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JP6614622B2 - Plant genome editing method - Google Patents

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JP6614622B2 JP2018079316A JP2018079316A JP6614622B2 JP 6614622 B2 JP6614622 B2 JP 6614622B2 JP 2018079316 A JP2018079316 A JP 2018079316A JP 2018079316 A JP2018079316 A JP 2018079316A JP 6614622 B2 JP6614622 B2 JP 6614622B2
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陽子 水多
史織 永原
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Tokai National Higher Education and Research System NUC
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Nagoya University NUC
Tokai National Higher Education and Research System NUC
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  • Breeding Of Plants And Reproduction By Means Of Culturing (AREA)
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Description

本発明は、植物ゲノム編集方法等に関する。   The present invention relates to a plant genome editing method and the like.

現代においては、地球レベルの急激な環境変化や、人口増加による食糧不足が問題となっている。これらの対策として、持続可能な作物生産のために植物の耐性や形質を調査し、さらには改変するための技術が必要とされている。   In modern times, rapid global environmental changes and food shortages due to population growth have become problems. For these measures, techniques for investigating and modifying plant tolerance and traits for sustainable crop production are needed.

近年、標的特異的ヌクレアーゼを使用するゲノム編集技術が、新しい植物育種技術として注目を浴びている。このような技術の一つとして、CRISPR/Casシステムが知られている。代表的には、Cas9とガイドRNAを導入することにより、様々な動植物において標的遺伝子を変異させることができる。   In recent years, genome editing technology using target-specific nuclease has attracted attention as a new plant breeding technology. As one of such technologies, the CRISPR / Cas system is known. Typically, target genes can be mutated in various animals and plants by introducing Cas9 and guide RNA.

標的特異的ヌクレアーゼ遺伝子を植物に導入する方法としては、アグロバクテリウム法が知られている。しかし、この方法は、限られた植物に対してしか適用できず、汎用的ではない。また、この方法で導入されたDNA等はゲノムに組み込まれるので、得られた植物は形質転換体として扱われ、その利用が制限されてしまう。また、多くの場合、ゲノム編集された植物体を得るためには、カルス化、再分化等の手間及び時間を要する作業が必要となる。   An Agrobacterium method is known as a method for introducing a target-specific nuclease gene into a plant. However, this method can be applied only to limited plants and is not versatile. In addition, since the DNA and the like introduced by this method are integrated into the genome, the obtained plant is treated as a transformant and its use is restricted. In many cases, in order to obtain a genome-edited plant, work and time-consuming operations such as callusization and redifferentiation are required.

一方で、パーティクルボンバードメント法(非特許文献1)は、広範な植物に適用可能であり、また簡便に遺伝子を導入することができる。しかし、その適用対象はこれまで未熟な胚やプロトプラストに限られているので、これらの対象物の調製に多くの手間及び時間を要してしまううえに、ゲノム編集された植物体を得るためには、カルス化、再分化等の手間及び時間を要する作業が必要となる。   On the other hand, the particle bombardment method (Non-patent Document 1) can be applied to a wide range of plants, and can easily introduce genes. However, since the application target is limited to immature embryos and protoplasts so far, it takes a lot of time and labor to prepare these targets, and in order to obtain a genome-edited plant body. Requires work and time-consuming work such as callusization and regeneration.

Zhang Y, Liang Z, Zong Y, Wang Y, Liu J, Chen K, Qiu J-L, Gao C (2016) Efficient and transgene-free genome editing in wheat through transient expression of CRISPR/Cas9 DNA or RNA. Nature Communications 7:12617Zhang Y, Liang Z, Zong Y, Wang Y, Liu J, Chen K, Qiu JL, Gao C (2016) Efficient and transgene-free genome editing in wheat through transient expression of CRISPR / Cas9 DNA or RNA.Nature Communications 7: 12617

本発明は、簡便且つ効率的な植物ゲノム編集方法、さらにはゲノム編集された植物を簡便且つ効率的に製造する方法を提供することを課題とする。   An object of the present invention is to provide a simple and efficient method for editing a plant genome, and further a method for easily and efficiently producing a genome-edited plant.

本発明者は鋭意研究を進めた結果、パーティクルボンバードメント法を、葉、花粉等の生育中の植物体の一部に適用することにより、簡便且つ効率的にゲノム編集可能であることを見出した。また、該知見に基づいて、パーティクルボンバードメント法を利用して、簡便且つ効率的にゲノム編集効率を評価できることをも見出した。本発明者はこれらの知見に基づいてさらに研究を進めた結果、本発明を完成させた。   As a result of diligent research, the present inventor has found that genome editing can be performed easily and efficiently by applying the particle bombardment method to a part of growing plants such as leaves and pollen. . Moreover, based on this knowledge, it also discovered that genome editing efficiency could be evaluated simply and efficiently using the particle bombardment method. As a result of further research based on these findings, the present inventor has completed the present invention.

即ち、本発明は、下記の態様を包含する。   That is, the present invention includes the following aspects.

項1. (1)植物体及びその一部からなる群より選択される少なくとも1種の対象物に対して、標的特異的ヌクレアーゼ発現カセットを含む導入物を、パーティクルボンバードメント法により導入する工程を含む、植物ゲノム編集方法。   Item 1. (1) A plant comprising a step of introducing an introduction containing a target-specific nuclease expression cassette to at least one target selected from the group consisting of a plant and a part thereof by a particle bombardment method Genome editing method.

項2. 前記対象物が、葉、及び花粉からなる群より選択される少なくとも1種であり、項1に記載の植物ゲノム編集方法。   Item 2. Item 2. The plant genome editing method according to Item 1, wherein the object is at least one selected from the group consisting of leaves and pollen.

項3. 前記対象物が花粉である、項1又は2に記載の植物ゲノム編集方法。   Item 3. Item 3. The plant genome editing method according to Item 1 or 2, wherein the object is pollen.

項4. 前記標的特異的ヌクレアーゼ発現カセットがCasタンパク質発現カセットであり、且つ前記導入物がさらにガイドRNA及びガイドRNA発現カセットからなる群より選択される少なくとも1種を含む、項1〜3のいずれかに記載の植物ゲノム編集方法。   Item 4. Item 4. The target according to any one of Items 1 to 3, wherein the target-specific nuclease expression cassette is a Cas protein expression cassette, and the introduction further comprises at least one selected from the group consisting of a guide RNA and a guide RNA expression cassette. Plant genome editing method.

項5. 前記導入物がレポーター発現カセットをさらに含む、項1〜4のいずれかに記載の植物ゲノム編集方法。   Item 5. Item 5. The plant genome editing method according to any one of Items 1 to 4, wherein the introduced product further comprises a reporter expression cassette.

項6. 前記レポーター発現カセットが蛍光タンパク質発現カセットである、項5に記載の植物ゲノム編集方法。   Item 6. Item 6. The plant genome editing method according to Item 5, wherein the reporter expression cassette is a fluorescent protein expression cassette.

項7. (A)花粉に対して、標的特異的ヌクレアーゼ発現カセットを含む導入物を、パーティクルボンバードメント法により導入する工程、並びに
(B)工程Aで得られた花粉を用いて次世代植物を得る工程、
を含む、ゲノム編集された植物を製造する方法。
Item 7. (A) A step of introducing an introduction containing a target-specific nuclease expression cassette into the pollen by a particle bombardment method, and (B) a step of obtaining a next generation plant using the pollen obtained in step A,
A method for producing a genome-edited plant comprising:

項8. (a)レポーター発現カセットを含む植物体及びその一部からなる群より選択される少なくとも1種の対象物に対して、前記レポーター特異的ヌクレアーゼ発現カセットを含む導入物を、パーティクルボンバードメント法により導入し、前記レポーター発現カセット中のレポーター遺伝子を変異させる工程、並びに
(b)前記変異の効率を、前記レポーターのシグナルを指標として評価する工程、
を含む、植物ゲノム編集効率の評価方法。
Item 8. (A) An introduction containing the reporter-specific nuclease expression cassette is introduced by particle bombardment method into at least one target selected from the group consisting of a plant containing a reporter expression cassette and a part thereof. And mutating a reporter gene in the reporter expression cassette, and (b) evaluating the efficiency of the mutation using the reporter signal as an indicator,
A method for evaluating plant genome editing efficiency.

項9. 前記工程bが、
(b1)工程a後、前記レポーター遺伝子を発現可能な状態で細胞に導入する工程、及び
(b2)工程b1で得られた細胞集団におけるレポーターシグナルを指標として、ゲノム編集効率を評価する工程
を含む、項8に記載の評価方法。
Item 9. Step b is
(B1) after step a, including the step of introducing the reporter gene into a cell in an expressible state; and (b2) evaluating the genome editing efficiency using the reporter signal in the cell population obtained in step b1 as an indicator. Item 9. The evaluation method according to Item 8.

項10. 前記対象物が葉である、項8又は9に記載の評価方法。   Item 10. Item 10. The evaluation method according to Item 8 or 9, wherein the object is a leaf.

本発明によれば、簡便且つ効率的な植物ゲノム編集方法、さらにはゲノム編集された植物を簡便且つ効率的に製造する方法を提供することができる。また、本発明によれば、簡便且つ効率的なゲノム編集効率の評価方法を提供することもできる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the simple and efficient plant genome editing method and also the method of manufacturing the genome edited plant simply and efficiently can be provided. In addition, according to the present invention, a simple and efficient method for evaluating genome editing efficiency can also be provided.

実施例1の概要を示す。An overview of Example 1 is shown. 実施例1のシークエンス解析の結果を示す。The result of the sequence analysis of Example 1 is shown. 実施例2の概要を示す。An overview of Example 2 is shown. 実施例2のシークエンス解析の結果を示す。The result of the sequence analysis of Example 2 is shown. 実施例3の概要を示す。An overview of Example 3 is shown. 自然光又は励起光条件下におけるプレート観察像(実施例3)を示す。The plate observation image (Example 3) under natural light or excitation light conditions is shown.

本明細書中において、「含有」及び「含む」なる表現については、「含有」、「含む」、「実質的にからなる」及び「のみからなる」という概念を含む。   In this specification, the expressions “containing” and “including” include the concepts of “containing”, “including”, “consisting essentially of”, and “consisting only of”.

1.植物ゲノム編集方法
本発明は、その一態様として、(1)植物体及びその一部からなる群より選択される少なくとも1種の対象物に対して、標的特異的ヌクレアーゼ発現カセットを含む導入物を、パーティクルボンバードメント法により導入する工程を含む、植物ゲノム編集方法(本明細書において、「本発明のゲノム編集方法」と示すこともある。)に関する。以下に、これについて説明する。
1. Plant Genome Editing Method The present invention provides, as one aspect thereof, (1) an introduction containing a target-specific nuclease expression cassette for at least one target selected from the group consisting of a plant body and a part thereof. The present invention also relates to a plant genome editing method (also referred to as “genome editing method of the present invention” in the present specification), which includes a step of introducing by a particle bombardment method. This will be described below.

本発明のゲノム編集方法の対象物は、植物の植物体及びその一部からなる群より選択される少なくとも1種である。   The target of the genome editing method of the present invention is at least one selected from the group consisting of plant bodies and parts thereof.

植物は、標的特異的ヌクレアーゼによるゲノム編集が可能な植物である限り特に制限されない。植物としては、例えばコケ植物、シダ植物、裸子植物、被子植物のモクレン類、単子葉類、真正双子葉類(バラ類I、バラ類II、キク類I、キク類II及びそれらの外群)を含む広い範囲の植物を挙げることができる。これらの中でも、裸子植物、被子植物等が好ましい。植物のより具体的な例としては、トマト、ピーマン、トウガラシ、ナス、タバコ等のナス類; キュウリ、カボチャ、スイカ等のウリ類; キャベツ、ブロッコリー、ハクサイ、シロイヌナズナ等の菜類; セルリー、パセリー、レタス等の生菜・香辛菜類; ネギ、タマネギ、ニンニク等のネギ類; ダイズ、ラッカセイ、インゲン、エンドウ、アズキ、リョクトウ、ササゲ、ソラマメ等の豆類; イチゴ、メロン等のその他果菜類; ダイコン、カブ、ニンジン、ゴボウ等の直根類; サトイモ、キャッサバ、ジャガイモ、サツマイモ、ナガイモ等のイモ類; イネ、トウモロコシ、コムギ、ソルガム、オオムギ、ライムギ、ミナトカモジグサ、ソバ等の穀類; アスパラガス、ホウレンソウ、ミツバ等の柔菜類; トルコギキョウ、ストック、カーネーション、キク等の花卉類; ベントグラス、コウライシバ等の芝類; ナタネ、ラッカセイ、セイヨウアブラナ、ナンヨウアブラギリ等の油料作物類; ワタ、イグサ等の繊維料作物類; クローバー、デントコーン、タルウマゴヤシ等の飼料作物類; リンゴ、ナシ、ブドウ、モモ、キウイフルーツ等の落葉性果樹類; ウンシュウミカン、オレンジ、レモン、グレープフルーツ等の柑橘類; サツキ、ツツジ、スギ、ポプラ、パラゴムノキ、イチョウ、マツ等の木本類等が挙げられる。   The plant is not particularly limited as long as it is a plant capable of genome editing with a target-specific nuclease. Examples of plants include moss plants, fern plants, gymnosperms, angiosperm magnolias, monocots, true dicotyledons (roses I, roses II, chrysanthemum I, chrysanthemum II and their outer groups). A wide range of plants including can be mentioned. Of these, gymnosperms and angiosperms are preferable. More specific examples of plants include eggplants such as tomatoes, peppers, peppers, eggplants and tobacco; cucumbers, pumpkins, watermelons and other cucumbers; cabbages, broccoli, Chinese cabbage, Arabidopsis and other vegetables; celery, parsley, Fresh vegetables such as lettuce and spicy vegetables; Green onions such as leeks, onions and garlic; Beans such as soybeans, peanuts, green beans, peas, azuki bean, mungbean, cowpea and broad beans; Other fruit vegetables such as strawberries and melons; Roots such as carrot and burdock; potatoes such as taro, cassava, potato, sweet potato and yam; Soft vegetables such as eustoma, stock, Carnations, chrysanthemums, etc .; turf such as bentgrass, corn borer; oil crops such as rapeseed, peanut, oilseed rape, oilseed rape; fiber crops such as cotton, rush; feed such as clover, dent corn, talum Crops; Deciduous fruit trees such as apples, pears, grapes, peaches, kiwifruits; Citrus fruits such as Satsuma mandarin, oranges, lemons, grapefruits; Woods such as Satsuki, Azalea, Sugi, Poplar, Para rubber, Ginkgo, Pine Etc.

植物体は、植物個体全体をいうものとする。植物個体は、植物の通常の生活環で見られる状態の個体であり、典型的には、根、茎、葉を備え、花を備えることもある。植物体は、生育環境(例えば土壌等)で生育している植物体及びその一部であってもよいし、生育環境から分離した植物体であってもよい。   A plant body shall mean the whole plant individual. An individual plant is an individual found in the normal life cycle of the plant, and typically includes roots, stems, leaves, and sometimes flowers. The plant body may be a plant body growing in a growth environment (for example, soil) and a part thereof, or may be a plant body separated from the growth environment.

植物体の一部とは、植物体の一部分である限り特に制限されない。具体例としては、花粉、葉、茎、根、芽、花、果実、種子等が挙げられる。これらの中でも、花粉、葉等が好ましく、花粉がより好ましい。植物体の一部は、植物体から分離されていない状態であってもよいし、植物体から分離された状態であってもよい。   The part of the plant is not particularly limited as long as it is a part of the plant. Specific examples include pollen, leaves, stems, roots, buds, flowers, fruits, seeds and the like. Among these, pollen and leaves are preferable, and pollen is more preferable. A part of the plant body may be in a state not separated from the plant body, or may be in a state separated from the plant body.

対象物は、1種単独であってもよいし、2種以上の組み合わせであってもよい。   One type of object may be used alone, or a combination of two or more types may be used.

本発明のゲノム編集方法における対象物への導入物は、標的特異的ヌクレアーゼ発現カセットを含む。   The introduction into the object in the genome editing method of the present invention includes a target-specific nuclease expression cassette.

標的特異的ヌクレアーゼは、ゲノムDNA上の特定部位を特異的に切断して、変異を誘導できるヌクレアーゼである限り特に制限されない。標的特異的ヌクレアーゼとしては、例えばCasタンパク質、TALENタンパク質、ZFNタンパク質などが挙げられる。   The target-specific nuclease is not particularly limited as long as it is a nuclease that can specifically cleave a specific site on genomic DNA to induce mutation. Examples of target-specific nucleases include Cas protein, TALEN protein, and ZFN protein.

Casタンパク質を用いるCRISPR/Casシステムは、ヌクレアーゼ(RGN;RNA-guided nuclease)であるCasタンパク質とガイドRNAを使用する。該システムを細胞内に導入することにより、ガイドRNAが標的部位に結合し、該結合部位に呼び込まれたCasタンパク質によってDNAを切断することができる。   The CRISPR / Cas system using Cas protein uses a Cas protein that is a nuclease (RGN; RNA-guided nuclease) and a guide RNA. By introducing the system into the cell, the guide RNA binds to the target site, and the DNA can be cleaved by the Cas protein called into the binding site.

TALENタンパク質を用いるTALENシステムは、DNA切断ドメイン(例えばFokIドメイン)に加えて転写活性化因子様(TAL)エフェクターのDNA結合ドメインを含む人工ヌクレアーゼ(TALEN)を使用する。該システムを細胞内に導入することにより、TALENがDNA結合ドメインを介して標的部位に結合し、そこでDNAを切断する。標的部位に結合するDNA結合ドメインは、公知のスキーム(例えばZhang F et al. (2011) Nature Biotechnology 29 (2);この論文は、本明細書に参考として援用される)に従って設計することができる。   The TALEN system using the TALEN protein uses an artificial nuclease (TALEN) that contains the DNA-binding domain of a transcriptional activator-like (TAL) effector in addition to a DNA cleavage domain (eg, FokI domain). By introducing the system into the cell, TALEN binds to the target site via the DNA binding domain, where it cleaves the DNA. The DNA binding domain that binds to the target site can be designed according to known schemes (eg, Zhang F et al. (2011) Nature Biotechnology 29 (2); this paper is incorporated herein by reference). .

ZFNタンパク質を用いるZFNシステムは、ジンクフィンガーアレイを含むDNA結合ドメインにコンジュゲートした核酸切断ドメインを含む人工ヌクレアーゼ(ZFN)を使用する。該システムを細胞内に導入することにより、ZFNがDNA結合ドメインを介して標的部位に結合し、そこでDNAを切断する。標的部位に結合するDNA結合ドメインは、公知のスキームに従って設計することができる。   The ZFN system using the ZFN protein uses an artificial nuclease (ZFN) comprising a nucleic acid cleavage domain conjugated to a DNA binding domain comprising a zinc finger array. By introducing the system into the cell, ZFN binds to the target site via the DNA binding domain, where it cleaves the DNA. The DNA binding domain that binds to the target site can be designed according to known schemes.

標的特異的ヌクレアーゼの中でも、切断部位をより自由に決定できるという観点から、Casタンパク質が好ましい。Casタンパク質は、CRISPR/Casシステムにおいて用いられるものであれば特に制限されず、例えばガイドRNAと複合体を形成した状態でゲノムDNAの標的部位に結合し、該標的部位を2本鎖切断できるものを各種使用することができる。   Among target-specific nucleases, Cas protein is preferable from the viewpoint that the cleavage site can be determined more freely. The Cas protein is not particularly limited as long as it is used in the CRISPR / Cas system. For example, the Cas protein can bind to a target site of genomic DNA in a complex with a guide RNA and can cleave the target site into double strands. Can be used in various ways.

本明細書において、「標的部位」とは、PAM(Proto-spacer Adjacent Motif)配列及びその5' 側に隣接する17〜30塩基長(好ましくは18〜25塩基長、より好ましくは19〜22塩基長、特に好ましくは20塩基長)程度の配列からなるDNA鎖(標的鎖)とその相補DNA鎖(非標的鎖)からなる、ゲノムDNA上の部位である。   In the present specification, the “target site” means a PAM (Proto-spacer Adjacent Motif) sequence and a 17-30 base length (preferably 18-25 base length, more preferably 19-22 bases) adjacent to the 5 ′ side thereof. It is a site on genomic DNA consisting of a DNA strand (target strand) consisting of a sequence of a length (particularly preferably 20 bases) and its complementary DNA strand (non-target strand).

各種生物由来のCasタンパク質が知られており、Casタンパク質としては例えばS. pyogenes由来のCas9タンパク質(II型)、S. solfataricus由来のCasタンパク質(I-A1型、I-A2型)、H. walsbyi由来のCasタンパク質(I-B型)、E. coli由来のCasタンパク質(I-E型、I-F型)、P. aeruginosa由来のCasタンパク質(I-F型)、S. thermophilus由来のCas9タンパク質(II型)、S. agalactiae由来のCas9タンパク質(II-A型)、S. aureus由来のCas9タンパク質、N. meningitidis由来のCas9タンパク質、T. denticola由来のCas9タンパク質等が挙げられる。これらの中でも、好ましくはCas9タンパク質が挙げられ、より好ましくはストレプトコッカス属に属する細菌が内在的に有するCas9タンパク質が挙げられる。各種Casタンパク質のアミノ酸配列、及びそのコード配列の情報は、NCBI等の各種データベース上で容易に得ることができる。   Cas proteins derived from various organisms are known. Examples of Cas proteins include Cas9 protein derived from S. pyogenes (type II), Cas protein derived from S. solfataricus (types I-A1 and I-A2), H. Cas protein from walsbyi (type IB), Cas protein from E. coli (IE type, IF type), Cas protein from P. aeruginosa (IF type), Cas9 protein from S. thermophilus (type II), S Examples include Cas9 protein derived from agalactiae (type II-A), Cas9 protein derived from S. aureus, Cas9 protein derived from N. meningitidis, Cas9 protein derived from T. denticola, and the like. Among these, Cas9 protein is preferable, and Cas9 protein inherently contained in bacteria belonging to the genus Streptococcus is more preferable. Information on the amino acid sequences of various Cas proteins and their coding sequences can be easily obtained on various databases such as NCBI.

PAM配列は、利用するCasタンパク質の種類によって異なる。例えば、S. pyogenes由来のCas9タンパク質(II型)に対応するPAM配列は5’ -NGGであり、S. solfataricus由来のCasタンパク質(I-A1型)に対応するPAM配列は5’ -CCNであり、S. solfataricus由来のCasタンパク質(I-A2型)に対応するPAM配列は5’ -TCNであり、H. walsbyi由来のCasタンパク質(I-B型)に対応するPAM配列は5’ -TTCであり、E. coli由来のCasタンパク質(I-E型)に対応するPAM配列は5’ -AWGであり、E. coli由来又はP. aeruginosa由来のCasタンパク質(I-F型)に対応するPAM配列は5’ -CCであり、S. thermophilus由来のCas9タンパク質(II型)に対応するPAM配列は5’ -NNAGAAWであり、S. agalactiae由来のCas9タンパク質(II-A型)に対応するPAM配列は5’ -NGGであり、S. aureus由来のCas9タンパク質に対応するPAM配列は、5’ -NNGRRT又は5’ -NNGRR(N)であり、N. meningitidis由来のCas9タンパク質に対応するPAM配列は、5’ -NNNNGATTであり、T. denticola由来のCas9タンパク質に対応するPAM配列は、5’ -NAAAACである。   The PAM sequence varies depending on the type of Cas protein used. For example, the PAM sequence corresponding to the Cas9 protein derived from S. pyogenes (type II) is 5'-NGG, and the PAM sequence corresponding to the Cas protein derived from S. solfataricus (type I-A1) is 5'-CCN. Yes, the PAM sequence corresponding to the Cas protein derived from S. solfataricus (type I-A2) is 5'-TCN, and the PAM sequence corresponding to the Cas protein derived from H. walsbyi (type IB) is 5'-TTC Yes, the PAM sequence corresponding to the E. coli-derived Cas protein (IE type) is 5′-AWG, and the PAM sequence corresponding to the E. coli-derived or P. aeruginosa-derived Cas protein (IF type) is 5 ′. -CC, the PAM sequence corresponding to Cas9 protein (type II) from S. thermophilus is 5'-NNAGAAW, and the PAM sequence corresponding to Cas9 protein (type II-A) from S. agalactiae is 5 ' The PAM sequence corresponding to the Cas9 protein from S. aureus, which is -NGG, is 5'-NNGRRT or 5'-NNGRR (N) and corresponds to the Cas9 protein from N. meningitidis PAM sequence, 5 'are -NNNNGATT, PAM sequence corresponding to Cas9 protein from T. Denticola is 5' -NAAAAC.

標的特異的ヌクレアーゼは、その活性を損なわない限りにおいて、変異を有していてもよい。この観点から、標的特異的ヌクレアーゼは、その元となる野生型標的特異的ヌクレアーゼのアミノ酸配列と、例えば85%以上、好ましくは90%以上、より好ましくは95%以上、さらに好ましくは98%以上の同一性を有するアミノ酸配列からなり、且つその活性を有するタンパク質であってもよい。或いは、同様の観点から、標的特異的ヌクレアーゼは、その元となる野生型標的特異的ヌクレアーゼのアミノ酸配列に対して1若しくは複数個(例えば2〜100個、好ましくは2〜50個、より好ましくは2〜20個、さらに好ましくは2〜10個、よりさらに好ましくは2〜5個、特に好ましくは2個)のアミノ酸が置換、欠失、付加、又は挿入されたアミノ酸配列からなり、且つその活性(ガイドRNAと複合体を形成した状態でゲノムDNAの標的部位に結合し、該標的部位の標的鎖又は非標的鎖を切断する活性)を有するタンパク質であってもよい。なお、上記「活性」は、in vitro又はin vivoにおいて、公知の方法に従って又は準じて評価することができる。また、変異は、保存的置換であることが望ましい。   The target-specific nuclease may have a mutation as long as its activity is not impaired. From this viewpoint, the target-specific nuclease is, for example, 85% or more, preferably 90% or more, more preferably 95% or more, and still more preferably 98% or more with the amino acid sequence of the original wild-type target-specific nuclease. It may be a protein having an amino acid sequence having identity and having the activity. Alternatively, from the same viewpoint, the target-specific nuclease may be one or more (for example, 2 to 100, preferably 2 to 50, more preferably, the amino acid sequence of the original wild-type target-specific nuclease. 2-20, more preferably 2-10, even more preferably 2-5, particularly preferably 2) amino acid sequences comprising amino acid substitutions, deletions, additions or insertions, and their activity It may be a protein having an activity of binding to a target site of genomic DNA in a complex with a guide RNA and cleaving the target strand or non-target strand of the target site. The “activity” can be evaluated in vitro or in vivo according to or according to a known method. The mutation is preferably a conservative substitution.

標的特異的ヌクレアーゼは、上記「活性」を有する限りにおいて、公知のタンパク質タグ、シグナル配列、酵素タンパク質等のタンパク質が付加されたものであってもよい。タンパク質タグとしては、例えばビオチン、Hisタグ、FLAGタグ、Haloタグ、MBPタグ、HAタグ、Mycタグ、V5タグ、PAタグ等が挙げられる。シグナル配列としては、例えば核移行シグナル等が挙げられる。   As long as the target-specific nuclease has the above “activity”, a protein having a known protein tag, signal sequence, enzyme protein or the like may be added thereto. Examples of protein tags include biotin, His tag, FLAG tag, Halo tag, MBP tag, HA tag, Myc tag, V5 tag, and PA tag. Examples of the signal sequence include a nuclear translocation signal.

標的特異的ヌクレアーゼ発現カセットは、本発明のゲノム編集方法の対象物の細胞内で標的特異的ヌクレアーゼを発現可能なDNAである限り特に制限されない。標的特異的ヌクレアーゼ発現カセットの典型例としては、プロモーター、及びそのプロモーターの制御下に配置された標的特異的ヌクレアーゼコード配列を含むDNAが挙げられる。具体的な配置の態様としては、例えばプロモーターの3’ 側直下に標的特異的ヌクレアーゼコード配列が配置されている態様(例えば、プロモーター3’ 末端の塩基から標的特異的ヌクレアーゼコード配列の5’ 末端の塩基までの間の塩基数が、100以下、好ましくは50以下である態様)が挙げられる。   The target-specific nuclease expression cassette is not particularly limited as long as it is DNA capable of expressing the target-specific nuclease in the target cell of the genome editing method of the present invention. A typical example of a target-specific nuclease expression cassette is a DNA comprising a promoter and a target-specific nuclease coding sequence placed under the control of the promoter. As a specific arrangement mode, for example, a mode in which a target-specific nuclease coding sequence is arranged immediately below the 3 ′ side of the promoter (for example, from the base at the 3 ′ end of the promoter to the 5 ′ end of the target-specific nuclease coding sequence) An embodiment in which the number of bases up to the base is 100 or less, preferably 50 or less).

標的特異的ヌクレアーゼ発現カセットに含まれるプロモーターとしては、特に制限されず、例えばPol II系プロモーターを各種使用することができる。Pol II系プロモーターとしては、特に制限されないが、例えばRPS5A(リボソーマルタンパク質)プロモーター、UBQ(ユビキチン)プロモーター、ACT(アクチン)プロモーター、チューブリンプロモーター、ヒストンプロモーター、CaMV35Sプロモーター、NOSプロモーター、WOXプロモーター、LAT52プロモーター、DUOプロモーター等が挙げられる。これらの中でも、RPS5Aプロモーター、UBQプロモーター等が好ましい。   The promoter included in the target-specific nuclease expression cassette is not particularly limited, and for example, various types of Pol II promoters can be used. The Pol II promoter is not particularly limited. For example, RPS5A (ribosomal protein) promoter, UBQ (ubiquitin) promoter, ACT (actin) promoter, tubulin promoter, histone promoter, CaMV35S promoter, NOS promoter, WOX promoter, Examples include LAT52 promoter and DUO promoter. Among these, RPS5A promoter, UBQ promoter and the like are preferable.

標的特異的ヌクレアーゼ発現カセットは、必要に応じて、他のエレメント(例えば、マルチクローニングサイト(MCS)、転写の終結シグナルなど)を含んでいてもよい。例えば、標的特異的ヌクレアーゼ発現カセットにおいて、5’ 側から、プロモーター、標的特異的ヌクレアーゼのコード配列の順に配置されている場合であれば、プロモーターと標的特異的ヌクレアーゼのコード配列の間に(好ましくはいずれか一方或いは両方に隣接して)、又は標的特異的ヌクレアーゼのコード配列の3’ 側に(好ましくは隣接して)、MCSが配置されている態様が挙げられる。MCSは複数(例えば2〜50、好ましくは2〜20、より好ましくは2〜10)個の制限酵素サイトを含むものであれば特に制限されない。   The target-specific nuclease expression cassette may contain other elements (eg, multiple cloning site (MCS), transcription termination signal, etc.) as necessary. For example, in the target-specific nuclease expression cassette, if the promoter and the target-specific nuclease coding sequence are arranged in this order from the 5 ′ side, preferably between the promoter and the target-specific nuclease coding sequence (preferably Examples include an embodiment in which MCS is arranged adjacent to one or both), or 3 ′ side (preferably adjacent to) the coding sequence of the target-specific nuclease. MCS is not particularly limited as long as it contains a plurality (for example, 2 to 50, preferably 2 to 20, more preferably 2 to 10) restriction enzyme sites.

終結シグナルは、標的特異的ヌクレアーゼコード配列からの転写を終結させ(好ましくは、さらに標的特異的ヌクレアーゼコード配列から転写されるmRNAにpolyA配列を付加させ)ることができる塩基配列である限り特に制限されない。終結シグナルとしては、例えば、ヒートショックタンパク質終結シグナル(HspT: Heat shock protein Terminator)、NosT (Noparin synthase Terminator)、35sT (CaMV35S Terminator)等が挙げられる。これらの中でも、ヒートショックタンパク質終結シグナルが好ましい。   The termination signal is particularly limited as long as it is a nucleotide sequence capable of terminating transcription from the target-specific nuclease coding sequence (preferably, adding a polyA sequence to mRNA transcribed from the target-specific nuclease coding sequence). Not. Examples of the termination signal include heat shock protein termination signal (HspT: Heat shock protein Terminator), NosT (Noparin synthase Terminator), 35sT (CaMV35S Terminator) and the like. Of these, the heat shock protein termination signal is preferred.

標的特異的ヌクレアーゼ発現カセットは、これのみで、或いは他の配列(例えば薬剤耐性遺伝子、複製起点等)と共にベクターを構成していてもよい。ベクターの種類は、特に制限されない。   The target-specific nuclease expression cassette alone may constitute a vector together with other sequences (for example, drug resistance gene, replication origin, etc.). The type of vector is not particularly limited.

薬剤耐性遺伝子としては、例えばクロラムフェニコール耐性遺伝子、テトラサイクリン耐性遺伝子、ネオマイシン耐性遺伝子、エリスロマイシン耐性遺伝子、スペクチノマイシン耐性遺伝子、カナマイシン耐性遺伝子、ハイグロマイシン耐性遺伝子、ピューロマイシン耐性遺伝子等が挙げられる。   Examples of drug resistance genes include chloramphenicol resistance gene, tetracycline resistance gene, neomycin resistance gene, erythromycin resistance gene, spectinomycin resistance gene, kanamycin resistance gene, hygromycin resistance gene, puromycin resistance gene and the like.

標的特異的ヌクレアーゼがCasタンパク質である場合、本発明のゲノム編集方法における対象物への導入物は、ガイドRNA発現カセットを含む。この場合、標的特異的ヌクレアーゼ発現カセットは、後述のガイドRNA発現カセットと、同一DNA(1分子のDNA)上に含まれていてもよいし、別々のDNA(異なるDNA分子)上に含まれていてもよい。後者の場合、ガイドRNA発現カセットは、それ単独で、或いは他のエレメント、他の配列等と共にベクターを構成していてもよい。ガイドRNA発現カセットは、本発明のゲノム編集方法の対象物内でガイドRNAを発現させる目的で用いられるポリヌクレオチドである限り特に制限されない。該発現カセットの典型例としては、プロモーター、及び該プロモーターの制御下に配置されたガイドRNA全体又は一部のコード配列を含むポリヌクレオチドが挙げられる。   When the target-specific nuclease is Cas protein, the introduction into the object in the genome editing method of the present invention includes a guide RNA expression cassette. In this case, the target-specific nuclease expression cassette may be contained on the same DNA (one molecule of DNA) as the guide RNA expression cassette described below, or on a separate DNA (different DNA molecule). May be. In the latter case, the guide RNA expression cassette may constitute a vector alone or together with other elements, other sequences, and the like. The guide RNA expression cassette is not particularly limited as long as it is a polynucleotide used for the purpose of expressing guide RNA in the target of the genome editing method of the present invention. A typical example of the expression cassette includes a promoter and a polynucleotide containing a coding sequence of the entire guide RNA or a part of the guide RNA placed under the control of the promoter.

ガイドRNA発現カセットのプロモーターとしては、特に制限されず、Pol II系プロモーターを使用することもできるが、比較的短いRNAの転写をより正確に行わせるという観点から、Pol III系プロモーターが好ましい。Pol II系プロモーターとしては、例えばRPS5Aプロモーター、UBQプロモーター、CaMV35Sプロモーター、NOSプロモーター等が挙げられる。Pol III系プロモーターとしては、例えばU6-snRNA(例えばU6.1-snRNA、U6.26-snRNA等)プロモーター、U3-snRNAプロモーター等が挙げられる。   The promoter of the guide RNA expression cassette is not particularly limited, and a Pol II promoter can be used, but a Pol III promoter is preferable from the viewpoint of allowing a relatively short RNA to be transcribed more accurately. Examples of the Pol II promoter include RPS5A promoter, UBQ promoter, CaMV35S promoter, NOS promoter and the like. Examples of the Pol III promoter include U6-snRNA (eg, U6.1-snRNA, U6.26-snRNA) promoter, U3-snRNA promoter, and the like.

ガイドRNAは、CRISPR/Casシステムにおいて用いられるものであれば特に制限されず、例えばゲノムDNAの標的部位に結合し、且つCasタンパク質と結合することにより、Casタンパク質をゲノムDNAの標的部位に誘導可能なものを各種使用することができる。   The guide RNA is not particularly limited as long as it is used in the CRISPR / Cas system. For example, the guide RNA can be induced to the target site of the genomic DNA by binding to the target site of the genomic DNA and binding to the Cas protein. Various things can be used.

ガイドRNAはゲノムDNAの標的部位への結合に関与する配列(crRNA(CRISPR RNA)配列といわれることもある)を有しており、このcrRNA配列が、非標的鎖のPAM配列相補配列を除いてなる配列に相補的(好ましくは、相補的且つ特異的)に結合することにより、ガイドRNAはゲノムDNAの標的部位に結合することができる。   The guide RNA has a sequence (sometimes referred to as a crRNA (CRISPR RNA) sequence) that is involved in binding to the target site of genomic DNA. This crRNA sequence excludes the PAM sequence complementary sequence of the non-target strand. The guide RNA can bind to the target site of the genomic DNA by binding complementarily (preferably complementary and specific) to the sequence.

なお、「相補的」に結合とは、完全な相補関係(AとT、及びGとC)に基づいて結合する場合のみならず、ストリンジェントな条件でハイブリダイズすることができる程度の相補関係に基づいて結合する場合も包含される。ストリンジェントな条件は、公知のスキーム(Berger and Kimmel (1987) Guide to molecular cloning techniques, Methods in Enzymology, 152:1-812;この文献は、本明細書に参考として援用される) に教示されるように、複合体或いはプローブを結合する核酸の融解温度(Tm)に基づいて決定することができる。例えばハイブリダイズ後の洗浄条件として、通常「1×SSC、0.1%SDS、37℃」程度の条件を挙げることができる。かかる条件で洗浄してもハイブリダイズ状態を維持するものであることが好ましい。特に制限されないが、より厳しいハイブリダイズ条件として「0.5×SSC、0.1%SDS、42℃」程度、さらに厳しいハイブリダイズ条件として「0.1×SSC、0.1%SDS、65℃」程度の洗浄条件を挙げることができる。   Note that “complementary” binding is not only based on perfect complementarity (A and T, and G and C), but also complementary so that it can hybridize under stringent conditions. The case of combining based on the above is also included. Stringent conditions are taught in known schemes (Berger and Kimmel (1987) Guide to molecular cloning techniques, Methods in Enzymology, 152: 1-812; this reference is incorporated herein by reference). Thus, it can be determined based on the melting temperature (Tm) of the nucleic acid binding the complex or probe. For example, as washing conditions after hybridization, the conditions of about “1 × SSC, 0.1% SDS, 37 ° C.” can be mentioned. It is preferable that the hybridized state be maintained even when washed under such conditions. Although there is no particular limitation, the more stringent hybridization conditions are about “0.5 × SSC, 0.1% SDS, 42 ° C.”, and the more severe hybridization conditions are “0.1 × SSC, 0.1% SDS, 65 ° C.”. Can do.

具体的には、crRNA配列の内、標的配列に結合する配列は、標的鎖と例えば90%以上、好ましくは95%以上、より好ましくは98%以上、さらに好ましくは99%以上、特に好ましくは100%の同一性を有する。なお、ガイドRNAの標的部位への結合には、crRNA配列の内、標的配列に結合する配列の3’ 側の12塩基が重要であるといわれている。このため、crRNA配列の内、標的配列に結合する配列が、標的鎖と完全同一ではない場合、標的鎖と異なる塩基は、crRNA配列の内、標的配列に結合する配列の3’ 側の12塩基以外に存在することが好ましい。   Specifically, among the crRNA sequences, the sequence that binds to the target sequence is, for example, 90% or more, preferably 95% or more, more preferably 98% or more, still more preferably 99% or more, and particularly preferably 100% or more. % Identity. In addition, it is said that 12 bases on the 3 'side of the sequence that binds to the target sequence are important for binding of the guide RNA to the target site. For this reason, when the sequence that binds to the target sequence in the crRNA sequence is not completely identical to the target strand, the base that is different from the target strand is 12 bases on the 3 ′ side of the sequence that binds to the target sequence in the crRNA sequence. It is preferable to exist other than.

ガイドRNAは、Casタンパク質との結合に関与する配列(tracrRNA(trans-activating crRNA)配列といわれることもある)を有しており、このtracrRNA配列が、Casタンパク質に結合することにより、Casタンパク質をゲノムDNAの標的部位に誘導することができる。   The guide RNA has a sequence (sometimes referred to as a tracrRNA (trans-activating crRNA) sequence) that is involved in the binding to the Cas protein, and this tracrRNA sequence binds to the Cas protein, thereby It can be directed to the target site of genomic DNA.

tracrRNA配列は、特に制限されない。tracrRNA配列は、典型的には、複数(通常、3つ)のステムループを形成可能な50〜100塩基長程度の配列からなるRNAであり、利用するCasタンパク質の種類に応じてその配列は異なる。tracrRNA配列としては、利用するCasタンパク質の種類に応じて、公知の配列を各種採用することができる。   The tracrRNA sequence is not particularly limited. The tracrRNA sequence is typically an RNA consisting of a sequence of about 50 to 100 bases in length that can form multiple (usually three) stem loops, and the sequence varies depending on the type of Cas protein used . As the tracrRNA sequence, various known sequences can be adopted depending on the type of Cas protein to be used.

ガイドRNAは、通常、上記したcrRNA配列とtracr RNA配列を含む。ガイドRNAの態様は、crRNA配列とtracr RNA配列を含む一本鎖RNA(sgRNA)であってもよいし、crRNA配列を含むRNAとtracrRNA配列を含むRNAとが相補的に結合してなるRNA複合体であってもよい。   The guide RNA usually includes the above-described crRNA sequence and tracr RNA sequence. The mode of the guide RNA may be a single-stranded RNA (sgRNA) containing a crRNA sequence and a tracr RNA sequence, or an RNA complex formed by complementary binding of an RNA containing a crRNA sequence and an RNA containing a tracrRNA sequence. It may be a body.

「プロモーターの制御下に配置されたガイドRNA全体又は一部のコード配列」の態様としては、例えばプロモーターの3’ 側直下にガイドRNA全体又は一部のコード配列が配置されている態様(例えば、プロモーター3’ 末端の塩基からガイドRNAコード配列の5’ 末端の塩基までの間の塩基数が、100以下、好ましくは50以下である態様)が挙げられる。   As an aspect of “the entire guide RNA or a part of the coding sequence arranged under the control of the promoter”, for example, an aspect in which the whole guide RNA or a part of the coding sequence is arranged immediately below the 3 ′ side of the promoter (for example, An embodiment in which the number of bases between the base at the 3 ′ end of the promoter and the base at the 5 ′ end of the guide RNA coding sequence is 100 or less, preferably 50 or less).

ガイドRNAの発現カセットの具体例としては、例えばガイドRNAがcrRNA配列とtracr RNA配列を含むsgRNAである場合は、プロモーター、並びにそのプロモーターの制御下に配置されたcrRNAコード配列挿入用サイト及び該サイトの下流に配置されたtracrRNAコード配列を含むポリヌクレオチドや、プロモーター、及びそのプロモーターの制御下に配置されたsgRNAコード配列を含むポリヌクレオチド等が挙げられる。別の例として、ガイドRNAがcrRNA配列を含むRNAとtracrRNA配列を含むRNAとが相補的に結合してなるRNA複合体である場合は、ガイドRNAの発現カセットの典型例としては、プロモーター、及びそのプロモーターの制御下に配置された「crRNA配列を含むRNA」コード配列(或いは、crRNAコード配列挿入用サイト)を含む発現カセット(crRNA発現カセット)と、プロモーター、及びそのプロモーターの制御下に配置された「tracrRNA配列を含むRNA」コード配列を含む発現カセット(tracrRNA発現カセット)との組合せが挙げられる。   Specific examples of guide RNA expression cassettes include, for example, when a guide RNA is an sgRNA containing a crRNA sequence and a tracr RNA sequence, a promoter, a site for inserting a crRNA coding sequence placed under the control of the promoter, and the site And a polynucleotide containing a tracrRNA coding sequence located downstream of the promoter, a polynucleotide containing a promoter and an sgRNA coding sequence placed under the control of the promoter, and the like. As another example, when the guide RNA is an RNA complex formed by complementary binding of RNA containing a crRNA sequence and RNA containing a tracrRNA sequence, typical examples of the guide RNA expression cassette include a promoter, and An expression cassette (crRNA expression cassette) containing a “RNA containing crRNA sequence” coding sequence (or a site for inserting a crRNA coding sequence) placed under the control of the promoter, a promoter, and placed under the control of the promoter Further, a combination with an expression cassette (tracrRNA expression cassette) containing a “RNA containing a tracrRNA sequence” coding sequence can be mentioned.

crRNAコード配列挿入用サイトは、任意のcrRNAコード配列を含むポリヌクレオチドの挿入に適した配列を有する限りにおいて特に制限されない。該サイトとしては、例えば一つ又は複数の制限酵素サイトを含む配列が挙げられる。   The site for inserting a crRNA coding sequence is not particularly limited as long as it has a sequence suitable for insertion of a polynucleotide containing an arbitrary crRNA coding sequence. Examples of the site include a sequence containing one or a plurality of restriction enzyme sites.

本発明のゲノム編集方法における対象物への導入物は、レポーター発現カセットをさらに含むことが好ましい。この場合、レポーターシグナルを指標とすることにより、導入物が対象物に導入されたことを、容易に確認することができる。レポーター発現カセットは、本発明のゲノム編集方法の対象物内でレポーターを発現可能なポリヌクレオチドである限り特に制限されない。該発現カセットの典型例としては、プロモーター、及び該プロモーターの制御下に配置されたレポーターコード配列を含むポリヌクレオチドが挙げられる。   The introduction into the target in the genome editing method of the present invention preferably further includes a reporter expression cassette. In this case, by using the reporter signal as an index, it can be easily confirmed that the introduced product has been introduced into the target. The reporter expression cassette is not particularly limited as long as it is a polynucleotide capable of expressing the reporter in the subject of the genome editing method of the present invention. A typical example of the expression cassette is a polynucleotide comprising a promoter and a reporter coding sequence placed under the control of the promoter.

レポーター発現カセットのプロモーターとしては、特に制限されず、例えばRPS5Aプロモーター、UBQプロモーター、CaMV35Sプロモーター、NOSプロモーター、LAT52プロモーター、ACTプロモーター、チューブリンプロモーター、ヒストンプロモーター、DUOプロモーター等が挙げられる。   The promoter of the reporter expression cassette is not particularly limited, and examples thereof include RPS5A promoter, UBQ promoter, CaMV35S promoter, NOS promoter, LAT52 promoter, ACT promoter, tubulin promoter, histone promoter, and DUO promoter.

レポーターとしては、特に制限されず、例えば特定の基質と反応して発光(発色)する発光(発色)タンパク質、或いは励起光によって蛍光を発する蛍光タンパク質等が挙げられる。発光(発色)タンパク質としては、例えばルシフェラーゼ、βガラクトシダーゼ、クロラムフェニコールアセチルトランスフェラーゼ、βグルクロニダーゼ等が挙げられ、蛍光タンパク質としては、例えばGFP、Azami-Green、ZsGreen、GFP2、Clover、HyPer、Sirius、BFP、CFP、Turquoise、Cyan、TFP、YFP、Venus、ZsYellow、Banana、Orange、Apple、KusabiraOrange、Tomato、RFP、DsRed、AsRed、Strawberry、JRed、KillerRed、Cherry、HcRed、Plum等が挙げられる。また、レポーターには、発光(発色)タンパク質や蛍光タンパク質と、他のタンパク質との融合タンパク質や、発光(発色)タンパク質や蛍光タンパク質に公知のタンパク質タグ、公知のシグナル配列等が付加されてなるタンパク質も包含される。   The reporter is not particularly limited, and examples thereof include a luminescent (colored) protein that emits light (colored) by reacting with a specific substrate, or a fluorescent protein that emits fluorescence by excitation light. Examples of the luminescent (coloring) protein include luciferase, β-galactosidase, chloramphenicol acetyltransferase, β-glucuronidase and the like, and examples of the fluorescent protein include GFP, Azami-Green, ZsGreen, GFP2, Clover, HyPer, Sirius, BFP, CFP, Turquoise, Cyan, TFP, YFP, Venus, ZsYellow, Banana, Orange, Apple, KusabiraOrange, Tomato, RFP, DsRed, AsRed, Strawberry, JRed, KillerRed, Cherry, HcRed, Plum and so on. In addition, a light-emitting (color-developing) protein or a fluorescent protein and a fusion protein of another protein, a light-emitting (color-developing) protein or a fluorescent protein with a known protein tag, a known signal sequence, etc. added to the reporter Are also included.

「プロモーターの制御下に配置されたレポーターコード配列」の態様としては、例えばプロモーターの3’ 側直下にレポーターコード配列が配置されている態様(例えば、プロモーター3’ 末端の塩基からレポーターコード配列の5’ 末端の塩基までの間の塩基数が、100以下、好ましくは50以下である態様)が挙げられる。   Examples of the “reporter coding sequence arranged under the control of the promoter” include, for example, an embodiment in which the reporter coding sequence is arranged immediately below the 3 ′ side of the promoter (for example, 5 to 5 of the reporter coding sequence from the base at the 3 ′ end of the promoter). 'The embodiment in which the number of bases up to the terminal base is 100 or less, preferably 50 or less).

本発明のゲノム編集方法においては、上記対象物に対して、パーティクルボンバードメント法により、上記導入物を導入する。   In the genome editing method of the present invention, the introduced substance is introduced into the object by a particle bombardment method.

パーティクルボンバードメント法の態様は、特に制限されない。該方法は、典型的には、微粒子に導入物をコーティングしたもの(コーティング粒子)を、高速で対象物に射出する工程を含む。   The aspect of the particle bombardment method is not particularly limited. The method typically includes a step of injecting a fine particle-coated article (coating particle) onto an object at a high speed.

微粒子の素材は、特に制限されず、例えば金、タングステン、磁性粒子すなわち四酸化三鉄などの金属が挙げられる。これらの中でも、金が好ましい。   The material of the fine particles is not particularly limited, and examples thereof include gold, tungsten, magnetic particles, that is, metals such as triiron tetroxide. Among these, gold is preferable.

微粒子の粒子径は、特に制限されない。該粒子径は、例えば50 nm〜5μm、好ましくは100 nm〜3μm、より好ましくは200 nm〜1.5μm、さらに好ましくは400 nm〜800 nmである。   The particle diameter of the fine particles is not particularly limited. The particle diameter is, for example, 50 nm to 5 μm, preferably 100 nm to 3 μm, more preferably 200 nm to 1.5 μm, and still more preferably 400 nm to 800 nm.

微粒子への導入物のコーティング方法は、特に制限されず、公知の方法に従った方法を採用することができる。例えば、微粒子と導入物を接触させることによりコーティングすることができる。この際に、プラスミドベクターの立体構造解消のためにプラスチャージの物質(例えば、スペルミジン等のポリアミン)や、導入物の微粒子への付着や微粒子の沈殿を促進する物質(例えば、塩化カルシウム等の塩)を添加することによって、より効率的にコーティングすることができる。得られたコーティング粒子は、対象物への導入に使用する。   The method of coating the introduced substance on the fine particles is not particularly limited, and a method according to a known method can be adopted. For example, coating can be performed by bringing the fine particles into contact with the introduced substance. At this time, a positively charged substance (for example, polyamine such as spermidine) or a substance (for example, a salt such as calcium chloride) that promotes adhesion of the introduced substance to the fine particles or precipitation of the fine particles to eliminate the three-dimensional structure of the plasmid vector. ) Can be coated more efficiently. The obtained coating particles are used for introduction into an object.

コーティング粒子の射出方法は特に制限されないが、通常、一定の圧力に設定されたガスにより射出する方法が採られる。   The method for injecting the coating particles is not particularly limited, but a method of injecting with a gas set at a constant pressure is usually employed.

ガスは、不活性ガスが好ましく用いられ、例えばヘリウムガスが採用される。   As the gas, an inert gas is preferably used. For example, helium gas is employed.

ガス圧は、好ましくは30〜2200 psi、より好ましくは450〜1200 psiである。   The gas pressure is preferably 30-2200 psi, more preferably 450-1200 psi.

射出後は、対象物を一定時間培養することにより、対象物内で標的特異的ヌクレアーゼが発現し、ゲノム編集が起こる。培養時間は、例えば5〜72時間、好ましくは8〜48時間、より好ましくは10〜24時間である。   After the injection, the target is cultured for a certain period of time, so that a target-specific nuclease is expressed in the target and genome editing occurs. The culture time is, for example, 5 to 72 hours, preferably 8 to 48 hours, and more preferably 10 to 24 hours.

培養の態様は特に制限されない。例えば、対象物が生育環境で生育している植物体又はその一部である場合は、そのまま生育を継続すればよい。また、対象物が、生育環境から分離した植物体又はその一部である場合や、植物体から分離されたものである場合は、対象物を適切な環境下(例えば、保湿環境下や一定温度を保つ環境下)に置いて培養する。   The mode of culture is not particularly limited. For example, when the object is a plant growing in a growth environment or a part thereof, the growth may be continued as it is. In addition, when the target object is a plant body separated from the growth environment or a part thereof, or is separated from the plant body, the target object is placed in an appropriate environment (for example, in a moisturizing environment or at a constant temperature). In an environment that maintains the temperature).

ゲノム編集の有無の確認は、レポーター発現カセットを導入している場合は、対象物におけるレポーターシグナルの有無を指標として、簡便に行うことができる。或いは、ゲノム編集の有無の確認は、対象物から得られた核酸を使用して、公知の方法に従って、例えばゲノム編集対象部位周辺(標的特異的ヌクレアーゼの切断部位周辺)の塩基配列の変異を検出する方法(例えば変異予想位置に設計したプライマーを用いる方法、シークエンス解析等)によって行うことができる。   Confirmation of the presence or absence of genome editing can be easily performed using the presence or absence of a reporter signal in an object as an index when a reporter expression cassette is introduced. Alternatively, the presence or absence of genome editing can be confirmed using a nucleic acid obtained from the target according to a known method, for example, detecting a mutation in the base sequence around the site to be edited (around the target-specific nuclease cleavage site). (For example, a method using a primer designed at a predicted mutation position, sequence analysis, etc.).

本発明のゲノム編集方法により、ゲノム編集された植物を製造することができる。また、対象物が花粉である場合、ゲノム編集された花粉を用いて次世代植物を得ることによっても、ゲノム編集された植物(植物体)を製造することができる。花粉を用いて次世代植物を得る方法は、特に制限されず、花粉を受粉させ、得られた種子を栽培することにより、次世代植物(植物体)を得ることができる。   A genome-edited plant can be produced by the genome editing method of the present invention. When the target is pollen, a genome-edited plant (plant) can also be produced by obtaining next-generation plants using genome-edited pollen. The method for obtaining a next-generation plant using pollen is not particularly limited, and a next-generation plant (plant) can be obtained by pollinating pollen and cultivating the obtained seed.

2.植物ゲノム編集効率の評価方法
本発明は、その一態様において、(a)レポーター発現カセットを含む植物体及びその一部からなる群より選択される少なくとも1種の対象物に対して、前記レポーター特異的ヌクレアーゼ発現カセットを含む導入物を、パーティクルボンバードメント法により導入し、前記レポーター発現カセット中のレポーター遺伝子を変異させる工程、並びに(b)前記変異の効率を、前記レポーターのシグナルを指標として評価する工程、を含む、植物ゲノム編集効率の評価方法(本明細書において、「本発明の評価方法」と示すこともある。)に関する。以下に、これについて説明する。
2. Method for evaluating plant genome editing efficiency In one aspect of the present invention, the reporter-specificity is used for at least one target selected from the group consisting of (a) a plant containing a reporter expression cassette and a part thereof. A step of introducing an introduced product containing a target nuclease expression cassette by a particle bombardment method, and mutating a reporter gene in the reporter expression cassette; and (b) evaluating the efficiency of the mutation using the reporter signal as an indicator. The present invention relates to a method for evaluating plant genome editing efficiency (sometimes referred to as “the evaluation method of the present invention” in the present specification). This will be described below.

レポーター発現カセット、植物体及びその一部、対象物、導入物、パーティクルボンバードメント法等については、上記「1.植物ゲノム編集方法」における定義を援用することができる。本発明の評価方法においては、対象物は、葉が好ましい。   For the reporter expression cassette, the plant body and a part thereof, the object, the introduced product, the particle bombardment method and the like, the definition in the above “1. Plant genome editing method” can be used. In the evaluation method of the present invention, the object is preferably a leaf.

レポーター特異的ヌクレアーゼは、上記「1.植物ゲノム編集方法」における「標的特異的ヌクレアーゼ」の1種であり、対象物が含むレポーター発現カセットにおけるレポーター遺伝子上の特定部位を特異的に切断して、変異を誘導できるヌクレアーゼである限り特に制限されない。   The reporter-specific nuclease is a kind of “target-specific nuclease” in the above “1. Plant genome editing method”, and specifically cleaves a specific site on the reporter gene in the reporter expression cassette included in the object, There is no particular limitation as long as it is a nuclease capable of inducing mutation.

工程aにおいては、導入物を対象物に導入した後、上記「1.植物ゲノム編集方法」における説明と同様に一定時間培養することにより、レポーター発現カセット中のレポーター遺伝子を変異させることができる。   In step a, after introducing the introduced product into the target, the reporter gene in the reporter expression cassette can be mutated by culturing for a certain period of time in the same manner as described in “1. Plant genome editing method” above.

工程bの態様は特に制限されず、レポーターのシグナルを指標とする種々の態様を包含する。例えば、工程bは、(b1)工程a後、前記レポーター遺伝子を発現可能な状態で細胞に導入する工程、及び(b2)工程b1で得られた細胞集団におけるレポーターシグナルを指標として、ゲノム編集効率を評価する工程を含む。   The embodiment of step b is not particularly limited, and includes various embodiments using the reporter signal as an indicator. For example, in step b, (b1) after step a, the step of introducing the reporter gene into a cell in an expressible state, and (b2) genome editing efficiency using the reporter signal in the cell population obtained in step b1 as an index. The process of evaluating is included.

工程b1は、例えば以下のようにして行われる。   Step b1 is performed as follows, for example.

対象物から得られた核酸からPCRによりレポーター遺伝子の全長の増幅産物を得る。このレポーター遺伝子は、対象物中の複数の細胞のゲノムに由来するレポーター遺伝子であり、通常、変異が導入されたものも、変異が導入されていないものも含む、ヘテロな集団となる。   A full-length amplification product of the reporter gene is obtained from the nucleic acid obtained from the object by PCR. This reporter gene is a reporter gene derived from the genomes of a plurality of cells in an object, and is usually a heterogeneous population including those with a mutation introduced and those without a mutation introduced.

得られたレポーター遺伝子を発現可能な状態で細胞に導入するに際しては、通常は、レポーター遺伝子の発現ベクターを作製する。これを細胞へ導入する方法は、より正確にゲノム編集効率を評価できるという観点から、ヘテロな集団であるレポーター遺伝子それぞれをクローニングする方法、具体的には、例えば発現ベクターに薬剤耐性遺伝子発現カセットを組み込んでおき、該発現ベクターを細胞(例えば大腸菌等の遺伝子クローニングに使用される細菌)に導入して形質転換した後、薬剤を含む固形培地上で培養する方法が採用される。これにより、ヘテロな集団であるレポーター遺伝子群の内のそれぞれのレポーター遺伝子を含む細胞のコロニーが得られる。   When introducing the obtained reporter gene into a cell in an expressible state, an expression vector for the reporter gene is usually prepared. The method of introducing this into a cell is a method of cloning each reporter gene that is a heterogeneous population from the viewpoint that the genome editing efficiency can be more accurately evaluated. Specifically, for example, a drug resistance gene expression cassette is added to an expression vector. A method is employed in which the expression vector is introduced into a cell (eg, a bacterium used for gene cloning such as Escherichia coli) and transformed, and then cultured on a solid medium containing a drug. Thereby, the colony of the cell containing each reporter gene in the reporter gene group which is a heterogeneous group is obtained.

工程b2では、レポーターシグナルを指標としてゲノム編集効率を評価する。すなわち、レポーター遺伝子内の変異の有無によって該遺伝子の発現産物のレポーターシグナル強度は変化(通常は、変異によって減弱又は消失)するので、工程b1の上記具体例の場合であれば、例えばコロニー数に対する、レポーターシグナルが弱い又は無いコロニーの割合を測定し、得られた値をゲノム編集効率とすることができる。   In step b2, genome editing efficiency is evaluated using the reporter signal as an index. That is, the reporter signal intensity of the expression product of the gene changes depending on the presence or absence of a mutation in the reporter gene (usually, it is attenuated or disappears due to the mutation). The percentage of colonies with weak or no reporter signal can be measured, and the obtained value can be used as genome editing efficiency.

以下に、実施例に基づいて本発明を詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例によって限定されるものではない。   EXAMPLES The present invention will be described in detail below based on examples, but the present invention is not limited to these examples.

実施例1:植物ゲノム編集試験1
ベンサミアナタバコ(Nicotiana benthamiana)またはタバコ(Nicotiana tabacum)の葉に対して、内在性遺伝子特異的に機能するCasタンパク質発現カセット及びガイドRNA発現カセットの組み合わせ、並びに蛍光タンパク質発現カセットを、パーティクルボンバードメント法により導入した。本実施例の概要を図1に示す。具体的には以下のようにして行った。
Example 1: Plant genome editing test 1
For the leaves of Nicotiana benthamiana or tobacco (Nicotiana tabacum), a combination of a Cas protein expression cassette and a guide RNA expression cassette that functions specifically to the endogenous gene, and a fluorescent protein expression cassette, particle bombardment Introduced by law. An outline of this embodiment is shown in FIG. Specifically, it was performed as follows.

pKIR1.1(addgene ID:85758)を改変して、植物細胞で発現するCas9とガイドRNAを発現するプラスミドDNA(プラスミドDNA1)を用意した。該プラスミドDNAは、シロイヌナズナRPS5A (RIBOSOMAL PROTEIN S5A; At3g11940) 遺伝子またはUBQ10 (UBIQUITIN 10; At4g05320) 遺伝子のプロモーターで駆動されるCas9、およびシロイヌナズナU6 (U6.26) プロモーターで駆動されるガイドRNAの配列を含むカセットをもつ。ガイドRNAはタバコPDS3 (PHYTOENE DESATURASE 3) 遺伝子を標的とする配列を用いた。   pKIR1.1 (addgene ID: 85758) was modified to prepare plasmid DNA (plasmid DNA1) expressing Cas9 and guide RNA expressed in plant cells. The plasmid DNA contains sequences of Cas9 driven by the promoter of Arabidopsis RPS5A (RIBOSOMAL PROTEIN S5A; At3g11940) gene or UBQ10 (UBIQUITIN 10; At4g05320) gene, and guide RNA driven by the Arabidopsis U6 (U6.26) promoter. Has a cassette to contain. As the guide RNA, a sequence targeting the tobacco PDS3 (PHYTOENE DESATURASE 3) gene was used.

また、植物細胞で蛍光タンパク質を発現するプラスミドDNAとして、細胞質を標識する35Sp::mTFP1配列を含むプラスミドDNA(プラスミドDNA2)を用意した。これを用いることにより、遺伝子が導入された細胞を判別することができる。   Moreover, plasmid DNA (plasmid DNA 2) containing 35Sp :: mTFP1 sequence for labeling cytoplasm was prepared as plasmid DNA for expressing fluorescent protein in plant cells. By using this, a cell into which a gene has been introduced can be discriminated.

0.6 μm径の金粒子(BIO-RAD社)を100%エタノールで洗浄し、滅菌水で懸濁して30 mg/mL金溶液を調製した。金溶液を1回の撃ち込みにつき10 μL使用することとし、プラスミドDNA1およびプラスミドDNA2を含む溶液を各100〜1000 ngになるよう混合して加え、撹拌した。金溶液に対し4μLの0.1 M スペルミジンと10μLの2.5 M 塩化カルシウムを撹拌しながら加え、スピンダウンによりプラスミドDNAがコーティングされた金粒子を沈殿させた。その後、上清を除き10μLの100%エタノールで再懸濁した。   0.6 μm diameter gold particles (BIO-RAD) were washed with 100% ethanol and suspended in sterilized water to prepare a 30 mg / mL gold solution. A gold solution was used at 10 μL per shot, and a solution containing plasmid DNA1 and plasmid DNA2 was mixed and added to 100 to 1000 ng each and stirred. 4 μL of 0.1 M spermidine and 10 μL of 2.5 M calcium chloride were added to the gold solution while stirring, and gold particles coated with plasmid DNA were precipitated by spin down. Thereafter, the supernatant was removed and resuspended in 10 μL of 100% ethanol.

パーティクルボンバードメントによる導入に用いるマクロキャリア1枚につき、DNAコーティングされた金溶液6〜10μLを使用した。金溶液はマクロキャリアごと風乾し、導入装置(PDS-1000/He、BIO-RAD社)本体の最上段に配置した。生育している植物体から切り取った本葉1枚をシャーレの中央にマスキングテープで貼り付け、ターゲット台に乗せ、本体の上から2段目または3段目に配置した。1100 psi用のラプチャーディスクを用い、ヘリウムガス圧1100 psi, 減圧−25〜27 inHgで本葉1枚につき1回ずつ撃ち込みを行った。その後、保湿、遮光して10〜24時間培養した。   For each macrocarrier used for introduction by particle bombardment, 6 to 10 μL of DNA-coated gold solution was used. The gold solution was air-dried together with the macrocarrier and placed on the top of the main body of the introduction device (PDS-1000 / He, BIO-RAD). One true leaf cut from the growing plant was attached to the center of the petri dish with masking tape, placed on the target table, and placed on the second or third stage from the top of the main body. Using a rupture disk for 1100 psi, a helium gas pressure of 1100 psi and a reduced pressure of -25 to 27 inHg was shot once per leaf. Thereafter, the cells were cultured for 10 to 24 hours while being kept moist and protected from light.

蛍光顕微鏡でmTFP1の発現を観察し、蛍光が検出された細胞を含む半径0.75 cmの範囲を切り取り、ゲノムDNAを抽出した。ガイドRNAによる変異挿入が予測される配列を認識する制限酵素(MlyI)でゲノムDNAを切断し、切断後のゲノムDNAを鋳型としてガイドRNAの標的配列を含む領域をPCRにより増幅した。再度、変異挿入が予測される配列を認識する制限酵素(HinfI)でPCR産物を切断し、非特異的に増幅されたDNA断片を除外するためにNested PCRを行った。その後、Nested PCR産物をpCR-Blunt II-TOPO ベクター(Thermo Fisher Scientific社)に挿入した。ベクターを大腸菌に導入して形質転換を行い、カナマイシンを含むLB寒天培地プレートに播種し、37℃、暗所で一晩培養した。翌日、プレート上の各コロニーに対し、TOPOベクター上の配列に相補的なプライマーと変異挿入箇所に相補的なプライマーを用いてコロニーPCRを行った。変異挿入箇所に相補的なプライマーは、変異が挿入されると予想される位置が3’ 末端となるよう設計した。このコロニーPCRでは、野生型配列は完全一致するため増幅されるが、変異が挿入されるとプライマーの3’ 末端が一致しないため、増幅されない。その後、コロニーPCRで増幅が確認できなかった大腸菌のコロニーからプラスミドベクターを抽出し、シークエンス解析によってガイドRNAの標的配列内の変異を確認した。シークエンス解析の結果の一部を図2に示す。図2に示されるように、野生型(WT)に対して、変異(1塩基挿入、8塩基欠失、又は9塩基欠失)していることが確認できた。   The expression of mTFP1 was observed with a fluorescence microscope, and a region having a radius of 0.75 cm including cells in which fluorescence was detected was cut out, and genomic DNA was extracted. Genomic DNA was cleaved with a restriction enzyme (MlyI) that recognizes a sequence predicted to be mutated by guide RNA, and the region containing the target sequence of the guide RNA was amplified by PCR using the cleaved genomic DNA as a template. Again, the PCR product was cleaved with a restriction enzyme (HinfI) that recognizes the sequence predicted to be mutated, and Nested PCR was performed to exclude non-specifically amplified DNA fragments. Thereafter, the nested PCR product was inserted into the pCR-Blunt II-TOPO vector (Thermo Fisher Scientific). The vector was introduced into E. coli for transformation, seeded on an LB agar plate containing kanamycin, and cultured overnight at 37 ° C. in the dark. On the next day, colony PCR was performed on each colony on the plate using a primer complementary to the sequence on the TOPO vector and a primer complementary to the mutation insertion site. The primer complementary to the mutation insertion site was designed so that the position where the mutation is expected to be inserted is the 3 'end. In this colony PCR, the wild-type sequence is amplified because it matches completely, but when the mutation is inserted, it is not amplified because the 3 'end of the primer does not match. Thereafter, plasmid vectors were extracted from colonies of E. coli that could not be amplified by colony PCR, and mutations in the target sequence of the guide RNA were confirmed by sequence analysis. A part of the result of sequence analysis is shown in FIG. As shown in FIG. 2, it was confirmed that the wild type (WT) was mutated (1-base insertion, 8-base deletion, or 9-base deletion).

以上より、葉に対してCas等の標的特異的ヌクレアーゼ発現カセットをパーティクルボンバードメント法により導入することで、葉においてゲノム編集できることが分かった。   From the above, it was found that genome editing can be performed in leaves by introducing a target-specific nuclease expression cassette such as Cas into the leaves by the particle bombardment method.

実施例2:植物ゲノム編集試験2
ベンサミアナタバコの成熟花粉に対して、内在性遺伝子特異的に機能するCasタンパク質発現カセット及びガイドRNA発現カセットの組み合わせ、並びに蛍光タンパク質発現カセットを、パーティクルボンバードメント法により導入した。本実施例の概要を図3に示す。具体的には以下のようにして行った。
Example 2: Plant genome editing test 2
A combination of a Cas protein expression cassette and a guide RNA expression cassette that functions specifically to the endogenous gene, and a fluorescent protein expression cassette were introduced into mature pollen of N. benthamiana tobacco by the particle bombardment method. An outline of the present embodiment is shown in FIG. Specifically, it was performed as follows.

花粉および花粉管で発現する蛍光タンパク質をコードするプラスミドDNAとして、細胞質を標識するLAT52p::mApple および核を標識するUBQ10p::H2B-Clover 配列を含むプラスミドDNAを用意した。プラスミドDNA2に代えてこのプラスミドDNAを用いる以外は、実施例1と同様にしてパーティクルボンバードメントを行った。   Plasmid DNAs containing LAT52p :: mApple for labeling cytoplasm and UBQ10p :: H2B-Clover sequences for labeling nuclei were prepared as plasmid DNAs encoding fluorescent proteins expressed in pollen and pollen tubes. Particle bombardment was performed in the same manner as in Example 1 except that this plasmid DNA was used instead of plasmid DNA2.

ベンサミアナタバコの花から葯2〜5個分の花粉を採取し、シャーレ上の花粉発芽培地に散布し、PDS-1000/He本体の上から2段目に配置した。実施例1と同条件にて、シャーレ1枚につき1回ずつボンバードメントを行った。その後、保湿、遮光して20〜24時間培養した。   2-5 pods of pollen were collected from the flowers of Bensamiana tobacco, sprayed on the pollen germination medium on a petri dish, and placed on the second stage from the top of the PDS-1000 / He body. Under the same conditions as in Example 1, bombardment was performed once for each petri dish. Thereafter, the cells were cultured for 20 to 24 hours while being moisturized and protected from light.

蛍光顕微鏡で花粉および花粉管のmAppleおよびCloverの蛍光の発現を観察した。蛍光タンパク質を発現している花粉および花粉管を培地ごとチューブに回収し、液体窒素により凍結した。融解したのち、超音波と摩擦により細胞を破砕し、ゲノムDNAを抽出した。実施例1と同様の手順で制限酵素処理およびPCRを行い、Nested PCR産物をpCR-Blunt II-TOPOベクターに挿入した。ベクターは大腸菌に導入し形質転換を行なった。その後、カナマイシンを含むLB寒天培地プレートに播種し、37℃、暗所で一晩培養した。翌日、プレート上の各コロニーに対し、コロニーPCRおよびシークエンス解析を行い、ガイドRNAの標的配列内の変異を確認した。シークエンス解析の結果の一部を図4に示す。図4に示されるように、野生型(WT)に対して、変異(1塩基置換、又は1塩基挿入)していることが確認できた。   The fluorescence expression of pollen and pollen tube mApple and Clover fluorescence was observed. Pollen and pollen tubes expressing the fluorescent protein were collected in a tube together with the medium, and frozen with liquid nitrogen. After thawing, the cells were crushed by ultrasonic waves and friction, and genomic DNA was extracted. Restriction enzyme treatment and PCR were performed in the same procedure as in Example 1, and the Nested PCR product was inserted into the pCR-Blunt II-TOPO vector. The vector was introduced into E. coli and transformed. Thereafter, the cells were seeded on LB agar plates containing kanamycin and cultured overnight at 37 ° C. in the dark. On the next day, colony PCR and sequence analysis were performed on each colony on the plate, and mutations in the target sequence of the guide RNA were confirmed. A part of the result of the sequence analysis is shown in FIG. As shown in FIG. 4, it was confirmed that the wild type (WT) was mutated (one base substitution or one base insertion).

以上より、花粉に対してCas等の標的特異的ヌクレアーゼ発現カセットをパーティクルボンバードメント法により導入することで、花粉においてゲノム編集できることが分かった。   From the above, it was found that genome editing can be performed in pollen by introducing a target-specific nuclease expression cassette such as Cas into the pollen by the particle bombardment method.

実施例3:ゲノム編集効率の評価試験
レポーター発現カセットを含むシロイヌナズナの葉に対して、該レポーター特異的に機能するCasタンパク質発現カセット及びガイドRNA発現カセットの組み合わせを、パーティクルボンバードメント法により導入し、レポーター活性を指標として変異効率を評価した。本実施例の概要を図5に示す。具体的には以下のようにして行った。
Example 3: Evaluation test of genome editing efficiency A combination of a Cas protein expression cassette and a guide RNA expression cassette that function specifically to the reporter was introduced by a particle bombardment method into Arabidopsis leaves containing the reporter expression cassette, Mutation efficiency was evaluated using reporter activity as an index. An outline of this embodiment is shown in FIG. Specifically, it was performed as follows.

0.6μm径の金粒子を滅菌水で懸濁して調整した上記30 mg/mL金溶液を1回の撃ち込みにつき10μLずつ使用した。sGFP, Clover, Venus, EYFP, CFP, mCerulean, mTurquioseなど黄色、緑色および青色蛍光タンパク質に共通の配列を標的とするガイドRNAおよびCas9を発現するプラスミドDNAを、1回の撃ち込みにつき400 ngとなるよう上記金溶液に加えて撹拌した。上記実施例1, 2同様、Cas9はシロイヌナズナRPS5A遺伝子またはUBQ10遺伝子のプロモーターで、ガイドRNAを含むカセットはシロイヌナズナU6プロモーターで駆動される。   10 μL each of the above 30 mg / mL gold solution prepared by suspending 0.6 μm diameter gold particles in sterilized water was used. Guide RNA targeting sequences common to yellow, green and blue fluorescent proteins such as sGFP, Clover, Venus, EYFP, CFP, mCerulean, mTurquiose, and plasmid DNA expressing Cas9 should be 400 ng per shot. Stir in addition to the gold solution. As in Examples 1 and 2, Cas9 is driven by the Arabidopsis RPS5A gene or UBQ10 gene promoter, and the cassette containing the guide RNA is driven by the Arabidopsis U6 promoter.

LAT52p::Venus遺伝子を発現するシロイヌナズナ形質転換体の本葉1枚をシャーレの中央にマスキングテープで貼り付けてターゲット台に置床し、PDS-1000/He本体の上から3段目に配置した。実施例1と同様に、1100 psi用のラプチャーディスクを用い、ヘリウムガス圧1100 psi, 減圧−27 inHgで葉1枚につき1回ずつ撃ち込みを行った。その後、保湿、遮光して24時間培養した。   One true leaf of an Arabidopsis transformant expressing the LAT52p :: Venus gene was attached to the center of the petri dish with a masking tape and placed on the target table, and placed on the third stage from the top of the PDS-1000 / He body. As in Example 1, a rupture disk for 1100 psi was used, and a helium gas pressure of 1100 psi and a reduced pressure of −27 inHg were shot once per leaf. Thereafter, the cells were cultured for 24 hours while being moisturized and protected from light.

金が最も多く付着した半径0.5 cmの範囲を切り取り、ゲノムDNAを抽出した。末端に制限酵素の認識配列を付加したプライマーを用いてゲノムDNAから Venusの全長配列をPCRにより増幅した。クローニングには、アラビノース誘導性のタンパク質発現用pGLOベクター(BIO-RAD社)を改変し、GFPの代わりに赤色蛍光タンパク質をコードする配列を導入した改変型pGLO/Rを用いた。制限酵素切断により赤色蛍光タンパク質の遺伝子配列を除去し、PCR増幅したVenus配列を挿入した。挿入されたベクターは大腸菌に導入し、形質転換した。その後、6 mg/mLのL-(+)-アラビノースと200μg/mLのアンピシリンを含むLB寒天培地プレートに播種し、37℃、暗所で一晩培養した。翌日、プレート上のコロニーに500 nmのBlue/Green LEDを照射して各コロニーの蛍光の有無を確認した。または、プレートを2〜3日間4°Cで保存し、蛍光タンパク質を安定化させることにより、励起光を当てず自然光下にて目視で蛍光を確認した。   A region with a radius of 0.5 cm where gold was most adhered was cut out and genomic DNA was extracted. The full-length Venus sequence was amplified from genomic DNA by PCR using primers with restriction enzyme recognition sequences at the ends. For cloning, a modified pGLO / R in which an arabinose-inducible protein expression pGLO vector (BIO-RAD) was modified and a sequence encoding a red fluorescent protein was introduced instead of GFP. The gene sequence of red fluorescent protein was removed by restriction enzyme cleavage, and a PCR amplified Venus sequence was inserted. The inserted vector was introduced into E. coli and transformed. Thereafter, the cells were seeded on LB agar plates containing 6 mg / mL L-(+)-arabinose and 200 μg / mL ampicillin, and cultured overnight at 37 ° C. in the dark. The next day, the colonies on the plate were irradiated with a 500 nm Blue / Green LED to confirm the presence or absence of fluorescence in each colony. Alternatively, the plate was stored at 4 ° C. for 2 to 3 days, and the fluorescent protein was stabilized to visually confirm the fluorescence under natural light without applying excitation light.

自然光又は励起光条件下におけるプレート観察像を図6に示す。制限酵素で切断されずにpGLO/Rベクターそのものが取り込まれたコロニーは赤色蛍光を発する。ゲノム編集されなかった野生型の配列を含むベクターを取り込んだコロニーはVenusの蛍光を発する。一方、ゲノム編集によりVenus配列に変異が挿入されたベクターを取り込んだコロニーは蛍光を発しない。蛍光を発しないコロニーを選抜し、プラスミドベクターを抽出してシークエンス解析を行うことで、ガイドRNAの標的配列内の変異を確認した。または、シークエンスを行わずにVenusの蛍光を発しないコロニーの割合をカウントすることで、標的とする細胞または配列におけるゲノム編集効率を、蛍光を指標にして評価することができた。   The plate observation image under natural light or excitation light conditions is shown in FIG. Colonies into which the pGLO / R vector itself has been incorporated without being cleaved by restriction enzymes emit red fluorescence. Colonies that incorporate a vector containing a wild-type sequence that has not been genome-edited fluoresce Venus. On the other hand, colonies that have incorporated a vector with a mutation inserted into the Venus sequence by genome editing do not fluoresce. Colonies that did not emit fluorescence were selected, plasmid vectors were extracted, and sequence analysis was performed to confirm mutations in the target sequence of the guide RNA. Alternatively, by counting the percentage of colonies that did not sequence and did not emit Venus fluorescence, the genome editing efficiency in the target cell or sequence could be evaluated using fluorescence as an index.

Claims (7)

(1)花粉に対して、RPS5Aプロモーター又はUBQ10プロモーターを含む標的特異的ヌクレアーゼ発現カセットを含む導入物を、パーティクルボンバードメント法により導入する工程を含む、植物ゲノム編集方法。 (1) A plant genome editing method comprising a step of introducing an introduction containing a target-specific nuclease expression cassette containing an RPS5A promoter or a UBQ10 promoter into a pollen by a particle bombardment method. 前記標的特異的ヌクレアーゼ発現カセットがCasタンパク質発現カセットであり、且つ前記導入物がさらにガイドRNA及びガイドRNA発現カセットからなる群より選択される少なくとも1種を含む、請求項に記載の植物ゲノム編集方法。 The plant genome editing according to claim 1 , wherein the target-specific nuclease expression cassette is a Cas protein expression cassette, and the introduction further comprises at least one selected from the group consisting of a guide RNA and a guide RNA expression cassette. Method. 前記導入物がレポーター発現カセットをさらに含む、請求項1又は2のいずれかに記載の植物ゲノム編集方法。 Introduced substance further comprises a reporter expression cassette, the plant genome editing method according to claim 1 or 2. 前記レポーター発現カセットが蛍光タンパク質発現カセットである、請求項に記載の植物ゲノム編集方法。 The plant genome editing method according to claim 3 , wherein the reporter expression cassette is a fluorescent protein expression cassette. (A)花粉に対して、RPS5Aプロモーター又はUBQ10プロモーターを含む標的特異的ヌクレアーゼ発現カセットを含む導入物を、パーティクルボンバードメント法により導入する工程、並びに
(B)工程Aで得られた花粉を用いて次世代植物を得る工程、
を含む、ゲノム編集された植物を製造する方法。
(A) For the pollen, using the particle bombardment method to introduce an introduction containing a target-specific nuclease expression cassette containing the RPS5A promoter or UBQ10 promoter , and (B) using the pollen obtained in step A A process for obtaining a next-generation plant,
A method for producing a genome-edited plant comprising:
(a)レポーター発現カセットを含む植物体及びその一部からなる群より選択される少なくとも1種の対象物に対して、前記レポーター特異的ヌクレアーゼ発現カセットを含む導入物を、パーティクルボンバードメント法により導入し、前記レポーター発現カセット中のレポーター遺伝子を変異させる工程、並びに
(b)前記変異の効率を、前記レポーターのシグナルを指標として評価する工程、
を含
前記工程bが、
(b1)工程a後、対象物から得られた核酸からPCRによりレポーター遺伝子を得て、前記レポーター遺伝子を発現可能な状態で細胞に導入する工程、及び
(b2)工程b1で得られた細胞集団におけるレポーターシグナルを指標として、ゲノム編集効率を評価する工程
を含む、
植物ゲノム編集効率の評価方法。
(A) An introduction containing the reporter-specific nuclease expression cassette is introduced by particle bombardment method into at least one target selected from the group consisting of a plant containing a reporter expression cassette and a part thereof. And mutating a reporter gene in the reporter expression cassette, and (b) evaluating the efficiency of the mutation using the reporter signal as an indicator,
Only including,
Step b is
(B1) after step a, obtaining a reporter gene from the nucleic acid obtained from the object by PCR and introducing the reporter gene into a cell in a state in which the reporter gene can be expressed; and
(B2) A step of evaluating genome editing efficiency using the reporter signal in the cell population obtained in step b1 as an index
including,
Evaluation method of plant genome editing efficiency.
前記対象物が葉である、請求項に記載の評価方法。 The evaluation method according to claim 6 , wherein the object is a leaf.
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