し
たトランス接合体を、プラスミドDNAを単離しそして
pRAL3102及びTn1880のマーカーのために
空のE、コリを再び形質転換するためにこのDNAを使
用することにより精製した。こうして、トランスホゾy
Tn1880が存在するpRAL3955を得た。シラ
スミド3955上のTn1880のユニークシ皿部位中
にBamHl[断片17aを正しい位置にクローン化し
た(第1図)。こうして得られたプラスミドpRAL3
956は今やT−領域遺伝子3.6a、6b及び遺伝子
4の右側部分を、移転因子上に存在する中断されていな
いDNA片として含有する。次に、KpnI断片9をp
RAL3956のユニークKpnI部位中の自然の位置
(位置9834)に正しい方向にクローン化した。こう
して得られたプラスミドpRAL3597はTiB6プ
ラスミドの無傷のT−領域を含んで成るトランスポゾン
Tn1882を含有する。
Tn1882が確かに機能的T−領領域含有するか否か
を点検するため、ビルシラスプラスミドpAL4404
及びこれと適合性の、Tn1882が存在するシラスミ
ドを含有するアグロバクテリウムを造成した。このため
、Tn1882をプラスミドR772に挿入した。プラ
スミドR772を、pRALを含有するE、コリ中に交
差導入した。Tn1882のAp  の伝達についての
選択を伴う空の細菌への交差導入は2種辺のトランス接
合体をもたらす。このことは、プラスミドR772が低
頻度でpRAL3957と共に移行された表示中にpR
ALが存在する他の表示、又は転移によってTn188
2がR772上に着くことができることから説明される
。2称類のトランス接合体の1つ中にトランスポゾンR
772が存在することは、制限酵素によシ処理されたプ
ラスミドDNAの電気泳動により確立された。Tn18
82を有するR772プラスミドをpAT、1157と
称する。次に、プラスミドpAL1157を接合により
LBA4.404(pAL4404)に入れた。LBA
4404 (Pal 4404 。
pLA1157)の腫瘍原性は、試験されたすべての宿
主植物について野性型A、チュメファシエンス(A。
tumefaciens) LBAIOIO株のそれと
同じであった。
この結果は、トランスポゾンTn1.882が正常に機
能するT−領域を含有することを示した。
Tn1882をA、チュメファシエンスの染色体に挿入
するため、種々の方法が使用された。第1の方法はプラ
スミドpRAL3958のE、 j IJ内での造成を
含む。このプラスミドは、A、チュメファシエンス中で
複製することができない接合プラスミドpRK2013
から誘導された。これは、原理的[”自滅プラスミド”
としてpRAL3958(pRK2013 :Tnl 
882)を使用することができ、そしてTn1882は
アグロバクテリウム株のゲノムに転移することによシ保
持されることができ、他方pRAL3958それ自体は
消滅することを意味する。これを達成するため、pRA
L3958を有する見ヱ」株を、T+−プラスミドを含
有しないA、チュメファシエンス株LBA288 ヲ用
いる交差導入において1つの供与体として使用した0 Tn1882の耐性マーカー(ApR)はLBA288
中で非常によく発現されるが、Apnの伝達は見出され
なかった。E、コリ中でのpRAL3958の接合伝達
は受容体当υ30係の頻度で生じ庭。アグロ・ぐクテリ
ウムについて見出された負の結果は、Tn1882がA
、チュメファシエンスのゲノム中に1飛び込ま”′ない
か又はほとんど飛び込1ないことを示す。発明者等はこ
の問題を、A、チュメファシエンスのDNAのゲノム片
をTnl、882のための1自滅パ供与体プラスミドに
適用することによって回避した。
この方法は3段階(第2図)から成る。
j)  LBA288から分離したA、チュメファシエ
ンスのゲノムDNAをE6コリベクターpAcYc18
4にクローン化し: 11)クローンの1つ、すなわちpRAL3305にT
n1882をE、コリ中での転移によシ導入し:そして
、 1ii)こうして作成したプラスミドpRAL3959
は尤チュメファシエンス中で複製することができず、そ
してそのためにアグロバクテリウム中でTni882の
ための6自滅”供与体として使用することができる。従
って、pRAL3959がLBA288に移行した。
今、Tn1882のApRは可能な転移によシアゾロバ
クテリウム中に保持され得るのみならず、完全なプラス
ミドがクローン化されたA、チュメファシエンスグノム
DNA1片との相同組換によりゲノムに入ることもでき
る。LBAへの移行は受容体当たシ10 の頻度で生ず
るが、E、コリでのこのプラスミドの移行は受容体癌フ
10 の頻度で生じた。
これらの結果から、pRAL3959はA、チュメファ
シエンス中で確かに複製し得ないことが明らかである。
アグロバクテリウムトランス接合体の1つLBA116
0を詳細に分析して、Tn1882が本当にアグロバク
テリウムの染色体に導入されたか否かを確定した〇 アグロバクテリウム株LBA、288からクローン化さ
れたゲノムDNA (pRAL3305)の断片はおそ
らく染色体、又はLBA288中に存在する隠れたプラ
スミ17 pAtc58から生じたものである。従って
、LBA1160中でpRAL3959と染色体及びp
AtC58との組換が生ずる可能性がある。LBAl 
160株を遺伝的に特徴付け(i及び11)、そしてこ
の株のDNAをサザンブロットハイブリダイゼーション
(111)により分析して両可能の間の区別を可能にし
た。
i)ランダムなトランスボゾン変異により隠れたプラス
ミドpAtC58に選択マーカーを付した。
この目的のため、リゾビウム・レグミノサルレム(Rh
izobium Iegminosarum)の変異に
ついて[ベーリンカー等、ネイチュアー(Nature
) (コント9ン)、276.633−634]に記載
されているようにして、LBA288のためのTn5供
与体として6自滅″゛プラスミドpJB4JIを使用し
六〇接合実験により、多くの場合に、Tn5ばLBA2
88中自己伝達性プラスミド上に存在することが証明さ
れた。
このプラスミドがpAtC58であることが明らかにな
った(伝達頻度受容体肖り]0 )。自己伝達するとい
うpAtC58のこの新しく見出された性質が、Tn1
882がLBA1160中pAtC5中上AtC58上
否かを決定するために使用された。この目的のため、L
BA1160及びLBA1201(pAtC58: :
Tn5)の両者を、相互比較のためLBA385との交
差導入において供与体として使用した。トランス接合体
pAtC58: :Tn5上での選択の後、予想通り、
受容体当り10 の頻度をもって移動したことが明らか
となった。しかしながら、Tn1882のAp の伝達
は示されなかった。このことは、供与体株LBA116
0中の隠れたプラスミドルAtC58上に存在しないと
する推定を強く示唆した。
ii)選択圧が発揮されなければ1個の細菌細胞中に安
定に保持され得々い複数のプラスミドは同一の不適合ク
ラス(inc、)に属する。従って、フォルティオ!J
 (fortiori)はそれ自体と不適合のプラスミ
ドである。Tn5でマークされたpAtC58(KmT
l)がTn1831でマークされたpAtc58(Sp
 )を有するA、チュメファシエンス株FcE4人され
、そして入るプラスミド(Krn” )が選択されれば
、不適合性により Sp”マーカーの喪失が生じ、これ
はトランス接合体の最も大きな部分において、すでに存
在したプラスミドが除去されたことを意味する。
従って、LBA1160が、供与体としてのLBA12
01(pAtC58: :Tn5 )との交差導入にお
ける受容体として使用される。入るプラスミド・pAt
C58: :Tn5がトランス接合体中及びその上で選
択され、Tn1882に由来するApRが不適合性によ
り失われたか否かがチェックされた。すべてのKm  
)ランス接合体がその人pRを保持していることが明ら
かであった。これもまた、Tn1882がLBA中でp
AtC58上に位置していないことを強く示唆した。
1ii)  Tn1882のLBA1160中での位置
の明確な証明がサザンブロットノ)イブリダイゼーショ
ン実験によって得られた。この実験によp LBA22
8、L、B1201及びLBA1160の材料プラスミ
ド調製物を分析した。原料プラスミド調製物〔カッ上等
、ジャーナル・オブ・ゼネラル・マイクロバイオロジー
(J、 Gen、Microbiol、 ) 113 
、229−242 (1979)に従って単離したもの
〕をアガロースゲル上でその構成成分に分離した。ゲル
中にバンドとして存在する成分をケ°ルから直接ニトロ
セルロースフィルターに移しくいわゆるプロット法)、
そして次に多数の特異的放射性ラベルDNAプローブと
71イブリダイズさせた。Tn5でプローブされた対照
はpAtC58: :Tn5のいわゆるスーパーコイル
及び線状DNAバンドとハイブリダイズした。この場合
、組み込まれない染色体DNAのほかにプロットの組み
込まれないpAtC58: :Tn5 DNAが同様に
存在する。Rn1882のための出発材料であるTn3
を放射性プローブとして使用した場合、LBA1160
中に存在するpAtC58とのハイブリダイゼーション
は見られなかった。
従って、発明者等は、上記のことから、Tn1882そ
して従ってpT i B6の完全T−領領域LBAI 
160の染色体中に存在すると結論した。LBA116
0の全DNAが存在するプロットを用いて、多数の制限
酵素により断片化され、そしてラベルされたプローブと
してpRAL3305及びpo’rysが使用されたサ
デンブロットハイプリダイゼーションによシ、LBA1
160へのTn1882のT−領域の挿入の正しい内部
組織が確認された(第3図に示された構造)。
Tn1882がその上に位置するpRAL3959のL
BA1160の染色体への挿入の安定性を、選択圧を伴
わないで細菌を約100世代増殖せしめ、そしてpRA
L3959の耐性マーカー(TCR及びApR)が維持
されているか否かをチェックすることにより試験した。
マーカーの喪失は検出されなかった。
従って、LBA1160は染色体に安定に却み込まれた
T−領域を含有する。発明者等によって得られた全く新
しい構成物の腫瘍原性を試験することによシ、同様に必
要なビルシラス機能(Vir→頁域)がR−プライムプ
ラスミド(pAL1818及びpAL1819)によJ
 LBA1160株に導入された。シラスミドpAL1
.818はVir遺伝子A、BXC,D、及び0を含有
し、そしてpAl 181.9はAからFまで及びOを
含むVlr遺伝子を含有する。LBA1160とR−プ
ライムを含有する株との接合及びトランス接合体の選択
の後、I、BAl、16I Cすなわち、LBAl 1
60(pALl 818) ]、及びLBA]162 
[すなわち、LBA1160(pAL1819) )が
生成した。これらの株及び親株LBA1160及びLB
A1818(pALl、818)及びLBA1819(
pAL1819)を多くの異る種類の植物に対するそれ
らの腫瘍誘発能力について試験した。
LBAi160並びにI、BA1818及び1819の
みが2連系の構成成分の1方を含有し、そしてそのため
に腫瘍への機会を与えなかった。しかしながら、LBA
1160株は、ピルシラスプラスミド(R−プライム)
と共に、処理されたすべての植物上に驚く程腫瘍を生じ
させた。腫瘍の挙動及び大きさは野性形のアグロバクテ
リウム株により誘発される腫瘍のそれに相当した。従っ
て、TiプラスミドのT−領域はVir−領域によって
アグロバクテリウムの染色体から高等植物細胞のゲノム
に正常に導入され得る。
上記の観察は、アグロバクテリウムがそのT−領域を植
物#1胞に移行させる機作を理解する上で非常に重要で
ある。T−領域がアグロバクテリウムの染色体に存在す
る場合でさえ、これが正常に移送されるという驚くべき
発見は、従来予想されていたように、完全なTiプラス
ミドが感染中に植物細胞に導入され、そしてそこでT 
−DNAの組込みのために「加工」されるということは
ないことを意味する。さらに、これらの結果に基いて、
発明者等は、毒性遺伝子によるT −DNAの認識及び
切り取シは、腫瘍誘発過程の初期段階の1つとして細菌
中で行われると推定する。T−領域を画するいわゆる境
界配列(border 5equence )は認識シ
グナルとして作用し得るかもしれない。
この基本的な科学的重要性とは別に、この新規な発明は
、高等生物の細胞の遺伝的操作のための2個の別々のプ
ラスミド上に分かれて存在するT−領域及びVir−領
域はなおT−領域又は人工的T−領領域及びこれに挿入
された外米性DNA )を植物細胞に移行せしめること
ができ、ここでこの領域はrツムに組み込まれ、そして
発現される。
このいわゆる2連ベクター系を用いて、双子葉植物及び
単子葉植物の細胞に新しい遺伝物質を与えることができ
る(第4A図)。
プラスミド上に(第413’lX])又は染色体中に(
第4C部)Vir−領域のみ又はT−領域のみを含有す
る株は植物細胞を形質転換しない。この新しい発明によ
り、染色体に挿入されたT−領域がなお2連系において
植物細胞に正常に移送され、Vir−領域は別のプラス
ミド上に存在する(第4D図)。この驚くべき発明によ
り、次のように述べることもできる。アグロバクテリウ
ムのT−領域もしくはVir−領域又は両者が染色体外
レプリコン(プラスミド)上に存在せず染色体に組み込
貫れている場合(第4p、、EJ、ス゛FIEJに示す
状態)に、これらはT−領域又は人工的T−領領域効率
的に植物のゲノムに導入し、従って、ヨーロッパ特許出
願842002396及び8401048をこれらの新
しい状態に適用することができる。
このようなアグロバクテリウムを双子葉植物及び単子葉
植物の細胞の遺伝的操作のために使用することができる
(オランダ特許出願A 8401048 )。
Iイ下余白 匡  削  国 一一一一
【図面の簡単な説明】
第1図はプラスミドpRAL3957の造成を示す系統
図である。 第2図はプラスミドと染色体との交差組換によるLBA
1160洋の造成を示す系統図である。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、植物もしくはその外植体(explanate)に
    アグロバクテリウム(Agrobacterium)を
    感染せしめることにより、又は植物プロトプラストをア
    グロバクテリウムと共にインキュベートすることにより
    外来性DNAを植物ゲノムに導入する方法であって、ア
    グロバクテリウムのTi−プラスミド由来の1もしくは
    複数のT−領域及びVir−領域を遺伝物質中に含有し
    、そして/又は人工的T−領域を含んで成る1もしくは
    複数のT−領域(この人工的T−領域は所望の各DNA
    から成りこのDNAはアグロバクテリウムの野性型T−
    領域中に存在する境界配列又は機能的にこれと類似する
    領域を両端に有する)を含有する細菌を使用することを
    特徴とする方法。 2、1もしくは複数のT−領域又はVir−領域あるい
    はこの両者が細菌染色体に導入されているアグロバクテ
    リウムを使用することを特徴とする特許請求の範囲第1
    項記載の方法。 3、T−領域もしくはVir−領域又はその両者が細菌
    染色体に導入されていることを特徴とする1又は複数の
    T−領域及びVir−領域をそのDNA中に有するアグ
    ロバクテリウム。 4、1又は複数のT−領域及びVir−領域をDNA中
    に有し1個のT−領域を細菌染色体中に有するアグロバ
    クテリウムの製造方法であって、アグロバクター染色体
    に安定に取り込まれる性質を有するベクターDNA分子
    中T−領域を有するエセリシャ・コリ(Escheri
    chia coli)において、外来性DNAをT−D
    NAに導入し、そして次にこうして変形されたベクター
    DNA分子をE.コリ(E.coli)細菌から取り出
    し、そしてこれをアグロバクテリウム染色体に組み込む
    ことを特徴とする方法。 5、前記ベクターDNA分子が、アグロバクテリウム自
    体の中では機能することができない(いわゆる自滅プラ
    スミドである)がそのゲノムに組み込まれることができ
    、そして変形の後、R−プラスミドに由来するプラスミ
    ドの助けによりE.コリからアグロバクテリウムに移行
    するプラスミドである特許請求の範囲第4項記載の方法
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