【発明の詳細な説明】
改変されたトマト斑紋ジェミニウイルスコート蛋白質遺伝子
本発明は、米国農務省CSRSCBAG助成金第92-34135-7456号による政府支援を受
けてなされた。政府は本発明において一定の権利を有する。
関連出願に関する相互参照
本出願は、1995年7月26日に提出された米国特許仮出願第60/022,680号の利益
を請求するものである。
発明の背景
ジェミニウイルスは、熱帯地域でのトマト生産における制限因子である。地球
上のこの地域では、トマトの病原体として少なくとも7つの異なるジェミニウイ
ルスが同定されている(トマト斑紋、ジャガイモ黄色モザイクウイルス、トマト
ゴールデンモザイクウイルス、トマト黄色モザイクウイルス、トマトリーフクラ
ンプルウイルス、トウガラシフアステコ(pepper huasteco)ウイルス、および
地中海地域から新たに持ち込まれたトマトイエローリーフカールウイルス)。こ
れらのウイルスは果実の数および大きさを抑えることによって収量を低下させる
。それらが存在すると、媒介動物の個体数を抑えるための殺虫剤の使用量が増え
るために管理コストが増し、そのため利潤が減る。
地球上のこの地域の多くでは、これらのウイルスを抑制するための確実な手段
が存在しない。米国および欧州で生産されたトマト交配種を用いるトマト輸出産
業では、ウイルスを保持するコナジラミの個体数を減らすために化学的駆除が定
期的に行われる。この手法の有効性は、数々の因子によって大きく異なる。一般
には殺虫剤によってウイルスの出現率は低下すると思われるが、しばしば、この
低下の程度は不十分である。多量の殺虫剤が使用された農地でウイルスに感染し
た植物が多く認められることは決して稀ではない。
その該当例の1つが、フロリダでのトマト生産に関して重大な問題になってい
るトマト斑紋ジェミニウイルス(TMoV)である(Polstonら、1996,Plant Disea
se 80:印刷中)。このウイルスはフロリダのトマト農地において高率に感染を
引き起こしており、他の3つの州およびプエルトリコにおける疫病の原因でもあ
る(Polstonら、1995)。本ウイルスの宿主域は狭く、トマトからトマトに伝染
し、主
に古い農地のトマトから新しい農地のものに伝染する。現在の駆除方法は、浸透
性殺虫剤を約8週間使用した後に、シーズン(15〜18週のシーズン)が終わるま
で種々の殺虫剤の葉面処理を行うことである。
殺虫剤の頻回使用に伴うコスト、および1つの駆除手段のみへの依存は、ジェ
ミニウイルスに対する抵抗性のあるトマト品種を用いることによって大きく軽減
しうると考えられる。TYLCVに対する抵抗性を有する品種は数多いが、この抵抗
性の範囲は狭く、他のジェミニウイルスに対する効果はほとんどまたは全くない
。理想的には、多くのジェミニウイルスに対する免疫を付与する1つの遺伝子ま
たは複数の遺伝子が必要とされる。これにより、種子を扱う企業は、極めて多岐
にわたる地域で育成させうるさまざまな園芸上の特質を有する品種に、1つの遺
伝子または複数の遺伝子を導入することが可能になると思われる。
植物ウイルスのコート蛋白質は、ウイルスの病原性において多くの機能的役割
を果たしており、多くの場合には媒介動物による伝播に関与する。TMoVのような
二裂型(bipartite)ジェミニウイルスのコート蛋白質は、ウイルスのコナジラ
ミによる伝播およびウイルスによる疫病の発生に必要である。ジェミニウイルス
のコート蛋白質は、ウイルスの全身移行(systemic virus movement)にも一定
の役割を果たしており(Poomaら、1996)、複数の核移行シグナルを有する。コ
ート蛋白質のドメインにはこれらの機能が含まれるが、まだマッピングはされて
いない。その他の研究(例えば、媒介動物による伝播と、アミノ末端付近の保存
されたAsp-Ala-Gly残基にマッピングされるポティウイルス(potyviruses)のコ
ート蛋白質との関連に関するもの)に基づくと、ウイルスコート蛋白質または他
のウイルス蛋白質の機能の多くは蛋白質の露出表面付近のアミノ酸残基にマッピ
ングされる。蛋白質のアミノ末端またはカルボキシ末端のいずれかの末端残基は
しばしば蛋白質の露出表面付近に認められ、このことは機能性ドメインを有する
ことを意味する。
現在までに、従来の由来による遺伝子には、ジェミニウイルスに対する広範な
スペクトルを付与することが判明しているものはない。病原体に由来する抵抗性
を用いることは、ウイルスに対する抵抗性を付与する遺伝子の同定に成果を上げ
ている手法である。ウイルス配列またはウイルス配列の改変物は、植物染色体に
挿入された際にウイルス感染過程を妨げることが示されている。このことは多く
の植物ウイルスファミリーに関して示されている。ポティウイルス科(Potyviri
dae)ファミリーに属するウイルスに由来する改変されたコート蛋白質遺伝子で
、特にカルボキシ末端に切断部を有するものは、ポティウイルスに対する優れた
抵抗性を付与することが明らかになっている。この抵抗性は、構成的に産生され
た場合にそれらの配列に対して植物が何らかの特異的な反応を起こす原因となる
、mRNAのレベルで生じていると思われる。それらの特異的な反応は、それらの植
物に接種された際には、ポティウイルスに対する抵抗性を付与する。しかし、ジ
ェミニウイルス由来のどの遺伝子を抵抗性を得るために用いることができるかに
ついてはほとんど不明である。
抵抗性または耐性を得るためのジェミニウイルスの使用に関する他の報告には
、本発明者らの研究室からの移行蛋白質(movement protein)遺伝子(Duanら、
1996,The Plant Cell、投稿中)、TMoVのrep遺伝子に対する特定の変異(私信
による、J.Stout,Seminis Seed Co.)、トマトゴールデンモザイクウイルスの
アンチセンスrep遺伝子(Dayら、1991)、アフリカキャッサバモザイクウイルス
のA成分(A component)のサブゲノム配列(Stanleyら、1990)がある。ジェミ
ニウイルスコート蛋白質の使用に関してこれまでに発表された報告は1件に過ぎ
ない。すなわち、イスラエル由来のコナジラミ伝播性ウイルスであるトマトイエ
ローリーフカールウイルスから得られた非改変型コート蛋白質遺伝子によるトマ
トの形質転換が行われている(Kunikら、1994)。形質転換を受けたこれらの植
物は、感受性反応、または症状を遅れて発現した後に回復するという2つの様式
のいずれか一方の反応を示したと報告されている。回復した植物は反復接種に応
じて抵抗性の増加を呈したが、有効レベルの抵抗性には達しなかった。
発明の概要
本発明は一部には、改変遺伝子による形質転換がなされた植物においてTMoVに
対する抵抗性を誘導するために有用な改変遺伝子を得ることを目的として、TMoV
の遺伝子を改変する方法に関する。本発明の1つの目的は、TMoVおよび他のジェ
ミニウイルスに対する抵抗性を誘導するために用いうるTMoVの遺伝子を同定する
ことである。タバコ(Nicotiana tabacum)でTMoVによる感染に対する抵抗性を
誘発
するための、改変されたコート蛋白質配列の評価が例示される。
また、本発明は、タバコおよびトマトに、タバコモザイクトバモウイルスおよ
びトマト斑紋ジェミニウイルスの感染に対する抵抗性に加えて、他の関連したジ
ェミニウイルスの感染に対する抵抗性をも付与する、改変された植物ウイルス遺
伝子にも関する。トマト斑紋ジェミニウイルスの改変されたAVI遺伝子を適切な
発現ベクター中にサブクローニングし、それによってタバコに形質転換を施した
。改変された遺伝子の発現により、それが発現した植物にはウイルス感染に対す
る抵抗性が付与された。
本発明はさらに、植物に対してウイルス抵抗性を付与するための方法に関する
。
また、本発明は、植物に対してウイルス抵抗性を付与する改変されたコート蛋
白質遺伝子およびそれらの断片にも関する。
本発明のさらなる1つの局面は、ウイルス抵抗性が高められた新規なトランス
ジェニック植物に関する。
本発明のその他の目的および利点は、完全な発明の開示の概観および添付した
請求の範囲から明らかになると思われる。
図面の簡単な説明
図1は、バイナリーベクターpBI121中に構築されるTMoV改変コート蛋白質(AV1
)の模式図である。TMoVの改変されたコート蛋白質遺伝子は制限酵素を用いて切
断した。コート蛋白質配列断片を、キュウリモザイクウイルス(CMV)コート蛋
白質の5'非翻訳領域(リーダー配列)と連結させた。この結果得られたCMVコー
ト蛋白質(AV1)は、プロメガ(Promega)社のpGEMEXベクター中にて、カリフラ
ワーモザイクウイルス(CaMV)の35Sプロモーター、およびアグロバクテリウムT
iプラスミドのノパリン合成酵素遺伝子(NOS-ter)由来のポリアデニル化シグナ
ルに隣接している。結果として得られたカセットを切断し、選択用のネオマイシ
ンホスホトランスフェラーゼII(NTP II)遺伝子およびレポーター遺伝子β-グ
ルクロニダーゼ(GUS)を含むバイナリーベクターpBI121中に挿入した。
図2は、PCR増幅およびアガロースゲル電気泳動による、タバコ形質転換体(T0
)における導入遺伝子の存在の決定である。トランスジェニックタバコ系統から
のCMV:TMoV AV1配列の増幅産物のサイズは275bpであると評価された。レーンは
左から右の順で以下の通りである:
レーン1:M=1KBラダーサイズマーカー。
レーン2〜11:CMV:AV1配列を含むpBI121による形質転換を受けたT0タバコ。
レーン12:pBI121のみによる形質転換を受けたT0タバコ。
図3は、トマト斑紋ウイルス(TMoV)の改変されたコート蛋白質(AV1)配列を
含む形質転換体(T1世代)に由来する転写物のノーザンブロット分析である。ホ
ルムアルデヒドを含む1%アガロースゲルにおける電気泳動によって全RNAを分離
した。RNAをナイロン膜に移行させ、TMoVコート蛋白質配列から作製した32P標識
DNAプローブとハイブリダイズさせた。ゲル中での植物リボソームRNA 26Sおよび
18Sの位置を図示している。矢印はほぼ1.0kbの転写物の位置を示している。レー
ンは形質転換を受けたタバコからの全RNAであり、左から右の順に以下の通りで
ある;
レーン1:バイナリーベクターpBI121のみによる系統T1-cp0。
レーン2〜7:pBI121-AV1による系統T1-cp7。
レーン8〜9:pBI121-AV1による系統T1-cp9。
レーン10〜11:pBI121-AV1による系統T1-cp6。
レーン12〜13:pBI121-AV1による系統T1-cp2。
図4は、改変されたTMoVコート蛋白質をコードするヌクレオチド配列である。
ヌクレオチド1〜55はキュウリモザイクウイルスのリーダー配列であり、ヌクレ
オチド56〜890は改変されたコート蛋白質をコードする。
図5は、図4のヌクレオチド配列によってコードされる、導出されたアミノ酸配
列である。発明の詳細な説明
本発明は、植物において発現された際にその植物に植物病原体の感染に対する
抵抗性を付与する、改変された植物ウイルス遺伝子に関する。1つの態様におい
て、改変されたウイルス遺伝子は、コート蛋白質をコードするジェミニウイルス
のAV1遺伝子である。ウイルスコート蛋白質などの移行蛋白質の機能の1つには、
宿主の成分との相互作用が含まれる。おそらく種々の異なるウイルスが、細胞間
移
行のために同一の宿主成分を用いていると思われる。このため、正常なウイルス
-宿主成分間相互作用を妨げることによって、広範なスペクトルを有するウイル
ス抵抗性がもたらされると考えられる。他のウイルス造伝子、特にウイルスの複
製に関与するものは、高度にウイルス特異的な傾向があり、このため、このレベ
ルでのあらゆる干渉によって得られるウイルス抵抗性のスペクトルは狭い。本発
明の適用は、植物における広範なスペクトルを有するウイルス抵抗性を有利に提
供する。
本発明は、本発明の改変されたコート蛋白質またはその変種もしくは断片をコ
ードするポリヌクレオチド分子にも関する。本発明の1つの例示される態様では
、TMoVコート蛋白質のアミノ末端にある10アミノ酸残基が除去された。このポリ
ヌクレオチド分子は、図4に示されたヌクレオチドまたはその縮重変種を含む。
この改変により、そのコアが無傷のままであって、依然としてビリオンを形成す
る能力を有すると思われるコート蛋白質が提供される。
また、本発明は、例えばジェミニウイルスなどの植物病原体による感染に対す
る抵抗性を植物に付与するための方法にも関する。本方法は、それが発現された
際にその植物にウイルス感染に対する抵抗性を付与するように、改変された植物
ウイルスによって植物に形質転換を施すことを含む。1つの態様において、改変
された植物遺伝子は、図5に示された配列またはその断片を含む蛋白質をコード
するポリヌクレオチド配列を含む。
1つの態様において、本発明の方法を、例えばトマト斑紋ジェミニウイルス、
キャベツリーフカールジェミニウイルス、ジャガイモ黄色モザイクウイルス、ト
マトゴールデンモザイクウイルス、トマト黄色モザイクウイルス、トマトリーフ
クランプルウイルス、トウガラシフアステコウイルス、トマトイエローリーフカ
ールウイルスおよびその他のものを含む、トバモウイルスならびにジェミニウイ
ルスなどのウイルスに対する抵抗性を植物に付与するために用いることができる
。
本発明はさらに、適した宿主内で発現しうる本発明の改変コート蛋白質または
その断片をコードするポリヌクレオチド配列が挿入されたベクターを含む、組み
換えポリヌクレオチド配列に関する。したがって、本ベクターは、新規なコート
蛋白質および/または実質的に同じ性質を有するこの蛋白質の断片をコードする
。具体的には、ベクターはプラスミド、ファージDNAまたはそれらの誘導物もし
くは断片、またはプラスミドおよびファージDNAならびに酵母プラスミドの混合
物から選びうる。改変されたコート蛋白質をコードするポリヌクレオチドは、任
意の望ましい植物用の発現または組込みベクター中への挿入に適合した制限末端
を有するポリヌクレオチドの切り出しが可能な、市販されているpUCベクターま
たはpGEMベクターなどのベクターの複数のクローニング部位に挿入することがで
きる。この目的には、ウイルス遺伝子プロモーターなどの強力なプロモーターが
本発明のポリヌクレオチドのコード配列と機能的に結合されている任意のベクタ
ーを用いうると思われる。例えば、カリフラワーモザイクウイルスの強力な35S
プロモーターをこの目的に用いることができる。その他の既知の植物発現ベクタ
ーをこの目的に用いることもできる。
また、本発明は、適した宿主内で発現しうる望ましい蛋白質またはその断片を
コードするポリヌクレオチド配列が挿入されたベクターを含む組み換えポリヌク
レオチド配列による感染、形質転換またはトランスフェクションを受けた宿主に
も関する。好ましくは、ポリヌクレオチド配列は適したベクター中に挿入され、
この組み換えベクターは、植物細胞内にその遺伝子を導入しうる細菌または他の
宿主へと形質転換によって導入することができる。挿入されたポリヌクレオチド
は、そのヌクレオチド配列が、改変されたコート蛋白質および/または実質的に
同じ性質を有するこの蛋白質の断片をコードすることを特徴とする。本発明によ
る組み換えポリヌクレオチド分子による感染、形質転換またはトランスフェクシ
ョンを受け、それ故にこの蛋白質またはその断片を発現することが可能な多くの
適した宿主には、大腸菌、枯草菌などのグラム陰性またはグラム陽性の細菌、昆
虫細胞、植物細胞および酵母細胞などがある。例示される1つの態様では、コン
ピテントアグロバクテリウム細胞がこの目的に用いられ、組換えベクターを保持
するアグロバクテリウムに植物切片が曝露される。遺伝子が効率的に取り込まれ
たことを確かめるために選択培地中で植物細胞を再生させることが好ましく、こ
れに続いて再生した植物を生存のために最適化された条件下で育成する。または
、バイオリスティック法によって植物細胞に組換えベクターを導入することもで
きる(Carrer,1995)。
本発明は、本発明の改変されたコート蛋白質をコードするポリヌクレオチドを
含むトランスジェニック植物および植物組織にも関する。
また、本発明は、本明細書に記載されるポリヌクレオチド分子によってコード
される改変されたコート蛋白質ならびにその断片および変種にも関する。例えば
、位置指定突然変異誘発、Bal31による消化、およびN末端から最大約50アミノ酸
残基までの削除を含む、コート蛋白質のN末端の任意の改変は、コート蛋白質の
コアが無傷のままであるという点で同様の効果を有すると思われる。本発明は他
のジェミニウイルスにも適用しうるが、これは本明細書の教示により、当業者に
周知の標準的な植物形質転換法を用いて、任意のジェミニウイルスのコート蛋白
質遺伝子に対する同様の改変によって抵抗性を付与するために有用な改変遺伝子
が作製されると思われるためである。
当業者には、本明細書に記載されたコート蛋白質を作製するには、遺伝暗号の
縮重性に基づいて、多くの異なるヌクレオチド配列を用いうることが理解される
と思われる。したがって、本明細書に記載された改変コート蛋白質をコードする
任意のヌクレオチド配列は本発明および添付した請求の範囲に含まれる。また、
本明細書に記載された通り、改変されたコート蛋白質をコードする遺伝子のポリ
ヌクレオチド断片も、このような断片が本明細書に記載された方法において植物
のウイルス感染に対する抵抗性を高めうる限りにおいて、本発明の1つの局面で
ある。このようなポリヌクレオチドは、当業者に周知の技法によって容易かつ定
型的に作製することができる。例えば、一定時間にわたって完全長DNAのBal31エ
キソヌクレアーゼ消化を行い、続いてその結果として得られた断片の発現および
定型的なスクリーニングを行うこと(Weiら、1983)は、そのポリヌクレオチド
による形質転換を受けた植物にウイルス感染に対する抵抗性を付与する能力を有
する、本発明の改変されたコート蛋白質のポリヌクレオチド断片を容易に同定す
るために用いることができる。
本発明のポリヌクレオチドには、例示される配列に変異を含む変異配列(vari
ant sequence)も含まれる。これらの変異には、その変異配列が、その変異配列
による形質転換を受けた植物にウイルス感染に対する抵抗性を誘導する能力を有
する改変されたコート蛋白質をコードする限りにおいて、例えばヌクレオチドの
置換、挿入および欠失が含まれる。当業者は、本発明の変異ポリヌクレオチド配
列を容易に調製および使用することができる。
本明細書で開示されるアミノ酸配列は、アミノ酸残基に関する標準的な1文字
略号に基づく。
本開示に引用された参考文献は、参照として本明細書に組み入れられる。
以下は、本発明を実践するための材料、方法および手順を、最良の態様を含め
て例示する実施例である。これらの実施例は、例示のみを目的としており、限定
的なものとはみなされるべきでない。実施例1:改変されたTMoVコート蛋白質遺伝子の形質転換カセットの作製
TMoVのコート蛋白質に対して、蛋白質のN末端をコードする領域に改変を加え
た。TMoVのA成分のクローン(Abouzidら、1992)から、制限酵素NcoIを5'末端(
nt 355)に用い、XbaIを3'末端(nt 1192)に用いて、TMoVの5'末端にある30個
のヌクレオチド(nt)を削除した。NcoI制限酵素適合配列が末端に位置するキュ
ウリモザイクウイルス(CMV)コート蛋白質の5'非翻訳領域(リーダー配列)(C
orne 11 UniversityのD.Gonsalvesによって調製されたクローンから入手)を増
幅し、NcoI部位でTMoVコート蛋白質遺伝子と連結させた。構築物を図1に示す。
改変されたTMoVコート蛋白質配列を有するCMVリーダー配列からなる連結され
た構築物を、植物構成性発現ベクターとしての役割を果たすとともに、カリフラ
ワーモザイクウイルス35S遺伝子の調節要素、選択用のネオマイシンホスホトラ
ンスフェラーゼII遺伝子、およびレポーター遺伝子β-グルクロニダーゼ(GUS)
を含むプラスミドpBI121(CLONTEC HLaboratories,Palo Alto,CA)中に連結さ
せた。改変されたコート蛋白質の配列を有するこのバイナリー発現プラスミドを
、形質転換を容易にするために、大腸菌からアグロバクテリウムLB4404株(CLON
TECH Laboratories)に移行させた。実施例2:タバコの形質転換
改変されたTMoVコート蛋白質を有するアグロバクテリウムツメファシエンス(
A.tumefaciens)を用いてタバコ(N.tabacum)「クサンシ(Xanthi)」のリー
フディスクに形質変換を施し、ホーシュ(Horsch)ら(1985)の方法に従って、
MS塩、スクロース(30g/l)、ビタミンB5(1ml/l)、インドール-3-酢酸(0
.3mg/l)、2iP、N6-[2-イソペンテニル]アデニン(10mg/l)、カナマイシン(
100mg/l)およびメフォキシン(mefoxin)(200mg/l)からなる培地上で苗条
を再生させた。続いて、形質転換を受けた苗条を100μg/lのカナマイシンを含
む無植物ホルモン培地上に植え付け、土壌に切り替えた。実施例3:PCR増幅による導入遺伝子の検出
導入遺伝子(CMV:TMoV-AVI)の増幅のために選択されたプライマーは、キュウ
リモザイクウイルス(CMV)コート蛋白質の5'非翻訳領域に対する特異的プライ
マー(EH55、5'-GTTAGTTGTTCACCT-3')およびトマト斑紋ウイルス(TMoV)コー
ト蛋白質(AV1)に対する内部特異的プライマー(EH82、5'-CCTTACCGATATGTGA-3
')とした。PCR反応はバイオメトラ(Biometra)社のサーモサイクラーを用いて
以下の通りに実施した:94℃2分間、45℃2分間および72℃3分間を35サイクル。
最後に72℃で10分間のDNA伸長サイクルを行って増幅を終了した。実施例4:サザンおよびノーザンブロット分析 タバコ葉組織からのDNA抽出
DNAは、ソニ(Soni)およびマレー(Murray)(19
94)による方法の変法によって単離した。シダモザイクジェミニウイルスDNAに
よるアグロインオキュレーションを受けた(agro-inoculated)形質転換体の葉
または形質転換体のリーフディスクから採取した組織(0.2〜0.5g)を、液体窒
素中で乳鉢および乳棒にて粉砕して微粉末にした。この粉末を1.5mlの抽出緩衝
液(50mM Tris,pH8.0,10mM EDTA,2% SDS,100mM LiClおよび10μg/mlのプ
ロテイナーゼK)によってホモジネート化した。混合物を15〜30分撹拌し、続い
て600rpm、5分間の遠心処理を行った。上清に等容積のイソプロパノールを添加
し、1000rpmで5分間の遠心処理によって核酸を沈殿させ、20μg/mlのRNアーゼ
を含む0.5mlのTE(10mM Tris,pH8.0,1mM EDTA)中に再懸濁した。37℃で30分
間インキュベートした後に、混合物をフェノール:クロロホルム-イソアミルア
ルコール(25:24:1)によって1回抽出し、クロロホルムによって1回抽出した
。1/3倍量の容積の7.5M酢酸アンモニウムおよび等容積のイソプロパノールによ
って核酸を沈殿させ、続いてH2O中に再懸濁した。再懸濁したDNAをPCRおよびサ
ザンブロット分析に用いた。サザンブロット
サザンブロットは標準的な手順に従って得た。タバコ葉組織からのRNA抽出
コッシオロン(Cocciolone)およびコーン(Cone
)(1993)に基づき、デュアン(Duan)らが改変した(1996)方法によって全RN
Aを単離した。若齢タバコ葉組織(0.2g)を、液体窒素中で乳鉢および乳棒にて
粉砕して微粉末にした。この粉末を1.0mlの抽出緩衝液(7M尿素、0.35 NaCl,50
mMTris,pH8.0,20mM EDTA,1%サルコシル)によってホモジネート化した。混
合物をフェノール:クロロホルム-イソアミルアルコール(25:24:1)によって1
回、さらにクロロホルム-イソアミルアルコール(24:1)によって1回抽出し、
続いて600rpmで5分間の遠心処理を行った。水相に等容積のイソプロパノールを
添加し、混合物を氷上で5分間冷却することによって重い核酸を沈殿させた。-20
℃で1時間インキュベートした後に、14,000rpm、10分間の遠心処理にかけること
によって可溶性画分からRNAを得た。ペレットを70%エタノールで洗い、TE(10m
MTris,pH8.0,1mM EDTA)0.4ml中に再懸濁し、クロロホルム-イソアミルアルコ
ールによって抽出した。0.1倍量の容積の3M酢酸ナトリウムおよび2倍量の容積の
100%エタノールを添加することによってRNAを水相から沈殿させた。ノーザンブロット
全DNAをTAE緩衝液中での0.9%アガロースゲルにおける電気
泳動にかけ、アルカリ性移行溶液(0.4M NaOH,0.6NaCl)を用いてナイロン膜に
移行させた。全RNAを、ホルムアルデヒドを含むMOPS緩衝液中での1.0%アガロー
スゲルにおける電気泳動にかけ、10×SSC溶液を用いてナイロン膜に移行させた
。プローブは、Prime-a-Gene(登録商標)標識キット(Promega)を用いて、TMo
V AV1 DNAおよびSiMV DNAのA成分にランダムプライミングがなされた32P標識を
行うことによって作製した。ブロットのハイブリダイゼーション(65℃で一晩)
は、サムブルック(Sambrook)ら(1989)に従って、6×SSC、5×デンハルト溶
液および0.5% SDS、0.1mg/mlサケ精子DNA中にて行った。ブロットはブレア(B
lair)ら(1995)に従って洗浄した。実施例5:ウエスタン免疫ブロット分析
トランスジェニックタバコにおけるTMoVの改変されたコート蛋白質の発現を、
滅菌水による1.5%SDS中で若齢葉組織を粉砕し、続いて1容積の組織抽出液を1容
積のレムリ解離緩衝液(Laemmli,1970)と混合することによって検討した。混
合物を2分間煮沸し、サンプルを10%SDS-PAGEにかけた。蛋白質をBio-Rad Mini-
PR
OTEAN II中での電気泳動にかけ、Bio-RadTrans-Blot(登録商標)電気泳動移行
槽(Bio-Rad Laboratories,Richmond,CA)を用いて、分離された蛋白質をニト
ロセルロース膜に移行させた。化学発光検出システムWestern-Light(Tropix,I
nc.,Bedford,MA)および以前に記載された手順(Cancinoら、1995)を用いて
、免疫ブロットを、大腸菌内で発現されたTMoVのコート蛋白質に対して調製され
たポリクローン抗血清(Abouzidら、未発表)、およびヤギ抗ウサギIgGアルカリ
ホスファターゼ結合物によって標識した。実施例6:タバコリーフディスクへのSiMVの接種
100μg/mlのカナマイシンを含むMS発根培地上でT0系統の種子を個別に発芽
させ、子孫(T1)のリーフディスクにSiMV DNA(Abouzidら、1995)によるアグ
ロインオキュレーションを行った(Klinkenbergら、1989)。実施例7:コナジラミを用いてのタバコへのTMoVの接種
100μg/mlのカナマイシンを含むMS発根培地上でT0系統の種子を個別に発芽
させ、その結果得られたT1子孫を、コナジラミ接種のために土壌に移植した。4
〜6葉期の実生に、TMoVに感染させて30℃の成長室で育てたトマト株で養ったコ
ナジラミを接種した。30℃の成長室においた0.25m3の遮蔽ケージ中にコナジラミ
成虫を1株あたり20匹の濃度で添加した。コナジラミのタバコ実生に対する接種
可能期間(inoculation access period)は5日間とした。接種された植物に殺虫
性石鹸を噴霧することにより、接種可能期間を終了させた。実施例8:TMoVを接種されたタバコの評価
接種後にはほぼ30日毎に症状を評価した。接種70日後の時点でのTMoVの全身感
染(systemic infection)に関する、B成分に対するドットスポットハイブリダ
イゼーションおよび/またはPCRプライマーによる分析のために、最も若齢の葉
からサンプルを採取した。接種100日後に再度サンプルを採取し、PCRを用いてTM
oVによる全身感染に関して検討した。プローブを用いるドットスポットハイブリ
ダイゼーションは、高緊縮条件下で行い、クローン化されたTMoV B成分を含む(
Polstonら、1993)。ウイルスDNAの増幅は、B成分は増幅するがA成分は増幅しな
い縮重プライマー(pBL1v2042およびpCRc154)を用いて行った(Rogasら、1993
)。増幅手順ではまず94℃、5分間の変性を行い、続いて以下を35サイクル行っ
た:50℃
1分間のアニーリング、72℃3分間の伸長および94℃1分間の変性。実施例9:タバコ形質変換体の分析
CMVリーダー配列およびコート蛋白質に対するプライマーを用いるT0タバコ形
質転換体のPCR増幅から、CMV(リーダー配列)および改変されたTMoV AVI配列の
両方による形質転換を受けたタバコは10株であったことが示された(図2)。さ
らに、対照として、1つの系統がpBI121のみによって首尾よく形質転換を受けた
。形質転換を受けた植物を土壌に移す前に各株からサンプルを採取し、形質転換
効率に関するGUSアッセイ、導入遺伝子の存在に関するサザンブロット法、およ
び改変されたコート蛋白質の発現に関するウエスタンブロット法によって検討し
た。検討したすべての形質転換株はGUS遺伝子を有することが明らかになった。
サザンブロット分析から、植物ゲノム中に導入遺伝子の多コピーが存在すること
が示された。実施例10:改変されたコート蛋白質のmRNAの存在
ウイルスを接種されていない選択されたタバコ形質転換体(T1世代)のノーザ
ンブロット分析では、ほぼ1.0kbのサイズの転写物が1つのみ認められた(図3)
。これが予想されるCMVリーダー-コート蛋白質転写物よりも大きかった(1.0kb
に対して0.9kb)のは、転写物中にpBI121のNOS-ter配列(260bp)が存在するた
めと考えられる。実施例11:改変されたコート蛋白質の発現
化学発光検出システムを用いる標準的なウエスタンブロット手順では、いずれ
の形質転換体においても改変されたコート蛋白質の発現は検出されなかった。こ
れは恐らく、アミノ末端が改変されたコート蛋白質の不安定性のため、または発
現レベルが検出感度を下回ったためと考えられる。実施例12:コナジラミによるタバコへのTMoVの接種
10系統のT0タバコ株のうち8系統からのT1子孫に対して、コナジラミによってT
MoVを接種した。接種70日後の時点での植物株の分析(表1)の結果、系統内に分
離はみられるものの、検討したすべての系統で感染率は対照(T1-cp0)よりも低
いことが明らかになった。いずれのアッセイで測定した場合にも、全体的には、
症状の発現とウイルスDNAの存在との間には良好な一致が認められたが、これは
ド
ットスポットハイブリダイゼーションおよびPCR分析の結果の間に良好な一致が
みられたためである。本発明者らには、TMoVの複製レベルが非常に低いためにPC
Rによる検出は可能であるがドットスポットハイブリダイゼーションによる検出
は行えないといったケースは見いだせなかった。TMoVに対する抵抗性の割合は系
統によって異なった。2つの系統T1-cp10およびT1-cp11では、初回接種から100日
後にも感染した植物はなかった。系統間のばらつきは、導入遺伝子のコピー数、
導入遺伝子の位置、および/または抵抗性および感受性を有する植物株の分離比
に対するそれらの影響によると考えられる。
感染率は一般に時間の経過に伴って徐々に増加した。これは一部には、初回接
種に用いたコナジラミの卵から発生したコナジラミによる断続的な接種が原因で
あると考えられる。全体的には、PCRによって評価した導入遺伝子の存在と、初
回接種から100日後の時点でのTMoVによる全身感染に対する免疫との間には良好
な一致が認められた(表2)。これには系統間で差があり、いくつかの系統(T1-
cp4、T1-cp10およびT1-cp11)では90〜100%の相関が認められた。実施例13:アグロインオキュレーションによる抵抗性に関するトランスジェニッ クタバコの評価
本発明者らは、予備試験において、TMoVと密接に関連したジェミニウイルスの
1つであるシダモザイクウイルス(SiMV)(Abouzidら、1995)のDNA複製に対す
るTMoV抵抗性トランスジェニックタバコの影響を検討した。本発明者らは、イン
ビトロでのリーフディスクアグロインオキュレーションアッセイ(K1inkenberg
ら、1989)を行った。トランスジェニックT0株のT1子孫10〜15株からのリーフデ
ィスクに対して、SiMVのクローン化されたゲノム(DNA AおよびDNA B)(Abouzi
dら、未発表)の頭-尾型二量体(head-tail dimer)を保持するアグロバクテリ
ウムの混合培養物を接種し、ウイルスDNAの複製を抑制するそれらの能力をアッ
セイした。アグロインオキュレーションから10日後に、形質転換を受けたリーフ
ディスクのDNA抽出物を用いてウイルスDNAに関するアッセイを行った。SiMVのDN
AAプローブ(完全長)を用いたサザンブロットのハイブリダイゼーションの後に
、1本鎖(ss)SiMVゲノムDNAが存在したこと、およびその複製中間体が接種され
たウイルス感受性のリーフディスクにおいてocおよびscを形成したことから、Si
MV DNAがア
グロバクテリウムTiプラスミドから放出され、接種された組織中で複製されたこ
とが示された。タバコトランスジェニック系統におけるウイルスDNAの量はさま
ざまであった。1つのトランスジェニック系統で検出されたSiMV DNAは極めて微
量であった。
改変されたTMoVコート蛋白質遺伝子に関してトランスジェニックであるタバコ
は、植物株全体において、TMoVによる全身感染に対する抵抗性を示した。導入遺
伝子の存在は症状抑制およびTMoVによる初回接種から60日後に生じた葉における
ウイルスDNAの検出不能性と相関した。改変されたTMoVコート蛋白質遺伝子に関
してトランスジェニックである1つのタバコ系統は、リーフディスクアッセイに
おいてシダモサイクジェミニウイルスの複製を抑制した。改変されたTMoVコート
蛋白質遺伝子による形質転換を受けた植物はmRNA転写物を生じることが示された
が、ウエスタンブロット法では改変されたコート蛋白質の発現は検出されなかっ
た。改変されたTMoVコート蛋白質遺伝子は、本明細書の教示により、ジェミニウ
イルスに対する抵抗性を獲得させる上で有用である。
上記の記載および実施例は、本発明の作成および使用の方法に関する詳細を最
良の態様を含めて提供しているが、その明らかな変種および機能的等価物は本発
明の一部であってそれ故に以下の請求の範囲に含まれるとみなされるべきである
。 DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Modified tomato mottle geminivirus coat protein gene
This invention has received government support under USDA CSRSCBAG Grant No. 92-34135-7456.
It was done. The government has certain rights in the invention.
Cross-references for related applications
This application claims the benefit of US Provisional Application No. 60 / 022,680, filed July 26, 1995.
Is to be charged.
Background of the Invention
Geminiviruses are limiting factors in tomato production in tropical regions. Earth
In this area above, at least seven different Geminiwis as tomato pathogens
Ruth has been identified (tomato mottle, potato yellow mosaic virus, tomato
Golden mosaic virus, tomato yellow mosaic virus, tomato leaf club
Virus, pepper huasteco virus, and
Tomato yellow leaf curl virus newly brought in from the Mediterranean region. This
These viruses reduce yield by reducing fruit number and size
. Their presence increases the use of pesticides to control vector populations
This increases administrative costs and therefore reduces profits.
In many parts of the world, reliable measures to control these viruses are
Does not exist. Tomato export production using tomato hybrids produced in the United States and Europe
In the industry, chemical control has been established to reduce the population of whiteflies carrying the virus.
It is done periodically. The effectiveness of this approach depends greatly on a number of factors. General
In some cases, pesticides may reduce the incidence of the virus, but often
The extent of the decline is insufficient. Viruses are infected on farmland where large amounts of pesticides are used.
It is not rare that many plants are found.
One such case is a serious problem with tomato production in Florida.
Tomato mottle geminivirus (TMoV) (Polston et al., 1996, Plant Disea).
se 80: Printing). The virus is highly infected on tomato farms in Florida
Cause the plague in the other three states and Puerto Rico.
(Polston et al., 1995). The host range of this virus is narrow, and it is transmitted from tomato to tomato
And the Lord
Infects tomatoes from old farmland to new farmland. Current extermination method is penetration
After using the pesticide for about 8 weeks, the season (15-18 week season) ends.
To perform the leaf surface treatment of various insecticides.
The costs associated with frequent use of pesticides, and reliance on only one control, are
Significant reduction by using tomato varieties resistant to minivirus
It is considered possible. There are many varieties that have resistance to TYLCV.
Sexual range is narrow and has little or no effect on other geminiviruses
. Ideally, one gene or two confers immunity to many geminiviruses.
Or multiple genes are required. This makes seed handling companies extremely diverse.
Varieties with various horticultural qualities that can be grown in
It would be possible to introduce a gene or multiple genes.
Plant virus coat proteins play many functional roles in viral pathogenesis
And are often involved in vector transmission. Like TMoV
The coat protein of the bipartite geminivirus is the virus whitefly
Necessary for transmission by mi and transmission of viral plague. Gemini virus
Coat protein is constant in systemic virus movement
(Pooma et al., 1996) and has multiple nuclear translocation signals. Ko
These domains are included in the domain of the
Not in. Other studies (eg, vector transmission and conservation near the amino terminus)
Of potyviruses that map to identified Asp-Ala-Gly residues
Virus coat protein or other
Many of the viral protein functions map to amino acid residues near the exposed surface of the protein.
Is performed. The terminal residue at either the amino or carboxy terminus of the protein is
Often found near the exposed surface of the protein, which has a functional domain
Means that.
To date, genes of conventional origin include a wide range of
None has been found to impart a spectrum. Resistance from pathogens
Has been successful in identifying genes that confer resistance to viruses.
It is a technique that is. The viral sequence or a modification of the viral sequence is located on the plant chromosome.
It has been shown to interfere with the viral infection process when inserted. This is a lot
Plant virus families. Potyviridae (Potyviri
dae) a modified coat protein gene derived from a virus belonging to the family
, Especially those with a cut at the carboxy terminus, are excellent against potyvirus
It has been shown to impart resistance. This resistance is produced constitutively
Causes some specific reactions to those sequences when they occur
Seems to occur at the mRNA level. Their specific response depends on their plant
When inoculated, they confer resistance to potyvirus. However,
Which genes from eminivirus can be used to obtain resistance
It is almost unknown.
Other reports on the use of geminiviruses to obtain resistance or resistance include:
, A movement protein gene from our laboratory (Duan et al.,
1996, The Plant Cell, submitted), a specific mutation to the TMoV rep gene (private communication
J. Stout, Seminis Seed Co.), of Tomato Golden Mosaic Virus
Antisense rep gene (Day et al., 1991), African cassava mosaic virus
There is a subgenomic sequence of the A component (Stanley et al., 1990). Jemi
Only one report has been published on the use of the divirus coat protein
Absent. In other words, tomato housefly, a whitefly-borne virus derived from Israel
Toma by unmodified coat protein gene obtained from low leaf curl virus
Have been transformed (Kunik et al., 1994). These transformed plants
Can recover after a susceptible response, or delayed onset of symptoms
It was reported that either one of these reactions was shown. Recovered plants respond to repeated inoculations
The first time it exhibited increased resistance, but did not reach an effective level of resistance.
Summary of the Invention
The present invention provides, in part, TMoV in plants transformed with the modified gene.
With the aim of obtaining a modified gene useful for inducing resistance to
And a method for modifying the gene. One object of the present invention is to provide TMoV and other
Identify genes for TMoV that can be used to induce resistance to minivirus
That is. Tobacco (Nicotiana tabacum) is resistant to TMoV infection
Trigger
The evaluation of the modified coat protein sequence for the evaluation is exemplified.
The present invention also provides tobacco mosaic tobamovirus and tobacco
In addition to resistance to infection with tomato mottle geminivirus, other related
A modified plant virus residue that also confers resistance to eminivirus infection
Also related to the messenger. Appropriate modified AVI gene of tomato mottle geminivirus
Subcloned into an expression vector, thereby transforming tobacco
. The expression of the modified gene allows plants expressing the modified gene to respond to viral infection.
Resistance.
The invention further relates to a method for conferring virus resistance on a plant.
.
Further, the present invention provides a modified coat protein for imparting virus resistance to a plant.
It also relates to white matter genes and their fragments.
One further aspect of the present invention is a novel transgene with enhanced virus resistance.
Related to genic plants.
Other objects and advantages of the present invention are set forth in the Summary of the Complete Invention Disclosure and
It will be clear from the claims.
BRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES
FIG. 1 shows the TMoV modified coat protein (AV1) constructed in the binary vector pBI121.
FIG. The modified coat protein gene of TMoV is cut using restriction enzymes.
Refused. The coat protein sequence fragment was converted to cucumber mosaic virus (CMV) coat protein.
It was ligated to the 5 'untranslated region (leader sequence) of white matter. The resulting CMV code
Proprotein (AV1) was prepared in a caulifla in Promega's pGEMEX vector.
Warm Mosaic Virus (CaMV) 35S promoter and Agrobacterium T
Polyadenylation signal derived from the nopaline synthase gene (NOS-ter) of i-plasmid
Next to the hotel. Cut the resulting cassette and place it in
Phosphotransferase II (NTP II) gene and reporter gene β-
It was inserted into the binary vector pBI121 containing lucuronidase (GUS).
FIG. 2 shows the results of PCR amplification and agarose gel electrophoresis of tobacco transformants (T0
) Is the determination of the presence of the transgene. From transgenic tobacco lines
The size of the CMV: TMoV AV1 sequence amplification product was estimated to be 275 bp. Lane
From left to right:
Lane 1: M = 1KB ladder size marker.
Lanes 2-11: T transformed with pBI121 containing the CMV: AV1 sequence0tobacco.
Lane 12: T transformed with pBI121 alone0tobacco.
Figure 3 shows the modified coat protein (AV1) sequence of tomato mottle virus (TMoV).
Transformants containing (T15) is a Northern blot analysis of transcripts from the same generation. E
Separation of total RNA by electrophoresis on a 1% agarose gel containing lumaldehyde
did. RNA was transferred to nylon membrane and prepared from TMoV coat protein sequence32P sign
Hybridized with DNA probe. Plant ribosomal RNA 26S and
18 illustrates the position of 18S. The arrow indicates the location of the transcript of approximately 1.0 kb. Leh
Is the total RNA from the transformed tobacco, from left to right:
is there;
Lane 1: strain T with binary vector pBI121 only1-cp0.
Lanes 2-7: strain T by pBI121-AV11-cp7.
Lanes 8-9: strain T by pBI121-AV11-cp9.
Lanes 10-11: strain T by pBI121-AV11-cp6.
Lanes 12-13: strain T by pBI121-AV11-cp2.
FIG. 4 is a nucleotide sequence encoding a modified TMoV coat protein.
Nucleotides 1 to 55 are the leader sequence of cucumber mosaic virus,
Otides 56-890 encode the modified coat protein.
FIG. 5 shows the derived amino acid sequence encoded by the nucleotide sequence of FIG.
Column.Detailed description of the invention
The present invention provides a plant against the infection of a plant pathogen when expressed in the plant.
It relates to a modified plant virus gene that confers resistance. Smell in one aspect
And the modified viral gene is a geminivirus encoding a coat protein.
AV1 gene. One of the functions of migration proteins, such as the virus coat protein, is
Interaction with host components is included. Perhaps a variety of different viruses
Transfer
It appears that the same host components are used for the lines. Because of this, a normal virus
-A broad spectrum virus by preventing interactions between host components
It is believed that resistance is provided. Other viral genes, especially virus
Those involved in production tend to be highly virus-specific, and
The spectrum of virus resistance obtained by any interference with the virus is narrow. Departure
The application of Ming will advantageously provide broad spectrum virus resistance in plants.
Offer.
The present invention relates to a modified coat protein of the present invention or a variant or fragment thereof.
It also relates to the polynucleotide molecule to be loaded. In one exemplary embodiment of the invention,
The 10 amino acid residues at the amino terminus of the TMoV coat protein were removed. This poly
The nucleotide molecule comprises the nucleotide shown in FIG. 4 or a degenerate variant thereof.
This modification leaves the core intact and still forms virions
Provided is a coat protein that appears to have the ability to
The present invention also relates to infection by a plant pathogen such as, for example, a geminivirus.
The invention also relates to a method for conferring resistance to plants. The method comprises the steps in which
Plants that have been modified to confer resistance to viral infection
Transforming a plant with a virus. In one embodiment, the modification
The isolated plant gene encodes a protein containing the sequence shown in FIG. 5 or a fragment thereof.
The polynucleotide sequence.
In one embodiment, the method of the present invention comprises, for example, tomato mottle geminivirus,
Cabbage tree curl gemini virus, potato yellow mosaic virus,
Mato golden mosaic virus, tomato yellow mosaic virus, tomato leaf
Crumple virus, Capsicum astecovirus, Tomato yellow leaf mosquito
Tobamoviruses and Geminiwis, including virus and others
Can be used to confer plant resistance to viruses such as ruth
.
The present invention further provides a modified coat protein of the present invention, which can be expressed in a suitable host or
A combination comprising a vector into which a polynucleotide sequence encoding the fragment has been inserted.
Pertaining to a replacement polynucleotide sequence. Therefore, this vector is a novel coat
Encodes a protein and / or a fragment of this protein having substantially the same properties
. Specifically, the vector may be a plasmid, phage DNA, or derivative thereof.
Or fragments, or a mixture of plasmid and phage DNA and yeast plasmid
You can choose from things. The polynucleotide encoding the modified coat protein is optional.
Restriction ends compatible with insertion into desired expression or integration vectors for plants
A commercially available pUC vector or
Or can be inserted into multiple cloning sites of a vector such as a pGEM vector.
Wear. For this purpose, strong promoters such as viral gene promoters
Any vector operably linked to the coding sequence of the polynucleotide of the invention
Could be used. For example, the powerful 35S of cauliflower mosaic virus
A promoter can be used for this purpose. Other known plant expression vectors
Can be used for this purpose.
The present invention also provides a desired protein or a fragment thereof that can be expressed in a suitable host.
Recombinant polynucleotide comprising a vector into which the encoding polynucleotide sequence has been inserted
Infected, transformed or transfected hosts with leotide sequences
Also concerns. Preferably, the polynucleotide sequence is inserted into a suitable vector,
This recombinant vector can be used to transfer bacteria or other bacteria capable of introducing the gene into plant cells.
It can be introduced into a host by transformation. Inserted polynucleotide
Means that the nucleotide sequence is altered coat protein and / or substantially
It encodes fragments of this protein having the same properties. According to the invention
Infection, transformation or transfection with a recombinant polynucleotide molecule
Many proteins capable of expressing this protein or a fragment thereof
Suitable hosts include Gram-negative or Gram-positive bacteria, such as E. coli, Bacillus subtilis, and kelp.
There are insect cells, plant cells and yeast cells. In one illustrated embodiment, the
Apitent Agrobacterium cells are used for this purpose and carry the recombinant vector
Plant sections are exposed to Agrobacterium. Genes are efficiently incorporated
It is preferable to regenerate the plant cells in a selective medium to confirm that
Following this, the regenerated plants are grown under conditions optimized for survival. Or
It is also possible to introduce recombinant vectors into plant cells by the biolistic method.
(Carrer, 1995).
The present invention provides a polynucleotide encoding the modified coat protein of the present invention.
Transgenic plants and plant tissues, including transgenic plants.
The present invention also relates to a polynucleotide encoded by a polynucleotide molecule described herein.
Modified coat proteins and fragments and variants thereof. For example
, Site-directed mutagenesis, digestion with Bal31, and up to about 50 amino acids from the N-terminus
Any modification of the N-terminus of the coat protein, including deletions to residues,
It appears to have a similar effect in that the core remains intact. The invention is other
Geminiviruses, which, given the teachings herein, will be useful to those of skill in the art.
Using any well-known standard plant transformation method, any geminivirus coat protein
Modified genes useful for conferring resistance by similar modifications to the quality gene
Is likely to be produced.
One of skill in the art will appreciate that to make the coat proteins described herein, the genetic code
It is understood that many different nucleotide sequences can be used based on degeneracy.
I think that the. Accordingly, it encodes the modified coat protein described herein.
Any nucleotide sequence is included in the present invention and the appended claims. Also,
As described herein, a gene encoding a modified coat protein
Nucleotide fragments may also be used in plants where such fragments are used in the methods described herein.
Of one aspect of the present invention as long as the resistance to
is there. Such polynucleotides are readily and readily determined by techniques well known to those skilled in the art.
It can be manufactured in a mold. For example, over a period of time, Bal31
A exonuclease digestion was performed, followed by expression and expression of the resulting fragment.
Performing a routine screen (Wei et al., 1983) uses the polynucleotide
Capable of conferring resistance to virus infection on plants transformed with
The polynucleotide fragment of the modified coat protein of the present invention.
Can be used for
The polynucleotide of the present invention includes a mutated sequence (variant
ant sequence). For these mutations, the mutated sequence is
Plants capable of inducing resistance to viral infection in plants transformed with
As long as the modified coat protein encodes, for example, nucleotides
Substitutions, insertions and deletions are included. Those skilled in the art will appreciate that the mutant polynucleotide
The rows can be easily prepared and used.
The amino acid sequences disclosed herein use the standard single letter sequence for amino acid residues.
Based on abbreviation.
The references cited in the present disclosure are hereby incorporated by reference.
The following describes materials, methods, and procedures for practicing the invention, including the best mode.
FIG. These examples are for illustrative purposes only and are not limiting.
Should not be considered as a matter of course.Example 1 Preparation of Transformation Cassette for Modified TMoV Coat Protein Gene
Modifications were made to the N-terminal coding region of the TMoV coat protein.
Was. From a clone of the A component of TMoV (Abouzid et al., 1992), a restriction enzyme NcoI was added to the 5 ′ end (
nt 355), XbaI at the 3 'end (nt 1192), and 30 at the 5' end of TMoV
Nucleotides (nt) were deleted. NcoI restriction enzyme compatible sequence located at the end
5 'untranslated region (leader sequence) of uri mosaic virus (CMV) coat protein (C
orne 11 University D. (Obtained from clones prepared by Gonsalves)
It was ligated with the TMoV coat protein gene at the NcoI site. The construct is shown in FIG.
A ligated CMV leader sequence having a modified TMoV coat protein sequence
The construct as a plant constitutive expression vector,
Neomycin phosphotra for selection, a regulatory element of the water mosaic virus 35S gene
Transferase II gene and reporter gene β-glucuronidase (GUS)
Ligated into plasmid pBI121 (CLONTEC HLaboratories, Palo Alto, CA) containing
I let you. This binary expression plasmid with the sequence of the modified coat protein
Agrobacterium LB4404 strain (CLON
TECH Laboratories).Example 2: Transformation of tobacco
Agrobacterium tumefaciens with modified TMoV coat protein (
A. tumefaciens) and tobacco (N. tabacum) "Xanthi"
Transform Fudisk and follow the method of Horsch et al. (1985)
MS salt, sucrose (30 g / l), vitamin B5 (1 ml / l), indole-3-acetic acid (0
.3 mg / l), 2iP, N6- [2-isopentenyl] adenine (10 mg / l), kanamycin (
Shoots on a medium consisting of 100 mg / l) and mefoxin (200 mg / l)
Was played. Subsequently, the transformed shoots contained 100 μg / l kanamycin.
And planted on a plant-free hormone medium and switched to soil.Example 3: Detection of transgene by PCR amplification
Primers selected for amplification of the transgene (CMV: TMoV-AVI)
Specific ply to the 5 'untranslated region of remosaic virus (CMV) coat protein
(EH55, 5'-GTTAGTTGTTCACCT-3 ') and tomato mottle virus (TMoV)
Internal specific primers (EH82, 5'-CCTTACCGATATGTGA-3
'). The PCR reaction was performed using a Biometra thermocycler.
Performed as follows: 35 cycles of 94 ° C for 2 minutes, 45 ° C for 2 minutes and 72 ° C for 3 minutes.
Finally, a DNA extension cycle was performed at 72 ° C. for 10 minutes to complete the amplification.Example 4: Southern and Northern blot analysis DNA extraction from tobacco leaf tissue
DNA was obtained from Soni and Murray (19).
94). Fern Mosaic Geminivirus DNA
Leaves from agro-inoculated transformants
Alternatively, tissue (0.2-0.5 g) collected from the leaf disk of the transformant was
The mixture was ground in a mortar and pestle into fine powder. 1.5 ml of extraction buffer with this powder
Solution (50 mM Tris, pH 8.0, 10 mM EDTA, 2% SDS, 100 mM LiCl and 10 μg / ml
The mixture was homogenized with Rotinase K). The mixture is stirred for 15-30 minutes, followed by
And centrifugation at 600 rpm for 5 minutes. Add equal volume of isopropanol to the supernatant
Then, the nucleic acid is precipitated by centrifugation at 1000 rpm for 5 minutes, and 20 μg / ml RNAse is precipitated.
Was resuspended in 0.5 ml of TE (10 mM Tris, pH 8.0, 1 mM EDTA). 30 minutes at 37 ° C
After incubating for 2 hours, the mixture is phenol: chloroform-isoamyla
Extracted once with alcohol (25: 24: 1) and once with chloroform
. With 1/3 volume of 7.5M ammonium acetate and an equal volume of isopropanol.
To precipitate the nucleic acid, followed by HTwoResuspended in O. PCR and resuspend the resuspended DNA
Used for Zan blot analysis.Southern blot
Southern blots were obtained according to standard procedures.RNA extraction from tobacco leaf tissue
Cosciolone and Cone
) (1993) and modified by Duan et al. (1996).
A was isolated. Young tobacco leaf tissue (0.2 g) is mortared and pestled in liquid nitrogen
It was ground to a fine powder. This powder was mixed with 1.0 ml of extraction buffer (7 M urea, 0.35 NaCl, 50
Homogenization with mM Tris, pH 8.0, 20 mM EDTA, 1% sarkosyl). Mixed
The compound is phenol: chloroform-isoamyl alcohol (25: 24: 1) with 1
Twice, and once more with chloroform-isoamyl alcohol (24: 1),
Subsequently, centrifugation was performed at 600 rpm for 5 minutes. An equal volume of isopropanol in the aqueous phase
Heavy nucleic acids were precipitated by adding and cooling the mixture on ice for 5 minutes. -20
Incubate at 1 ° C for 1 hour, then centrifuge at 14,000 rpm for 10 minutes
RNA was obtained from the soluble fraction. Wash the pellet with 70% ethanol, TE (10m
MTris, pH 8.0, 1 mM EDTA), resuspended in 0.4 ml, chloroform-isoamyl alcohol
Extracted by the 0.1 volume of 3M sodium acetate and 2 volumes of
RNA was precipitated from the aqueous phase by adding 100% ethanol.Northern blot
Total DNA was run on a 0.9% agarose gel in TAE buffer
Electrophoresis and transfer to nylon membrane using alkaline transfer solution (0.4M NaOH, 0.6NaCl)
Migrated. Total RNA was purified using 1.0% agarose in MOPS buffer containing formaldehyde.
Electrophoresis on Sgel and transferred to nylon membrane using 10 × SSC solution
. Using a Prime-a-Gene® labeling kit (Promega), the probe was
A component of VAV1 DNA and SiMV DNA was randomly primed32P sign
It produced by performing. Blot hybridization (overnight at 65 ° C)
Is a 6 × SSC, 5 × Denhardt solution according to Sambrook et al. (1989).
The test was performed in liquid and 0.5% SDS, 0.1 mg / ml salmon sperm DNA. Blot is Blair (B
lair) et al. (1995).Example 5: Western immunoblot analysis
Expression of the modified coat protein of TMoV in transgenic tobacco,
Grind young leaf tissue in 1.5% SDS in sterile water, then add 1 volume of tissue extract to 1 volume
Were examined by mixing with the same product of Laemmli dissociation buffer (Laemmli, 1970). Mixed
The mixture was boiled for 2 minutes and the sample was subjected to 10% SDS-PAGE. Transfer protein to Bio-Rad Mini-
PR
Electrophoresis in OTEAN II, Bio-RadTrans-Blot® electrophoresis transfer
The separated proteins are nitro-treated using a tank (Bio-Rad Laboratories, Richmond, CA).
Transferred to a rocellulose membrane. Chemiluminescence detection system Western-Light (Tropix, I
nc., Bedford, Mass.) and procedures previously described (Cancino et al., 1995).
Immunoblots were prepared against TMoV coat protein expressed in E. coli.
Polyclonal antiserum (Abouzid et al., Unpublished), and goat anti-rabbit IgG alkaline
Labeled with phosphatase conjugate.Example 6: Inoculation of tobacco leaf disk with SiMV
T on MS rooting medium containing 100 μg / ml kanamycin0Germination of seeds of individual lines
Let the descendants (T1Ag) by SiMV DNA (Abouzid et al., 1995) on leaf disk
Loin calculations were performed (Klinkenberg et al., 1989).Example 7: Inoculation of TMoV to tobacco using whiteflies
T on MS rooting medium containing 100 μg / ml kanamycin0Germination of seeds of individual lines
And the resulting T1Offspring were transplanted to soil for whitefly inoculation. Four
The seedlings at the 6th leaf stage were infected with TMoV and fed with a tomato strain grown in a growth room at 30 ° C.
White lice were inoculated. 0.25m in growth chamber at 30 ℃ThreeWhiteflies in a shielded cage
Adults were added at a concentration of 20 animals per strain. Inoculation of whiteflies on tobacco seedlings
The inoculation access period was set to 5 days. Insecticide on inoculated plants
The inoculatable period was ended by spraying with soap.Example 8: Evaluation of tobacco inoculated with TMoV
After inoculation, symptoms were evaluated approximately every 30 days. Systemic feeling of TMoV 70 days after inoculation
Dot spot hybridizer for B component related to systemic infection
The youngest leaves for analysis by PCR and / or PCR primers
A sample was taken from A sample was taken again 100 days after inoculation, and TM was
The systemic infection by oV was examined. Dot spot hybridization using probe
Digestion was performed under high stringency conditions and included the cloned TMoV B component (
Polston et al., 1993). Amplification of viral DNA amplifies component B but does not amplify component A.
Using degenerate primers (pBL1v2042 and pCRc154) (Rogas et al., 1993).
). The amplification procedure involves denaturation at 94 ° C for 5 minutes, followed by 35 cycles of:
Temperature: 50 ° C
Anneal for 1 minute, extend for 3 minutes at 72 ° C and denature for 1 minute at 94 ° C.Example 9: Analysis of tobacco transformants
T using primers for CMV leader sequence and coat protein0Cigarette shape
Of the CMV (leader sequence) and the modified TMoV AVI sequence
It was shown that 10 tobacco plants were transformed by both (FIG. 2). Sa
In addition, as a control, one line was successfully transformed with pBI121 alone
. Take samples from each strain before transferring the transformed plants to soil and transform
GUS assay for efficiency, Southern blot for presence of transgene, and
Western blot analysis of the expression of modified and altered coat proteins.
Was. All the transformants examined were found to have the GUS gene.
Southern blot analysis shows multiple copies of transgene in plant genome
It has been shown.Example 10: Presence of mRNA for modified coat protein
Selected tobacco transformants not inoculated with virus (T1Generation) Noza
Blot analysis showed only one transcript, approximately 1.0 kb in size (FIG. 3).
. This was larger than the expected CMV leader-coat protein transcript (1.0 kb
0.9 kb compared to the presence of the NOS-ter sequence (260 bp) of pBI121 in the transcript.
It is thought.Example 11: Expression of a modified coat protein
In a standard Western blot procedure using a chemiluminescence detection system,
No expression of the modified coat protein was detected in any of the transformants. This
This is probably due to the instability of the amino-terminally modified coat protein, or
It is considered that the current level was lower than the detection sensitivity.Example 12: Inoculation of tobacco with TMoV by whiteflies
10 T0T from 8 strains of tobacco strains1T against the offspring by whiteflies
MoV was inoculated. As a result of analysis of the plant strain 70 days after inoculation (Table 1),
Despite the separation, the infection rate was control (T1-cp0)
It became clear that. Overall, no matter which assay you measure,
There was good agreement between the onset of symptoms and the presence of viral DNA,
Do
Good agreement between the results of spot spot hybridization and PCR analysis
Because it was seen. We believe that TMoV replication levels are so low that PC
Detection by R is possible, but detection by dot spot hybridization
I couldn't find a case that couldn't be done. The ratio of resistance to TMoV depends on the system.
It was different from one another. Two systems T1-cp10 and T1-cp11, 100 days from the first inoculation
No later plants became infected. Variation between strains depends on the copy number of the transgene,
Location of the transgene and / or isolation ratio of resistant and sensitive plant strains
Due to their influence on
Infection rates generally increased gradually over time. This is, in part, the first contact
Due to intermittent inoculation by whiteflies generated from whiteflies eggs used for seeds
It is believed that there is. Overall, the presence of the transgene assessed by PCR
Good immunity against systemic infection with TMoV 100 days after the first dose
Significant agreement was observed (Table 2). This varies between strains, and some strains (T1-
cp4, T1-cp10 and T1-cp11) showed a 90-100% correlation.Example 13: Transgenics for Resistance by Agroin Occlusion Evaluation of cigarettes
In a preliminary study, the inventors found that geminiviruses closely related to TMoV
DNA replication of one of the fern mosaic virus (SiMV) (Abouzid et al., 1995)
The effect of transgenic tobacco resistant to TMoV was investigated. The present inventors have
In vitro leaf disc agroinoculation assay (K1inkenberg
Et al., 1989). Transgenic T0Stock T1Leaf leaf from 10 to 15 offspring
Against the disc, the cloned genome of SiMV (DNA A and DNA B) (Abouzi
Agrobacterium carrying the head-tail dimer of d. et al., unpublished)
To improve their ability to suppress viral DNA replication.
Say. Transformed leaves 10 days after agroin occlusion
Assays for viral DNA were performed using DNA extracts from the disks. SiMV DN
After Southern blot hybridization with AA probe (full length)
, The presence of single-stranded (ss) SiMV genomic DNA and its replication intermediate
Formation of oc and sc in the virus-susceptible leaf disks
MV DNA
It has been released from the G. bacterium Ti plasmid and replicated in the inoculated tissue.
Was shown. Viral DNA levels in tobacco transgenic lines
There was a sudden. SiMV DNA detected in one transgenic line is extremely low
Quantity.
Tobacco transgenic for a modified TMoV coat protein gene
Showed resistance to systemic infection by TMoV across plant strains. Introduction
The presence of the gene was suppressed in the leaves that occurred 60 days after the initial inoculation with TMoV and symptom suppression.
Correlated with undetectable viral DNA. For the modified TMoV coat protein gene
One transgenic tobacco strain is
In this case, the replication of the fern cyclin gemini virus was suppressed. Modified TMoV coat
Plants transformed with a protein gene are shown to produce mRNA transcripts
However, the expression of the modified coat protein was not detected by Western blotting
Was. The modified TMoV coat protein gene can be used in accordance with the teachings herein to make
Useful for gaining resistance to irs.
The above description and examples provide details on how to make and use the invention.
Although good aspects are provided, obvious variants and functional equivalents are not
Should be considered part of the statement and therefore fall within the scope of the following claims.
.
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