JPS63283587A - 植物細胞ゲノムへの発現可能な遺伝子の導入法 - Google Patents

植物細胞ゲノムへの発現可能な遺伝子の導入法

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JPS63283587A
JPS63283587A JP63103749A JP10374988A JPS63283587A JP S63283587 A JPS63283587 A JP S63283587A JP 63103749 A JP63103749 A JP 63103749A JP 10374988 A JP10374988 A JP 10374988A JP S63283587 A JPS63283587 A JP S63283587A
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    • C12N15/00Mutation or genetic engineering; DNA or RNA concerning genetic engineering, vectors, e.g. plasmids, or their isolation, preparation or purification; Use of hosts therefor
    • C12N15/09Recombinant DNA-technology
    • C12N15/63Introduction of foreign genetic material using vectors; Vectors; Use of hosts therefor; Regulation of expression
    • C12N15/79Vectors or expression systems specially adapted for eukaryotic hosts
    • C12N15/82Vectors or expression systems specially adapted for eukaryotic hosts for plant cells, e.g. plant artificial chromosomes (PACs)
    • C12N15/8201Methods for introducing genetic material into plant cells, e.g. DNA, RNA, stable or transient incorporation, tissue culture methods adapted for transformation
    • C12N15/8202Methods for introducing genetic material into plant cells, e.g. DNA, RNA, stable or transient incorporation, tissue culture methods adapted for transformation by biological means, e.g. cell mediated or natural vector
    • C12N15/8205Agrobacterium 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】 本発明は組換え分子、その調製法、植物細胞へのその導
入法、およびゲノム中に外来DNA配列を含んでいる植
物細胞またはその植物に関する。
更に詳しくは、本発明は適当な宿主植物細胞中で発現さ
れるDNA配列に関する。本発明に係る組換えDNA分
子は、植物の成長、栄養物としてのその品質の改良、ま
たは有用な代謝物(例えばアルカロイドあるいはステロ
イドの前駆体)の生産、に有用なアミノ酸やポリペプチ
ドの如き生産物を暗号化している配列を有することをそ
の特徴としている。
以下に本明細書で使用する用語について説明する。
bowサイト 特異的にmob機能体が相互作用して自
律的DNA転移移動を開始させるDNA領域境界配列 
T−DNAの末端を含むDNA配列広範囲宿主レプリコ
ン 多種多様の宿主細胞に転移(トランスファー)され
、保持され得るDNA分子 カルス組織 未組織、未分化の細胞の塊クローニング 
無性生殖により、1個の生物またはDNA配列から一部
の該生物またはDNA配列を得る操作過程、または、よ
りわかり易く言えば、特定の生物またはその一部を分離
し、そのサブフラクションを均質な集団として増殖させ
る操作過程 クローニング媒体 宿主細胞中で複製し得るプラスミド
、ファージDNAまたほそめ他のDNA配列であって、
そのDNA配列は、例えば複製、外殻蛋白質の生産など
、そのDNAの必須の生物学的機能、あるいはプロモー
ターまたは結合部位を付随的に失なうことなく、その場
所で正確にその配列を切断することのできる1個または
少数のエンドヌクレアーゼ認識部位を持っており、また
、それが導入された細胞(形質転換された細胞)を同定
確認するのに有用なマーカー(例えばテトラサイクリン
耐性あるいはアンピシリン耐性)を持っていることで特
徴づけられる。クローニング媒体は、しばしばベクター
とも呼ばれる。
暗号配列 ポリペプチドのアミノ酸配列を決定するDN
A配列 相互組込み体(コインテグレート) 2個の環状DNA
分子間の単一交叉により得られる構造体トランス相補性
 他のレプリコンに物理的に結合していないDNA分子
(レプリコン)が、その結合していない他のレプリコン
にとって必要かつ欠落している拡散性物質を供給するこ
とができる過程 接合(コンジュゲーション)細胞同志の接触により、1
つのタイプの細菌から他のタイプの細菌にDNAが転移
すること ftm、t  相同なDNA配列間で遺伝物質が交換す
ること 欠損置換 1個のDNA配列が除去され、その代りとし
て異なったDNA配列で置換されること9(e  ある
細胞の子孫が特殊な構造と機能を獲得し、更にそれを維
持すること り、NA配列またはDNAセグメント 隣接するペント
ースの3′位と5゛位の炭素間の燐酸ジエステル結合に
より互いに連結したヌクレオチド群の一直線の配列 二重乗換 相互組込み(コインテグレート)構造が2個
の環状DNA分子に分解する過程。この過程は遺伝情報
を交換するのに利用される。このDNA環状体の一方は
、それによって組換えが生じ得る標的DNAと相同な2
つの領域を持っており、この2つの領域は、標的DNA
と交換される非相同DNA配列をはさんでいる。もし1
回目の交叉と2回目の交叉が同じDNA領域で起ると、
もとのDNA環状体が生成する。この2回目の交叉が第
2の相同領域で起ると、2つの環状体の間で遺伝子の交
換が起ることになる。
&里  構造遺伝子によりポリペプチドが生産される過
程。これは転写と翻訳の組合せである。
発現調節(コントロール)配列 構造遺伝子に有効に結
合された場合、それらの構造遺伝子の発現を調節し、統
制するヌクレオチド配列 F型プラスミド F因子(Fはfertility(生
殖力))を持ったプラスミドであって、F因子を持たな
い宿主に該プラスミドのコピーを移入することのできる
プラスミド 遺伝子 2つの部分、即ち(1)遺伝子生産物のための
暗号配列および(2)その遺伝子が発現されるかどうか
を調節しているプロモーター領域内の配列、から構成さ
れているDNA配列 乞乙血  細胞またはゲイルスの全DNA0これは、ま
ずポリペプチドを暗号化している構造遺伝子、更にオペ
レーター、プロモーター、リボゾームの結合配列および
相互作用配列(たとえばS hine−D a1gar
no配列)を含んでいる。
遺伝子型 ある生物に含まれている遺伝情報の全て 相同的(性)組換え 相同配列を含んでいるDNA上の
2つ領域間の組換え I型プラスミド Fとは異なる不和合性グループの一群
の自律転移性プラスミド 不和合性 選択圧(selective pressu
re)がないと、同一の細胞に2個のDNAが共存し得
ないこと 私 あるDNA配列を、別の分子のDNA配列内に付加
すること リーダー配列 5“末端から最初の構造遺伝子の先端に
至るまでのmRNA上の領域。これには構造遺伝子の暗
号配列の翻訳を開始するのに重要な部位が含まれている
減数分裂 はじめの4n個の染色体が、2回の連続した
分裂により生成した4個の細胞のそれぞれにIn個ずつ
分布するようになる過程。この過程は有性生殖に於いて
重要である。
mob (授動機能体)  tra機能体との組合せに
於いてのみDNAの転移を促す一連の生成物。l1ob
はbowサイトを含んでいるプラスミドの移動を促すこ
とができる。
授動(モビリゼーション)別の細胞へ転移することので
きないDNA分子が、他のDNA分子の助けを借りて転
移する過程 授動ヘルパープラスミド 他のプラスミドが持っていな
い、別の宿主細胞へ転移するための拡散性生成物を供給
することができるプラスミド非接合性組換えプラスミド
 細胞同志の接触により、それ自体では、もとの宿主細
胞から他の宿主細胞へ転移することができないDNA分
子。転移するには、他のDNA、例えばヘルパープラス
ミドによって供給される機能体が必要となる。
ヌクレオチド 糖部分(ペントース)、燐酸エステルお
よび含窒素異頃環塩基から構成される装置DNAまたは
RNAの単量体単位。この塩基は糖部分とゲリコシド結
合で連結しており(ペントースの1′位の炭素)、この
塩基と糖とが結合したものがヌクレオシドである。ヌク
レオチドの特性はこの塩基によって決まる。DNAの4
個の塩基はアデニン(“A”)、グアニン(“G”)、
シトシン(C”)およびチミン(“T”)である。RN
Aの4個の塩基はA、GSCおよびウラシル(“U”)
である。
表現形質 発育環境と遺伝子形質との相互関係によって
生成する個体の観察し得る特性プラスミド それ自体が
宿主細胞中で複製される、完全な(無傷の)レプリコン
からなる非染色体性の2本鎖DNA配列。このプラスミ
ドを単細胞生物に入れると、そのプラスミドのDNAに
よって、その生物の性質が変わる、即ち形質転換される
。例えば、テトラサイクリン耐性(Tc”)のための遺
伝子を持ったプラスミドにより、本来はテトラサイクリ
ンに感受性のある細胞が耐性のある細胞に形質転換され
る。プラスミドによって形質転換された細胞を形質転換
体と呼ぶ。
ポリペプチド 隣接するアミノ酸どうしがα−アミノ基
とカルボキシル基とのペプチド結合により互いに連結し
た線状のアミノ酸連鎖 プロモーター領域 遺伝子の転写を統制している、暗号
配列の開始点より上流のDNA配列プロモーター配列 
RNAポリメラーゼが結合する配列であり、ポリメラー
ゼはそれより下流の配列の忠実な転写を促進する。
組換えDNA分子または雑種(ハイブリッド)DNA 
 少な(とも2個のヌクレオチド配列からなり、その一
方の配列は、自然界では通常第2の配列と共存しない、
その様な配列からなる雑種のDNA配列 、1m、t  DNA分子またはDNA分子の一部分の
新しい結合体を創製すること 相同領域 DNAの別の領域に於ける配列と同じDNA
配列を持っているDNA領域 レプリコン DNAの複製開始サイトおよび複製を支配
するのに必要な機能を指定している遺伝子を持った自己
複製遺伝子単位 制限フラグメント 特定の標的DNA配列を認識する酵
素による2本鎖開裂によって生じるDNA分子 RNAポリメラーゼ DNAのRNAへの転写をつかさ
どる酵素 選択可能なマーカー遺伝子 あるDNA配列であって、
それがある細胞内で発現された時、そのDNA配列を含
んでいない細胞より増殖しやすい有利性をその細胞に与
えるDNA配列。細胞を適当な選択的増殖培地に置くと
、この2つのタイプの細胞を区別することができる。通
常使用される選択可能なマーカー遺伝子は抗生物質耐性
を暗号化している遺伝子である。
単一乗換 2個の環状DNA分子を組換えて、相互組込
みされた大きい環状体を形成させる操作過程 構造遺伝子 ポリペプチドを暗号化している遺伝子 T−DNA  植物細胞ゲノムに安定に組込まれること
が見い出されているTiプラスミドの部分子−領域 植
物細胞ゲノムへ転移するDNA配列を含んでいるTiプ
ラスミドの部分 子iプラスミド 感受性植物に腫瘍(クラウンガル)を
誘発させるための遺伝情報を含んでいるAgrobac
terium tumefaciens株に存在する大
きいプラスミド TL−DNAおよびTR−DNA  オクトピンクラウ
ンガル腫瘍細胞は2つのT−DNA配列、即ち左T−D
NA(TL−DNA)および右T−DNA(TR−DN
A)を含有し得る。TL−DNAはツバリン腫瘍細胞の
T−DNAと共通している配列を持っているがTR−D
NAは持っていない。
tra (転移機能(体)) プラスミドに暗号化され
ている拡散性の生成物、および細胞間のDNA転移の際
に利用される作用部位の両者を指す。例えば2つの細胞
の間に橋を作るのに必要な生成物およびDNA転移が開
始する部位。
(亙 構造遺伝子からmRNAが生産される過程、また
は、塩基対(ベースペア)の形成により、DNAに含ま
れている遺伝情報に基きそれに相浦的な塩基配列をもつ
RNA鎖が形成される過程形質転換 細胞のDNA補体
(complement)に外来性DNAが導入される
ことによって生じる遺伝的修飾 側獣 mRNAからポリペプチドが生産される過程、あ
るいは、mRNA分子に存在する遺伝情報が、ポリペプ
チド合成において特定のアミノ酸の順序を指定する過程 非分化表現形質 いかなる特異な部分もなく、組織中の
細胞の外観が均一であること ベクター 異なった宿主細胞間を転移するように設計さ
れたDNA分子 組換えDNA技術の進歩によって、微生物の遺伝子工学
に新たな展望が開けた。もし1個の体細胞から、完全な
生物を再生することができたら、これらの技術は多細胞
真核生物にまで広がるであろう。ある種の高等植物の細
胞は、優れた再生能力を有し、従って高等生物の遺伝子
工学にとってかっこうの材料となる。
植物の遺伝子工学の主たる問題点は、外来性DNAを植
物ゲノムに導入する為の系の利用性にある。この様な系
には、ダラム陰性土壌細菌のAgrobacteriu
i tumefaciensが持っている腫瘍誘起(T
 i)プラスミドがある。この微生物は、広範囲の双子
葉植物の損傷組織に、クラウンガル(cr。
Vngall、冠状コブ)と呼ばれる腫瘍性形質転換を
引き起す原因となることがわかっている。この増殖性の
腫瘍は、オパイン(opines)と呼ばれるTiに特
異な新しい代謝物を合成する。この形質転換は、分子レ
ベルでみると、Tiプラスミドの実体のはっきりわかっ
ているT−DNA(転移DNA)フラグメントが植物細
胞ゲノムに転移して安定に組込まれたことによって起る
。換言すれば、クラウンガル腫瘍は、その染色体DNA
に、腫瘍セルラインをもたらしたTiプラスミド中のD
NA配列と相同のT−DNAと呼ばれるDNAセグメン
トを含んでいる。あらゆる場合に於いて、このT−DN
Aは、連続した一連のTiプラスミドDNAに相当して
おり、また、これと共直線性である。
従ってこれはT−領域と呼ばれる。
Tiプラスミドはクラウンガル細胞で合成されたオパイ
ンのタイプによって分類される。クラウンガル細胞でツ
バリン[N−α−(1,3−ジカルボキシプロビル)−
L−アルギニンコの合成を惹起させるAgrobact
erium株はツバリン株と呼ばれ、オクトピン[N−
α−(N−1−カルボキシエチル)−L−アルギニン]
を合成するものはオクトピン株と呼ばれる。これらが最
も普通に用いられるA grobacterium株で
ある。
植物の遺伝手術にT−DNAをベクターとして使用する
試みがモデル実験で行なわれた。この実験では・インビ
ボにおいて、A grobacterium  T37
株のTiプラスミドからのT−DNAの右側境界部の近
くに14kb細菌性トランスポツン(transpos
on) Tn 7が挿入された。すると、このTiプラ
スミドを持っているアゲロバクチリアによって惹起され
る腫瘍中のツバリン合成が消滅した。更に、サザーン・
プロッティング・ハイブリダイゼーションの結果、その
様な挿入を行なわなければ正常であるT−DNA配列の
一部分として、この腫瘍の染色体DNA中に全Tn7が
存在することがわかった(Hernalsteensら
、Nature287(1980)、654−656;
 Ho1stersら、Mol、Gen、 Genet
、  185 (1982) 、283−289)。こ
の様に、23kbT−DNAに14 kbD N Aフ
ラグメントを導入しても、23 kbT−DNAの植物
細胞ゲノムへの転移能力に変化は見られなかった。
7″リン、 AgrobacteriumT 37のT
iプラスミドのT−DNAの境界部は非常に正確に調べ
られている。これは全/バリンTiプラスミドの極く一
部、約23kbに過ぎない。更に、このT−DNAの境
界部は知られている:即ち、このT−DNAの境界部を
決めているヌクレオチド配列が調べられ、ツバリンTi
プラスミドの同じ領域と比較された(Z ambrys
kiら、S cience 209  (1980)、
1385 1391:Zambryskiら、J、 M
o1. Appl、 Genet、  1(1982)
、−361−370”)。このT−領域の境界部が、T
−DNAの植物細胞ゲノムへの組込みに最も関係してい
る様である。
DNAを植物細胞へ転移させる為のベクターとしてTi
プラスミドを使用するには、転移したDNAの境界部を
決めているT−DNA配列を知ることが基本的に必要で
ある。そうすれば、外来性DNAをこの境界内に挿入し
、確実に植物細胞ゲノムへ転移させることができる。更
に、この系を利用しようとすれば、形質転換された植物
細胞が、その生育特性において腫瘍の性質を持たず、正
常であるということが重要である。T−DNA転移の後
、正常細胞を生産するには、T−DNA自体によって暗
号化されている機能を知る必要がある。
従って、どの領域が腫瘍表現形質に関係しているか調べ
るために、TiプラスミドのT−領域の徹底的な遺伝子
分析が行なわれた。
T−DNAは、クラウンガル表現形質の原因となる機能
体を暗号化している。その遺伝子は、T−DNAの特定
の領域に局在化している( Leemansら、EMB
OJ、1(1982)、147−152 ; Will
mitzerら、EMBOJ、1(1982)。
139−146 )。一般に、腫瘍カルス組織の非分化
表現形質を支配している少なくとも4つの遺伝子が存在
している。これらの遺伝子の突然変異体(ミュータント
)は、新芽様のあるいは根の様な外観の形質転換組織を
形成させることができる。
この後者の成果は、腫瘍組織ではなく正常植物組織中で
発現させる為にDNAを植物に転移したいと思う場合に
は特に重要である。
最近、完全な正常植物に再生することができる形質転換
新芽を誘導するTiプラスミド変異体がみつかった。こ
れらの植物は繁殖力が旺盛であり、減数分裂によってT
−DNA特異配列を伝達することさえした:即ち、子孫
の植物もT−DNA特異配列を含んでいた(Otten
ら、Mo1. Gen。
Genet、183(1981)、209−213 )
しかし、この形質転換植物組織は、その染色体DNA中
に、腫瘍表現形質を支配しているT−DNA領域が除去
される大がかりな欠損(欠失)が発生したことにより、
著しく小さくなったT−DNAを含んでいた。この欠損
が当初の形質転換時に起つたのか、新芽の形成をもたら
すその後の過程で起ったのかは不明である。
Tiプラスミドは太きく(200kb)、そのTiプラ
スミドの種々の場所に存在している多くの遺伝子が植物
の形質転換に関係している。従って、T−領域内の適切
な場所に特殊なエンドヌクレアーゼ認識サイトを有し、
T−DNAを植物細胞ゲノムに転移させて安定に挿入す
るのに必要な全ての機能を持ったTiプラスミド由来の
小型のクローニングベクターを組み立てることは不可能
である。
所望のDNAフラグメントをTiプラスミドのT−領域
の特定の制限酵素開裂サイトに導入する為の既知の方法
の1つは、Escherichia coli (大腸
m)におけると同様、AgrobacteriuIll
においても複製することができ、T−DNAの所望の制
限フラグメントを含んでいるクローニングプラスミドを
組み立てることである。この様なクローニングベクター
は「中間ベクター」と命名された。この様な中間ベクタ
ーは、T−領域によって暗号化されている機能を分析す
るのに使用された( Leea+ans ら、J、  
Mo1.  Appln、  Genet、  1  
(1981)、149−164)。
本発明は、発現し得る遺伝子を植物細胞ゲノムへ導入す
る方法に関するものである。本発明の1つの目的は所望
のあらゆる遺伝子(群)を導入することのできる改良さ
れたアクセプターTiプラスミドを提供することにある
。導入される所望の遺伝子(群)は、そのアクセプター
Tiプラスミドの相当する領域と相同の領域を持った新
規な中間クローニングベクター内に含まれている。この
中間クローニングベクターを提供することも本発明の目
的の1つである。
所望の遺伝子(群)のアクセプターTiプラスミドへの
導入は、A grobacteriumに保持されてい
るアクセプターTiプラスミドと中間クローニングベク
ターの2つの相同DNAセグメントの間で起る単一乗換
えによって達成される。この中間クローニングベクター
は、ヘルパープラスミドを使って、それが増殖するE 
5cherichia coltからAgr。
bacteriumに授動される。この様なヘルパープ
ラスミドおよび授動のための機能は知られている(F 
inneganら、Mo1.  Gen、  Gene
t、  185  (1982)、344 351; 
 Figurskiら、P roc。
Natl、Acad、Sci、USA  76(197
9);D 1ttaら、Proc、  Natl、  
Acad、  Sci、  USA77(1980)、
7347)。
A grobacteriumでの単一乗換えの結果、
ハイブリッドTiプラスミドベクターが得られる。この
様なハイブリッドTiプラスミドも本発明の目的の1つ
である。
A grobacteriumに保持されたこのハイブ
リッドプラスミドベクター(以降、ベクター組成物とい
う)を直接植物細胞の感染に使用し、次いで所望の遺伝
子生成物の発現についてスクリーニングする。植物細胞
をベクター組成物で感染させて形質転換植物細胞を調製
するこの方法、その形質転換された植物細胞、およびそ
れから発生した植物を提供することも本発明の目的であ
る。この技法はA grobacteriumの植物転
移性のプラスミド全てに適用することができる。
以下に添付の図面について詳細に説明する。
第1図は、境界配列(1)および(2)を除き、T−領
域の内部部分を除去して得られる本発明のアクセプター
Tiプラスミドの1態様を示している。
この境界配列は、T−領域を植物細胞ゲノムに組込むの
に必須である。境界配列(1)と(2)の間の領域(3
)が、植物に転移されるであろうDNAセグメントであ
る。このアクセプターTiプラスミドは、中間クローニ
ングベクターを単一乗換えによって組込まずことを可能
にしている中間クローニングベクター内のDNA配列の
少なくとも一部と相同のDNA配列を持ったDNAセグ
メント(3)を含んでいる。Tiプラスミド領域(4)
は、Agrobac t er i umによってT−
領域が植物細胞ゲノムに転移するのに必要な機能を暗号
化している。この領域は、vir−領域と呼ばれる。
第2図は、単一乗換えによって第1図のアクセプターT
iプラスミドに挿入される本発明の中間クローニングベ
クターを示している。このベクターは、所望の単一乗換
えを可能にするアクセプターTiプラスミドのDNAセ
グメント(3)の少なくとも一部と相同なDNA配列を
持ったクローニング媒体DNAセグメント(3′)を含
んでいる。
更に、この中間クローニングベクターは、その天然のプ
ロモーター配列を備えた遺伝子あるいは遺伝子群(5)
を含んでいる。この組み立てに於いては、一般に植物の
遺伝子を使用することができる。
それは、他のものに比較して発現され易いと思われるか
らである。しかし、原理的には、全ゆる所望の遺伝子を
挿入することができる。この中間クローニングベクター
は選択マーカー遺伝子(6)を含んでいてもよい。この
遺伝子は、植物細胞中でこの遺伝子の発現を可能にする
プロモーター配列を含んでいなければならない。このマ
ーカー遺伝子を含んでいる植物細胞は、それを含んでい
ない細胞より、成長の選択有利性を持っていなければな
らない。何故なら、この様にして、このマーカー遺伝子
を含んでいるDNAによって形質転換された植物細胞を
、非形質転換細胞と区別することができるからである。
第3図は、第2図の中間クローニングベクターと類似の
、第1図のアクセプターTiプラスミドに単一乗換えに
よって挿入される本発明に係る中間クローニングベクタ
ーのもう1つの態様を示している。これは、クローニン
グ媒体DNAセグメン)(3’) 、所望の遺伝子の統
制のとれた発現を可能にする外来性プロモーター配列(
8)、および、所望により、マーカー遺伝子(6)を含
んでいる。
第4図は、第1図のアクセプターTiプラスミドおよび
第2図並びに第3図の中間クローニングベクターからの
、単一乗換えによる本発明に係るハイブリッドTiプラ
スミドベクターの調製を示す模式図である。
第5図は、E、 coliからアクセプターTiプラス
ミドを含んでいるA grobacteriumへの、
中間クローニングベクターの遺伝子転移に関する諸過程
を概略したものである。第1段階は、中間クローニング
ベクターを含んでいるE、 coli株(1)と、その
後のA grobacteriu+++との接合の為の
2つのへルバープラスミドを含んでいるもう1つのE、
c。
li株との接合である。1方のヘルパープラスミドはプ
ラスミド転移に重要なDNA配列(tra)を含んでお
り、他方のヘルパープラスミドは授動に重要な配列(+
++ob)を含んでいる。接合によってこれらのヘルパ
ープラスミドがE、 coli株(1)に導入されると
、そこに含まれている中間クローニングベクターが他の
細菌株へ転移することができる様になる。traおよび
mobヘルパープラスミドは、中間クローニングベクタ
ーが持っている抗生物質耐性マーカー(Ab”)とは異
なるマーカー、Ab”およびAb”をそれぞれ持ってい
る。従って、全てのプラスミドが存在するかどうかを選
択培地上でモニターすることができる。こうして授動株
(3)が得られる。
この授勤株(3)を、第1図のアクセプターTiプラス
ミドを含んでいるA 、 t umef ac 1en
s株(4)と接合させ、中間クローニングベクターの抗
生物質耐性マーカーで選択する。中間クローニングベク
ターはA gr□t)acteriuI++中で複製で
きないので、受容アクセプターTiプラスミドと相互組
込み体を形成した場合にのみ、保持されることができる
A grobacterium中のこの相互組込み構造
体(5)が、DNAを植物細胞ゲノムに転移させるのに
使用される最終的なハイブリッドTiプラスミドである
第6図は、第1図に示したものと同類のモデルアクセプ
ターTiプラスミド(タイプA)の組み立てを示してい
る。ここでは、Tiプラスミドと、このもとのTiプラ
スミドの一部と置き換わるDNA配列を含んでいる別の
プラスミドとの間で、二重乗換えが起る。より具体的に
述べると、小さい方のプラスミドはクローニング媒体(
3)の中にT−領域の境界配列(1,2)を含んでいる
。二重乗換えの結果、T領域の内部のT部分が除去され
、代ってクローニング媒体で置き換えられる。得られた
アクセプターTiプラスミド(A)は、境界配列(1,
2)の間に含まれているDNAを植物細胞ゲノムに転移
させることができる。得られた、形質転換されたDNA
は、Tiプラスミド(A)では腫瘍の増殖を支配してい
る遺伝子が除去されているので腫瘍性のクラウンガル組
織をつくらない。
Tiプラスミド(A)は、クローニング媒体(3)と相
同性を有するあらゆる中間クローニングベクター用の極
めて普遍的なアクセプターTiプラスミドである。この
クローニング媒体(3)は通常のプラスミドでよく、例
えばpBR322またはその誘導体などによって置き換
えることができる。
第7図は、中間クローニングベクターをE、coli宿
主細胞中で組み立てる工程を模式的に示したものである
。制限エンドヌクレアーゼサイトR,に囲まれた所望の
遺伝子(5)および制限エンドヌクレアーゼサイトR3
で囲まれた選択し得るマーカー遺伝子(6)を、酵素R
,およびR2の為のそれぞれ1つの制限サイトを含んで
いるクローニング媒体(3′)に挿入する。3つの分子
を全て制限酵素R,および/またはR1で消化し、DN
Aリガーゼを用いてライゲーション(結紮)して中間ク
ローニングベクターを形成させる。このクローニング媒
体(3゛)は、細菌遺伝子学の選択マーカーとして使用
する抗生物質耐性(Ab’りを暗号化しているもう1つ
のDNA配列を含んでいなければならない。所望の遺伝
子(5)はその天然のプロモーターまたは第2図および
第3図に概説した外来性プロモーターの支配下にある。
第8図は本発明に係るアクセプターTiプラスミド(タ
イプB)のもう1つの具体的態様を組み立てるための模
式図である。この態様では、境界配列(1)および(2
)のすぐ外側のTi配列に相同の、それぞれDNA配列
(9)および(10)を含んでいるクローニング媒体と
Tiプラスミドとの間で二重乗換えが起る。この二重乗
換えによって、境界配列(1)および(2)を含んでい
るT−領域T全体が削除され、それがクローニング媒体
(3)で置き換えられる。Tiプラスミド(B)は、境
界配列(1)および(2)の間にクローンされた所望の
遺伝子を含有している中間クローニングベクターのため
のアクセプターゼある(第9図参照)。
第9図は、第8図のアクセプターTiプラスミド(B)
に単一乗換えによって挿入される本発明の中間クローニ
ングベクターを例示している。これは、所望の遺伝子(
5)の両端に位置する境界配列(1)および(2)を含
んでいる。これはまた、2つのプラスミド間の相同的組
換えを可能にするため、アクセプターTiプラスミド(
B)中のクローニング媒体配列と少なくとも一部が相同
であるクローニング媒体配列(3′)をも含んでいる。
第10図は、第8図のアクセプターTiプラスミドおよ
びそれに対応する第9図の中間クローニングベクターか
ら、本発明のハイブリッドTiプラスミドベクターの組
み立てを示す模式図である。
単一乗換えによって第9図の中間クローニングベクター
が第8図のアクセプターTiプラスミド(B)に導入さ
れる。
第11図〜第20図は本発明をより具体的に例示するも
のである。
第11図は、5.2kb Hind IIIフラグメン
トAcgB のpBR322への挿入を示している(Z
 ambryski  ら、5cience 209 
(1980)。
1385−1391)。このフラグメント AcgBは
ツバリンTiプラスミドの左右の境界領域を含んでいる
。このクローンpAcgBは、第6図に示した「A−タ
イプ」のアクセプタープラスミド、pGV3850の組
み立てに使用される。野生型Tiプラスミドの左右の境
界領域を含んでいるこのクローンされた制限フラグメン
トを使って、クローンpAcgBと類似のクローンを得
ることができることは、当業者には容易に理解されるは
ずである。
第12図はツバリンTiプラスミドpGV3839のT
−領域を示している。Hindlll制限エンドヌクレ
アーゼサイトは(H)で示しである。変異したHind
lllフラグメント19は(19’)で示しである。カ
ナマイシンまたはネオマイシン耐性を付与するアセチル
ホスホトランスフェラーゼ遺伝子はaptで表わし、こ
れは黒(ぬりつぶした部分に存在している。T領域の境
界は矢印で示しである。ツバリンシンターゼ(synt
hase)遺伝子はnosで表わした。数値は、D e
pickerら(plas+sid。
3(1980)、193−211)の方法による制限フ
ラグメントの大きさを表わしている。Tiプラスミドp
GV3839は、実施例1およびそこに挙げた2つの文
献に従って組み立てることができる。
第13図は、アクセプターTiプラスミドpGv385
0の組み立てを示している。プラスミドpBR322p
AcgB (第11図)は、線状化した形で描いである
。pBR322の配列は斜線を入れた領域で示し、pB
R322のアンピシリン耐性遺伝子はApRで示した。
第12図に示したpGV3839のT−領域の一部がこ
こに描かれている: pAcgB  との相同的組換え
に関与するHindlllフラグメント(10’)およ
び(23)およびapt遺伝子が含まれている。二重乗
換えによってpGV3850および失われたapt遺伝
子を含むもう1つのレプリコンが組み立てられる。
第14図は、実施例2に詳細に記載した中間クローニン
グベクターpGV700の組み立てを模式的に示したも
のである。制限エンドヌクレアーゼサイトを示すのに以
下の略号を用いた: B=BamHI、 Bg =Bg
l II 、 E=EcoRI、 H=Hind II
I 、 S−3al l5Sa+=SmaI。抗生物質
耐性を示すのに以下の略号を用いた:Ap=アンピシリ
ン、C+e=クロラムフェニコール、5L11=ストレ
プトマイシン、Tc=テトラサイクリン。
TL−DNAで示した図の下部の数値は、この領域のR
NA転写体を示している(Willmitzerら、E
MBOJ、1(1982)、139−146)。
第15図は中間クローニングベクターpGV750の構
造を示している。その組み立ては実施例2に記載した。
制限エンドヌクレアーゼサイトは、キロ塩基対(kb)
の数で表わしたその相対的位置で示した。Pstlサイ
トは示していないかに♂/Nm”領域に3つ、cb”遺
伝子に1つ存在する。
左右の境界領域も示しである。pGV750 の組み立
てに使用されたBgl II/ BamHIサイトおよ
び)(p31 / Sma Iサイトが示されているが
、これはpGV750 には存在しない。影をつけた領
域はTL−DNAに、黒い領域はK mR/ N ta
”領域に、白ぬき部分は隣接するTiプラスミド配列に
、そして線はクローニング媒体pBR325にそれぞれ
相当する。その他の略号は以下の意味を有する:0cs
−オクトピンシンターゼ、Cm”=クロラムフェニコー
ル4性、cb” =カルベニシリン(アンピシリン類似
体)耐性、K mR/ N mR=カナマイシン耐性/
ネオマイシン耐性。
第16図は実施例3に詳細に記載した中間ベクターpG
V745の組み立てを示している。pG■745は、第
8図に示した「Bタイプ」アクセプタープラスミド、p
GV2260の組み立てに使用される。制限エンドヌク
レアーゼサイトは以下の略号で示した: B=Baff
lHI、 H=Hind III %R=EcoRI0
アンピシリン耐性遺伝子はApRで示した。斜線を施し
た領域はオクトピンTiプラスミドのT−DNA領域の
左側と相同のDNAを、白ぬき領域はオクトピンTiプ
ラスミドのT−DNA領域の右側と相同のDNAを示し
ている。
出発物質であるプラスミドpGVO219およびpGV
O120についての物理的位置および記述は、DeVo
sらのPlasmid 6(1981)、249−25
3にみられる。
第17図はアクセプタープラスミドpGV2260の組
み立てを示している。pGV2217 中の欠損置換が
、ネオマイシンとカナマイシンに対する耐性を付与する
アセチルホスホトランスフェラーゼ遺伝子(aptで表
わしである)を含んでいる黒色部分で示しである。中間
ベクターpGV745(第16図参照)は線状化して描
いである。これは第16図に示したpGV745のHi
ndlllサイトで開裂したものである。pB R32
2の配列は斜線を施した部分で示し、アンピシリン耐性
遺伝子はAplで示しである。二重乗換えによって、p
G V 2260が組み立てられ、apt遺伝子が失わ
れる。制限エンドヌクレアーゼサイトは以下の略号で示
した: B=BamHl5H=Hind III 5R
=EcoR’I0 第18図は、ツバリンシンターゼ遺伝子(nos)のプ
ロモーターの下流の遺伝子を発現するためのプラスミド
pLGV2381の組み立てを示している。5°および
3”はそれぞれ転写開始と転写終了を意味し、ATGお
よびTAAは翻訳開始および翻訳終了に使われるコドン
を表わしている。
太線はnosプロモーター領域、白ぬき部分はnos暗
号領域を示している。Aplはアンピシリン耐性、K♂
はカナマイシン耐性を示している。
第19図は、完全なオクトピンシンターゼ(OCS)暗
号配列を含んでいるプラスミドpAGV4Qの組み立て
、およびプラスミドpLGV2381(第18図参照)
中nosプロモーターの後部へのその挿入を示している
。太線はプロモーター領域、白ぬき部分はocs暗号領
域を示している。その他の記号は第18図と同じである
第20図は、ツバリンシンターゼ(nos)遺伝子のプ
ロモーター領域の周囲のヌクレオチド配列およびオクト
ピンシンターゼ遺伝子暗号領域と融合した後の同じ領域
の周囲のヌクレオチド配列を示している。融合点は星印
(*)で示した。いくつかの制限エンドヌクレアーゼサ
イト、即ち、Ba1H1、Hind III 、および
5acll も示しである。
5′および3”は転写開始および終了を意味する。
ATGは翻訳に使われる最初のコドン、TAAは翻訳に
使われる終了コドンを表わしている。臼ぬきの大きい矢
印はツバリン遺伝子の暗号化領域、縞の入った矢印はオ
クトピン遺伝子を表わしている。
以下に本発明の詳細な説明する。
第1図にアクセプターTiプラスミドを簡単に図式化し
て示した。このアクセプターTiプラスミドは、野生型
腫瘍誘起(T i)プラスミドの2つの境界配列(1,
2)または領域を含んでいる。この境界配列は、Tiプ
ラスミドのT−領域を植物細胞ゲノムへ組込むのに必須
である。換言すれば、あらゆるDNA配列(3)または
T−領域を、これらの配列間に存在している植物細胞ゲ
ノムに組込むのにこの境界配列が絶対に必要である。
このアクセプターTiプラスミドのDNA配列(3)に
は、第2図および第3図に示した中間クローニングベク
ターのDNA配列(3°)の少なくとも1部と相同のD
NAセグメントが含まれている。
この相同性は、中間クローニングベクターとアクセプタ
ーTiプラスミドが単一乗換え(相同性組換え)によっ
て相互組込みするのに必要である。
相互組込み体の得られる頻度は、基本的には相同領域の
長さできまる。相同性組換えを高頻度で起すには、通常
1〜4kbの領域が使われる(Leemansら、J 
、  Mo1.  AI)l)1.  Genet、 
 1 (1981)。
149−164)。
アクセプターTiプラスミドは更に、Agrobact
eriumによってTiプラスミドのT−領域が植物細
胞ゲノムへ移動するのに必要な配列(4)を含んでいる
この様なアクセプターTiプラスミドの組み立ておよび
第2図および第3図に示した中間クローニングベクター
とのその相互組込みについて、第4図を参照しながら以
下に詳述する。
第2図および第3図に、発現しようとする、即ち、植物
細胞中でプロモーターの支配下に転写され、翻訳される
所望の原核性または真核性遺伝子をクローンするための
中間クローニングベクターを簡略化した図で示した。こ
れらの中間クローニングベクターは、アクセプターTi
プラスミドのDNAセグメント(3)の少なくとも一部
と相同であり、従って単一乗換えを可能にするDNA配
列を含んでいるクローニング媒体からのDNAセグメン
ト(3“)を含んでいる。さらに、この中間クローニン
グベクターは、その天然のあるいは外来性のプロモータ
ー配列を含む少なくとも1つの所望の遺伝子(5,7)
を含んでいる。このプロモーター配列によって、挿入さ
れた遺伝子配列の発現が可能である。所望の挿入遺伝子
(群)の発現を調整するために、外来性のプロモーター
配列(仕立て上げたプロモーター)を使うことも可能で
ある。
調整の各種の例として、以下のものを挙げることができ
る:(i)組織に特異な発現、即ち、葉、根、茎、花な
ど、(ii)発現レベル、即ち、発現の強弱、(iii
)誘導性発現、即ち、温度、光または添加された化学的
因子による発現など。
中間クローニングベクター用の所望の遺伝子の例として
は、アミノ酸や糖類の様な生産物の合成をコントロール
して植物の栄養価や成長度を改良する遺伝情報を持った
DNAフラグメントまたは配列、外部から病原物質に対
する保護、例えば病原生物またはストレスとなる環境因
子に対する耐性、を付与する生産物の合成をコントロー
ルする遺伝情報を持ったDNAフラグメントまたは配列
、遺伝子工学によって改良しようとする植物の基本的な
過程に情報を与える生産物の合成をコントロールする遺
伝情報を持ったDNAフラグメントまたは配列など。
第2図および第3図は、選択可能なマーカー遺伝子(6
)を含んでいることもある中間クローニングベクターを
表わしている。選択可能なマーカー遺伝子としては、例
えば抗生物質または有毒な類似物質(例えばアミノ酸類
縁体)を暗号化している遺伝子、受容宿主細胞の欠損を
補う遺伝子などが挙げられる。
第4図は、ハイブリッドTiプラスミドベクターの組み
立てに関与する構成を示しており、第5図は、そのハイ
ブリッドTiプラスミドベクターを保持しているA g
robacter iumの分離に関与する実際の接合
工程を表わしている。この工程は、中間クローニングベ
クターがE 、 col i中で組み立てられるので、
この中間クローニングベクターをA grobacte
rium中のアクセプタープラスミドに転移させるのに
必要である。
T−領域の一部が変更された配列で置換されている改良
Tiプラスミドを調製するのに用いられる既知の転移手
法は多数の工程からなっている。
通常、大抵のDNA組換え操作は、特別に設計されたク
ローニング媒体、例えばpBR322(Boliver
、 Gene 2(1977)、 75 93)中で行
なわれる。しかしこのクローニング媒体は、それ自体A
 grobacteriumに移動することができない
。この問題は、既知の方法では次の様にして解決されて
いる: a)  Agrobacterium中でも複製し得る
別の広範囲宿主用クローニング媒体、例えばm1ni−
3aプラスミド(L eea+ansら、Gene 1
9(1982)。
361−364)でpBRクローニング媒体配列を置換
する。この操作はE、coli中で行ない、中間クロー
ニングベクターが得られる。
b)所望のDNAを含有している中間クローニングベク
ターを保持したE、coli株と、A grobact
erium中では複製できないがそれ自体および他のD
NAのAgrobacteriumへの転移を仲介する
ことのできるヘルパープラスミドを保持した別のE。
coli株との接合。
C)工程(b)で得られるE、coliとTiプラスミ
ドを含んでいるA grobacterium中の接合
。ヘルパープラスミドは失われる。
d)中間クローニングベクターは、独立したレブリフン
としてA grobacterium中中で複製し、存
在することができるので、工程(c)で得られた接合体
は、中間クローニングベクターとTiプラスミドとの相
互組込み体を含んでいる細胞、または中間クローニング
ベクターおよび相互組込みが起らなかったTiプラスミ
ドを含んでいる別の細胞の混合物である。相互組込み体
だけを特異的に分離する為に、Tiプラスミドのない別
のA grobacterium中株との接合をもう一
度行なわなければならない。この転移は、Tiプラスミ
ド自体によって暗号化されている機能によって仲介され
る。この第2のA grobacterium株への中
間クローニングベクターの転移は、Tiプラスミドとの
相互組込み体の形でのみ行なわれる。
e)所望の置換を行なった最終的な改良Tiプラスミド
を得るために、第2回目の乗換えが行なわれる (L 
eesansら、J 、 Mo1.  Appl、  
Genet。
1(1981)、149−164)。
僅かにもう1つの既知の方法は、上記工程(d)におい
て、中間クローニングベクターと適合しない別のプラス
ミドをA grobacteriumに導入することを
除けば、上の方法と基本的に同じである。この場合、独
立したレブリフンのままでいる中間クローニングベクタ
ーは全て失われるので、相互組込み(単一乗換え)を選
択することができる(Matzke ら、J、  Mo
1.  Appl、  Genet、  l  (19
81)、39−49 )。
ここに本発明者らは、A grobacteriumの
アクセプターTiプラスミドに中間クローニングベクタ
ーを導入する為の、新規な非常に簡素化された方法を提
供するものである。簡単に言えば、この方法は、多くの
通常使用されているクローニングプラスミド(例えばp
BR322)を直接A grobac −terium
に転移させるのに、E、 coliのヘルパープラスミ
ドが役立つということを見い出した事実に基づいている
。これらのプラスミドは、いづれもA grobact
erium中では複製できないので、アクセプターTi
プラスミドと相互組込みし得るものだけが保持されるこ
とになる。さらに、本発明者らは、A grobact
erium中のこの相互組込み体を、植物細胞への感染
の為の直接のベクター組成物として使用するのである。
この様にして、本発明者らは前記の工程(d)および(
e)を省略した。これによって、改良ハイブリッドTi
プラスミドを組み立てるのに要する時間が減少し、可能
な組み立てに柔軟性が増加し、か(して、植物細胞ゲノ
ムへDNAを転移させる為のベクターとしてこのアクセ
プターTiプラスミドを使用できる可能性が著しく高ま
ったのである。
即ち、第5図に概略を示した様に、アクセプターTiプ
ラスミドへの中間クローニングベクターの導入は2工程
で行なわれる。先づ、中間クローニングベクターを持っ
たE、 coli株(1)を、この中間クローニングベ
クターのA grobacteriumへの授動を促す
2つのプラスミドを持った別のE。
coli株(2)と接合させる。これらのヘルパープラ
スミドの代表的な、そして好ましい例は、mob機能を
含んだR64drdllおよびtra機能を含んだpG
J28である(F inneganら、Mo1. Ge
n。
Genet、 185(1982)、344 351)
。中間クローニングベクターのクローニング媒体上のb
O11サイト(Warrenら、Nature274(
1978)。
259−261)が他の2つのプラスミドによって暗号
化されている機能体によって認識され、転移できる様に
なる。全てのプラスミドは、その存在を検出するために
抗生物質耐性マーカーを含んでいるのが好ましい。次い
で、得られたE、 coli株、即ち3つのプラスミド
全てを保持している授動株(3)を、中間クローニング
ベクターと相同の領域を持ったアクセプターTiプラス
ミドを保持しているA grobacteriumと接
合させる。中間クローニングベクターとアクセプターT
iプラスミドとの単一乗換えが行なわれたかどうかは、
中間クローニングベクターの抗生物質耐性マーカーにつ
いての選択によって検出できる。
第6図は、第1図のアクセプターTiプラスミドの組み
立てに用いられたDNA分子を模式的に示したものであ
る。本明細書では、このプラスミドをアクセプターTi
プラスミド(タイプA)と呼び、他のアクセプターTi
プラスミド(タイプB)と区別することにする(第8図
参照)。この組み立てには、Tiプラスミドと、クロー
ニング媒体(3)中に境界配列(1)および(2)を持
っているもう1つのプラスミドとの間に二重乗換えが起
ることが必要である。図に示した様に、クローニング媒
体配列(3)は左側の境界配列(1)と右側の境界配列
(2)との司にある。このDNA鎖の正しい極性を示す
ために、これを環上に描くことができる。
しかし、二重乗換えに使用される相同領域を示すために
は、この環を開裂させて図示した。これは理解を助ける
為のやり方として重要であり、第8図に於けるアクセプ
ターTiプラスミド(B)の組み立てに於いても用いら
れている。即ち、もし境界配列(1)および(2)が、
単にクローニング媒体配列(3)rlMに挿入されたの
なら、二重乗換えによって、T−領域が削除されてはい
るがこの境界配列(1)および(2)の間のクローニン
グ媒体配列の落いTiプラスミドが得られることになる
。第6図に示した様に、二重乗換えによって、境界配列
(1)および(2)の間にもとのT−領域を持った環状
DNA分子が生成する。これはレプリコンではないので
消失する運命にある。この二重乗換えが起ったかどうか
は、例えばTiプラスミドのT−領域内に含まれる抗生
物質マーカーの欠落について選択したり、クローニング
媒体配列(3)内の抗生物質耐性マーカーについて選択
したりして、遺伝子学的に選択することができる。
第7図は、第2図および第3図の中間クローニングベク
ターの組み立てを示す模式図である。制限エンドヌクレ
アーゼサイトR1またはR3でそれぞれ囲まれた所望の
遺伝子(5)および選択可能なマーカー遺伝子(6)が
、酵素R8およびR2の為の特異な制限サイトを含んで
いるクローニング媒体ILJII(3’)に、これら全
ての分子の消化およびう。
イゲーションによって挿入される。得られた組換えDN
A分子は、E 、 coli宿主細胞を形質転換するの
に使用され、その形質転換体は、クローニング媒体配列
(3°)の抗生物質耐性マーカー(Ab”)で選択され
る。
第8図は本発明のもう1つの態様、即ちアクセプターT
iプラスミド(B)を組み立てるのに使用されるDNA
分子の模式図である。この場合は、境界配列(1)およ
び(2)のすぐ外側に位置するDNA配列(9)および
(10)の凹にクローニング媒体配列(3)′を含んで
いるプラスミドとTiプラスミドとの間で二重乗換えが
起る。乗換えに使用される相同領域を示す為に、小さい
方のプラスミドは開裂しである(第6図と同様)。二重
乗換えによる生成物は、アクセプターTiプラスミド(
B)と、もとのTiプラスミドからのT−領域およびD
NA配列(2)、(10)、(9)および(1)を含ん
でいる、消失するもう1つの環状DNA分子である。
遺伝子学的選択は第6図について記載したものと同様に
して行なうことができる。
第9°図は、第8図のアクセプターTiプラスミドBと
組み合せて使用される中間クローニングベクターの模式
図である。ここでは、所望の遺伝子(5)は、クローニ
ング媒体配列(3°)中に含まれている境界配列(1)
および(・2)の間に挿入される。
第10図は、単一乗換えにより第9図の中間クローニン
グベクターがどの様にしてアクセプターTiプラスミド
(B)に挿入されるかを模式的に示している。この場合
、中間クローニングベクターのクローニング媒体配列(
3゛)の抗生物質耐性マーカーで選択すると、2つのプ
ラスミドの間の相互組込みの結果としてのハイブリッド
Tiプラスミドを確実に見つけることができる。こうし
て境界配列(1)および(2)内に含まれている所望の
遺伝子を持ったハイブリッドTiプラスミドが得られる
。この様にして組み立てられたハイブリッドプラスミド
は、そのT−領域に、例えば第4図のハイブリッドTi
プラスミド中の配列(3)および(3′)の様な直接反
復の配列を含有しておらず、従って、分子内組換えの結
果として、ハイブリッドベクターまたは植物細胞ゲノム
中に導入されたDNAが不安定になる可能性が避けられ
る。
本発明者らの研究室で行なった実験結果から、第9図の
中間ベクターの組み立てには、境界配列lおよび2の両
者を所有する必要はないことがわかった(未発表)。し
かし、所望のDNA配列を植物ゲノムに組込むには、少
なくとも右側の境界配列(2)(第1図および第9図参
照)を有することが必要十分条件である。
AgrobacteriuiのTiプラスミド、例えば
ツバリンまたはオクトピンTiプラスミドの制限エンド
ヌクレアーゼ地図についての知見(D epicker
ら、Plas++1d3(1980)、193 211
;DeVosら、Plasaid6(1981)、24
9 253)およびT−DNA境界配列を含んでいる制
限フラグメントについての知見(Z ambryski
ら、J、Mol。
Appl、Genet、  1(1982)、361 
370;D e B euckeleerら、Mo1.
  Gen、  Genet、  183(1981)
、283−288)から、当業者であれば誰れでも、本
発明方法に従ってアクセプターTiプラスミドを組み立
てることができる。この他、通常の組換えDNA技術お
よび基礎的な細菌の遺伝子操作を実施できる能力が要求
されるに過ぎない。本発明は、ハイブリッドTiプラス
ミドベクターを組み立てるのに有効であることがわかっ
た本明細書に記載したアクセプターTiプラスミドを具
体的に提案している点でユニークなものである。更に、
これらのアクセプターTiプラスミドは、遺伝子を植物
細胞ゲノムへ導入するための方法の一部を構成する様に
設計されたものである。
既述したアクセプターTiプラスミド、中間クローニン
グベクター、ハイブリッドTiプラスミドベクターおよ
びベクター組成物を更に例示し、植物細胞ゲノムへ組込
まれた外来性遺伝子の発現を示す形質転換植物細胞およ
び植物を提供するのにこのベクター組成物が有効である
ことを例証するだめに、以下に実施例を挙げる。
実施例1 アクセプターTiプラスミドpG■3850
(Aタイプ)の組み立て 出発法およびプラスミド: Agrobacterium tume4aciens
 (野性型Agroba−cterium由来のりファ
ンピシン耐性株C58C1およびクロラムフェニコール
−エリスロマイシン耐性株C58C1) Tiプラスミ)’=pGV3839 第11図のプラスミド= pAcgB TiプラスミドpGV3839はツバリンプラスミドp
Ti C58trae(1)GV3100 :Hols
tersら、  P1asa+id 3(1980)、
  212−230)から組み立てる。これはT−領域
の中央近(に欠失置換突然変異体(ミュータント)を含
んでいる:即ち、Hind illフラグメント19の
内部のSaa Iフラグメント24 (D epick
erら、Plasaid  3  (1980)、19
3 211)は、Ti5のapt (アセチルホスホト
ランスフェラーゼ)遺伝子を含んでいるpKC7のHi
ndllフラグメント (Raoら、Gene 7(1
979,79−82)で置換されている。この遺伝子は
アミノグリコシドネオマイシンおよびカナマイシンに対
する耐性を暗号化している。pGV3839のT−領域
の制限地図を第12図に示す。
プラスミドpAcgBは、T−DNAの境界部だけを含
んでいるpBR322中のAcgBの挿入体である(第
11図参照)。この境界部はT−DNAの末端部として
定義され、これらの領域は、T−DNAの植物細胞ゲノ
ムへの安定な組込みに役割を果たす。このクローンの起
源および分析については詳しく記載されている(Z a
mbryski ら、5cience209  (19
80)、1385 1391)。
このクローンは、形質転換されたタバコDNAからT−
DNAの部分を再分離することにより得られた。pAc
gBは、T−DNAの左右の境界を含、む様に縦列に並
んだ2つのT−DNAコピーの接合点を含んでいる。更
に、pAcgBは、その遺伝情報が右側T−DNA境界
のすぐ近くに位置しているという理由でツバリンシンタ
ーゼ遺伝子を含んでいる。このプラスミドpAcgBは
、「タイプA」アクセブ9−Ti プラスミド、 pG
V3850の組み立てに使用される。第6図は関与する
構造の概略を、第13図はpGV3850を与える二重
乗換えに関与するDNA領域をより正確に示したもので
ある。
上記のプラスミドpAcgBは、そのpB R322部
分にCo1E1−特異bowサイトを持っており、ヘル
ハーブラスミドR64drdllおよびpGJ28を使
ってE 、 col iからA grobacteri
u+sへ授動することができる。E、coliに含まれ
ているプラスミドR64drdllおよびpGJ28は
、接合により、pA cg Bを持ったE、coli株
に導入される。トランス接合体は、アンピシリン耐性(
pAcgBのpBR322配列から)、ストレプトマイ
シン耐性(R64drd l 1から)、およびカナマ
イシン耐性(pGJ28から)コロニーとして選択され
る。
3つのプラスミドの全てを保持しているE。
coli株を、リファンピシン耐性でありTiプラスミ
ドpGV3839を含んでいるA grobacter
ium株C58C1に接合させる。ツバリンTiプラス
ミドとの最初の単一乗換えを選択するのにpBR322
のアンピシリン耐性を利用する。アンピシリン耐性をA
grobacteriua+中で安定させることができ
る唯一の方法は、T−領域境界近くの相同領域の1つで
pGV3839と相同組換えにより乗換えをすることで
ある。他の相同領域での2回目の乗換えにより、apt
遺伝子(カナマイシン耐性)を含んでいるpGV383
9のT−領域の中央部がりo−ンpAcgBのpBR3
22配列で置換される。従って、第2の組換え体はアン
ピシリン耐性、カナマイシン感受性である。第2の組換
え体を分離する確率を高めるために、最初の組換え体(
pAcgB ::pG V 3839 )を保持してい
るリファンピシン耐性Agrobacteriumを、
Tiプラスミドを持っていない第2のクロラムフェニコ
ール/エリスロマイシン耐性Agrobacteriu
m株と接合させる。この様にして、約600コロニー中
、1コロニーの割合で、アンピシリン耐性、カナマイシ
ン感受性のクロラムフェニコール/エリスロマイシン耐
性Agrobacterium pG V 3850を
得ることができる。
勿論、pGV385clイプノアクセブ9− T i。
プラスミドを組み立てるのに使用することができるその
他のTiプラスミドもある。T−領域の中央近くに選択
し得るマーカー遺伝子を持ったTiプラスミドは全て受
容体として使用できる。更に、左境界フラグメント−p
BR322−右境界フラグメントの方向に、左右の境界
フラグメントの中。
間にpBR配列が位置する様に、pBR322にT−領
域境界フラグメントを挿入することによってpAcgB
様のプラスミドを組み立てることができる。例えば、ツ
バリンTiプラスミドの左および右境界フラグメントは
それぞれHindl11フラグメント10および23で
ある( Depickerら、Plasi+id 3(
1980)、193 211)。
単一乗換えによって、pBR322またはその誘導体に
挿入されている所望の遺伝子を含んだ中間クローニング
ベクターがpGV3850の改良されたT−DNA領域
に導入される。唯一つ必要なことは、中間クローニング
ベクターのE、coliからAgrobacteriu
mへの転移を選択する為の手段として使用する為に、導
入されるDNAが、既にpBR322に存在するものの
他にもう1つの耐性マーカー遺伝子を含んでいるという
ことである。
この耐性マーカーは、pBR配列内に含まれていてもよ
く (例えばpBR325のCl3、またはpKC7の
KI′1)、植物細胞内で試験されるDNA内に含まれ
ていてもよい。更に、アクセプターTiプラスミドpG
V3850におけるApl遺伝子転子R322は、Km
”の様な別の耐性マーカー遺伝子で置換してもよい。こ
の様にして、Ap!であるpBR322含有中間ク含有
中間クローニング−ですら、このpGV3850タイプ
のアクセプターTiプラスミドに直接授動することがで
きる。
pGV3850タイプのアクセプターTiプラスミドの
もう1つの利点は、形質転換された植物細胞で腫瘍をつ
くらないということである。pGV3850の短かくな
ったT−DNA領域は、依然としてツバリンシンターゼ
を暗号化している遺伝子を含んでいるので、pGV38
50で形質転換された細胞は、ツバリンが存在するかど
うかを分析・することにより、非形質転換細胞から簡単
に選り分けることができる。勿論、アクセプターTiプ
ラスミドpGV3850に組込まれた中間クローニング
ベクターがマーカー遺伝子を含んでいたら、それも直接
スクリーニング、即ち選別にかけることができる。
pBR322配列を含んだ上記の中間クローニングベク
ターの単一乗換えによるアクセプターTiプラスミドへ
の挿入のほか、このアクセプターTiプラスミドは、「
ショットガン」タイプの実験に於いて、pBR322ま
たはその誘導体中のクローンされたDNAバンクの受容
体としても使用することができる。Agrobacte
riul中の全てのハイブリッドプラスミドベクターは
、植物細胞の感染に使用することができ、次いで所望の
選択可能な遺伝子(群)の発現についてスクリーニング
される。例えば、選ばれたアミノ酸が欠乏している植物
細胞に全バンクを適用することにより、アミノ酸合成を
暗号化している遺伝子について簡単に選別することがで
きる。
アクセプターTiプラスミドpGV3850は、2つの
特徴的な表現形質を持っている:即ち、(i)腫瘍生成
能力がないこと、および(ii)もしT−DNAが植物
細胞ゲノム内に転移したら、ツバリン合成能を有するこ
と、である。pGV3850含有A grobacte
riumで感染させた各種の植物組織のこれらの特徴を
調べるために、種々の実験を行なった。
a)ジャガイモおよびニンジンディスクを用いた試験 ジャガイモおよびニンジンの切片にアクセプターTiプ
ラスミドpGV3850を接種すると、少量の硬結組織
が生成する。この組織にツバリンが存在するかどうかを
試験した所、陽性であることがわかった。この突然変異
体が少量の硬結組織を生産し得ることは興味あることで
ある。しかし、それは、これらのディスクを低濃度のオ
ーキシンおよびサイトキニンの両者を含んでいる培地で
生育させた時だけ得られる。
b)全植物をアクセプターTiプラスミドpGV385
0で接種 ホルモンを含まない滅菌寒天培地で生育しているタバコ
およびペチュニアの苗木にpGV3850を接種する。
数カ月後に少量の組織成長が観察されただけである(通
常、2週間後に「野生型」腫瘍が検出される)。この組
織はホルモンを含まない培地では生育しないが、オーキ
シンおよびサイトキニン含有培地での滅菌組織培養では
、さらに増殖することができる。この組織もツバリン陽
性であることがわかった。
C)さらに、pGV3850r形質転換」細胞は腫瘍性
ではないので、これらの細胞は、転移したDNAセグメ
ントをそのゲノムに依然として保持している正常な植物
に再生することができる。この形質転換細胞を通常の再
生培地(実施例5を参照)で培養すると、正常植物が得
られよう。
pGV3850の、アクセプタープラスミドとしての有
用性を証明する為に、以下の実験を行なった。pBR3
25中にオクトピンT−DNAの腫瘍機能を含んでいる
中間クローニングベクターを、pGV3850を保持し
ているA grobacteriumに組み込んだ。単
一乗換えによって得られたAgrobacterium
中のハイブリッドTiプラスミドを、傷つけたタバコ植
物に接種した。2週間後に腫瘍組織があられれた。この
ことは、腫瘍誘導DNAがpGV3850に再導入され
、形質転換植物細胞中で適切に発現されたことを示して
いる。
実施例2 中間クローニングベクターpGV700およ
びpGV750の組み立て この組み立ての概略を第14図に模式的に示した。オク
トピンTiプラスミドB6S3のTL−DNAの右側部
分であり、pGVO201(DeVO8ら、Plasm
id6(1981)、249 253)中に存在するH
indl11フラグメント1を、まず、広範囲宿主性ベ
クターpGV l 122 (Leemansら、Ge
ne  19(1982)、361 364)のH4n
dlllサイトに挿入する。組換えプラスミドpGVO
201は、多コピーベクターpB R322(Boli
varら、Gene 2(1977)、95−113)
の特異なHindlllサイトに挿入されたHindl
llフラグメント1を含んでいる。pGv0201およ
びpGV1122DNAは、Betlachらが記載し
ている方法で調製される(Fed。
Proc、35(1976)、2037−2043)。
最終1120 tt(l中、pGVO201DNA 2
μgを、Hind III 2単位(全ての制限酵素は
B oehringer Mannheimから購入し
た)を用いて、37°Cで1時間完全に消化した。イン
キュベーション緩衝液は○’ F arrell らに
より記載されている(Mo1.Gen、Genet  
179(1980)、421−435)。同じ条件下テ
pGV 1122  DNA2μgをHindlllで
完全に消化した。
最終量20ttQ中、T4リガーゼ(B oehrin
gerMannheim ) 0.02単位を用い、0
.1μ8のHindll+消化pGVO201をHin
dll+消化pGV1122とライゲーション(結紮)
した。インキュベーション緩衝液および条件は、製造業
者の指示に従った( Brochure″T4リガーゼ
”、Boehringer Mannheim、 19
80年8月、#10゜M、880.486 )。ライゲ
ーション混合物のコンピテントE、 coli K 5
14 hsr−hsn”細胞(Colsonら、Gen
etics52(1965)、 1043−1050)
への導入(形質転換)は、D agertおよびEhr
lichの方法(Gene 6(1980)、 23−
28)に従って行なった。細胞を、ストレプトマイシン
(20μg/xQ>およびスペクチノマイシン(50μ
g/xQ)を補足したLB培地(Miller。
E xperiments in Mo1ecular
 Genetics (1972)、 Co1d Sp
ring Harbor Laboratory、 N
ewY ork)に塗抹した。組換えプラスミドを含有
している形質転換体を、テトラサイクリン耐性を暗号化
している遺伝子への挿入によるその不活性化(L ee
mans ら、Gene  19(1982)、361
−364)に基づき、テトラサイクリン感受性(10μ
g/xQ)でスクリーニング(選り分け)した。ストレ
プトマイシンおよびスペクチノマイシンに耐性を示し、
テトラサイクリンに感受性を有するクローンを物理的に
同定した。マイクロスケールのDNA調製はK 1ei
nらの方法(Pla’5m1d3 (1980)。
88−91)に従って実施した。pGV1122のHi
ndlllサイト中のHindlllフラグメント1の
配向は、5all?Fl化によって決定した。組換えプ
ラスミドを消化しく0’ F arrell らの条件
、Mo1.Gen、Genet、179(1980)、
421−435Lアガロースゲル電気泳動にかけると2
個のフラグメントが得られた。α−配向には0.77k
bおよび22.76kbのフラグメント、β−配向には
、10.33kbおよび13.20kbのフラグメント
があった。α−配向の組換えプラスミドをその後のクロ
ーニングに使用し、これをpcV1168と名付けた。
TL−DNAの左側部分く左の境界配列を含んでいる)
を含有しているBgl ll−5al +フラグメント
をBgl ll−3at Iで開裂したpGV1168
に導入する。このフラグメントは、ベクターpBR32
2に挿入された、pTiB6S3 のT領域からの、B
amHIフラグメント8を含んでいる組換えプラスミド
pGVQ 153 (De Vosら、Plasmid
6(1981)、  249 253)から得うレル。
pGVO153およびpGV1168DNAはB et
 1achらの方法で調製する(Fed。
Proc、35(1976)、2037−2043)。
pGVO153DNA10μgを10単位のBglII
および10単位の5ailを用い、最終量100μQ中
37℃で1時間、完全に消化した。消化混合物をプレバ
ラティグ0.8%アガロースゲル上、A llingt
onらの方法(A nal、  B iochim、 
 85 (1978)、188−196)で電気溶出し
、ゲルから2.14kb Big ll−3al II
フラグメントを回収した。pGV 1168DNA 2
dgを2単位のBgl IIおよび2単位の5ai1で
完全に消化した。
最終量20uQ中、T 4 D N A リガーセo、
o2単位を用いてBgl If−Sal Iフラグメン
トDNA0.1dgを0.02agのBgl lll−
3ail消化pGV1168とライゲーションした。こ
のライゲーション混合物をコンピテントE、coli 
K514 hsr−hsm”細胞(Dagertおよび
E rhlich。
Gene 6(1980)、23−28)に導入した。
細胞をストレプトマイシン(20l1g/z(1)およ
びスペクチノマイシン(50μg/xのを補足したLB
培地(Miller、 ExperiI!1ents 
in Mo1ecularGenetics (197
2)、 Co1d S pring HarborLo
boratory、 New YorK)に塗抹した。
ストレプトマイシン−およびスベクチノマイシンー耐性
形質転換体から、マイクロスケールDNAプレバレージ
ョン(Kleinら、Plasmid 3(1980)
、88−91)を行なった。2.14kbBgl ll
−5al lフラグメントがBgl ll−5al +
消化pGV1168に挿入されている組換えプラスミド
をBgl ll−3al I消化により同定した。
この消化で2.14kbおよび21,82kbの2つの
フラグメントが得られた。これらの分子量(2゜14k
bおよび21.82kb)に相当する消化パターンを持
ったプラスミドをpGV1171と名付け、さらにクロ
ーンするのに用いた。pGV1171からの12.65
kbフラグメントは、左右のTL−DNA境界配列(D
 e B euckeleerら、1nPr。
ceedings Hth Internationa
l  Conference onPlant Pat
hogenic Bacteria、 M、Ride’
(ed、)(1978)、  I、  N、  R,A
、、  Angres、 115−126)および腫瘍
性の増殖を可能にする遺伝子(L eemansら、E
MBOJ、(1982)、147−152)を含んでい
る。このHindll+フラグメントをプラスミドpB
 R325に挿入シた(Bolivar、Gene4(
1978)、121 136)。
pGV1171およびPBR325はBetlachら
の方法で調製した(Fed、  Proc、  35(
197,6)。
2037−2043)。それぞれのDNA2μgを2単
位のHindlllを用い、37℃で1時間完全に消化
したくインキニバーション緩衝液はO’Farrell
らにより記載されている(Mo1. G en、 G 
enet、179(1980)、421−435))。
0.1μgのHindlll消化したpGV1171を
、Hindlllで線状化した0、05μgのpB R
325と、T4DNAリガーゼ0.02単位を用いてラ
イゲーションした。ライゲーション混合物によるコンピ
テントE、 coli K 514 hsr−hsm”
の形質転換はD agertおよびEhrlichの方
法で行なった(Gene 6(1980)、23 28
)。細胞を、カルベニシリン(100μg/xQ’)を
補足したLB培地(Miller、  Experim
ents in Mo1ecularGenetics
 (1972)+ Co1d Spring Harb
orLaboratory、 New York)に塗
抹した。カルベニシリン耐性コロニーを、テトラサイク
リン耐性を暗号化してい、る遺伝子に挿入することによ
るその不活性化に基づき、テトラサイクリン(10μg
/lの感受性でスクリーニングした(Bolivar、
 Gene 4(1978)、121−136)。カル
ベニシリン耐性、テトラサイクリン感受性のコロニーを
、そのコロニーから調製したDNAの制限酵素消化によ
り、マイクロスケール技法(K 1ainら、Plas
mid 3(1980)、88 91)によって物理的
に特性化した。即ち、BamHI消化により、4つのD
NAフラグメントが得られる:α配向の場合は0.98
kb、4.71kb、5.98kbおよび7.02kb
のフラグメントが得られ、β配向の場合は0198kb
、 4.71kb%1.71kbおよび11.20kb
のフラグメントが得られる。こうして得られたα配向の
組換えプラスミドはpGV700と名付けられ、更にそ
の後の実験に用いられた。
pGv750は、pGV700に挿入サレタTL−領域
の内部の腫瘍に必須の機能を暗号化している3、49k
b Bgln−3ealフラグメントの代わりに、カナ
マイシン耐性を暗号化している2、81 kb Bam
HI−Hpalルミlフラグメントすることにより、p
GV700から誘導される。カナマイシン耐性を暗号化
しているBamHI −Hpalルミlフラグメント:
Tn5(Bergら、P roc、N at l。
Acad、Sci、USA 72(1975)、362
8−3632 )から得られる。λ::Tn5の調製は
Mi 11erにより記載されている(E xperf
*entg in Mo1ecular Geneti
cs(1972)+ Cold S pringHar
bor Laboratory、 New York)
o pG V 700DNAはBetlachらの方法
で調製する(Fed。
Proc、35(1976)、2037 2043)。
pGV700  DNA  2μgを2単位ノBglI
Iおよび2単位のSmalで完全に消化した。λ::T
n5DNA2μgを2単位のBamHIおよび2単位の
Hpalで完全に消化した。1μgのBamHI −H
paI消化λ::Tn5を、最終量10tt(l中、T
4  DNAリガーゼ0.5単位を用いて、0.2μg
のBgIn−3maI消化pGV700とライゲージ目
ンした(製造業者の指示する条件に従った)。このライ
ゲーション混合物をコンピテントE、coli K51
4 hsr−hsm”細胞(D agertおよびEr
hlich。
Gene6(1980)、23 28)に導入した。
細胞を、カルベニシリン(100μg/zi2)および
カナマイシン(25μg/xQ)を補足したLB培地(
Miller、 E xperiments in M
o1ecular Genetics(1972)+ 
Co1d S pring Harbor Labor
atory、 New York)上に塗抹した。マイ
クロスケール技法(K 1einら、P1as+++i
d 3(1980)、88 91)に従って調製したD
NAの制限酵素分析により、CbRおよびKm”コロニ
ーを物理的に特性化した。
このDNAをBglII/BamHIで二重消化すると
、3.94kb、 5.89kbおよび8.09kbの
3つのフラグメントが、Hindlllで消化すると2
.68kb、5.99kbおよび9.25kbの3つの
フラグメントが得られる。この消化パターンを示すプラ
スミドをpGV750と名付け、第15図に模式的に示
した。
pGV700とpGV7501t、オクトピンTiプラ
スミドpTiB6s3のTL−DNAの左右の境界配列
を含む、2つの相異なる中間クローニングベクターであ
る。更に、これら2つのプラスミドではT−領域内の削
除の程度が異なっている。
pGV700は、オクトピンシンターゼ(トランスクリ
プト3)およびその他3つの生成物、即ち4.6aおよ
び6b(T−領域の生成物についてはW il 1m1
tzerら、ENBOJ、  1  (1982)。
139−146参照)のための遺伝情報を持った縮小T
−領領域含んでいる。この3つの生成物(4,6aおよ
び6b)の組み合せが形質転換された植物の新芽形成を
促す。pGV750はもっと小さいT−領域、即ちオク
トピンシンターゼ遺伝子だけを含んでいる。生成物4,
6aおよび6bの為の情報は、カナマイシン(ネオマイ
シン)耐性を暗号化している抗生物質耐性マーカー遺伝
子によって置換されてしまっている。
pGV700およびpGV750は、Bタイプのアクセ
プターTiプラスミド(第8図および後記実施例3参照
)と共に使用し得る中間クローニングベクターの例であ
る。これらのベクターは、それらが所望の遺伝子を含ん
でいないことを除けば、第9図に示したものと部分的に
類似している。これらのベクターは、その改良T−領域
内にクローンする為の1個の制限エンドヌクレアーゼサ
イトを含んでいるので、所望の遺伝子を簡単にそれらの
ベクターに挿入することができる(第14図および第1
5図参照)。
実施例3 アクセプターTiプラスミドpG■2260
(タイプB)の組み立て 出発株およびプラスミド。
Agrobacterium  tumefacien
s (野生型A grobacteriumから誘導さ
れる、リファンピシン耐性株C58C1よびエリスロマ
イシン−クロラムフェニコール耐性株C58C1) Tiプラスミド=pGV2217 中間ベクター(第16図)=pGV 745Tiプラス
ミドpGV2217の組み立てについては詳細に記載さ
れている( L eemansら、EMBOJ、1(1
982)、147−152)。これは、オクトピンTi
プラスミドの全TL−領域の欠失置換突然変異体を含ん
でいる:即ち、BamHIフラグメント8.30b、2
8.17aおよびBa+*H■フラグメント2の左の3
.76kb BamHI−EcoRIフラグメント(D
e Vosら、P 1asa+id 6 (1981)
、249−253)が、Tn5のapt (アセチルホ
スホトランスフェラーゼ)遺伝子を含んでいるpKC7
のEcoRI −BamHIフラグメント(Rao &
 Rogers、 Gene 7(1979)、  7
9−82)で置き換えられている。この遺伝子はアミノ
グリコシド、ネオマイシンおよびカナマイシンに対する
耐性を暗号化している。
中間ベクターpGV745の組み立てを第16図に模式
的に示した。これについて以下に詳述する。組換えプラ
スミドpGV713を、α配向でHind111フラグ
メント14.18c、22eおよび38cを含む、オク
トビンTiプラスミドサブクローンpGVO219(D
e Vosら、P lasmid 6 (1981)、
249−253)から誘導した。pcv0219DNA
をBamHIで完全に消化し、次いで自己結紮(セルフ
ライゲーション)に有利な条件下でライゲーションした
(ライゲーション混合物中のDNAの最終濃度< 18
g DNA/n+Q)。アンピシリン耐性で形質転換体
を選別し、制限酵素による消化で物理的に特性化した。
こうしてpGVO219に存在する6、5kb Bam
HIフラグメントをもはや含んでいないクローンを分離
し、こhをpGV713と名付け、その後のクローニン
グに使用した(以下の記載参照)6BamHIフラグメ
ント2を含んでいるpGV O120(De Vosら
、Plas++id 6(1981)、249 253
)から組換えプラスミドpGV738を誘導した。pG
VQ120DNAをEcoRIで消化し、pGV713
の場合と同様にして自己結紮させた。形質転換体をアン
ピシリン耐性によって選別し、制限酵素消化により分析
した。EcoRIフラグメント20.12およびEco
RIフラグメント19aの一部とpBR322の一部を
含んでいる2、95kbEc。
R1フラグメントが全て除去されたクローンをpGV7
38と名付け、更にその後のクローニングに利用した。
このプラスミドは、依然としてBaa+HIフラグメン
ト2の右側部分カラノ5.65kb EcoR1−Ba
mHIフラグメントを含んでいる(DeVosら、P1
asa+id 6(1981)、  249−253)
次いでpGV713 DNAをHind IIIおよび
BamHIで消化し、消化物をブ“レパラティブアガロ
ースゲルにかけた。電気泳動の後、pGV713内に含
まれている2、30kb Hind III−BamH
lフラグメントを電気溶出で純化した(Ailingt
onら、Anal、  Biochea+、  85(
1975)、  188−196)。このフラグメント
をHind IIIおよびBamHIで完全に消化した
pGV738とライゲーションした。形質転換後、アン
ピシリン耐性コロニーを、制限酵素消化により物理的に
特性化する。例えば、EcoRI −BamHI消化に
より、それぞれ3.98kb(=ベクタ一部分)と7.
95kb(=挿入部分)の2つのフラグメントが得られ
るはずである。この特性を持った組換えプラスミドはp
GV745と命名され、アクセプターTiプラスミドp
GV2260を組み立てるための中間ベクターとして使
用された。
プラスミドpGV7454t pBR322部分にCo
1El特異的bowサイトを持っており、実施例1に記
載した様に(アクセプターTiプラスミドpGV385
0の組み立てについて)、ヘルパープラスミドR64d
rdllおよびpGJ28を使ッテE、 coliから
Agrobacteriumへ授動させることができる
pGV745を、リファンピシン耐性でありTiプラス
ミドpGV2217を含んでいるA grobacte
rium株C58C1に授動させた。最初の乗り換えは
、実施例1(アクセプターTiプラスミドpGV385
0の組み立て)に記載した方法と同じ方法で、pBR3
22のアンピシリン耐性を使って選択したc2回目の乗
り換えにより、pGV2217に存在する欠失置換突然
変異体がプラスミドpGV745のpBR322配列に
よッテ置換される。pGV745のPGV2217との
相互組込みの結果得られるアンピシリン耐性トランス接
合体を、カナマイシン耐性の欠落により直接選別するこ
とにより第2の組換え体を得た。この様にして、pGV
2260(アンピシリン耐性、・カナマイシン感受性)
を含んでいるリファンピシンA gr□bacteri
um株C58C1を得た。
このTiプラスミドpGV2260+t、pcv700
−またはpGV750−タイプの中間クローニングベク
ター用のアクセプタープラスミド(Bタイプ)として使
用されるものである。これらは、(i)アンピシリン耐
性遺伝子、複製起源およびpBR322のbowサイト
を持ったり、NAフラグメント、(ii)TL−DNA
の左右の境界配列のすぐ外側に位置するDNA配列およ
び、中間クローニングベクターのE、 coliからA
 grobacteriumへの転移並びにそのアクセ
プターTiプラスミドpGv2260への相互組込みを
遺伝学的に選別し得る、pBR322に既に存在してい
る耐性マーカーとは別の、もう1つの耐性マーカーを含
んでいるDNAフラグメント、で構成されている。
例えば、本発明者らは、pGV2260とpcv700
との間の相互組込み体を持っているAgrobacte
riumは、所望のDNA配列(T−DNA境界の間に
含まれている)を植物細胞ゲノムへ転移させ得ることを
立証した。この形質転換された植物細胞は、もしpGV
700が3つの生産物のための遺伝情報(4,6aq 
6b; Willmitzerら、EMBOJ、1(1
982)、139−146)を含んでいる場合は、期待
される表現形質、即ち新芽を生じる腫瘍を示す。この様
に、本発明者らは、BタイプのアクセプターTiプラス
ミドは、第9図に示し、更に実施例2に記載したタイプ
の中間クローニングベクターとの相互組込み体として使
用すると、DNAを植物細胞に転移させることができる
ことを証明した。
実施例4 植物に発現させようとする遺伝子を含んだ中
間クローニングベクターの組み立て本発明が完成される
まで、TiプラスミドのT−領域内の、多かれ少なかれ
でたらめな位置に全遺伝子を挿入しても、その外来性の
配列が植物ゲノムへ転移した後発現されるということは
なかった。本発明方法に従えば、所望の外来性遺伝子(
群)の暗号領域を、植物細胞中で機能することが知られ
ている転写開始および終了信号に連結することができる
。この方法の有用性は、ツバリンシンターゼ遺伝子を暗
号化しているDNA配列が関与する、本発明、の実験に
よって例証される。この遺伝子の全配列および正確な転
写開始および終了は既知である(Depickerら、
J 、 Mo1.  Appl、  Genet’、1
(1982)、561 574)。本発明によれば外来
性遺伝子の蛋白質暗号化領域はnosプロモーターの隣
りに挿入することができる。外来性遺伝子配列の例とし
て、オクトピンシンターゼ遺伝子の暗号領域(De G
reveら、J、 Mo1. Appi、 Genet
、  1(1982)、  499 512)をnos
プロモーターに隣接させて挿入する。この構造物はアク
セプターTiプラスミド内に授勤され、植物を感染させ
るのに使用される。生成した腫瘍組織にオクトピンが存
在するかどうかを分析した所、陽性であることがわかっ
た。
キメラツバリンプロモーターを含有している中間クロー
ニングベクターの組み立て:オクトピンシンターゼ構造
遺伝子を第18図〜第20図に示す。
簡単に言えば、nos遺伝子を含んでいる制限フラグメ
ントHind 1Il−23をインビトロで処理してn
os暗号配列の大部分を除去する一方、制限エンドヌク
レアーゼサイトBa+aHIに隣接しているnosプロ
モーターは保持する(第18図)。10MgのpGVO
422(完全なnos遺伝子を含むHind 1lI−
23フラグメントを持ったpBR322誘導体; De
pickerら、  Plasmid (1980)、
193−211)を5au3Aで消化し、nosプロモ
ーターを含んた350bpのフラグメントをプレバラテ
ィグ5%ポリアクリルアミドゲルで分離する。このプロ
モーターフラグメントを、5゛−末端燐酸エステル基を
除去するために予め細菌性アルカリホスファターゼ(B
AP)で処理シた、Bgl 11=切断pKC7(Ra
oら、Gene7(1979)、79−82)に結合さ
せる。得られたプラスミド(pLGv13)20Mgを
Bgl 11テ消化し、400μQの1211M Mg
CQt、12IIIMCaC(h、0.6M NaC&
、1o+M EDTAおよび20IIMトリスーHCl
2(pH8,0)中、30℃でBal・31エキソヌク
レアーゼ(Biolabs、 New England
) 7単位を用いて4〜10分間処理する。この間、約
20〜50bpのDNAが除去される。このBa131
−処理分子をBaa+HIで消化した後、DNAポリメ
ラーゼのK lenowフラグメントと4つのデオキシ
ヌクレオシドトリホスフェート(それぞれ10MM)と
共にインキュベートして、その末端を満たす。充填され
たBamHI末端とBat31除去末端とのライゲーシ
ョンから得られる再生Ba5HIサイトを持ったプラス
ミドを選別する。
い(つかの候補のBamHI −3ac IIフラグメ
ントのサイズを6%尿素−ポリアクリルアミドゲル中で
見積り、サイズが200〜280ヌクレオチドの範囲に
ある候補のヌクレオチド配列を決定する。プロモーター
を持った203bpのSacll−BamHIフラグメ
ントを含んでいるクローンpLGV81を、pGVO4
22の nos遺伝子転子S ac Il−BamHI
  フラグメントと置換するのに使用する・この最終プ
ロモーターベクターはpLGV2381と呼ばれる。全
ての組換えプラスミドはE 、 col i株HBIO
Iの形質転換により選択する。
この様に処理したnosプロモータを含んでいるプラス
ミドベクターをBamHIで消化し、BanHIフラグ
メントに含まれているOCSの暗号配列をこのサイトに
挿入する。このOCS暗号配列も、インビトロで処理し
、第19図に示した様に、BaaH1制限エンドヌクレ
アーゼサイトで囲まれる様にする。オクトビンTiプラ
スミドB6S3のBaa+HIフラグメント17a 1
0μs (De Vosら、Plasg+id 6(1
981)、249−253)をBamHIおよびSma
Iで消化し、ocs−暗号配列を含むフラグメントを1
%アガロースゲルから分離し、pB R322の大きい
BamHI −PvuII 7ラグメントに結合させる
 ;得られたプラスミド、pAGV828(20μg)
をBamHIで消化し、第18図に示した様にエキソヌ
クレアーゼBa131で処理し、次いでHindlll
で消化し、末端を充填し、自己結合させる。Ba131
除去体のサイズは6%ポリアクリルアミドゲル中で見積
る。いくつかの候補のヌクレオチド配列を決定し、5°
−非翻訳リーダー配列の残り7bpだけを持った候補を
選択して以下の操作に付す(pOcs△)。ocs配列
をBamHIサイトで囲むために、C1al −Rsa
Iフラグメントを充填し、pLC236(Rew+au
tら、Gene  15(1981)、81 93)の
Ba1lサイトにサブクローンする。得られたプラスミ
ドpAGV40をBamHlで消化し、ocs配列を持
ったフラグメントをプレバラティ11%アガロースゲル
から電気溶出により分離し、予めBamHIで消化しB
AP(細菌性アルカリホスファターゼ)で処理したpL
GV2381に結合させる。ocs配列のpLGV23
81への挿入により、両方の配向のものが得られる(p
No−1およびpNo−2)。
nos : ocs融合の正確な接合点を示すヌクレオ
チド配列を第20図に示す。
更に、処理したnosプロモーターを含有しているプラ
スミドベクターは、酵素ジヒドロフオレートレダクター
ゼを暗号化しているプラスミドR67からのDNAを挿
入するのに使用される。ジヒドロフオレートレダクター
ゼ遺伝子を含んでいる暗号配列は、BamHIに含まれ
ており (0’Hareら、Proc、  Natl、
  Acad、  Sci、USA  78(1981
)、1527−1531)、従って既述した様に、プロ
モーター領域に隣接するBamHIサイトを含んでいる
nosプロモーターベクターに容易に挿入される。この
遺伝子は、発現されると抗生物質メトトレキセートに対
する耐性を付与するので、選択可能なマーカー遺伝子の
1つの例である(第2.3.4.5および7図参照)。
この中間クローニングベクターが野生型ツバリンアクセ
プターTiプラスミドを含んでいるA grobact
eriumに授動されると、単一乗換えが起り、ハイブ
リッドTiプラスミドベクターが得られる。このベクタ
ー組成物を、植物の感染に使用する。得られた腫瘍組轍
は、0.5μg/ *Qのメトトレキセートの存在下で
継続して生長し得ることがわかった。
OCSおよび上記のnosプロモーターの後のジヒドロ
フオレートレダクターゼ暗号領域を含んでいる中間クロ
ーニングベクターを組み立て、Agro−bacter
iua+のTiプラスミドと相互組込みした後、形質転
換−物細胞に転移、発現させることにより、本発明方法
によって外来性遺伝子を植物細胞に転移し、発現させる
ことができるということが証明される。
実施例5 染色体中に所望の挿入遺伝子を含む植物細胞
および植物の分離 本発明者らは、以下の3つの方法のいづれかを使って、
非腫瘍性アクセプターTiプラスミド誘導体(例えばp
GV3850)で形質転換された植物細胞および全植物
を得た。
(1)インビボでの全植物の接種、次いで新芽の再生が
可能な培地上、インビトロでの培養、(2)損傷部位で
直接新芽の生成を促す他のA grobacteria
株の存在下、インビボにおける全植物の相互感染、 (3)インビトロでの単一植物細胞プロトブラストの共
生培養。
これらの方法について以下に詳述する。
最初の方法は、クラウンガル組織の生産をもたらす全植
物組織の野生型A grobacterium株による
感染体を得る為に通常使用される方法を改良したもので
ある。pGV3850は腫瘍を形成しないAgroba
cterium誘導体であるので、感染部位において腫
瘍の増殖はみられない。しかし感染した組織を取り除き
、組織培養で増殖させると、形質転換された組織を容易
に得ることができる。初期培養期間(単に組織の量を増
やすため)の後、損傷部位組織を新芽形成が可能な条件
下で増殖させる。
非形質転換細胞およびpGV3850−形質転換細胞の
両者が新芽を発生する。形質転換新芽は、ツバリンの存
在をみる簡単な分析により容易に区別することができる
本発明者らは、次のプロトコールに従って、N1cot
iana tabacum Wisconsin 38
の頭部を切断したタバコの苗木から、pGV3850−
形質転換カルスおよび新芽を得たく全ての操作はラミナ
ーフローフード中、無菌条件下で行なった)。
(1)小さなびん(直径10cm、高さLoam)の中
で、0.8%の寒天を含む固形のMurashige 
&S koog(M S )培地(Murashige
およびS koog。
Physiol、  Plant、  15(1962
)、  473 497)で生育させた6周令のタバコ
の苗木を使用する。
(2)外科用メスで最も若い頭頂の葉を切り取って捨て
る。
(3)選択的条件(例えばTiプラスミドpGv385
0を含んでいるリファンピシン耐性、アンピシリン耐性
Agrobacterium株の場合は、100μg/
zQのリファンピシンと100μs/zQのカルベニシ
リンを含んでいるYEB培地を使用する;YEB培地=
 5 g/ Q B actoビーフェキス、Ig/Q
 Bacto酵母エキス、5g/f2ペプトン、5g/
Qシュクロース、2 ×10−’ M MgS Oa 
pH7,2,15g#!寒天)で増殖させた新鮮な平板
培養からのAgrobacteriu++を、スパーチ
ルまたはつまようじで損傷表面に接種する。各pGV3
850組み立て物を、少なくとも8本の苗木に接種する
(4)2週間インキュベートする。接種部位にほとんど
あるいは全く反応が表われないはずであるが、時々非常
に小さいカルス(calli)が観察される。
(5)損傷表面から厚さ1IIII11以下の薄い切片
を切り取る。損傷表面を、オーキシンおよびサイトキニ
ン(1+g/CNAA、0.2s+g/QBAP)およ
び1%シュクロースを添加したL 1nsIIlaie
r &S koog(LS)寒天培地(L insma
ier and S koog、 P hysiol、
Plant、18(1965)、100 127)を含
む平板上で培養する。
(6)約6週間後、カルスはその一部をとってツバリン
の存在を試験するのに十分なだけの大きさになる(少な
くとも直径が約5mmになる)。全ての損傷カルスがツ
バリンを生産する訳ではない。4本の植物の内約1本が
ツバリン陽性損傷カルスをつ(る。
(7)ツバリン陽性カルスを再生培地を含む寒天平板に
移す二上記のLS培地+1%シュクロースおよびl m
g/Q B A Pサイトキニン(8)約4〜6週間後
に良好なサイズの新芽(高さICI)が出る。更に成長
させ、根を形成させるために、この新芽を、ホルモンを
含まないLS培地+1%シュクロースを含有している新
しい寒天平板に移す。
(9)ツバリンの存在を試験するのに、その一部(1〜
2枚の小さな葉)を切り取れる様に、この新芽を1〜2
週間成長させる。
(10)ツバリン陽性の新芽を、(1)と同じMS培地
を入れたやや大きい容器(上記と同じ10c+aのびん
)に移し、更に成長させる。
注)感染させた組織のための全ての植物培養培地には、
pGV3850含有A grobacteriumに対
する選択的毒物として、抗生物質セフォタ牛シム(ce
fotaxime、 C1aforan” 、ヘキスト
)500μg/IIQが含まれている。この薬物は、全
てのA grobacterium(カルベニシリン耐
性のものを含む)の生長をよく阻止する。
本発明者らの研究室で、形質転換された新芽を出す組織
を得る別の方法が開発された。この方法は、Agrob
acteriumのある種のミューラントTiプラスミ
ド株が、新芽を出すクラウンガル腫瘍を生成させるとい
うことを観察したことに基いて開発された。この様な新
芽−誘起(shi)に関する突然変異は、A、 tum
efaciensのTiプラスミドのT−DNA(転移
DNAセグメント)の特定の領域に位置している( L
 eemansら、EMBOJ、1(1982)、14
7−152;  Joosら、  Ce1l 32(1
983)、1057−1067)。誘起された新芽は完
全に正常な非形質転換細胞で構成されていることが多い
。従って本発明者らは、2つの異なったA groba
cteria、即ち1つはオクトピンTiプラスミド放
出(shooter)ミュータントを持ったもの、もう
1つはpGV3850を持ったもの、の混合物で植物を
接種した。この様にすることは、オクトピン放出ミニ−
チージョンが、pGV3850で形質転換された根を誘
起することが出来るよい機会を与える。Tiプラスミド
pGV3850およびオクトピン新芽誘起Tiプラスミ
ドを5:1の割合で含んでいるAgrobacteri
umを植物に接種した。こうすることによりpGV38
50−形質転換新芽を得た。この新芽は、ツバリンの存
在について分析することにより、容易に選別することが
できる。この方法は、精功な組織培養法を必要としない
。ツバリン陽性新芽を、更に成長させるために、長調節
ホルモンと共に単純な塩類と蔗糖を含んだ培地に移す。
新芽が十分な大きさに達した後、容易に繁殖の為の土壌
に移すことができる。
この共感染法は、簡単に組織培養しにくい種類の植物を
形質転換するのに特に有用である。従って、あらゆる範
囲の農学的にあるいは経済的に重要な植物、例えば豆科
植物、薬用植物および装飾植物をA grobacte
r iumで処置することができよう。
第3の方法は、N 1cotiana tabacum
プロトプラストの単離およびホルモン−非依存性のT−
DNA−形質転換細胞クローンの選択を、そのプロトプ
ラスト−由来細胞と腫瘍性Agrobacterium
株との共培養後に実施し得るものである。他の優勢な選
択マーカー、例えば高等植物細胞で発現される様に組み
立てられた抗生物質耐性遺伝子を使用すれば(実施例3
参照)、形質転換細胞を選択するのに類似の方法を使用
することができる。しかしこの場合は、それぞれのケー
スについて選択の最適条件をみつける必要がある(選択
剤の濃度、形質転換と選択の間の時間、選択培地中のプ
ロトプラスト−由来細胞または細胞コロニーの濃度など
)。
形質転換細胞の選択ができない場合、例えばpcV38
50またはpG V 2217 (L eemansら
、EMBOJ、1(1982)、147−152)の様
な非毒性のT−DNA ミュータントを用いたために選
択が不可能な場合は、遺伝学的形質転換の後に細胞をオ
ーキシン−およびサイトキニン−含有培地(例えば2 
mg#!のNAA(α−ナフタレン酢酸)および0.3
111gIQのカイネチンを含むMurashigeお
よびS koog培地(MurashigeおよびS 
koog、  P hysiol、Plant 15(
1962)、473 497))で培養し、形質転換コ
ロニーをそのオパイン(opine)含有量で同定する
ことができる。この様にして、アグロビン(agrop
ine)およびマノピン(mann。
pine)合成の電気泳動分析(方法についてはL e
esansら、  J、  Mo1.  Appl、 
 Genet、  1(1981)。
149−164参照)の後、約660コロニーが、pG
V2217で感染後に得られ、TR−暗号化オパイン・
マノピン(N”−(1−マニチル)−グルタミン)を合
成する N 1cotiana tabacum S 
R1セルラインであることがわかった。このセルライン
のカルス切片を再生培地(唯一の植物成長調節剤として
BAP(6−ベンジルアミノプリン)(Img#)を含
むMurashige and’ S koog培地)
上で培養すると、数多くの新芽が形成した。分析した2
0の新芽の全てが、依然としてマノピンを合成すること
ができた。ホルモンを含まないMurashigean
d Skoog培地に移した後、これらの新芽は、依然
としてマノピンを含有し、形態学的に正常なタバコ植物
に成長した。
N、 tabacumについて次に記載するプロトプラ
ストの分離および形質転換法は、N、 plumbag
inifoliaにも用いることができる。
2、実験手法 2.1.新芽培養条件 培養室内の無菌条件下(1日16時間、1500ルツク
スの白色蛍光(“ACECLF  58W/24300
”K Economy”)、24℃、相対湿度70%)
、250IIIQのガラスびんに入れたホルモン不含の
Murashige and S koog培地(Mu
rashigeおよびSkoog、  Physiol
、  Plant 15(1962)。
473−497)上でN 1cotiana  tab
acumの新芽培養を維持する。5週令の新芽培養をプ
ロトプラストの分離に使用する。
2.2.プロトプラストの分離 プロトプラストの分離および培養における全ての工程は
無菌操作で行なう。混合酵素法によりプロトプラストを
分離する。長さ2(!I11以下の非常に若い葉を除く
、全ての葉をプロトプラストの分離に使用することがで
きる。鋭利な外科用のメスで、葉を幅約2−3鶴の細長
い小片に切断する。この葉材料2〜3gを、酵素混合物
5〇−中、暗所で、24°Cにて18時間静置培養する
。この酵素混合物ハ、ホルモン不含のに3培地中、0.
S%セルラーゼOnozuka R−10および0.2
%マセロザイムOnozukaR−10からなっている
(NagyおよびMaliga、  Z、  Pfla
nzenphysiol、  78(1976)、45
3−455)。この混合物は、0.22μm細孔膜を通
して濾過減菌し、顕著な活性の低下をきたすことなく、
−20℃で少くとも6力月間貯蔵することができる。
2.3.プロトプラスト培養 18時間培養した後、プロトプラストを放出するために
混合物を穏やかに撹拌する。次いでこの混合物を50μ
mのふるいを通して濾過し、濾液を10−の遠心管に移
す。振動バケツローターに入れて60〜80gで6分間
遠心分離すると、プロトプラストが暗緑色の浮遊バンド
(帯)を形成する。プロトプラストの下層の液およびペ
レット状の残骸を、螺動ポンプに連結した毛細管を使っ
て取り除く。プロトプラストを1つの遠心管に集め、培
養培地で2回洗浄する。この培養培地は、NAA(0,
1mg/Q)およびカイネチン(0,2o+g、Q)を
成長調節剤として含有するに3培地である(Nagyお
よびMaliga、  Z 、  P flanzen
physiol。
78 (1976)、453−455)。この培地はp
H5,6に調節し、0.22μmの濾過膜を通して減菌
する。2回目の洗浄の後、T homa血球計算器(“
As5istant”、西ドイツから入手)を用いてプ
ロトプラストを計測し、最終密度105プロトプラスト
/m(lとなる様に培養培地に懸濁する。直径9cmの
組織培養用良質ペトリ皿当たり10m(の容量でプロト
プラストを培養する。このペトリ皿をParafilm
Rでシールし、24℃で、暗所次いでかすかな光(50
0−1c)00ルツクス)を当てて24時間培養する。
2.4.共生培養による形質転換 分離5日後にプロトプラスト培養株を感染させる。A 
grobacteriunを液体LB培地(Mille
r。
Experiments  in  Mo1ecula
r  Genetics(1972)、 Co1d  
Spring  Harbor  Laborator
y。
N ew  Y ork)中で18時間培養後、2X1
0”細胞/IIIQの密度となる様にに3培養培地に再
懸濁する。この懸濁液50μgを植物プロトプラスト培
養株に加え、Paraf ilm”でシールした後、こ
の培養株を2.3.と同じ条件下で培養する。48時間
後に培養株を10mf2の遠心管に移し、振動バケツロ
ーターに入れ、60〜80gで6分間遠心分離する。浮
遊バンドおよびペレットを集め、抗生物質(カルベニシ
リン1000μg/mQまたはセフォタ牛シム500μ
g/lal )を補足したに3培地(NagyおよびM
aliga、  Z、  Pflanzen phys
iol。
78(1976)、453−455)10mi2に再懸
濁する。
培養2週間後、プロトプラスト−由来マイクロカルスを
遠心分離し、前記と同濃度の成長調節剤および抗生物質
を含むがシュクロースに関しては0.4Mの代りに0.
3M含むに3培地(NagyおよびMaliga、  
Z、  Pflanzenphysiol、  78(
1976)、453−455)に再懸濁する。この培地
の細胞密度は約25X103マイクロカルス/1a(l
に調節する。同じ条件下で更に2週間培養した後、カル
スを、前記と同濃度の抗生物質を含むが、より低濃度の
シュクロース(0,2M)と成長調節剤(NAAO,O
1mg/12 、カイネチン0.02mg#りを含むに
3培地に移す。更に2〜3週間培養後、形質転換体と推
定されるものは、その淡緑色の密な外観、およびより良
好な成長度から認識することができる。これらのコロニ
ーを、より低濃度の抗生物質(カルベニシリン500μ
s/dまたはセフオタキシム250μg/mQ )を含
むがホルモン不含の06%寒天固形培地(L ins+
5aierおよびS koog。
Physiol、Plant、18(1965)、10
0−127)に移す。形質転換体と推定されるものが直
径約3−4 ml11に達した時、ホルモン不含の培地
で生育しているそれらにオバイン試験を施すことができ
る。各コロニーの半分を、オクトビンおよびツバリン(
A ertsら、  Plant  Sci、  Le
tt。
17(1979)、43−50)またはアグロピンおよ
びマノピン(L eemansら、  JoMol、 
 APPI。
Genet、1(1981)、149 164)の検出
に使用する。この試験により、ホルモン不含の培地で選
択されたコロニーの形質転換された性質を確認すること
ができる。その後、選択されたコロニーを抗生物質不含
の培地で培養することができる。
2.5.ホルモン不含培地上の選択なしの共生培養 形質転換細胞の為の選択ができない(例えば無毒性T−
DNA ミュータントを使ったため)場合、またはそれ
が必要でない場合(抗生物質耐性遺伝子の様な優勢な選
択し得るマーカーがT−DNAに存在している為)、プ
ロトプラスト−由来細胞の処理を簡略化することができ
る(ホルモン減少工程はもはや必要でない)。感染段階
まで、プロトプラストを既述した様に処理する。細菌を
加えて48時間後にプロトプラスト−由来細胞を遠心分
離しく6分、6060−8O、非常に低密度で細胞の成
長を維持することができるAG培地(Cab。
che、Planta 149(1980)、7−18
)に再懸濁する。F uchs−Rosenthal計
数チェインバー(“As5istant”、西ドイツよ
り入手)を使って計測し、以下の操作に必要な密度にな
る様に再懸濁する。オパイン試験のためにコロニーを個
々に操作しなければならない場合は、低細胞密度(1+
Q当たり100プロトプラスト−由来細胞および細胞コ
ロニー)で植えつけると、1力月の培養で大きい細胞コ
ロニーが得られる。形質転換細胞を薬物で選択できる場
合は、細胞を高密度(10’−10’/ff1Q)で培
養し、各タイプの選択に最適な時期及び濃度で、その使
用する選択剤を培地に添加する。
2.6.カルス組織から全植物の再生 カルス組織から正常植物を容易に得ることができる(例
えばプロトプラスト形質転換から、または全植物接種か
ら(2,7参照)得られる)。カルス組織を、1 mg
/m(!のBAPを含んでいるMurashigean
d S koog培地で増殖させる:この培地は1〜2
力月後に新芽を形成させる。この新芽をホルモン不含の
培地に移し、根を形成させ、完全な植物をつ(らせるこ
とかできる。
2.7.タバコ苗木への腫瘍の誘導 タバコの種子(例えば裁培品種Wisconsin 3
8)の表面を70%変性エタノール/H,Oで2分間、
次いで10%の市販の標白剤と0.1%ドデシル硫酸ナ
ト、リウム(SDS)で処理して滅菌し、更に滅菌水で
5回洗浄する。この滅菌した種子を、Murashig
e  and  Skoog(0,7%寒天)培地の塩
類を含む大型試験管(幅25mm、ポリカーボネート製
のキップ付)にまく。次いでこの試験管を培養室(12
,000ルツクス、16時間照射/8時間非照射、70
%相対湿度、24℃)に入れて培養する。4〜6週間経
つと植物は使用できる状態になる。少な(ともその後1
カ月間は最適の状態を維持する。苗木は少なくとも高さ
3c+aになり、4枚またはそれ以上の葉を持つはずで
ある。新しい外科用メスで植物の最も若い箱間を通して
横に頭部を切断する。植物の上の部分を試験管から取り
除き、火にかけたスパーチルで平板寒天培養から細菌を
損傷表面に塗抹する。野生型の場合は2週間後に、ある
種の変性ミュータント株の場合はもっと後に腫瘍が現れ
る。この方法は、タバコ(N 1cotiana  t
abacum)、N 1cotiana  pluib
aginifoliaおよびびP etunia  h
ybridaを接種するのに使われる。
以上述べた如(、本発明は、野生型TiプラスミドのT
−領域の腫瘍機能が欠落しているハイブリッドTiプラ
スミドを保持しているA grobacteriumで
、初めて植物を形質転換することを可能ならしめたもの
である。Tiプラスミドから植物細胞へのDNAの転移
に及ぼすT〜領領域腫瘍機能の影響は知られていないの
で、それでも所望の遺伝子を含んでいる改良T−領領域
植物細胞への転移が起ることは驚くべきことである。こ
の転移DNAは植物細胞ゲノムに相互組込みされ、安定
に保持される。更に、選択した所望の遺伝子は、その遺
伝子が適当なプロモーター配列を含んでいるか、あるい
は含む様に組み立てられると発現することができる。所
望の遺伝子を含んでいる中間クローニングベクターと、
特別に設計されたアクセプターTiプラスミドとの間で
単一乗換えを行わせるという本発明の概念(アイディア
)は、植物細胞の形質転換の為のハイブリッドTiプラ
スミドベクターの組み立てを著しく簡単なものにするも
のである。この特別に設計されたアクセプターTiプラ
スミドは、所望の遺伝子(これは中間クローニングベク
ターの一部と同じであるかまたはこれに関連しているク
ローニング媒体中に挿入されている)が単一乗換えによ
って相互組込み体を形成することができる様に、通常の
クローニング媒体のDNAセグメントを含んでいる。こ
のクローニング媒体の2つのセグメントが、組換えの為
に必要な相同領域を提供する。
本発明方法によって調製された微生物、中間クローニン
グベクター、アクセプターTiプラスミド、およびハイ
ブリッドプラスミドベクターは、1983年12月21
日、German  Co11ectionof  M
icroorganisms(DSM)(Goetti
ngen)に寄託され、確認された以下の培養株で例示
される=(1)Escherichia coli  
K 12HB 101中ノ中間ベクタープラスミドpA
cgB。
(2)カルベニシリン耐性アクセプターTiプラスミド
pGV3850を保有しているA grobacter
ium  tumefaciens  C58Cl  
リファンピシン耐性株、 (3)Escherichia  coli  K12
株に514(thr  leu  thi  lac 
 hsdR)中の中間ベクタープラスミドpGV7QQ
(4)Escherichia coli  K12株
に514((3)と同じ)中の中間ベクタープラスミド
pc、v750゜ (5)カルベニシリン耐性アクセプターTiプラスミド
pGV2260を保有しているA grobacter
ium  tumefaciens  C58C1リフ
ァンピシン耐性株、 (6)Escherichia  coli  K l
 2  HB 101中の、ツバリンプロモーター支配
下のオクトピンシンターゼ暗号領域を保有している中間
ベクタープラスミドpNo−1、 (7)中間ベクターのA grobacteriu@へ
の授動に使用された株;授動プラスミドpG J 28
およびR64drdll(Van  Hauteら、E
MBOJ。
2(1983)、411−418)を保有しているGJ
23.GJ23はE 5cheric)ri−a  c
oli  K 12、JC2926,AB1157のr
ecA誘導体である(Hovard −F 1ande
rsら、Genetics  49(1964)、  
237−246)。
これらの培養株の受理番号は、それぞれ2792(1)
、2798(2)、2796(3)、2797(4)、
2799(5)、2833(6)、および2793(7
)である。
本発明の態様を色々と記述したが、その基本的な構成を
変化させれば本発明に係る方法および組成物を利用する
その他の態様が得られることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
第1図はアクセプターTiプラスミドの模式図、第2図
および第3図はアクセプターTiプラスミドに挿入され
る中間クローニングベクターの模式図、第4図はハイブ
リッドTiプラスミドベクターの調製法を示す模式図、
第5図は中間クローニングベクターの遺伝子転移過程の
概略を示す模式図、第6図はAタイプのアクセプターT
iプラスミドの組み立てを示す模式図、第7図は中間ク
ローニングベクターの組み立てを示す模式図、第8図は
BタイプのアクセプターTiプラスミドの組み立てを示
す模式図、第9図はBタイプのアクセプターTiプラス
ミドに挿入される中間クローニングベクターの模式図、
第1O図はノーイブリッドTiプラスミドベクターの組
み立てを示す模式図、第11図は5 、2 kb H1
ndlllフラグメントAcgBのpBR322への挿
入を示す模式図、第12図はツバリンTiプラスミドp
GV3839のT−領域を示す模式図、第13図はアク
セプターTiプラスミドpGV3850の組み立てを示
す模式図、第14図は中間クローニングベクターpcv
’7゜Oの組み立てを示す模式図、第15図は中間クロ
ーニングベクターpGV750の構造を示す模式図、第
16図は中間ベクターpGV745の組み立てを示す模
式図、第17図はアクセプタープラスミドpGV226
0の組み立てを示す模式図、第18図はプラスミドpL
GV2381の組み立てを示す模式図、第19図はプラ
スミドpAGV10の組み立て、およびその、プラスミ
ドpLGV2381への挿入を示す模式図、第20図は
オクトピンシンターゼ遺伝子暗合化領域と融合する前後
のツバリンシンターゼ遺伝子のプロモーター領域の周囲
のヌクレオチド配列を示す模式図である。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、(a)野生型TiプラスミドのT−領域の2つの境
    界配列(1)および(2)、 (b)単一乗換えが可能な下記の中間クローニングベク
    ター中のDNA配列の少なくとも1部と相同なDNA配
    列を含み、2つの境界配列の間に設置された、クローニ
    ング媒体由来の、野生型T−DNAの腫瘍形成機能を欠
    くDNAセグメント(3)、および (c)Agrobacteriumによる、野生型Ti
    プラスミドのT−領域の植物細胞ゲノム中への転移に必
    須であるDNA配列を含んでいる野生型Tiプラスミド
    のセグメント(4) を含んでいる植物において腫瘍を誘起しないアクセプタ
    ーTiプラスミドと、 (イ)少なくとも1つの所望の遺伝子(5)、および (ロ)上記アクセプターTiプラスミド中のDNA配列
    と相同なDNA配列を含んでいるクローニング媒体セグ
    メント(3′) を含んでいる中間クローニングベクターからなるベクタ
    ー組成物。 2、中間クローニングベクターが、所望の遺伝子(5)
    に隣接して少なくとも1つの選択可能なマーカー遺伝子
    を更に含有していることを特徴とする特許請求の範囲第
    1項に記載のベクター組成物。 3、中間クローニングベクターに含まれる所望の遺伝子
    (5)がその天然のプロモーターの支配下にあることを
    特徴とする特許請求の範囲第1項に記載のベクター組成
    物。 4、中間クローニングベクターに含まれる所望の遺伝子
    (5)が外来性プロモーターの支配下にあることを特徴
    とする特許請求の範囲第1項に記載のベクター組成物。 5、特許請求の範囲第1項〜第4項のいずれかに記載の
    ベクター組成物を含んでいるAgrobacteriu
    m。 6、(a)T−領域およびT−領域の2つの境界配列を
    持たない野生型TiプラスミドのDNAセグメント(4
    )、および (b)野生型TiプラスミドのT−領域の2つの境界配
    列を含んでいる下記の中間クローニングベクターのDN
    A配列の少なくとも1部と相同なクローニング媒体由来
    のDNA配列(3) を含んでいる植物において腫瘍を誘起しないアクセプタ
    ーTiプラスミドと共に使用し得る中間クローニングベ
    クターであって、 (イ)野生型TiプラスミドのT−領域の2つの境界配
    列(1)および(2)、 (ロ)上記アクセプターTiプラスミド中のDNA配列
    と相同なDNA配列を含んでいるクローニング媒体セグ
    メント(3′)、および (ハ)植物ゲノム中に組込まれるように、2つの境界配
    列の間に設置された少なくとも1つの所望の遺伝子(5
    ) を含んでいる中間クローニングベクター。 7、所望の遺伝子(5)に隣接して少なくとも1つの選
    択可能なマーカー遺伝子を更に含有している特許請求の
    範囲第6項に記載の中間クローニングベクター。 8、所望の遺伝子(5)がその天然のプロモーターの支
    配下にあることを特徴とする特許請求の範囲第6項に記
    載の中間クローニングベクター。 9、所望の遺伝子(5)が外来性プロモーターの支配下
    にあることを特徴とする特許請求の範囲第6項に記載の
    中間クローニングベクター。 10、特許請求の範囲第6項〜第9項のいずれかに記載
    の中間クローニングベクターをアクセプターTiプラス
    ミドとともに含んでいるAgrobacterium。
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