WO2001064865A1 - Promoteurs ameliores et utilisation de ceux-ci - Google Patents

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WO2001064865A1
WO2001064865A1 PCT/JP2001/001376 JP0101376W WO0164865A1 WO 2001064865 A1 WO2001064865 A1 WO 2001064865A1 JP 0101376 W JP0101376 W JP 0101376W WO 0164865 A1 WO0164865 A1 WO 0164865A1
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base
dna
seq
nucleotides
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PCT/JP2001/001376
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Toshio Fujii
Toshiya Ogawa
Masaharu Yoshioka
Kanji Mamiya
Toshihiro Toguri
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Kirin Beer Kabushiki Kaisha
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    • C12N15/11DNA or RNA fragments; Modified forms thereof; Non-coding nucleic acids having a biological activity
    • C12N15/113Non-coding nucleic acids modulating the expression of genes, e.g. antisense oligonucleotides; Antisense DNA or RNA; Triplex- forming oligonucleotides; Catalytic nucleic acids, e.g. ribozymes; Nucleic acids used in co-suppression or gene silencing
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    • C12N15/63Introduction of foreign genetic material using vectors; Vectors; Use of hosts therefor; Regulation of expression
    • C12N15/67General methods for enhancing the expression
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    • 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)
    • C12N15/8216Methods for controlling, regulating or enhancing expression of transgenes in plant cells

Definitions

  • the present invention relates to an improved promoter and its use, and more particularly, to an improved promoter which is less susceptible to methylation in producing a transformed organism, and to its use.
  • the promoter sequence is a major factor in determining the transcription level of a gene in plant cells.In general, it is possible to increase the expression level of a target foreign gene by using a promoter sequence having strong transcription activity. is there. In addition, the increase in the expression level of the marker gene greatly facilitates the acquisition of transgenic plants. Therefore, high expression promoters are also important for the expression of drug-resistant gene markers for producing transgenic plants. It is.
  • a typical example is the promoter of the 35S promoter of cauliflower mosaic virus (CaMV), the isopentenyltransferase (ipt) gene of nogrobacterium, and the nopaline synthase (nos) gene.
  • CaMV cauliflower mosaic virus
  • ipt isopentenyltransferase
  • nos nopaline synthase
  • a promoter of a highly expressed gene is obtained from the genome of a plant as a target of a transformed host and is used (Genschik et al., Gene, 148 (1994) 195-202).
  • Min Ni et al. Min Ni et al.
  • Cytosine methylation in genomic DNA is considered to be a typical factor involved in the inactivation or expression suppression mechanism of this gene (Meyer and Saedler, Annu. Rev. Plant Physiol. Plant Mol. Biol., 47 (1996) 23-48).
  • the present inventors considered that the palindrome sequence of the DNA consisting of CG and CNG in the double-stranded DNA sequence of the promoter was modified such that the CG and CNG sequences were not impaired in the activity of the promoter. It was thought that a highly expressed promoter could be produced by changing the base to another base that does not occur to make it less susceptible to methylation. Based on this idea, as a result of intensive research, the newly designed promoter was connected to components such as translation enhancer, structure (reporter) gene, translation termination codon, terminator, etc. It has been found that by transforming chrysanthemum plants, the expression level of a foreign gene can be dramatically improved in the chrysanthemum plants, thereby completing the present invention.
  • the present invention provides a DNA represented by the following (a) or (b):
  • the present invention provides a DNA represented by the following (c) or (d).
  • the present invention provides a DNA represented by the following (e) or (f):
  • Deleted, added or inserted nucleotide sequences are included, and the deleted, added or inserted nucleotide sequences do not include the continuous sequences represented by CG, CAG, CTG, CCG and CGG (however,
  • 186 bases and 197-198 bases are each CG) and a DNA having promoter activity.
  • the present invention provides a DNA represented by the following (g) or (h).
  • the present invention provides a DNA represented by the following (i) or U).
  • the present invention provides a DNA represented by the following (k) or (1).
  • nucleotides 41 to 42 nucleotides 59 to 60, nucleotides 73 to 75, nucleotides 77 to 78, nucleotides 80 to 82, nucleotides 109 to 110 , 119th to 120th base, 134th to 135th base, 145th to 146th base, 181st to: I83th base, 185th to 186th base, 197th to 198th base, One to several bases missing at bases other than bases 217 to 218, 231 to 233, 235 to 236, 247 to 248, and 267 to 268 Contains the deleted, added or inserted nucleotide sequence, does not include the continuous sequence represented by CG, CAG, CTG, CCG and CGG in the deleted, added or inserted nucleotide sequence, and has promoter activity DNA. Further, the present invention provides a DNA represented by the following (m) or (n). (m) No.
  • the present invention provides a DNA represented by the following (o) or (p).
  • bases 98, 317 to 318, 331 to 333, 335 to 336, 347 to 348, and 367 to 368 The deletion, addition, or insertion of the base sequence does not include the continuous sequence represented by CG, CAG, CTG, CCG, or CGG, and the promoter
  • the present invention also provides a DNA chain comprising any one of the above-mentioned DNAs.
  • a DNA strand may comprise the structural gene DNA and any of the above-mentioned DNAs integrated at the 5 site of the structural gene DNA in such a manner that the structural gene is expressed. Is preferred.
  • These DNA strands may further comprise components selected from the group consisting of translation enhancers, translation termination codons, terminators, and combinations thereof.
  • the present invention provides a host transformed with the above DNA strand.
  • the host is preferably a plant cell.
  • the present invention provides a method for expressing a structural gene in a plant, which comprises culturing or cultivating a plant cell transformed with the DNA chain so that the structural gene can be expressed.
  • the structural gene may be a foreign gene.
  • the present invention provides, using a host transformed with the above-mentioned DNA strand, a protein which is an expression product of a structural gene whose transcription is activated or whose expression is promoted by DNA having the promoter activity. Provide a way to
  • the present invention provides a transformed plant obtained by regeneration from a plant cell transformed with the above DNA chain.
  • the present invention includes a selectable marker gene DNA and any of the above-mentioned DNAs incorporated into the 5, site of the selectable gene DNA in such a manner that the selectable marker gene is expressed.
  • a DNA strand consisting of Further, the present invention provides a host obtained by transforming a host with the DNA chain, and a host capable of expressing the selectable marker gene and a host expressing the selectable marker gene and not expressing the selectable marker gene.
  • a method for selecting a transformed host which comprises culturing under conditions that can distinguish the host from the host.
  • the host is preferably a plant cell.
  • SEQ ID NOS: 1-4 Synthetic DNA containing a promoter sequence.
  • SEQ ID NOS: 5 to 24 primers.
  • FIGS. 1A and 1B show the promoter sequence of the present invention: the DNA sequence of MF-48 (FIG. 1A) and the DNA sequence of MF_18 (FIG. 1B) (upper), and the 35S promoter contained in pBI121.
  • FIG. 4 is a diagram showing a comparison with a motor-based DNA sequence (lower).
  • FIG. 2 is a diagram showing a part of the structure of plasmids pKT81 (A), pKT83 (B), pMF-28 (C) and pKTll (D).
  • FIG. 3 is a diagram showing an outline of plasmid pMF-48-Gus, and derivatives pMF-48-2 and pMF-48-4.
  • Figure 4 shows the average expression level of Gus gene (10 individuals or more) in chrysanthemum leaves transformed with the four types of vectors, and the Gus gene expression in recombinant tobacco transformed with pBI121 as a control. It is a figure represented by a relative value to the expression level.
  • FIG. 5 is a diagram showing the distribution of Gus gene expression relative to individual leaves of chrysanthemum leaves transformed with three types of vectors (control: recombinant tobacco transformed with PBI121).
  • the DNA of the present invention is a DNA containing the nucleotide sequence represented by SEQ ID NOS: 1 to 4 or a portion having an activity of a promoter thereof. These DNAs are based on the nucleotide sequence based on the 35S promoter of CaMV. Some of the bases are modified.
  • CGs or CNGs within 250 bp upstream of the transcription start site of the 35S promoter of CaMV, and these nucleotide sequences are recognized by CG methylase and CNG methylase in plants, respectively. It is presumed that it has undergone remethylation. Therefore, the DNA containing the base sequence represented by SEQ ID NO: 1 was obtained by substituting these sequences with a sequence not subject to methylation.
  • the portion having promoter activity is a portion of the 7th to 272nd bases.
  • a further modification considered to be particularly effective is a modification called the ocs region or as-1 region called the promoter.
  • a region consisting of 20 bases Ellis et al., Plant J., 4 (1993) 433-443; Lam et al., Pro Natl. Acad. Sci. USA, 86 (1989) 7890-7
  • the ocs region was modified so as to form a 6-base palindromic structure (GACGTC) while leaving the CG sequence in the ocs region.
  • the portion having promoter activity is a portion of the 7th to 27th base.
  • the ocs region in the promoter is synthesized so as to overlap the ocs region, whereby the activity of the repromoter is considered to be enhanced. Therefore, in the above SEQ ID NO: 1, what repeated two ocs regions was DNA containing the base sequence represented by SEQ ID NO: 3. In SEQ ID NO: 3, the promoter-active part is the? It is a part of ⁇ 322 bases. Furthermore, in the above SEQ ID NO: 1, the DNA containing the base sequence represented by SEQ ID NO: 4 is obtained by repeating the four ocs regions. In SEQ ID NO: 4, the portion having one promoter activity is the portion of the 7th to 42nd base.
  • the DNA of the present invention as described above can be obtained by chemical synthesis according to the method of nucleic acid synthesis.
  • the DNA of the present invention also includes a DNA (mutant) containing a base sequence in which one or more bases have been deleted, added or inserted in the base sequence of the above-mentioned DNA, and having one promoter activity.
  • a DNA (mutant) containing a base sequence in which one or more bases have been deleted, added or inserted in the base sequence of the above-mentioned DNA, and having one promoter activity.
  • the number of bases which may be deleted, added or inserted is not particularly limited, but is preferably one to several, more preferably one to three, and most preferably one.
  • the DNA of the present invention has a homology of 80% or more, preferably 90% or more, more preferably 94% or more, and most preferably 99% or more with the above-mentioned DNA base sequence.
  • DNA having a promoter activity (variant) containing a base sequence in which one or more bases have been deleted, added or inserted in the base sequence of the above-mentioned DNA, and having one promoter activity.
  • the above mutant contains a nucleotide sequence partially different from the nucleotide sequences represented by SEQ ID NOs: 1 to 4, and in this case, the above-mentioned modification site from the CaMV 35 S promoter is It must be saved as is. That is, in SEQ ID NO: 1, bases 41 to 42, bases 59 to 60, bases 73 to 75, bases 77 to 78, bases 80 to 80
  • nucleotides 145 to 146 nucleotides 181 to 183, nucleotides 185 to 186, nucleotides 197 to 198, and nucleotides 217 to 218.
  • No mutation occurs at 120 bases, 134-135 bases, 145-146 bases, 181-183 bases, 183-188 bases, 195-200 bases, and 217-218 bases.
  • nucleotide sequence of the above mutant does not include the continuous sequences represented by CG, CAG, CTG, CCG and CGG.
  • the 185th to 186th bases and the 197th to 198th bases in SEQ ID NO: 2 are exceptionally CG, respectively.
  • Such a mutant of the DNA containing the nucleotide sequence represented by SEQ ID NOS: 1 to 4 or a part thereof may have a promoter-one activity, and its activity is not particularly limited. It is preferable that the DNA containing the nucleotide sequence represented by 1 to 4 or a portion thereof has substantially the promoter activity.
  • “substantially retains one promoter activity" of these DNAs or a part thereof means, in an actual use mode utilizing a promoter activity, under the same conditions as those of the DNA or a part thereof. It means that the activity is maintained to the extent that almost the same utilization is possible.
  • the activity is preferably an activity in a plant cell, more preferably an activity in a chrysanthemum plant '14, and most preferably a chrysanthemum cultivar Reagan (rysanthemum moifo-lium cv. Reaga n Xii Dendranthema grandif lorum cv. Reagan). (Let's go to Koru (Naru Katsu'14).
  • Such mutants can be obtained by referring to the nucleotide sequences represented by SEQ ID NOs: 1 to 4 according to the description in the literature such as Molecular Cloning (Edited by Sambrook et al. (1989) Cold Spring Harbor Lab. Press, New York). It is clear that a manufacturer can choose and manufacture without any particular difficulty. Further, those skilled in the art can artificially substitute, delete, insert or add one or more bases from the base sequence based on the base sequences represented by SEQ ID NOs: 1 to 4 described above. Natl. Acad. Sci. USA 81 (1984) 5662-5666, W085 / 00817, Nature 316 (1985) 601-605, Gene 34 (1985) 3-323. Nucleic Acids Res. 13 (1985) 4431-4442, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 79 (1982) 6409-6413, Science 224 (1984) 1431-1433, etc. You can take advantage of this.
  • the mutant obtained as described above has the activity as a promoter, and further, whether it substantially retains the promoter activity of the DNA containing the nucleotide sequence represented by SEQ ID NOS: 1-4 or a portion thereof. Whether or not it can be confirmed by the following method for measuring promoter activity.
  • the promoter activity of the above mutants is preferably determined by using various reporter genes, for example, beta-glucuronidase (Gus;), luciferase (Luc), chloramphenico-l-acetyltransferase (Cat), beta-galactosidase (Gal; ), Nopaline synthase (nos), octopine synthase (ocs), etc.
  • luciferase luciferase
  • Cat chloramphenico-l-acetyltransferase
  • Gal beta-galactosidase
  • Nopaline synthase nos
  • octopine synthase ocs
  • the promoter activity in the host cell can be determined by (i) a method using Histochemical Gus staining, and / or (ii) a method using a fluorescent substrate.
  • Host cells in which the DNA of the present invention is preferably used include various plant cells, for example, monocotyledonous plants such as rice, wheat, corn, leek, lily, orchid, dice ', rapeseed, tomato, potato, chrysanthemum. , Roses, carnations, petunias, chamomile, cyclamen, and other dicotyledonous cells.
  • Particularly preferred specific examples include plant cells such as chrysanthemums having a high chromosomal ploidy. The reason is that plants are thought to methylate genes to inactivate homologous genes, and plants with high ploidy have a large number of homologous genes, so that genes are impaired by a strong methylation mechanism.
  • a DNA chain comprising the DNA of the present invention.
  • a DNA chain can be used to transcribe any gene, and in use, the desired gene is incorporated into the DNA chain in an expressible form.
  • a gene is typically a structural gene.
  • the present invention further provides a DNA strand comprising a structural gene DNA and a DNA of the present invention integrated at the 5 'site of the structural gene DNA in such a manner that the structural gene is expressed. .
  • a specific form of the DNA chain according to the present invention may be, for example, a form in which the DNA of the present invention is inserted as a part of a component in a plasmid or phage DNA.
  • the DNA of the present invention and the structural gene DNA can be arranged so that the structural gene can be expressed.
  • ⁇ -Dulcan elicitor receptor As structural gene DNA, ⁇ -Dulcan elicitor receptor (Umemoto et al., Pro
  • the DNA chain of the present invention can further include components such as a translation enhancer, a translation stop codon, and a terminator.
  • a translation enhancer e.g., a translation stop codon
  • a terminator e.g., a translation stop codon, a terminator of a translation enhancer and a translation stop codon.
  • Known translation enhancers, translation termination codons and terminators can be used in appropriate combination.
  • Examples of translation enhancers of viral origin include sequences of tobacco mosaic virus, Alfalpha mosaic virus RNA4, bromomosaic virus RNA3, potato virus X, and tabacoetch virus (Gallie et al., NIK: Acids Res. ., 15 (19 87) 8693-8711).
  • Glu soybean ⁇ -1,3 glucanase
  • PsaDb tobacco ferredoxin-binding subunit
  • the DNA (promoter 1) of the present invention contains a translation enhancer derived from the soybean Glu gene after the transcription start point (from the 279th position of the SEQ ID NO: 1 or 2 or the SEQ ID NO: 3 It is shown from the ninth position onward, or from the 429th position onwards in SEQ ID NO: 4) Although this sequence is not directly involved in the promotion of methylation-free transcription, it can further promote the expression of the target gene.
  • This translation enhancer is not limited to the one derived from the soybean G1u gene used in the present invention, and similar effects can be expected by replacing it with other translation enhancers as described above. it can. further
  • the CG sequence of this translation enhancer can be substituted with another base. Both are possible.
  • this sequence when there is a CNG sequence other than the CG sequence in another translation enhancer, it is also possible to substitute this sequence with another base similarly to the CG sequence. Those skilled in the art can appropriately make such modifications.
  • the above-mentioned DNA chain can be easily produced by those skilled in the art by using a technique commonly used in the field of genetic engineering. Further, the DNA chain of the present invention is not limited to artificial structures, and may have a structure as described above, even if isolated from a natural source. Good.
  • the DNA chain can be obtained by synthesizing according to well-known and commonly used methods for synthesizing nucleic acids.
  • the expression of a structural gene can be induced by transforming a host with a DNA chain containing a DNA having one promoter activity of the present invention and culturing or cultivating the obtained transformant. It can be expressed with high efficiency.
  • the structural gene may be a foreign gene.
  • the transformed chains of the invention can be present in microorganisms (especially bacteria), phage particles or plants, inserted into plasmids, phages or genomic DNA.
  • microorganisms especially bacteria
  • phage particles or plants inserted into plasmids, phages or genomic DNA.
  • typical examples of the bacterium include, but are not limited to, Escherichia coli and agrobacterium.
  • the DNA strand of the present invention contains a DNA (a motor) of the present invention so that a structural gene for expressing a protein can be stably expressed in a plant.
  • Translation enhancers, structural gene DNA, translation termination codons, terminators, etc. bind to the body and are present in plants in a form that is integrated into the genome.
  • Preferred examples of the host include monocotyledonous plants such as rice, wheat, corn, leek, lily, and orchid, and dicotyledonous plants such as soybean, rapeseed, tomato, potato, chrysanthemum, rose, carnation, tutunia, kasumiso, and cyclamen.
  • Particularly preferred examples include plant cells such as chrysanthemum having a high chromosome ploidy.
  • Specific plant materials include, for example, growth point, shoot primordium, meristem, leaf piece, stem piece, root piece, tuber piece, petiole piece, protoplast, callus, anther, pollen, pollen tube, flower pattern Pieces, flower stem pieces, petals, sepals and the like.
  • a method for introducing a foreign gene into a host various methods already reported and established can be appropriately used.
  • Preferred examples of the biological method include, for example, a method using a virus, an agrobacterium Ti plasmid, a Ri plasmid, or the like as a vector, and a physical method as a physical method. , Elect-Mouth Pollution, Polyethylene Glycol, Particle Gun, Micro Injection ("Plant genetic transformation and gene expression; a laboratory manual"), Silicon Nitrid Whisker, Silicon Carbide Duisker (Euphytica 85 (1995) 75- Biol. 31 (1995) 10 pp. 104, Plant Science 132 (1998) 31-43), and the like. If so, it can be appropriately selected and used.
  • a transformed plant in which the introduced gene is expressed in the cell can be produced.
  • Such an operation can be easily performed by those skilled in the art by a method generally known as a method for regenerating plant cells into plants.
  • a method for regenerating plant cells into plants For the regeneration of plant cells into plants, refer to literatures such as “Plant Cell Culture Manual” (edited by Yasuyuki Yamada, Kodansha Scientific, 1984).
  • the expression product of the gene whose expression has been induced or highly expressed it can be isolated and purified from the culture by a method suitable for the expression product. Furthermore, when the growth or growth of a host cell or the properties of the cell is modified by the presence of the expression product, such a host is cultured or when the host is a dedifferentiated plant. By cultivating the plant, the expression product of the target structural gene can be highly expressed.
  • the transformation efficiency of plants can be improved by using a DNA strand that expresses the selection potential of the kanamycin resistance (for example, NPTI I) gene using the highly expressed promoter disclosed in the present invention.
  • a DNA comprising the selectable marker gene DNA and any of the above-mentioned DNAs incorporated into the 5, site of the selectable marker gene DNA in such a manner that the selectable marker gene is expressed. This can be done by using a chain.
  • the specific procedure is not particularly limited.
  • a host is transformed with the DNA strand, and the obtained host is subjected to the selection marker-gene Can be expressed, and the culture can be carried out by culturing the host under conditions capable of discriminating between a host that expresses the selective gene and a host that does not express the same.
  • the host may be other than a plant cell, and is not particularly limited, but is preferably a plant cell.
  • the selection gene that can be used here may be any gene, and is not particularly limited, but is preferably a drug resistance gene, for example, NPTI I gene (kanamycin resistance gene), Hygr gene (hygromycin Resistance gene) can be used.
  • conditions that can distinguish between a host expressing the selectable marker gene and a host not expressing the selectable marker gene can be achieved by culturing in a medium containing a drug to which the gene is resistant. it can.
  • Drugs used when the NPTI I gene is used as the selection marker gene include kanamycin (Km) .
  • the drug is not limited to this, and G418 and paromomycin can be appropriately selected and used. it can.
  • the same effect can be expected when a DNA chain expressing a selectable marker for the hydalomycin resistance (eg, Hygr) gene is used.
  • examples of the drug used include hygromycin.
  • any method as described above can be used as a method for obtaining a transformed plant by introducing the DNA chain into a host cell.
  • the reporter gene is Gus
  • the above (i) method by Histochemical Gus staining and / or (ii) a method using a fluorescent substrate can be confirmed.
  • Figure 1A shows a comparison between the sequences of MF-48 and MF-18 (upstream from the transcription start site) and the sequence of the 35S promoter contained in ⁇ 21, a vector commonly used in plant genetic engineering.
  • Figure 1B shows a comparison between the sequences of MF-48 and MF-18 (upstream from the transcription start site) and the sequence of the 35S promoter contained in ⁇ 21, a vector commonly used in plant genetic engineering.
  • the underlined portions represent CG and CNG sequences which are said to be targets of methylation.
  • An expression vector was constructed in order to verify the effects of MF-48, MF-18 and MF-28 prepared in this manner on transformed plants. All of the following expression vectors contain the expression units of the Gus gene and ⁇ gene in the region between the border sequences.
  • the transfer direction is configured to be opposite.
  • These expression cassettes can be used as a basic vector and a binary type 1 vector that can be amplified in Agrobacterium and Escherichia coli.
  • PKT81, p83 and pMF-28 were constructed by replacing the promoters of the Gus gene and the NPTII gene.
  • the binary type 1 vector pKTll contains the RB region of Agrobacterium A 281, Xhol-EcoRI, about 250 bp, the Gus gene expression unit, Hindi 11-EcoRI, about 3.5 kbp (5, In order from the side, the CaMV 35S promoter, the tobacco PsaDb translation enhancer, the castor ligase gene Gus gene containing the intron, and the nos gene terminator are linked.) There is a Hind III-Kpnl portion of about 1.7 kbp (NPTII gene that works in plants driven by the promoter of the nos gene, a terminator of the nos gene), and a left border region derived from pBI121 and agrobacteria.
  • This vector is composed of about 5.5 kbp of Kpnl-Xhol, which has a replication origin that can be amplified in Escherichia coli, and a vector to which the translation enhancer of the Glu gene derived from soybean is connected.
  • the motor - a vector to express Gus gene (Fig. 2D).
  • the DNA fragment (promoter) prepared in Example 1 was purified by agarose gel and replaced with the 35S promoter region (Hindlll-Xbal) of plasmid pKTll to prepare plasmids PKT81 and ⁇ 83 (FIG. 2).
  • PKT81 and ⁇ 83 connect the soybean-derived Glu gene translation enhancer downstream of MF-48 and MF-18, respectively, for the purpose of increasing translation efficiency, and further downstream, the reporter gene Gus gene It has an expression unit linked to the nos gene terminator. At the same time, it contains an expression unit to which the promoter of the ipt gene, the translation enhancer of the Glu gene derived from soybean, the NPTII gene, and the terminator of the nos gene are connected.
  • pMF-28 replaces the entire GuS gene expression cassette of pSan9 with the Gus expression cassette of pKTll.
  • FIGS. 2A, B and C Restriction enzyme maps of vectors pKT81, ⁇ 83 and pMF-28, which express the Gus gene by MF-48 and MF-18 promoters and MF-28, respectively, are shown in FIGS. 2A, B and C, respectively.
  • the resulting pKTll is shown in Figure 2D.
  • MF-48 promoter was used to create a promoter with an increased ocs region.
  • Vectors pGT81 and ⁇ 83 expressing the Gus gene by the promoters of MF-48 and MF-18, and pKTll as a control, were electroporated with Agrobacterium ummefaciens strain LBA4444. This was inoculated into 3 ml of the following YEB-Km medium, cultured at 28 ° C for 16 hours in the dark, then collected by centrifugation, and suspended in the following 10 ml of infection medium. This was used as the infection solution.
  • the medium compositions of the YEB-Km medium and the infection medium are as follows.
  • YEB-Km medium 5 g / l beef extract, lg / 1 yeast extract, 5 g peptone, 5 g / l sucrose, 2 mM magnesium sulfate (pH 7.2), 50 mg / l kanamycin.
  • Coexisting medium Inorganic salts and vitamins of MS medium, 30 g sucrose, lmg naphthalene acetic acid, 2 mg benzyladenine, 8 g agar, 5 mM MES (pH 5.8), 200 ⁇ g acetosyringone.
  • Selection medium MS medium inorganic salts and vitamins, 30g / 1 sucrose, lmg / 1 naphthalene acetic acid, 2mg benzyladenine, 8g / l agar, 5raM MES (pH5.8), 25mg kanamycin, 300 mg / l cefotaxime.
  • the leaf pieces are transferred into 200 l of a reaction solution (100 mM sodium phosphate buffer (pH 7.0), ImM EDTA, 0.1% Triton X-100, dithiothreitol (DTT) ImM) for the measurement, and cooled on ice. Crushed enough. The suspension was centrifuged to recover the supernatant, which was used as a crude enzyme solution. The Gus activity was measured based on a previous report (Plant Molecular Biology Manual, C2 (1994) G32, supra).
  • MF-48-2 and MF-48-4 a vector was prepared in which the 35S promoter of pBI121 was replaced. Transformation was performed using chrysanthemum leaf pieces as described above, and Km-resistant calli were obtained. I got When these calli were used for tissue staining by Gus activity according to the method described in the Plant Molecular Biology Manual, C2 (1994) 1-32 (supra), no color development was observed with pBI121. In contrast, in MF-48-2 and MF-48-14, remarkably strong blue coloration was observed. That is, the qualitative expression intensity is PBI121 Then, in MF-48-2 and MF-48-4, it was from + to + +.
  • An MS medium containing Km from Km-resistant calli obtained by transforming the Agrobacterium ummefaciens LBA4404 strain containing pKT81, ⁇ 83 and pMF-28 according to the method of Example 3 (regeneration medium; The plant was regenerated with the same composition as the selection medium in Step 3). Furthermore, in order to promote rooting, the plants were grown in a rooting-promoting medium in which the plant growth regulators (naphthalene acetic acid, benzyladenine) were removed from the regeneration medium.
  • the plant growth regulators naphthalene acetic acid, benzyladenine
  • TAAAGCACGAGG AAGCGGT SEQ ID NO: 5
  • GCACAACAGACAATCGGCT SEQ ID NO: 6
  • the PCR reaction conditions were as follows: after heating at 94 ° C for 5 minutes, 30 cycles of 94 ° C (30 seconds) — 55 ° C (1 minute) — 72 ° C (1 minute), and finally 72 ° C The mixture was reacted with C for 10 minutes. In this reaction, ExTaq polymerase (Takara Shuzo) was used as the enzyme.
  • Fig. 4 shows the average values of the activity measured for 3 leaves of each of these plants and 10 individuals for each gene in the same manner as the callus resistant to Km.
  • # 21 was introduced into chrysanthemum and tobacco (cultivar: Xanthi) according to the transformation method of Example 3.
  • the histogram of Gus gene expression in leaves of chrysanthemum transformants transfected with PKT81 (MF-48), pKT83 (MF-18), and pMF-28 (MF-28) was measured for each individual. Is shown in FIG.
  • MF-18 tended to have a higher number of highly expressing individuals than MF-48 (Fig. 5).
  • DNA is extracted from the transformed chrysanthemum obtained in Example 4 by the CTAB method, cut with a restriction enzyme EcoRI, and then converted with a conversion buffer (3 M Na-bissulfate, 0.5 mM hydroquinone, pH5. 3) and reacted in a nitrogen gas phase at 50 ° C for 20 hours.
  • the DNA was alkali-denatured with 0.3N NaOH, and the DNA was recovered by precipitation with ethanol.
  • a PCR reaction was performed using DNA primers set so as to sandwich the site for determining the base sequence.
  • the PCR primers used here are shown below.
  • 35S-8 GAATGTTAATTTATAGATGGTTAGAGAGGTTTATGTAGTAGG (SEQ ID NO: 7)
  • 35S-8 CCATATTCTCTCCAAATAAAATAAAC (SEQ ID NO: 8)
  • 35S-9 AGTAATAATTTTAGGAAATTAAATATTTTTTTAAGAAGG (SEQ ID NO: 9)
  • 35S-14 TATTCTCTCCAAATAAAATAAACTTC (SEQ ID NO: 10)
  • 35S-C-4 TGAAATGAATTTTTTTATATAGAGGAAGGGTTTTGTG (SEQ ID NO: 12)
  • 35S-C-2 CAACATAATAAAACACAACACACTTATCTAC (SEQ ID NO: 13)
  • 35S-C-3 ATGAATTTTTTTATATAGAGGAAGGGTTTTGTGAAG (SEQ ID NO: 14)
  • 35S-16 GAAGAAATTTTTGTTAATATGGTGGAGTATGATATG (SEQ ID NO: 15)
  • 35S-17 GGGATGATGTATAATTTTATTATTTTTTGTAAGA (SEQ ID NO: 17)
  • 35S-16 GAAGAAATTTTTGTTAATATGGTGGAGTATGATATG (SEQ ID NO: 15)
  • pacl-7 CTTCAATAACAAATTCATTTTAACAATCATACC (SEQ ID NO: 19)
  • 35S-17 GGGATGATGTATAATTTTATTATTTTTTGTAAGA (SEQ ID NO: 17)
  • pacl-8 ACAAATTCATTTTAACAATCATACCTTAACT (SEQ ID NO: 20)
  • TO-104 GGATTTAAAAGGAAGGTGGTTTTTATAAATGTTATTATTGTG (SEQ ID NO: 23)
  • TO-106 CAATTTTCACAATCCAAACTAAATACCCACAAACCATC (SEQ ID NO: 24): GUS gene 5, region
  • the PCR product was cloned into pT7blue using ExTaq polymerase (Takara Shuzo), and the DNA sequence of about 5 clones was determined for each of the original DNAs.
  • ExTaq polymerase Takara Shuzo
  • cytosine is converted to peridine, and methylated cytosine is read as it is, so that the presence or absence of a methyl group can be distinguished.
  • Nucleotide sequence differences were analyzed using DNASIS-Mac v3.7.
  • cytosine methylation was examined on the complementary strand of the 35S promoter DNA in chrysanthemum, methylated cytosine was scattered, but no specific cytosine was modified, and the Gus gene was not modified. There was no correlation with expression.
  • methylation of the structural gene was also investigated, but almost no cytosine modification was observed at least up to about 600 bases from the translation initiation point (ATG), regardless of the level of expression.
  • ATG translation initiation point
  • the relationship between cytosine methylation and expression level is determined not only by the Gus gene but also by the double-stranded RNA-specific RNase gene (Nature Biotechnology, 15, 1290-1297, supra) by the 35S promoter. It was also observed when a structure connected downstream was introduced into chrysanthemum.
  • methylation was similarly investigated for chrysanthemums that introduced ⁇ 81 and highly expressed the Gus gene.
  • individuals who are not methylated at all by the transformant In some cases, cytosine at sites other than the palindrome was strongly affected by methyl cysteine from the promoter to the Gus gene.
  • cytosine residues other than palindromic structures CG and CNG
  • This pKT74 and pKTll as a control were introduced into Agrobacterium ummefaciens LBA4444 strain by the electoporation method, and this was inoculated into 3 ml of the following YEB-Km culture medium, and inoculated at 28 ° C for 16 hours. After culturing in the dark, the cells were collected by centrifugation, suspended in 10 ml of the following infection medium, and used as an infection solution.
  • the medium compositions of the YEB-Km medium and the infection medium are as follows.
  • YEB-Km medium 5 g / l beef extract, lg / 1 yeast extract, 5 g peptone, 5 g sucrose, 2 mM magnesium sulfate (pH 7.2), 50 mg kanamycin.
  • the base of the leaf was cut from a sterile individual of Kenya (Dianthus caryophyllus L), a cultivar of cultivar Richinei, and immersed for 10 minutes in an Agrobacterium infected solution into which pKTll and pKT74 had been introduced, respectively. After wiping on filter paper, the cells were transferred to the following co-culture medium and cultured in the dark at 25 ° C. After culturing for 3 days, G418-resistant calli were obtained by transplanting to the following selective medium and culturing for 3 weeks. Culture in selective medium at 25 ° C for 16 hours S) / 8 hours without light.
  • Coexisting medium MS medium inorganic salts and vitamins, 30 g / l sucrose, 0.5 mg / l sodium butyric acid, 0.22 mg thidiazuron, 8 g agar, 5 mM MES (pH 5.8), 100 mg / acetosyringone.
  • Selection medium Inorganic salts and vitamins of MS medium, 30 g / l sucrose, 0.5 mg / l indole butyric acid, 0.22 mg thidiazuron, 8 g / l agar, 5 mM MES (pH 5.8), 25 mg / l G418, 300 mg / l 1 cefotaxime.
  • TAAAGCACGAGG AAGCGGT SEQ ID NO: 5
  • GCACAACAGACAATCGGCT SEQ ID NO: 6
  • the PCR reaction conditions were as follows: heating at 94 ° C for 5 minutes, 30 cycles of 94 ° C (30 seconds) — 55 ° C (1 minute) — 72 ° C (1 minute), and finally 7 The reaction was performed at 2 ° C for 10 minutes.
  • ExTaq polymerase manufactured by Ma Shuzo
  • the transformation efficiency was calculated as the number of transformants per leaf piece used. As a result, pKTll showed an efficiency of 5% or less, while pKT74 showed an efficiency of 25% or more. Gus activity was measured in the same manner as in Example 3, and all recombinants were The expression of the Gus gene was confirmed.

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Description

明 細 書 改良されたプロモーターおよびその使用 技術分野
本発明は、 改良プロモーター及びその使用に関し、 より詳細には、 形質転換生物の 作出に際して、 メチル化を受けにくいよう改良したプロモーター、 及びその使用に関 するものである。
背景技術
所望の形質転換植物を作出する上で、 重要な要素のひとつとして高発現プロモータ —がある。 プロモータ一配列は植物細胞内での遺伝子の転写レベルを決定する主要な 因子であり、 一般に、 転写活性の強いプロモータ一配列を用いることにより目的とす る外来遺伝子の発現レベルを上げることが可能である。 また、 マーカ一遺伝子の発現 レベルの上昇により、 形質転換植物の取得は著しく容易になるので、 高発現プロモ一 ターは、 形質転換植物を作製するための薬剤耐性遺伝子マ一カーの発現にも重要であ る。
このような背景から、 植物における高発現プロモーターの取得が、 これまでに数多 く報告されてきた。 代表的な例としては、 カリフラワーモザイクウィルス (CaMV) の 3 5 Sプロモータ一ゃァグロバクテリゥムのイソペンテニルトランスフェラーゼ (ip t) 遺伝子ゃノパリン合成酵素 (nos) 遺伝子のプロモーターなどが挙げられる。 更に 、 形質転換宿主の対象となる植物のゲノムから高発現遺伝子のプロモータ一を取得し 、 それを利用する例も見受けられる (Genschikら、 Gene, 148 (1994) 195-202)。 近年になリ、 これらのプロモータ一を複数個組み合わせたキメラ型プロモータ一の 中から、 プロモータ一活性が著しく上昇したものを取得できることが示されている。 一例を挙げれば、 Min Ni らは、 ァグロパクテリゥム由来のォクトピン合成酵素 (ocs ) 遺伝子とマンノピン (man) 合成酵素遺伝子のプロモータ一を組み合わせることに よって、 タバコにおいて高発現を示すプロモーターが取得できることを示している ( Plant Journal, 7 (1995) 66卜 676)。 しかしながら、 これらの高発現プロモーターを用いても、 すべての植物において、 必要なレベルの外来遺伝子の発現個体が得られるわけではない。 その理由の 1つとし て、 各々の植物細胞に存在する R N Aポリメラーゼの違いに基づく特異性が存在する ことが挙げられる。 また別の理由として、 植物が外来遺伝子の発現を抑制する機構を 持っていることが推察されている。 この遺伝子の不活化、 あるいは発現抑制の機構に 関与する代表的な因子として、 ゲノム D N Aにおけるシトシンのメチル化が考えられ る (Meyerと Saedler、 Annu. Rev. Plant Physiol . Plant Mol . Biol. , 47 (1996) 2 3 - 48)。
このシトシンのメチルイ匕は、 CG及び CNG ( は任意の塩基) という塩基配列が回文 状の構造をなしている 2本鎖 D N A配列において顕著に起きることが知られている
(Matzkeと Matzke、 Plant Phys iol . 107 (1995) 679-685) が、 他の D NA配列中の シトシンにおいてもメチル化が起こることが知られている (Meyerら、 EMBO Journal ,
13 (1994) 2084-2088)。 シトシンがメチル化を受けると、 遺伝子の発現が抑制され ることが多くの生物において知られており (Razin、 EMBO Journal, 17 (1998) 4905-
4908)、 また、 植物のゲノムでは、 他の生物と比べてメチル化されているシトシンの 割合が高いため、 メチル化が遺伝子の不活化に密接に関連しているという報告がされ てきた (Meyerと Saedler、 Annu. Rev. Plant Physiol . Plant Mol. Biol . , 47 (199
6) 23-48)。 特に、 遺伝子操作等によって導入された外来遺伝子の発現が抑制される 現象、 すなわち 「ジーン 'サイレンシング」 の原因については、 D NAのメチル化に よる不活化も関係していると推測されている。
しかしながら、 これまで、 プロモーターのメチル化を制御することにより遺伝子の 発現を向上させたという報告はなされていなかった。 僅かに、 CaMVの 3 5 Sプロモ一 ターと^一ダルク口ニダ一ゼ (Gus) 遺伝子を繋いだ遺伝子構築物を、 試験管内で強 制的にメチル化させることによって、 遺伝子の一過的な発現が低下する旨の報告が 1 例あるのみである (Hohn ら、 Proc. Natl. Acad. Sci . USA, 93 (1996) 8334-8339)。 但し、 該報告の実験においても、 生体内でどの塩基配列がメチル化を受け、その結果、 発現が低下するに至ったの力は検証されていない。 また、 Hohnらは、 プロモータ一の みならず、 構造遺伝子部分のシトシンのメチル化も Gus遺伝子の発現低下をもたらす ことを観察し、 構造遺伝子部分がメチル基による修飾を受けないことも高発現のため には重要であると結論付けており、 脱メチル化プロモーターの利用による高発現化に はむしろ否定的ともいえる。
従って、 プロモーターのメチル化を回避することにより、 遺伝子発現レベルを向上 させる具体的方法は不明であった。 また、 メチルイヒを回避し、 より高発現の形質転換 宿主を得るために、 プロモータ一活性を損なわないようにプロモータ一部分、 又はプ 口モータ一部分を含む DN A鎖のどこの CG及び CNG配列を具体的にどのような他の 塩基に改変すればよ 、のかも不明であつた。 発明の開示
本発明は、 構造遺伝子の 5' 側に置いた場合、 この構造遺伝子の発現を活性化する プロモータ一の提供をその目的としている。 また、 本発明は、 前記プロモータ一を含 んでなる DNA鎖の提供をその目的としている。 さらに、 本発明は、 前記 DNA鎖で 形質転換された宿主、 及び該宿主を利用した構造遺伝子を高発現させる方法の提供を その目的としている。
本発明者らは、 以上の観点から、 プロモータ一の 2本鎖 DNA配列中の CG及び CN Gからなる DNAの回文状の配列を、 プロモータ一活性を損なわないように、 CG及び CNG配列が生じない他の塩基に改変してメチル化を受けにくくすることにより、 高発 現プロモータ一を作製できると考えた。 この考えに基づき、 鋭意研究を重ねた結果、 新規にデザインしたプロモータ一を翻訳ェンハンサ一、 構造 (レポ一タ一) 遺伝子、 翻訳終止コドン、 ターミネータ一等の構成要素等と繋ぎ、 これを用いてキク植物体を 形質転換することにより、 該キク植物体において外来遺伝子の発現レベルを飛躍的に 向上し得ることを見出し、 本発明を完成させるに至った。
すなわち、 本発明は、 以下の (a) 又は (b) に示される DNAを提供する。
( a ) 配列番号 1で表わされる塩基配列中の第 7〜 272塩基からなる塩基配列を含 む DNA。
( b ) 配列番号 1で表わされる塩基配列中の第 7〜 272塩基からなる塩基配列にお いて、 第 41〜42塩基、 第 59〜60塩基、 第 73〜75塩基、 第 77〜78塩基 、 第 80〜82塩基、 第 109〜 1 10塩基、 第 1 19〜 120塩基、 第 1 34〜 1 35塩基、 第 145〜 146塩基、 第 1 8 1〜; I 83塩基、 第 1 85〜 1 86塩基、 第 1 97〜198塩基、 及び第 217〜21 8塩基を除く部位にて 1個〜数個の塩基 が欠失、 付加又は挿入された塩基配列を含み、 該欠失、 付加又は挿入された塩基配列 中に CG、 CAG、 CTG、 CCG及び CGGで表わされる連続配列を含まず、 かつ、 プロモータ —活性を有する DNA。
さらに、 本発明は、 以下の (c) 又は (d) に示される DNAを提供する。
(c) 配列番号 1で表わされる塩基配列を含む DNA。
(d) 配列番号 1で表わされる塩基配列において、 第 41〜42塩基、 第 59〜60 塩基、 第 73〜75塩基、 第 77〜78塩基、 第 80〜82塩基、 第 109〜 1 10 塩基、 第 1 19〜 1 20塩基、 第 134〜 1 35塩基、 第 145〜 146塩基、 第 1 81〜 183塩基、 第 185〜; I 86塩基、 第 197〜 198塩基、 及び第 21 7〜 218塩基を除く部位にて 1個〜数個の塩基が欠失、 付加又は挿入された塩基配列を 含み、 該欠失、 付加又は挿入された塩基配列中に CG、 CAG、 CTG、 CCG及び CGGで表わ される連続配列を含まず、 かつ、 プロモーター活性を有する DNA。
さらに、 本発明は、 以下の (e) 又は (f ) に示される DNAを提供する。
( e ) 配列番号 2で表わされる塩基配列中の第 7〜 272塩基からなる塩基配列を含 む DNA。
( f ) 配列番号 2で表わされる塩基配列中の第 7〜 272塩基からなる塩基配列にお いて、 第 41〜42塩基、 第 59〜60塩基、 第 73〜75塩基、 第 77〜78塩基 、 第 80〜82塩基、 第 109〜 1 10塩基、 第 1 19〜 120塩基、 第 1 34〜 1
35塩基、 第 145〜 146塩基、 第 1 81〜 183塩基、 第 1 83〜 188塩基、 第 195〜200塩基、 及び第 2 17〜21 8塩基を除く部位にて 1個〜数個の塩基 が欠失、 付加又は挿入された塩基配列を含み、 該欠失、 付加又は挿入された塩基配列 中に CG、 CAG、 CTG、 CCG及び CGGで表わされる連続配列を含まず (但し、 第 1 85〜
186塩基及び第 1 97〜198塩基はそれぞれ CGである)、 かつ、 プロモータ一活 性を有する DNA。
さらに、 本発明は、 以下の (g) 又は (h) に示される DNAを提供する。
(g) 配列番号 2で表わされる塩基配列を含む DNA。
(h) 配列番号 2で表わされる塩基配列において、 第 41〜42塩基、 第 59〜60 塩基、 第 73〜75塩基、 第 77〜78塩基、 第 80〜82塩基、 第 109〜 1 10 塩基、 第 1 1 9〜: I 20塩基、 第 1 34〜 1 35塩基、 第 145〜 146塩基、 第 1 8 1〜 1 83塩基、 第 1 83〜 1 88塩基、 第 1 95〜200塩基、 及び第 2 1 Ί〜 2 1 8塩基を除く部位にて 1個〜数個の塩基が欠失、 付加又は挿入された塩基配列を 含み、 該欠失、 付加又は揷入された塩基配列中に CG、 CAG、 CTG、 CCG及び CGGで表わ される連続配列を含まず (但し、 第 1 85〜 1 86塩基及び第 1 97〜1 98塩基は それぞれ CGである)、 かつ、 プロモータ一活性を有する DNA。
さらに、 本発明は、 以下の (i ) 又は U) に示される DNAを提供する。
( i ) 配列番号 3で表わされる塩基配列中の第?〜 322塩基からなる塩基配列を含 む DNA。
( j ) 配列番号 3で表わされる塩基配列中の第 7〜 322塩基からなる塩基配列にお いて、 第 41〜42塩基、 第 59〜60塩基、 第 73〜75塩基、 第 77〜78塩基 、 第 80〜82塩基、 第 1 09〜 1 1 0塩基、 第 1 1 9〜 1 20塩基、 第 1 34〜 1 35塩基、 第 145〜; I 46塩基、 第 1 8 1〜 1 83塩基、 第 1 85〜 1 86塩基、 第 1 97〜 1 98塩基、 第 2 1 7〜2 1 8塩基、 第 23 1〜233塩基、 第 235〜 236塩基、 第 247〜248塩基、 及び第 267〜 268塩基を除く部位にて 1個 〜数個の塩基が欠失、 付加又は挿入された塩基配列を含み、 該欠失、 付加又は揷入さ れた塩基配列中に CG、 CAG、 CTG、 CCG及び CGGで表わされる連続配列を含まず、 かつ 、 プロモータ一活性を有する DNA。
さらに、 本発明は、 以下の (k) 又は ( 1 ) に示される DNAを提供する。
(k) 配列番号 3で表わされる塩基配列を含む DNA。
( 1 ) 配列番号 3で表わされる塩基配列において、 第 41〜42塩基、 第 59〜60 塩基、 第 73〜75塩基、 第 77〜78塩基、 第 80〜82塩基、 第 109〜 1 1 0 塩基、 第 1 1 9〜 1 20塩基、 第 1 34〜 1 35塩基、 第 145〜 146塩基、 第 1 8 1〜: I 83塩基、 第 1 85〜1 86塩基、 第 1 97〜1 98塩基、 第 2 1 7〜2 1 8塩基、 第 23 1〜233塩基、 第 235〜236塩基、 第 247〜248塩基、 及 び第 267〜268塩基を除く部位にて 1個〜数個の塩基が欠失、 付加又は挿入され た塩基配列を含み、 該欠失、 付加又は挿入された塩基配列中に CG、 CAG、 CTG、 CCG及 び CGGで表わされる連続配列を含まず、 かつ、 プロモーター活性を有する DNA。 さらに、 本発明は、 以下の (m) 又は (n) に示される DNAを提供する。 (m) 配列番号 4で表わされる塩基配列中の第?〜 422塩基からなる塩基配列を含 む DNA。
(n) 配列番号 4で表わされる塩基配列中の第?〜 422塩基からなる塩基配列にお いて、 第 41〜42塩基、 第 59〜60塩基、 第 73〜75塩基、 第 77〜78塩基 、 第 80〜82塩基、 第 109〜 1 10塩基、 第 1 1 9〜 120塩基、 第 1 34〜 1 35塩基、 第 145〜 146塩基、 第 1 8 1〜 183塩基、 第 1 85〜 1 86塩基、 第 1 97〜 198塩基、 第 217〜218塩基、 第 231〜233塩基、 第 235〜 236塩基、 第 247〜248塩基、 第 267〜268塩基、 第 281〜283塩基 、 第 285〜286塩基、 第 297〜298塩基、 第 317〜318塩基、 第 331 〜333塩基、 第335〜336塩基、 第34 ?〜348塩基、 及び第 367〜36 8塩基を除く部位にて 1個〜数個の塩基が欠失、 付加又は挿入された塩基配列を含み 、 該欠失、 付加又は挿入された塩基配列中に CG、 CAG、 CTG、 CCG及び CGGで表わされ る連続配列を含まず、 かつ、 プロモーター活性を有する DNA。
さらに、 本発明は、 以下の (o) 又は (p) に示される DNAを提供する。
(o) 配列番号 4で表わされる塩基配列を含む DNA。
(p) 配列番号 4で表わされる塩基配列において、 第 41〜42塩基、 第 59〜60 塩基、 第 73〜75塩基、 第 77〜78塩基、 第 80〜82塩基、 第 109〜 1 10 塩基、 第 1 19〜 120塩基、 第 134〜 1 35塩基、 第 145〜 146塩基、 第 1
81〜 183塩基、 第 185〜 1 86塩基、 第 197〜 198塩基、 第 217〜21
8塩基、 第 231〜233塩基、 第 235〜236塩基、 第 247〜248塩基、 第
267〜268塩基、 第 281〜283塩基、 第 285〜286塩基、 第 297〜2
98塩基、 第 3 17〜 31 8塩基、 第 331〜 333塩基、 第 335〜 336塩基、 第 347〜348塩基、 及び第 367〜368塩基を除く部位にて 1個〜数個の塩基 が欠失、 付加又は挿入された塩基配列を含み、 該欠失、 付加又は挿入された塩基配列 中に CG、 CAG、 CTG、 CCG及び CGGで表わされる連続配列を含まず、 かつ、 プロモータ
—活性を有する DNA。
また、 本発明は、 上記のいずれかの DN Aを含んでなる DN A鎖を提供する。 この ような DNA鎖は、 構造遺伝子 DNAと、 該構造遺伝子が発現するような様式で該構 造遺伝子 D N Aの 5, 部位に組み込まれた上記の 、ずれかの DNAとを含んでなるこ とが好ましい。 これらの DNA鎖は、 さらに翻訳ェンハンサ一、 翻訳終止コドン、 タ —ミネ一ター、 及びそれらの組み合わせからなる群よリ選択される構成要素を含んで もよい。 さらにまた、 本発明は、 上記 DNA鎖で形質転換された宿主を提供する。 該 宿主は、 好ましくは植物細胞である。
さらにまた、 本発明は、 上記 DNA鎖で形質転換された植物細胞を構造遺伝子が発 現可能なように培養又は栽培することを特徴とする、 植物で構造遺伝子を発現させる 方法を提供する。 この方法において、 構造遺伝子は外来遺伝子であってもよい。 さら に、 本発明は、 上記 DNA鎖で形質転換された宿主を用いて、 該プロモーター活性を 有する D N Aにより転写が活性化される又は発現が促進される構造遺伝子の発現産 物である蛋白質を製造する方法を提供する。
さらに、 本発明は、 上記 DNA鎖で形質転換された植物細胞から再生により得られ る形質転換植物を提供する。
さらに、 本発明は、 選択マーカー遺伝子 DNAと、 該選択マーカー遺伝子が発現す るような様式で該選択マ一力一遺伝子 DN Aの 5, 部位に組み込まれた上記のいずれ かの DNAとを含んでなる DNA鎖を提供する。 さらに、 本発明は、 該 DNA鎖で宿 主を形質転換処理し、 得られた宿主を、 前記選択マーカー遺伝子が発現可能であり、 かつ、 該選択マーカ一遺伝子を発現する宿主とこれを発現しない宿主とを識別し得る 条件下で培養することを特徴とする、 形質転換宿主を選択する方法を提供する。 該宿 主は、 好ましくは植物細胞である。
本明細書は、 本願において主張する優先権の基礎である日本国特許出願第 2000 -59276号の明細書及び Z又は図面に記載される内容を包含する。 配列表の説明
配列番号 1〜4 :プロモータ一配列を含む合成 DNA。
配列番号 5〜 24 : プライマー。 図面の簡単な説明
図 1A及び図 1 Bは、 本発明によるプロモータ一: MF— 48の DNA配列 (図 1 A) 及び MF_ 18の DNA配列 (図 1 B) (上段) と、 pBI121に含まれる 35Sプロ モータ一の DN A配列 (下段) との比較を示す図である。
図 2は、 プラスミド pKT81 (A)、 pKT83 (B)、 pMF-28 (C) 及び pKTll (D) の構 造の一部を示す図である。
図 3は、 プラスミド pMF-48- Gus、 並びにその誘導体 pMF— 48- 2及び pMF- 48- 4の概 略を示す図である。
図 4は、 4種類のベクタ一で形質転換したキクの葉における、 Gus遺伝子の発現量 の平均値 (1 0個体以上) を、 対照としての pBI121 で形質転換した組換えタバコで の Gus遺伝子の発現量への相対値で表した図である。
図 5は、 それぞれ 3種類のベクターで形質転換したキクの葉における、 Gus遺伝子 の発現量の相対値 (対照は PBI121 で形質転換した組換えタバコ) の個体別の分布を 示した図である。 発明を実施するための最良の形態
( 1) プロモーター
本発明の DNAは、 配列番号 1〜4で表わされる塩基配列を含む DNA又はこれら のプロモータ一活性を有する部分であり、 これらの DNAは、 CaMVの 35 Sプロモ一 ターをもとにその塩基配列中の一部の塩基を改変したものである。
CaMVの 35 Sプロモータ一の転写開始点より上流 250bp中には 1 3個の CG又は CN Gが存在し、 これらの塩基配列は、 植物体中でそれぞれ CGメチル化酵素及び CNGメチ ル化酵素によリメチル化を受けていることが推察される。 そこで、 これらの配列を、 メチル化を受けないような配列に置換したのが、 配列番号 1で表わされる塩基配列を 含む DNAである。 配列番号 1中において、 プロモーター活性を有する部分は、 第 7 〜272塩基の部分である。
さらに、 配列番号 1で表わされる塩基配列を含む DN A (プロモーター) のメチル 化フリーという特徴を生かしつつ、 特に有効と思われるさらなる改変として、 プロモ 一ターの ocs領域又は as- 1領域と呼ばれる約 20塩基からなる領域 (Ellisら、 Pla nt J., 4 (1993) 433-443; Lam ら、 Pro Natl. Acad. Sci. USA, 86 (1989) 7890-7
894) の改変が考えられる。 そこで、 該 ocs領域の中の CG配列を残しつつ、 6塩基の 回文状構造 (GACGTC) を形成するように改変したものが、 配列番号 2で表わされる塩 基配列を含む D N Aである。 配列番号 2中において、 プロモーター活性を有する部分 は、 第 7〜2 7 2塩基の部分である。
配列番号 1及び 2で表わされる塩基配列 (転写開始点より上流) と、 植物の遺伝子 操作で通常最もよく用いられるベクタ一 PBI 121 (クロンテック社製) に含まれる 3 5 Sプロモーターの配列との比較を、 それぞれ図 1 A及び図 1 Bに示す。
また、 上記 ocs領域に関する改変として、 プロモータ一中の ocs領域を重複させる ように合成することが考えられ、 これによリプロモータ一活性が増強されると考えら れる。 そこで、 上記配列番号 1において、 2つの ocs領域を反復させたのが、 配列番 号 3で表わされる塩基配列を含む D N Aである。 配列番号 3中において、 プロモータ —活性を有する部分は、 第?〜 3 2 2塩基の部分である。 さらに、 上記配列番号 1に おいて、 4つの ocs領域を反復させたのが、 配列番号 4で表わされる塩基配列を含む D NAである。 配列番号 4中において、 プロモータ一活性を有する部分は、 第 7〜4 2 2塩基の部分である。
上記のような本発明の D N Aは、 核酸合成の方法に従つて化学合成することにより 得ることができる。
また、 本発明の D NAには、 上記の D NAの塩基配列において 1以上の塩基が欠失 、 付加又は挿入された塩基配列を含み、 かつプロモータ一活性を有する D N A (変異 体) も含まれる。 ここで、 欠失、 付加又は揷入されてもよい塩基の数は特に限定され ないが、 好ましくは 1個〜数個、 より好ましくは 1個〜 3個、 最も好ましくは 1個で ある。 さらに、 本発明の D NAには、 上記の D N Aの塩基配列と 8 0 %以上、 好まし くは 9 0 %以上、 より好ましくは 9 4 %以上、 最も好ましくは 9 9 %以上の相同性を 有する塩基配列を含み、 かつプロモーター活性を有する D NA (変異体) も含まれる 。 ここで、 このような相同性の数値は、 塩基配列比較用プログラム: DNASIS-Mac v3. 7を用いて、 デフォルト (初期設定) のパラメータ一により算出されるものである。 このように、 上記変異体は、 配列番号 1〜4で表わされる塩基配列とは部分的に異 なる塩基配列を含むが、 この場合において、 上述の CaMV 3 5 Sプロモータ一からの改 変部位はそのまま保存されている必要がある。 すなわち、 配列番号 1において、 第 4 1〜4 2塩基、 第 5 9〜6 0塩基、 第 7 3〜7 5塩基、 第 7 7〜7 8塩基、 第 8 0〜
8 2塩基、 第 1 0 9〜 1 1 0塩基、 第 1 1 9〜 1 2 0塩基、 第 1 3 4〜 1 3 5塩基、 第 145〜 146塩基、 第 1 81〜 183塩基、 第 185〜 1 86塩基、 第 197〜 198塩基、 及び第 217〜21 8塩基では変異しない。 同様に、 配列番号 2におい て、 第 41〜42塩基、 第 59〜 60塩基、 第 73〜 75塩基、 第 77〜78塩基、 第 80〜82塩基、 第 109〜 1 10塩基、 第 1 19〜 120塩基、 第 134〜 1 3 5塩基、 第 145〜146塩基、 第 181〜183塩基、 第 1 83〜188塩基、 第 195〜200塩基、 及び第 217〜218塩基では変異しない。 また、 配列番号 3 において、 第 41〜42塩基、 第 59〜60塩基、 第 73〜75塩基、 第 77〜78 塩基、 第 80〜82塩基、 第 109〜1 10塩基、 第 1 19〜120塩基、 第 1 34 〜 1 35塩基、 第 145〜 146塩基、 第 181〜 1 83塩基、 第 185〜; I 86塩 基、 第 197〜 198塩基、 第 217〜218塩基、 第 231〜233塩基、 第 23 5〜236塩基、 第 247〜 248塩基、 及び第 267〜 268塩基では変異しない 。 さらに、 配列番号 4において、 第 41〜42塩基、 第 59〜 60塩基、 第 73〜7 5塩基、 第 77〜78塩基、 第 80〜82塩基、 第 109〜 1 10塩基、 第 1 1 9〜 120塩基、 第 134〜1 35塩基、 第 145〜146塩基、 第 181〜183塩基 、 第 185〜 186塩基、 第 197〜 198塩基、 第 217〜 218塩基、 第 23 1 〜233塩基、 第 235〜236塩基、 第 247〜248塩基、 第 267〜268塩 基、 第 281〜 283塩基、 第 285〜 286塩基、 第 297〜 298塩基、 第 3 1 7〜 318塩基、 第 331〜 333塩基、 第 335〜 336塩基、 第 347〜 348 塩基、 及び第 367〜368塩基では変異しない。
また、 上記変異体の塩基配列は、 CG、 CAG、 CTG、 CCG及び CGGで表わされる連続配 列を含まないことが必要である。 但し、 配列番号 2における第 185〜186塩基及 び第 197〜 198塩基は、 例外的に、 それぞれ CGである。
このような配列番号 1〜4で表わされる塩基配列を含む DNA又はその部分の変 異体は、 プロモータ一活性を有していればよく、 その活性の高さは特に限定されない が、 それぞれ、 配列番号 1〜4で表わされる塩基配列を含む DNA又はその部分のプ 口モータ—活性を実質的に保持することが好ましい。 ここで、 これらの DNA又はそ の部分の 「プロモータ一活性を実質的に保持する」 とは、 プロモーター活性を利用し た実際の使用態様において、 これらの DN A又はその部分と、 同一の条件でほぼ同様 の利用が可能な程度の活性が維持されていることをいう。 また、 ここでいうプロモ一 タ一活性は、 好ましくは植物細胞における活性、 より好ましくはキク植物体における 活' 14、 最も好ましくはキク栽培品種レーガン ( rysanthemum mo i fo— l ium cv. Reaga n Xii Dendranthema grandif lorum cv. Reagan) (こお(ナる活' 14を ヽう。
このような変異体は、 配列番号 1〜4で表わされる塩基配列を参照すれば、 Molecu lar Cloning (Sambrook ら編集(1989) Cold Spring Harbor Lab. Press, New York) 等の文献の記載に従って、 当業者であれば格別の困難性なしに選択し、 製造すること ができることは明らかである。 さらに当業者であれば、 上述した配列番号 1〜4で表 わされる塩基配列を基にして、 当該塩基配列から 1以上の塩基の置換、 欠失、 挿入又 は付加を人為的に行う技術 (部位特異的突然変異誘発) については、 Proc. Natl . Ac ad. Sci . USA 81 (1984)5662-5666、 W085/00817、 Nature 316(1985)601-605、 Gene 34 (1985)3 - 323、 Nucleic Acids Res. 13(1985)4431-4442、 Proc. Natl. Acad. Sci . USA 79(1982)6409-6413、 Science 224(1984) 1431-1433 等に記載の技術に従って変異 体を取得し、 これを利用することができる。
上記のように取得した変異体がプロモータ一としての活性を有するか否か、 さらに は、 配列番号 1〜4で表わされる塩基配列を含む D NA又はその部分のプロモーター 活性を実質的に保持するか否かは、 以下のようなプロモーター活性測定のための手法 により確認することができる。
上記変異体のプロモータ一活性は、 好ましくは種々のレポ一ター遺伝子、 例えばべ 一タグルクロニダ一ゼ (Gus;)、 ルシフェラーゼ (Luc)、 クロラムフエニコ一ルァセチ ルトランスフェラーゼ (Cat)、 ベータガラクトシダ一ゼ (Gal)、 ノパリン合成酵素 ( nos)、 ォクトピン合成酵素 (ocs) 等の遺伝子 ("Plant genetic transformation and gene expression; a laboratory manual 、 Draper, J. et. al.編, Blackwel 1 Scie nti fic Publ ication, 1988) を新規プロモーターの下流域に連結したベクターを作製 し、 当該べクタ一を用いて従来から周知慣用されている種々の形質転換法 (後述) に より植物細胞のゲノムに挿入した後、 当該レポーター遺伝子の発現量を測定すること により算出することができるが、 この方法に何等限定されることはない。 その中の一 例として、 レポ一ター遺伝子が Gusの場合には、 宿主細胞内でのプロモーター活性は 、 ( i )ヒストケミカルな Gus染色による方法、 及び/又は(i i)蛍光基質を用いる方法
(いずれの方法も、 Plant Molecular Biology Manual, C2 (1994) 1-32 (Ed. ) Gelvi nと Schi lperoort, Kluwer Academic Publ ishers) に従って Gus活性を測定し、 さ らに、 例えば Bradford の方法 (Anal. Biochem. 72 (1976) 248-254) に従ってタン パク質量を測定して、 Gus活性をタンパク量当たりに換算する (例えば、 pmoleMU/mi n/mg proteinとして算出する) ことにより、 それぞれ測定することができる。
本発明の D N Aが好ましく利用される宿主細胞は、 様々な植物の細胞、 例えば、 ィ ネ、 ムギ、 トウモロコシ、 ネギ、 ユリ、 ラン等の単子葉植物、 ダイス'、 ナタネ、 トマ ト、 バレイショ、 キク、 バラ、 カーネーション、 ペチュニア、 カスミソゥ、 シクラメ ン等の双子葉植物などの細胞である。 特に好ましい具体例としては、 染色体の倍数性 が高いキク等の植物細胞などが挙げられる。 その理由は、 植物は相同遺伝子の不活化 のために遺伝子をメチル化すると考えられており、 倍数性の高い植物は、 多数の相同 遺伝子を持っために、 強力なメチル化の機構により遺伝子の不活化を行っていると推 察されるからである (Lei tchと BenneU、 Trends in Plant Sci ., 2 (1997) 470-476 )。 また、 ゲノムの GC含量 (Thomas と Sherratt, Biochem. J., 62 (1956) 1-4) が 高いためにメチル化反応の標的配列に富む等の植物細胞なども好ましい候補に挙げ られる。
( 2 ) D NA鎖
本発明によれば、 本発明の D N Aを含んでなる D N A鎖が提供される。 このような D N A鎖は任意の遺伝子を転写するために用いることができ、 使用にあたっては、 所 望の遺伝子が、 発現し得る形で該 D NA鎖中に組み込まれる。 そのような遺伝子は、 典型的には構造遺伝子である。 従って、 本発明はさらに、 構造遺伝子 D NAと、 該構 造遺伝子が発現するような様式で該構造遺伝子 D N Aの 5 ' 部位に組み込まれた本発 明の D N Aとを含んでなる D N A鎖を提供する。
本発明による D N A鎖の具体的形態は、例えばプラスミド又はファージ D N A中の 構成要素の一部として、 本発明の D NAが揷入された形態であってよい。
このような D NA鎖中に構造遺伝子 D N Aを組み込む場合には、 その構造遺伝子が 発現し得るように、 本発明の D N A及び該構造遺伝子 D N Aを配置することができる
。 構造遺伝子 D NAとしては、 ^ -ダルカンエリシター受容体 (Umemoto ら、 Pro
Nat l. Acad. Sci . USA 94 (1997) 1029 - 1034)、 p a c 1 (Sano ら、 Natl. Biotechn ol. 15 (1997) 1290 - 1294)、 及び 2 _ 5 A a s eや R N a s e L (Ogawa ら、 Natl. Biotechnol. 14 (1996) 1566-1569) をコードする DNA等を挙げることができるが、 何等これらに限定されることはない。
本発明の DN A鎖はさらに、 翻訳ェンハンサ一、 翻訳終止コドン、 ターミネータ一 等の構成要素を含むことができる。 翻訳ェンハンサ一、 翻訳終止コドン及びタ一ミネ —タ一としては、 公知のものを適宜組み合わせて用いることができる。 ウィルス起源 の翻訳ェンハンサ一としては、 例えば、 タバコモザイクウィルス、 アルフアルファモ ザイクウィルス RNA4、 ブロモモザイクウィルス RNA3、 ポテトウィルス X、 タ バコエッチウィルスなどの配列が挙げられる (Gallie ら、 NIK:. Acids Res., 15 (19 87) 8693-8711)。 また、 植物起源の翻訳ェンハンサ一として、 ダイズの β— 1, 3グ ルカナーゼ (Glu) 由来の配列 (石田功、 三沢典彦著、 講談社サイェンティフイク編、 細胞工学実験操作入門、 講談社、 P.119、 1992) やタバコのフェレドキシン結合性サ ブユニット (PsaDb) 由来の配列 (Yamamoto ら、 J. Biol. Chem. , 270 (1995) 1246 6-12470) などが挙げられる。 ターミネータ一としては、 例えば、 nos遺伝子のタ一ミ ネ一タ一、 ocs 遺伝子のタ一ミネ一ターなどが挙げられる(Annu. Rev. Plant Physio 1. Plant Mol. Biol., 44 (1993) 985 - 994、 "Plant genetic transformation and ge ne expression; a laboratory manual"前出)。 また、 プロモータ一中の車云写ェンノヽン サ一として、 35S のェンハンサ一部分が同定され、 それらを複数個並べて繋げること により、 活性を高めることが報告されており (Plant Cell, 1 (1989) 14卜 150)、 こ の部分を DNA鎖の一部として用いることも可能である。 これらの各種構成要素は、 その性質に応じて、 それぞれが機能し得る形で DNA鎖中に組み込まれることが好ま しい。 そのような操作は、 当業者であれば適切に行うことができる。
本発明の DNA (プロモータ一) は、 転写開始点以降にダイズの Glu遺伝子由来の 翻訳ェンハンサ一を含んでいる (該配列番号 1又は 2の 2 7 9番目以降、 或いは該配 列番号 3の 3 2 9番目以降、 或いは該配列番号 4の 4 2 9番目以降で示される)。 こ の配列はメチル化フリーによる転写促進には直接関与していないが、 目的とする遺伝 子の発現をさらに促進することができる。 この翻訳ェンハンサーに関しては、 本発明 で使用したダイズの G 1 u遺伝子由来のものに限らず、 これまで報告されているような 上記のような他の翻訳ェンハンサ一に置き換えても同様な効果が期待できる。 さらに
、 本発明のように、 この翻訳ェンハンサ一の CG配列につき、 他の塩基に置換するこ とも可能である。 また他の翻訳ェンハンサ一に関して、 CG配列以外に CNG配列がある 場合には、 該配列についても CG配列と同様に他の塩基に置換することも可能である。 当業者であれば、 そのような改変は適切に行うことができる。
上記 D N A鎖は、 遺伝子工学の分野で慣用されている手法を用いることにより、 当 業者であれば容易に製造することができる。 また、 本発明の D NA鎖は、 人工的な構 築物に限定されるものではなく、 上記のような構造を有するものであれば、 天然の供 給源から単離されたものであってもよい。 該 D NA鎖は、 周知慣用されている核酸合 成の方法に従って合成する事により、 得ることができる。
( 3 ) 形質転換
本発明のプロモータ一活性を有する D N Aを含む D N A鎖によって宿主を形質転 換し、 得られる形質転換体を培養又は栽培することにより、 構造遺伝子の発現を誘導 することができ、 又は該構造遺伝子を高い効率で発現させることができる。 前記構造 遺伝子は外来遺伝子であつてもよい。
形質転換後の本発明の鎖は、 プラスミド、 ファージ又はゲノム D NAの中に挿入さ れた形で、 微生物 (特に細菌)、 ファージ粒子又は植物の中に存在することができる。 ここで、 細菌としては、 典型的には、 大腸菌、 ァグロパクテリゥム等が挙げられるが 、 これらに限定されるものではない。
本発明の好ましい実施形態では、 本発明の D N A鎖は、 タンパク質を発現させよう としている構造遺伝子が、 植物体中で安定に発現し得るように、 本発明の D NA (プ 口モータ—)、 翻訳ェンハンサ—、 構造遺伝子 D N A、 翻訳終止コドン、 及びターミ ネーター等とがー体に結合して、 これがゲノムに揷入された形態で植物中に存在する
宿主の好ましい例としては、 イネ、 ムギ、 トウモロコシ、 ネギ、 ユリ、 ラン等の単 子葉植物、 ダイズ、 ナタネ、 トマト、 バレイショ、 キク、 バラ、 カーネーション、 ぺ チュニァ、 カスミソゥ、 シクラメン等の双子葉植物などの細胞が挙げられ、 特に好ま しい具体例としては、 染色体の倍数性が高いキク等の植物細胞などが挙げられる。 ま た、 具体的な植物材料としては、 例えば、 生長点、 苗条原基、 分裂組織、 葉片、 茎片 、 根片、 塊茎片、 葉柄片、 プロトプラスト、 カルス、 葯、 花粉、 花粉管、 花柄片、 花 茎片、 花弁、 がく片等が挙げられる。 宿主に外来遺伝子を導入する方法としては、 既に報告され、 確立されている種々の 方法を適宜利用することができる。 その好ましい例として、 例えば、 生物学的方法と しては、 ウィルス、 ァグロパクテリゥムの T iプラスミド、 R iプラスミド等をべク タ一として用いる方法が挙げられ、 物理学的方法としては、 エレクト口ポレーシヨン 、 ポリエチレングリコール、 パーティクルガン、 マイクロインジェクション ("Plant genetic transformation and gene expression; a laboratory manual 目 'j出)、 シリ コンニトリドウイスカー、 シリコンカーバイドゥイスカー (Euphytica 85( 1995)75-8 0、 In Vi tro Cel l . Dev. Biol. 31 (1995) 10卜 104、 Plant Science 132(1998)31-43 ) によって遺伝子を導入する方法等が挙げられる。 該導入方法については、 当業者で あれば適宜選択し、 使用することができる。
さらに、 本発明の D NA鎖で形質転換された植物細胞を再生させることにより、 導 入された遺伝子がその細胞内で発現する形質転換植物を作製することができる。 この ような操作は、 植物細胞から植物体への再生方法として一般的に知られている方法に より、 当業者であれば容易に行うことができる。 植物細胞から植物体への再生につい ては、 例えば、 「植物細胞培養マニュアル」 (山田康之編著、 講談社サイェンティフィ ク、 1984) 等の文献を参照されたい。
発現誘導又は高発現された遺伝子の発現産物は、 それ自体を単離して利用したい場 合には、 培養物からその発現産物に適した方法によつて単離精製することができる。 さらに、 発現産物の存在により宿主細胞の成長又は生育、 さらにはその細胞の性質が 改質される場合には、 そのような宿主を培養し、 若しくは該宿主が脱分化した植物体 である場合には、 その植物体を栽培することで、 目的とする構造遺伝子の発現産物を 高発現させることができる。
また、 本発明にょリ開示された高発現のプロモーターによって、 例えばカナマイシ ン耐性 (例えば、 NPTI I ) 遺伝子の選択マ一力一を発現させた D N A鎖を用いること により、 植物体の形質転換効率を著しく高めることができる。 これは、 選択マーカー 遺伝子 D N Aと、 該選択マ一カー遺伝子が発現するような様式で該選択マーカ一遺伝 子 D N Aの 5, 部位に組み込まれた上記のいずれかの D NAとを含んでなる D N A鎖 を用いることにより行うことができる。 その具体的手順は特に限定されないが、 例え ば、 該 D N A鎖で宿主を形質転換処理し、 得られた宿主を、 前記選択マーカ一遺伝子 が発現可能であり、 かつ、 該選択マ一力一遺伝子を発現する宿主とこれを発現しない 宿主とを識別し得る条件下で培養することにより行うことができる。 該宿主は植物細 胞以外のものであってもよく、 特に限定されないが、 好ましくは植物細胞である。 こ こで使用し得る選択マ一力一遺伝子はいかなるものであってもよく、 特に限定されな いが、 好ましくは薬剤耐性遺伝子、 例えば、 NPTI I 遺伝子 (カナマイシン耐性遺伝子 )、 Hygr遺伝子 (ハイグロマイシン耐性遺伝子) 等を用いることができる。 この場合に は、 選択マーカー遺伝子を発現する宿主とこれを発現しない宿主とを識別し得る条件 は、 その遺伝子が耐性を有する薬剤を含有する培地を用いて培養を行うことにより達 成することができる。 選択マ一カー遺伝子として NPTI I遺伝子を使用する場合に用い る薬剤としては、 カナマイシン (Km) が挙げられる力 これに何等限定されることは なく、 G418やパロモマイシンも適宜選択して使用することができる。 また、 例えばハ イダロマイシン耐性 (例えば、 Hygr) 遺伝子の選択マーカーを発現させた D NA鎖を 用いた場合にも同様の効果が期待できる。 この場合に用いる薬剤としては、 ハイグロ マイシンを挙げることができる。
この場合においても、 該 D NA鎖を宿主細胞に導入して形質転換された植物体を得 る方法としては、 上記のような任意の方法を用いることができ、 該植物体の発現確認 には、 例えばレポ一タ一遺伝子が Gusの場合には、 上記の( i )ヒストケミカルな Gus 染色による方法により、 及び 又は(i i )蛍光基質を用いる方法 (Plant Molecular Bi o logy Manual , C2 (1994) 1-32、 前出) 等によって確認することができる。
一般に、 細胞の分化に伴って、 メチル化による遺伝子の不活化が起こることが知ら れており、 本発明によって開示されたプロモータ一は、 形質転換時のカルス等の未分 化な植物細胞のみならず、 植物体においても目的遺伝子を高発現させることが期待さ れる。 産業上の利用可能性
本発明によれば、 従来から植物用の高発現プロモータ一とされてきたカリフラワー モザイクウィルスの 3 5 Sプロモータ一による構造遺伝子の発現が弱い植物、 例えば キクにおいても、 該発現効率を向上させることができる。 実施例
以下に本発明を実施例によって説明するが、 本発明はこれらに限定されるものでは ない。
〔実施例 メチル化フリープロモータ一の作製
CaMVの 35 Sプロモーターの mRNA (転写) 開始点より上流 250bp中には 1 3個 の CG若しくは CNGが存在し、 これらの塩基配列は植物体中で、 それぞれ CGメチルイ匕 酵素及び CNG メチル化酵素によリメチル化を受けていることが推察される。 そこで、 これらの配列をメチル化を受けないような配列に置換した DN Aを全合成した (MF -48 :配列番号 1)。 また、 転写活性に特に大きな影響を持つと思われる ocs領域 については、 その中の CG配列を残しつつ、 6塩基の回文状構造 (GACGTC) になるよ うに改変したものを作製した (MF— 1 8 :配列番号 2)。 MF— 48及び MF— 1 8の配列 (転写開始点より上流) と、 植物の遺伝子操作で通常最もよく用いられるべ クタ一 ρΒΠ21に含まれる 35 Sプロモーターの配列との比較を、それぞれ図 1 A及び 図 1 Bに示した。 図 1 A及び図 1 Bにおいて、 下線部はメチル化の標的と言われる C G及び CNG配列を表す。
上記のものとは別に、 Friedrich Miescher-Institut (スイス国) のホーン博士よ リ、 35 Sプロモーターのメチル化標的部位を改変した遺伝子 (プラスミド名は pSa n9: Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 93 (1996) 8334-8339、 前出) の譲渡を受けた。 この遺伝子は、 mRNAの転写開始点の上流約 250塩基対のプロモーター部分と、 その下流に CaMVの 35 S遺伝子の約 50塩基対の 5' 非翻訳配列 (該プロモーター 部分及び該 5' 非翻訳配列を併せて、 以下 「MF— 28」 という)、 さらに下流に Gu sの構造 (レポ一ター) 遺伝子と 35 Sのターミネータ一を含む Gus遺伝子発現カセ ットから構成されている。
〔実施例 2〕 メチル化フリープロモータ一を有するベクタ一の作製
このようにして作製した MF— 48、 MF- 18及び MF— 28の効果を形質転換 された植物体で検証するため、 発現べクタ一を構築した。 以下の発現べクタ一はすべ て、 ボーダー配列に挟まれた領域内に Gus遺伝子及び ΝΡΤΠ遺伝子の発現ュニットが
、 転写方向が反対になるように構成されている。 これらの発現カセットを、 ァグロバ クテリアと大腸菌で増幅可能なバイナリ一型べクタ一、 pKTllを基本べクタ一として、 Gus遺伝子及び NPTII遺伝子のプロモーターを置き換えることにより、 pKT81、 ρΚΤ83 及び pMF-28を構築した。
上記バイナリ一型ベクター pKTllは、 ァグロバクテリア A 281の RB領域である、 Xhol- EcoRI約 250 b p、 Gus遺伝子の発現ュニット部分である、 Hindi 11- EcoRI約 3. 5 kb pの部分 (5, 側から順に、 CaMVの 35 Sプロモータ一、 タバコの PsaDb の翻訳ェンハンサ一、 トウゴマの力タラ一ゼ遺伝子のイントロンを含む Gus遺伝子、 nos遺伝子のターミネ一ターを連結)、 ΝΡΤΠ遺伝子の発現ユニット部分である、 Hind III-Kpnl約 1. 7 k b pの部分 (nos遺伝子のプロモーターで駆動される植物体で働 く NPTII遺伝子、 nos遺伝子のターミネ一ター)、 及び pBI121由来のレフトボーダー 領域とァグロバクテリアと大腸菌で増幅可能な複製起点を持つ部分の Kpnl- Xhol約 5 . 5 k b pから構成されているベクターであり、 さらに、 ダイズ由来の Glu遺伝子の 翻訳ェンハンサ一を接続したプロモータ一により、 Gus遺伝子を発現させたベクター である (図 2D)。
実施例 1で作製した DNA断片 (プロモーター) をァガロースゲルにより精製し、 プラスミド pKTllの 35 Sプロモーター領域 (Hindlll- Xbal) と置換し、 プラスミド PKT81、及び ρΚΤ83を作製した (図 2 )。
PKT81及び ρΚΤ83はそれぞれ、 MF— 48及び MF— 18の下流に、 翻訳効率を高 める目的で、 ダイズ由来の Glu遺伝子の翻訳ェンハンサ一を接続し、 更に下流に、レ ポーター遺伝子である Gus遺伝子、 nos遺伝子のタ一ミネ一ターを繋げた発現ュニッ トを持つ。 同時に、 ipt遺伝子のプロモーター、 ダイズ由来の Glu遺伝子の翻訳ェン ハンサー、 NPTII遺伝子、 及び nos遺伝子のターミネータ一を接続した発現ユニット を含んでいる。
pMF-28は、 pSan9の Gus遺伝子発現カセット全体を、 pKTllの Gus発現カセットと 交換したものである。
MF-48と MF— 18のプロモータ一、 及び MF— 28により Gus遺伝子をそれ ぞれ発現するベクター pKT81、 ρΚΤ83及び pMF- 28の制限酵素地図を、 それぞれ図 2 A、 B及び Cに、 ベースとなる pKTllを図 2 Dに示す。
また、 ocs領域を増加させたプロモーターを作製するため、 MF— 48プロモータ
—の ocsを含む領域である、 制限酵素 BamHI と Bglllの切断地点までの間の配列を、 本プロモータ一を BamHIで切断した断片へ揷入し、 この配列が同じ向きで 2コピー直 列に並んだプロモータ一 (M F— 4 8— 2 :配列番号 3 ) 、並びにこの配列が同じ向 きで 4コピ一直列に並んだプロモータ一 (M F— 4 8— 4 :配列番号 4 ) をそれぞれ 作製した (図 3 )。
〔実施例 3〕 Gus遺伝子を発現するキクカルスの作製
M F - 4 8及び M F— 1 8のプロモータ一により Gus遺伝子を発現するべクタ一 pK T81及び ρΚΤ83、 並びに対照として pKTl l をエレクトロポレーシヨン法により、 ァグ ロバクテリゥム ·ッメファシエンス L B A 4 4 0 4株に導入し、 これを下記の YEB-K m培地 3 ml に接種し、 28°Cで 16時間、 暗所で培養した後、 遠心によリ集菌し、 下記 の感染培地 10ml に懸濁して、 これを感染液とした。 YEB-Km培地及び感染培地の培地 組成は、 以下の通りである。
YEB- Km培地; 5g/ lビーフエキス、 lg/1酵母エキス、 5g ペプトン、 5g/ lスクロ一 ス、 2mM硫酸マグネシウム(pH7.2)、 50mg/lカナマイシン。
感染培地; 1/2濃度の MS (Murashige & Skoog, Physiol. Plant. , 15 (1962) 473- 497)培地の無機塩及びビタミン類、 15g/lスクロ—ス、 lOg/1ダルコ—ス、 ΙΟπιΜ MES( pH5.4)0
キクの栽培品種である、 レ—ガン (Chrysanthemum mori fol ium cv. Reagan又は De ndranthema grandif lorum cv. Reagan) の無菌個体の葉を 5- 7腿角に切断し、 それぞ れ各種べクタ一: ρΚΤ11、 ρΚΤ81及び ρΚΤ83を導入したァグロパクテリゥム感染液に 1 0分間浸し、 過剰な感染液を濾紙上で拭き取った後、 下記の共存培地に移植して 25°C の暗所で培養した。 3 日間培養した後、 下記の選択培地に移植して 3週間培養するこ とにょリ、 Km耐性のカルスを得た。 選択培地での培養は 25°C、 16時間照明(光密度 3 2A6 E/m2 s ) / 8時間無照明の条件下で行った。 得られた Km耐性のカルスを含む葉片 各 4枚ずつ、 計 1 2枚を、 Gus遺伝子の発現確認のため、 Gus活性測定に用いた。
共存培地; MS培地の無機塩及びビタミン類、 30g スクロース、 lmg ナフタレン 酢酸、 2mg ベンジルアデニン、 8g 寒天、 5mM MES(pH5.8)、 200μ Μァセトシリン ゴン。
選択培地; MS培地の無機塩及びビタミン類、 30g/ 1スクロース、 lmg/ 1ナフタレン 酢酸、 2mg べンジルアデニン、 8g/ l寒天、 5raM MES(pH5.8)、 25mg カナマイシン、 300mg/lセフォタキシム。
該測定の反応溶液 (lOOmM リン酸ナトリウム緩衝液 (pH7.0)、 ImM EDTA、 0.1% Tri ton X- 100、 ジチオスレィトール (DTT) ImM) 200 l中に該葉片を移し、 氷冷し ながら十分に破砕した。 懸濁液を遠心して上清を回収し、 これを粗酵素液とした。 Gu s 活性の測定は、 既報 (Plant Molecular Biology Manual, C2 (1994) ト 32、 前出) に基づいて行った。 即ち、 反応溶液 145 zl に粗酵素液 5μ1及び基質として 2.8mg/m 1の 4-メチルゥンベリフェリル- /9-D-ダルクロニド 50μ 1を添加し、 発生する蛍光を 測定して行った。 タンパク質量の測定はバイオラッド社のプロテインアツセィキット IIを用いて行い、 タンパク質量あたりの Gus活性を求めた。 下記の表 1に ρΚΠ1、 ρΚ T81及び ρΚΤ83によりそれぞれ形質転換されたカルスの Gus活性を示す。 pKT81及び ρ ΚΤ83によリ形質転換された力ルスは、 ρΚΤ 11 により形質転換されたカルスよりも約 4 〜5倍高い Gus活性を示したことから、 メチル化フリープロモーター: MF— 48及 び M F— 1 8が高発現性であることが確認された。 表 1
各種プロモータ一によるキクカルス中での
β一ダルクロニダーゼ遺伝子の発現
Figure imgf000022_0001
MF-48— 2及び MF— 48— 4についても、 pBI121の 3 5 Sプロモーターと置 き換えたベクタ一を作製し、 上記同様、 キク葉片を材料にした形質転換を行い、 Km耐 性のカルスを得た。 それらのカルスを用いて、 Plant Molecular Biology Manual, C2 (1994) 1-32 (前出) に記載の方法に従って、 Gus 活性による組織染色を行ったとこ ろ、 pBI121では、 発色が観察されなかったのに比べ、 MF— 48— 2及び MF— 48 一 4では、 著しく強い青色の発色が観察された。 即ち、 定性的な発現強度は、 PBI121 では—であったのに比べ、 MF— 48— 2と MF— 48— 4では、 +から + +であつ た。
〔実施例 4〕 Gus遺伝子を発現するキク植物体の作製
植物の形質転換において、 しばしばカルスのような未分化な細胞中で高発現するプ 口モータ一が、 生長した植物体においては、 ごく一部の細胞でしか高発現しない現象 が見受けられる。 この現象の 1つの原因として、 植物細胞が分化する際に、 不要な遺 伝子の発現を抑制するため遺伝子のメチル化が促進されることが考えられる。 以上の 観点から、 本発明によって開示されたメチル化フリープロモータ一は生長した植物体 においても高発現するのではないかと考え、 これを検証した。
pKT81、 ρΚΤ83及び pMF-28を含むァグロパクテリゥム ·ッメファシエンス LBA4 404株を、 実施例 3の方法に従って形質転換して得られた Km耐性のカルスから Km を含む MS培地 (再生培地;実施例 3の選択培地と同じ組成) で、 植物体を再生させ た。 さらに、 発根を促進するために、 再生培地から植物生長調節物質 (ナフタレン酢 酸、 ベンジルアデニン) を除いた発根促進培地で生長させた。
生長した植物体の中から外来遺伝子として NPT 11遺伝子を含有する個体を、 P C R を行うことによって検出し、 該再分化植物体が形質転換体であることを確認した。 こ こで、 NPTII 遺伝子特有の配列を特異的に増幅するプライマ一として、 TAAAGCACGAGG AAGCGGT (配列番号 5)、 及び GCACAACAGACAATCGGCT (配列番号 6 ) を用いた。 PCR の反応条件は、 94°Cで 5分間の加熱後、 94°C (30秒) — 55°C ( 1分) —72 °C (1分) のサイクルを 30回行い、 最後に 72 °Cで 1 0分間反応させた。 この反応 では、 酵素として ExTaqポリメラ一ゼ (宝酒造社製) を用いた。
それら植物体の葉各 3枚、 各遺伝子あたり 10個体ずつについて、 Km耐性のカルス と同様に活性を測定した平均値を、 図 4に示す。 対照として、 実施例 3の形質転換法 に従って、 ΡΒΠ21 をキク及びタバコ (品種:キサンチ (Xanthi)) に導入する実験も 実施した。 また、 PKT81 (MF— 48)、 pKT83 (MF— 1 8)、 及び pMF-28 (MF -28) を導入したキク形質転換体の葉での Gus遺伝子の発現量を、 個体別に測定し たヒストグラムを図 5に示す。
結果は、 pKT81 (MF- 48)、 pKT83 (MF- 1 8) 及び pMF- 28 (MF- 28) を導 入したキクでは、 pBI121に比べて、 より高い Gus遺伝子の発現が観察された。 とは言 え、 pMF-28の発現量は、 高発現プロモーターの例としてよく知られているタバコでの 発現量には及ばなかった。 ところが、 驚くべきことに、 pKT81 と pKT83ではタバコに おける PBI121 (3 5 S) の発現量を、 はるかに凌駕していた。 その中で pKT81 (MF — 48) と pKT83 (MF- 1 8) を比較すると、 pKT83 (MF— 1 8) の個体の方が、 Gus遺伝子の発現が、 より高い傾向があった (図 4)。 また、キクでの発現量を個体別 に見てみると、 例えば Gus遺伝子の発現量は、 3倍以上を示す個体は、. MF— 48及 び MF— 1 8に限定されていた。 全体的には MF— 1 8の方が、 MF— 48に比べ、 高発現個体数がより多い傾向にあった (図 5)。
〔実施例 5〕 形質転換されたキクでの外来遺伝子のメチル化の解析
導入した遺伝子が生体内でどのようにメチル化をされているかを知るために、 導入 遺伝子の配列中のメチル化されているシトシンの位置を測定した。 分析法は、 Meyer らのシトシン 'デァミネ一シヨン一 PCR法 (EMBO Journal, 13 (1994) 2084-2088 ) に従った。 その方法の概略は、 まず、 実施例 4で得られた形質転換キクより CTAB 法によって DNAを抽出し、 制限酵素 EcoRIで切断後、 変換バッファ一 (3M Na-biss ulfate, 0.5mMヒドロキノン, pH5.3) に懸濁し、 窒素気相中、 50°Cで 20時間反応 させた。 透析による脱塩後、 DNAを 0.3Nの NaOHでアルカリ変性した後、 エタノー ルによって DNAを沈殿させて回収した。 次に、 塩基配列を決定する部位を挟み込む ように設定した DNAプライマーを用いて PC R反応を行った。 ここで用いた PC R プライマーを以下に示す。
<35S領域メチル化解析用 primer〉
1回目の PCR
35S-8: GAATGTTAATTTATAGATGGTTAGAGAGGTTTATGTAGTAGG (配列番号 7 )
35S-8: CCATATTCTCTCCAAATAAAATAAAC (配列番号 8 )
2回目の PCR
35S-9: AGTAATAATTTTAGGAAATTAAATATTTTTTTAAGAAGG (配列番号 9 )
35S-14: TATTCTCTCCAAATAAAATAAACTTC (配列番号 1 0 )
<35S相補鎖のメチル化解析用 primer〉
1回目の PCR 35S-C-1: CTATTCCAATATAAACAATTCAAAACTTAC (配列番号 1 1 )
35S-C-4: TGAAATGAATTTTTTTATATAGAGGAAGGGTTTTGTG (配列番号 1 2 )
2回目の PCR
35S-C-2: CAACATAATAAAACACAACACACTTATCTAC (配列番号 1 3 )
35S-C-3: ATGAATTTTTTTATATAGAGGAAGGGTTTTGTGAAG (配列番号 1 4 )
<GUS geneメチル化解析用 primer>
1回目の PCR
35S-16: GAAGAAATTTTTGTTAATATGGTGGAGTATGATATG (配列番号 1 5 )
TO- 100: CCAATCAACAAACACATAATTACAATCTTACACAACATACATC (配列番号 1 6 )
2回目の PCR
35S-17: GGGATGATGTATAATTTTATTATTTTTTGTAAGA (配列番号 1 7 )
T0-101: CATAACATCAACTTCAAATAACATATAACCACCCTAATAC (配列番号 1 8 )
<Pacl gene メチル化解析用 primer>
1回目の PCR
35S-16: GAAGAAATTTTTGTTAATATGGTGGAGTATGATATG (配列番号 1 5 )
pacl-7: CTTCAATAACAAATTCATTTTAACAATCATACC (配列番号 1 9 )
2回目の PCR
35S-17: GGGATGATGTATAATTTTATTATTTTTTGTAAGA (配列番号 1 7 )
pacl-8: ACAAATTCATTTTAACAATCATACCTTAACT (配列番号 2 0 )
<MF メチル化解析用 primer〉
1回目の PCR
TO- 103: GAGGATTTAAAAGGAAGGTGGTTTTTATAAATGTTATTATTG (配列番号 2 1 )
TO- 105: CCACAATTTTCACAATCCAAACTAAATACCCACAAACC (配列番号 2 2 ) : GUS gene 5, 領域
2回目の PCR
TO- 104: GGATTTAAAAGGAAGGTGGTTTTTATAAATGTTATTATTGTG (配列番号 2 3 ) TO- 106: CAATTTTCACAATCCAAACTAAATACCCACAAACCATC (配列番号 2 4 ) : GUS gene 5, 領域
上記 P C Rの反応条件はすべて、 1回目は 94°Cで 5分間の加熱後、 94°C ( 3 0秒) -65°C ( 1分) — 72°C ( 1分) のサイクルを 30回行い、 最後に 72°Cで 10分間反応さ せた。 2回目は、 1回目の P C R産物からの 1 1 を用いて、 94°Cで 5分間の加熱の 後、 94°C ( 3 0秒) 一 60°C ( 1分) _ 72°C ( 1分) のサイクルを 3 0回行い、 最後に 72°Cで 1 0分間反応させた。
この反応で、 酵素は ExTaqポリメラーゼ (宝酒造社製) を用い、 P C Rの合成産物 を pT7blueにクローニングして、 元の D N Aについて、 それぞれ約 5クローンの D N A配列を決定した。 これらの一連の変換反応によって、 シトシンはゥリジンに変換さ れ、 メチル化シトシンはそのままシトシンとして読まれるため、 メチル基の有無が区 別できる。 塩基配列の差異は、 DNASIS- Mac v 3. 7により解析した。
実施例 4により得られたキク形質転換体を約 1 0個体分析した結果、 Gus 遺伝子が 高発現しているキク形質転換体では、 3 5 Sプロモータ一中で、 メチル化されたシト シンは比較的少なく、 かつ約 5クローン中でのメチル化されている割合も低かつた。 一方、 Gus遺伝子の発現が検出できない個体では、 3 5 Sプロモーター中で、 CGと C NGを含む、 ほぼ全てのシトシンが高い割合でメチル化されていた。 ここで、 対照実験 として、 同じ遺伝子を導入したタバコ (品種:キサンチ (Xanthi ) ) についても、 Gus 遺伝子の高発現個体を調査したところ、 シトシンのメチル化は全く検出されなかった 。 なお、 キクで 3 5 Sプロモーターの D N Aの相補鎖についてもシトシンのメチル化 程度を調査したところ、 メチル化シトシンが散在していたが、 特定のシトシンが修飾 されることはなく、 また Gus遺伝子の発現との相関もなかった。 一方、 構造遺伝子の メチル化についても調査したが、 少なくとも翻訳開始点 (ATG) から約 6 0 0塩基ま でにはシトシンの修飾は、 発現の強弱に関わらず、 ほとんど見られなかった。 以上の ようなシトシンのメチル化と発現量の関係は、 Gus遺伝子ばかりでなく、 2本鎖 R N A特異的 R N a s e遺伝子 (Nature Biotechno logy, 15, 1290-1297、 前出) を 3 5 Sプロモーターの下流に繋いだ構造をキクに導入した場合にも観察された。
次に、 ρΚΤ81 を導入し、 Gus遺伝子を高発現しているキクについても、 同様にメチ ル化の調査を行った。 その結果、 形質転換体によって、 全くメチル化を受けない個体 と、 回文状構造以外の部位のシトシンが、 プロモーターから Gus遺伝子にかけて、 強 くメチルイヒを受けている個体があった。 しかし、 いずれの群の個体も Gus遺伝子を強 く発現していた事から、 回文状構造 (CG及び CNG) 以外のシトシン残基のメチル化に つレ、ては、 遺伝子発現への影響は少ないと考えられた。
従って、 構造遺伝子の発現を上げる方法の一つとして、 導入遺伝子のプロモータ一 部位の、 CG及び CNGの回文状構造をなす塩基配列を変換することが重要と考えられた 。 なお、 回文状構造の中でも、 PKT83では、 所謂 ocs配列と呼ばれる短い配列中の CG 配列 (配列番号 2の 1 8 5及び1 9 7番目にあるシトシン塩基) については、 変換し ない配列になっているが、 この部位の効果に関しては、 実施例 3 (図 4及び図 5 ) の 結果では PKT81よりも活性が高い傾向にあるので、 高発現プロモーターの作製に当た つては、 この ocs配列の回文状構造を変換しない方が、 生体内でのより高い発現が達 成できることが示された。
〔実施例 6〕 カーネーションの形質転換
メチル化フリープロモータ一で NPTI I遺伝子の発現量を増加させ、 マ一カーでの選 抜効率を向上させることを目的に、 NPTI Iの発現カセットの Nosプロモータ一をメチ ル化フリープロモータ一に変更した。 簡単に説明すると、 カセット中の Nosプロモー ターと M F— 4 8プロモーターを、 Hindl l lから Xbalの D NA断片で置換し、 M F— 4 8プロモータ一 · ΝΡΤΠ · Nosターミネータ一のカセットを作製した。 これと pKT-1 1中の NPTI I発現カセット (Hindl l lから Kpnl) と置換することにより、 Gusの発現 カセットと連結されたバイナリ一ベクタ一として、 PKT74を作製した。
この pKT74、 及び対照として pKTll をエレクト口ポレーシヨン法により、 ァグロバ クテリゥム ·ッメファシエンス L B A 4 4 0 4株に導入し、 これを下記の YEB- Km培 地 3 ml に接種し、 28°Cで 16時間、 暗所で培養した後、 遠心によリ集菌し、 下記の感 染培地 10ml に懸濁して、 これを感染液とした。 YEB- Km培地及び感染培地の培地組成 は、 以下の通リである。
YEB-Km培地; 5g/lビーフエキス、 lg/1酵母エキス、 5g ペプトン、 5g スクロ一 ス、 2mM硫酸マグネシウム(pH7.2)、 50mg カナマイシン。
感染培地; 1/2濃度の MS (Murashige & Skoog, Physiol. Plant. , 15 (1962) 473-
497)培地の無機塩及びビタミン類、 15g/lスクロース、 lOg/ 1グルコース、 10mM MES( pH5.4)0
力一ネーシヨンの栽培品種であるスケニア (Dianthus caryophyllus L) の無菌個 体から葉の基部を切断し、 それぞれ pKTll及び pKT74を導入したァグロパクテリゥム 感染液に 10分間浸し、 過剰な感染液を濾紙上で拭き取った後、 下記の共存培地に移 植して 25°Cの暗所で培養した。 3日間培養した後、 下記の選択培地に移植して 3週間 培養することにより、 G418耐性のカルスを得た。 選択培地での培養は 25°C、 16時間 照明 (光密度
Figure imgf000028_0001
S ) / 8時間無照明の条件下で行った。
共存培地; MS培地の無機塩及びビタミン類、 30g/lスクロース、 0.5mg/lィンド一 ル酪酸、 0.22mg チジァズロン、 8g 寒天、 5mM MES(pH5.8)、 lOOmg/1ァセトシリン ゴン。
選択培地; MS培地の無機塩及びビタミン類、 30g/lスクロース、 0.5mg/lインド一 ル酪酸、 0.22mg チジァズロン、 8g/l寒天、 5mM MES(pH5.8)、 25mg/l G418、 300mg/ 1セフォタキシム。
〔実施例 7〕 カーネーション形質転換体の選抜
pKTll及び pKT74を含むァグロパクテリゥム ·ッメファシエンス L ΒΑ4404株 を、 実施例 6の方法に従って形質転換して得られた G418耐性の幼植物から、 G418を 含み、 植物生長調節物質 (インド一ル酪酸、 チジァズロン) を含まない MS培地で、 植物体を再生させた。
生長した植物体の中から外来遺伝子として NPT 11遺伝子を含有する個体を、 P C R を行うことによって検出し、 該再分化植物体が形質転換体であることを確認した。 こ こで、 NPTII 遺伝子特有の配列を特異的に増幅するプライマ一として、 TAAAGCACGAGG AAGCGGT (配列番号 5)、 及び GCACAACAGACAATCGGCT (配列番号 6 ) を用いた。 PCR の反応条件は、 94 °Cで 5分間の加熱後、 94°C (30秒) — 55°C ( 1分) — 7 2 °C ( 1分) のサイクルを 30回行い、 最後に 7 2 °Cで 1 0分間反応させた。 この反応 では、 酵素として ExTaqポリメラ一ゼ (ま酒造社製) を用いた。
PCRにより NPTII遺伝子が検出された個体を形質転換体とした。 pKTll及び pKT7
4のそれぞれについて、 使用した葉片あたりの形質転換体の数として形質転換効率を 算出したところ、 pKTll では 5%以下であつたのに対し、 pKT74では 25%以上の効 率を示した。 なお、 Gus 活性については、 実施例 3と同様に測定し、 組換え体がすべ て Gus遺伝子を発現していることを確認した。
以上の結果から、 選択マーカー遺伝子を発現させる上でも、 M F— 4 8プロモータ 一は極めて有効に機能するものと考えられた。
本明細書で引用した全ての刊行物、 特許及び特許出願は、 参照によりその全体を本 明細書に組み入れるものとする。

Claims

請求の範囲
1. 以下の (a) 又は (b) に示される DNA。
(a) 配列番号 1で表わされる塩基配列中の第 7〜 272塩基からなる塩基配列を含 む DNA。
(b) 配列番号 1で表わされる塩基配列中の第 7〜 272塩基からなる塩基配列にお いて、 第 41〜42塩基、 第 59〜60塩基、 第 73〜75塩基、 第 77〜78 塩基、 第 80〜82塩基、 第 109〜1 10塩基、 第 1 1 9〜120塩基、 第 1 34〜 135塩基、 第 145〜 146塩基、 第 181〜 183塩基、 第 185〜 1 86塩基、 第 197〜 198塩基、 及び第 217〜218塩基を除く部位にて 1個〜数個の塩基が欠失、 付加又は挿入された塩基配列を含み、 該欠失、 付加又 は挿入された塩基配列中に CG、 CAG、 CTG、 CCG及び CGGで表わされる連続配列を 含まず、 かつ、 プロモータ一活性を有する DNA。
2. 以下の (c) 又は (d) に示される DNA。
(c) 配列番号 1で表わされる塩基配列を含む DNA。
(d) 配列番号 1で表わされる塩基配列において、 第 41〜42塩基、 第 59〜60 塩基、 第 73〜75塩基、 第 77〜78塩基、 第 80〜82塩基、 第 109〜 1 10塩基、 第 1 19〜 120塩基、 第 134〜 1 35塩基、 第 145〜 146塩 基、 第 181〜 183塩基、 第 185〜 1 86塩基、 第 1 97〜 198塩基、 及 び第 217〜218塩基を除く部位にて 1個〜数個の塩基が欠失、 付加又は揷入 された塩基配列を含み、 該欠失、 付加又は挿入された塩基配列中に CG、 CAG、 CT G、 CCG及び CGGで表わされる連続配列を含まず、 かつ、 プロモーター活性を有す る DNA。
3. 以下の (e) 又は (f ) に示される DNA。
( e ) 配列番号 2で表わされる塩基配列中の第 7〜 272塩基からなる塩基配列を含 む DNA。
(f ) 配列番号 2で表わされる塩基配列中の第 7〜 272塩基からなる塩基配列にお いて、 第 41〜42塩基、 第 59〜60塩基、 第 73〜75塩基、 第 77〜78 塩基、 第 80〜82塩基、 第 109〜1 10塩基、 第 1 19〜120塩基、 第 1 34〜 135塩基、 第 145〜 146塩基、 第 181〜 183塩基、 第 183〜 188塩基、 第 195〜200塩基、 及び第 217〜218塩基を除く部位にて 1個〜数個の塩基が欠失、 付加又は挿入された塩基配列を含み、 該欠失、 付加又 は揷入された塩基配列中に CG、 CAG、 CTG、 CCG及び CGGで表わされる連続配列を 含まず (但し、 第 1 85〜1 86塩基及び第 1 97〜 198塩基はそれぞれ CG である)、 かつ、 プロモータ一活性を有する DNA。
4. 以下の (g) 又は (h) に示される DNA。
(g) 配列番号 2で表わされる塩基配列を含む DNA。
(h) 配列番号 2で表わされる塩基配列において、 第 41〜42塩基、 第 59〜60 塩基、 第 73〜75塩基、 第 77〜78塩基、 第 80〜82塩基、 第 109〜1 10塩基、 第 1 19〜 120塩基、 第 1 34〜 135塩基、 第 145〜; I 46塩 基、 第 18 1〜 183塩基、 第 183〜 188塩基、 第 1 95〜200塩基、 及 び第 217〜218塩基を除く部位にて 1個〜数個の塩基が欠失、 付加又は挿入 された塩基配列を含み、 該欠失、 付加又は挿入された塩基配列中に CG、 CAG、 CT G、 CCG及び CGGで表わされる連続配列を含まず(但し、 第 185〜186塩基及 び第 197〜198塩基はそれぞれ CGである)、 かつ、 プロモータ一活性を有す る DNA。
5. 以下の ( i ) 又は (j ) に示される DNA。
( i ) 配列番号 3で表わされる塩基配列中の第 7〜 322塩基からなる塩基配列を含 む DNA。
( j ) 配列番号 3で表わされる塩基配列中の第 7〜 322塩基からなる塩基配列にお いて、 第 41〜42塩基、 第 59〜60塩基、 第 73〜75塩基、 第 77〜78 塩基、 第 80〜82塩基、 第 109〜1 10塩基、 第 1 1 9〜120塩基、 第 1
34〜 135塩基、 第 145〜 146塩基、 第 181〜 1 83塩基、 第 185〜
186塩基、 第 197〜; I 98塩基、 第 217〜218塩基、 第 231〜233 塩基、 第235〜236塩基、 第 247〜248塩基、 及び第 267〜268塩 基を除く部位にて 1個〜数個の塩基が欠失、 付加又は挿入された塩基配列を含み
、 該欠失、 付加又は挿入された塩基配列中に CG、 CAG、 CTG、 CCG及び CGGで表わ される連続配列を含まず、 かつ、 プロモーター活性を有する DNA。
6. 以下の (k) 又は ( 1 ) に示される DNA。
( i ) 配列番号 3で表わされる塩基配列を含む DNA。
( 1 ) 配列番号 3で表わされる塩基配列において、 第 41〜42塩基、 第 59〜60 塩基、 第 73〜75塩基、 第 77〜78塩基、 第 80〜82塩基、 第 109〜1 10塩基、 第 1 19〜 120塩基、 第 1 34〜 135塩基、 第 145〜 146塩 基、 第 181〜 183塩基、 第 1 85〜 186塩基、 第 1 97〜 198塩基、 第 217〜218塩基、 第 23 1〜233塩基、 第 235〜236塩基、 第 247 〜248塩基、 及び第 267〜268塩基を除く部位にて 1個〜数個の塩基が欠 失、 付加又は挿入された塩基配列を含み、 該欠失、 付加又は挿入された塩基配列 中に CG、 CAG、 CTG、 CCG及び CGGで表わされる連続配列を含まず、 かつ、 プロモ —ター活性を有する DNA。
7. 以下の (m) 又は (n) に示される DNA。
(m) 配列番号 4で表わされる塩基配列中の第 7〜422塩基からなる塩基配列を含 む DNA。
( n ) 配列番号 4で表わされる塩基配列中の第 7〜 422塩基からなる塩基配列にお いて、 第 41〜42塩基、 第 59〜60塩基、 第 73〜75塩基、 第 77〜78 塩基、 第 80〜82塩基、 第 109〜1 10塩基、 第 1 1 9〜120塩基、 第 1
34〜 135塩基、 第 145〜 146塩基、 第 181〜 183塩基、 第 185〜 186塩基、 第 197〜 1 98塩基、 第 217〜218塩基、 第 231〜233 塩基、 第 235〜 236塩基、 第 247〜 248塩基、 第 267〜 268塩基、 第 281〜283塩基、 第 285〜286塩基、 第 297〜298塩基、 第 31 7〜318塩基、 第 331〜333塩基、 第 335〜336塩基、 第 347〜3
48塩基、 及び第 367〜368塩基を除く部位にて 1個〜数個の塩基が欠失、 付加又は挿入された塩基配列を含み、 該欠失、 付加又は挿入された塩基配列中に CG、 CAG、 CTG、 CCG及び CGGで表わされる連続配列を含まず、 かつ、 プロモータ 一活性を有する DNA。
8. 以下の (o) 又は (p) に示される DNA。
( 0) 配列番号 4で表わされる塩基配列を含む DNA。
(p) 配列番号 4で表わされる塩基配列において、 第 41〜42塩基、 第 59〜60 塩基、 第 73〜75塩基、 第 77〜78塩基、 第 80〜82塩基、 第 109〜1 10塩基、 第 1 1 9〜 120塩基、 第 134〜 135塩基、 第 145〜 146塩 基、 第 181〜 183塩基、 第 185〜 186塩基、 第 197〜 198塩基、 第 217〜218塩基、 第 23 1〜233塩基、 第 235〜236塩基、 第 247 〜 248塩基、 第 267〜 268塩基、 第 281〜 283塩基、 第 285〜 28 6塩基、 第 297〜298塩基、 第 3 17〜318塩基、 第 331〜 333塩基 、 第335〜336塩基、 第 347〜348塩基、 及び第 367〜 368塩基を 除く部位にて 1個〜数個の塩基が欠失、 付加又は挿入された塩基配列を含み、 該 欠失、 付加又は挿入された塩基配列中に CG、 CAG、 CTG、 CCG及び CGGで表わされ る連続配列を含まず、 かつ、 プロモータ一活性を有する DNA。
9. 請求項 1〜 8のいずれか 1項に記載の DNAを含んでなる DNA鎖。
10. 構造遺伝子 DNAと、 該構造遺伝子が発現するような様式で該構造遺伝子 DN Aの 5' 部位に組み込まれた請求項 1 ~ 8のいずれか 1項に記載の DN Aとを含 んでなる請求項 9記載の DN A鎖。
1 1. 請求項 9又は 10記載の DNA鎖で形質転換された宿主。
1 2. 宿主が植物細胞である、 請求項 1 1記載の宿主。
1 3. 請求項 1 1記載の宿主を前記構造遺伝子が発現可能なように培養又は栽培する ことを特徴とする、 植物で構造遺伝子を発現させる方法。
14. 構造遺伝子が外来遺伝子である請求項 13記載の方法。
1 5. 請求項 1 1記載の宿主を用いて、 該プロモーター活性を有する DNAにより転 写が活性化される又は発現が促進される構造遺伝子の発現産物である蛋白質を 製造する方法。
16. 請求項 12記載の宿主から再生により得られる形質転換植物。
17. 選択マ一カー遺伝子 DNAと、 該選択マ一カー遺伝子が発現するような様式で 該選択マ一カー遺伝子 D N Aの 5, 部位に組み込まれた請求項 1〜 8のいずれか 1項に記載の DN Aとを含んでなる請求項 9記載の DN A鎖。
18. 請求項 17記載の DN A鎖で宿主を形質転換処理し、 得られた宿主を、 前記選 択マーカ一遺伝子が発現可能であり、 かつ、 該選択マ一力一遺伝子を発現する宿 主とこれを発現しない宿主とを識別し得る条件下で培養することを特徴とする、 形質転換宿主を選択する方法。
. 宿主が植物細胞である、 請求項 1 8記載の方法。
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