WO2011049243A1 - バイオマスが増大し、かつ環境ストレス耐性が向上した形質転換植物およびその作出方法 - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a transformed plant having increased biomass per plant and improved resistance to environmental stress, and a method for producing the same.
- Non-Patent Document 1 CIRCADIAN CLOCK ASSOCIATED1 (CCA1), LATE ELONGATED HYPOCOTYL (LHY), and TIMING OF CAB EXPRESION1 (TOC1) were discovered in a study using Arabidopsis thaliana. The mechanism has been shown to be based on the transcriptional feedback loop of these multiple genes. Among these, the TOC1 gene is one of pseudo response regulator (Pseudo-Response-Regulator) genes.
- CCA1 CIRCADIAN CLOCK ASSOCIATED1
- LHY LATE ELONGATED HYPOCOTYL
- TOC1 TIMING OF CAB EXPRESION1
- PRR1 In Arabidopsis thaliana, including TOC1 (PRR1), a total of five PRR3, PRR5, PRR7, and PRR9 have been identified as pseudo-response regulator (Pseudo-Response-Regulator) genes.
- PRR9, PRR7, PRR5, PRR3, PRR1 TOC1 In the order of
- the expression level rises and attenuates in the evening in the phase step with the dawn.
- the present inventors have conducted research focusing on the Arabidopsis prr9 prr7 prr5 triple mutant (d975 mutant).
- Non-patent document 2 the d975 mutant strain has industrially useful traits such as flower stem elongation (non-patent document 3), delayed flowering (non-patent document 2). It has been found that the document 2) exhibits stronger resistance to low temperatures and drying (Non-Patent Document 4). However, since the three PRR gene groups complement each other's functions, a single mutant strain does not show a conspicuous character (Non-patent Document 2). In addition, the provision of useful traits targeting the deletion of the three PRR gene groups is accompanied by the difficulty of creating multiple mutants.
- Non-Patent Document 6 The increase in biomass is observed by the GIGANTEA mutant (gi) of the clock-related gene (Non-Patent Document 6), but since this mutant is sensitive to low-temperature stress (Non-Patent Document 7), the function of this gene Plants that are resistant to environmental stress and increased biomass cannot be produced by the method that targets defects.
- a slight decrease in the expression of the clock-related genes CIRCADIAN CLOCK ASSOCIATED 1 (CCA1) and LATE ELONGATED HYPOCOTYL (LHY) is correlated with an increase in biomass (Non-patent Document 8).
- Non-patent Document 9 the expression-suppressed strain (ccal lhy double mutant) has a reduced biomass (Non-patent Document 9), and it is considered difficult to increase the biomass targeting these genes.
- Non-patent Document 10 the biological clocks of long-day plants and short-day plants are almost the same (Non-patent Document 10), it is known that the seasonal responsiveness using them is different (Non-Patent Document 11). It is unclear to what extent the application of useful traits using modification of the clock gene of the plant Arabidopsis thaliana is effective for short-day plants. JP 2000-116260 A Harmer, S .; L. Hogenesch, J .; B. , Strume, M .; Chang, H .; S.
- LHY and CCA1 are partially redundant genes required to maintain cicadian rhythms in Arabidopsis.
- an object of the present invention is to provide a transformed plant imparted with a useful trait by controlling the function of the PRR gene group by an approach different from the deficiency of the pseudo response regulator (PRR) gene group.
- PRR pseudo response regulator
- the present invention includes the following inventions.
- a polynucleotide encoding a protein containing a pseudo-receiver domain that is a common motif of a pseudo-response-regulator gene of a plant and a CCT motif (CCT-motif), and at least 1 A transformed plant, wherein a fusion polynucleotide with a polynucleotide encoding a transcription activation domain of a transcription factor of a species or a recombinant vector containing the fusion polynucleotide is introduced.
- A a polynucleotide comprising the nucleotide sequence represented by SEQ ID NO: 1, 3, 5, 7, or 9
- B a CCA1 (circadian clock-associated 1) gene that hybridizes with a polynucleotide comprising a nucleotide sequence complementary to the nucleotide sequence shown in SEQ ID NO: 1, 3, 5, 7, or 9 under stringent conditions.
- a polynucleotide encoding a protein having transcriptional repression activity of LHY (late elongated hypocotyl) gene (C) It consists of a base sequence having a homology of 70% or more with respect to the base sequence shown in SEQ ID NO: 1, 3, 5, 7, or 9, and is a CCA1 (circadian clock-associated 1) gene or LHY (late elongated) (hypocotyl) a polynucleotide encoding a protein having transcriptional repression activity of a gene (3)
- a polynucleotide comprising the base sequence represented by SEQ ID NO: 11 (H) a CCA1 (circadian clock-associated 1) gene by hybridizing with a polynucleotide comprising a nucleotide sequence complementary to the nucleotide sequence shown in SEQ ID NO: 11 under stringent conditions and fusing to a PRR polynucleotide; Polynucleotide encoding a protein having transcription repression release activity of LHY (late elongated hypocotyl) gene (I) CCA1 (circadian clock-associated 1) gene or LHY (late elongated hypocotyl) by fusing to a PRR polynucleotide comprising a base sequence having 70% or more homology to the base sequence shown in SEQ ID NO: 11 )
- a polynucleotide encoding a protein having a transcriptional repression release activity of a gene (G) a polynucleotide comprising the base sequence represented
- (6) a polynucleotide encoding a protein containing a pseudo-receiver domain that is a common motif of a pseudo-response-regulator gene of a plant and a CCT motif (CCT-motif), or the poly A transformed plant, wherein a recombinant vector containing a nucleotide is introduced.
- a polynucleotide encoding a protein containing a pseudo-receiver domain that is a common motif of a pseudo-response-regulator gene of a plant and a CCT motif (CCT-motif) The transformed plant according to (6), which is the polynucleotide of any one of (a) to (c).
- A a polynucleotide comprising the nucleotide sequence represented by SEQ ID NO: 1, 3, 5, 7, or 9
- B a CCA1 (circadian clock-associated 1) gene that hybridizes with a polynucleotide comprising a nucleotide sequence complementary to the nucleotide sequence shown in SEQ ID NO: 1, 3, 5, 7, or 9 under stringent conditions.
- a polynucleotide encoding a protein having transcriptional repression activity of LHY (late elongated hypocotyl) gene (C) It consists of a base sequence having a homology of 70% or more with respect to the base sequence shown in SEQ ID NO: 1, 3, 5, 7, or 9, and is a CCA1 (circadian clock-associated 1) gene or LHY (late elongated) (hypocotyl) a polynucleotide encoding a protein having transcriptional repression activity of a gene (8)
- the transformed plant according to (6) which is a polynucleotide encoding the protein of any one of (d) to (f).
- D a protein comprising the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2, 4, 6, 8, or 10
- E an amino acid sequence in which one or several amino acids are deleted, substituted or added in the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2, 4, 6, 8, or 10, and is a CCA1 (circadian clock-associated 1) gene Or a protein having transcriptional repressive activity of LHY (late elongated hypocotyl) gene
- It consists of an amino acid sequence having 70% or more homology with the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2, 4, 6, 8, or 10, and is a CCA1 (circadian clock-associated 1) gene or LHY (late elongated) hypocotyl) protein having transcriptional repression activity
- a method comprising introducing a fusion polynucleotide with a polynucleotide encoding a transcriptional activation domain of a transcription factor of a species or a recombinant vector containing the fusion polynucleotide into a plant cell, and regenerating the plant from the plant cell.
- a method for producing a transformed plant comprising introducing a fusion polynucleotide with a polynucleotide encoding a transcriptional activation domain of a transcription factor of a species or a recombinant vector containing the fusion polynucleotide into a plant cell, and regenerating the plant from the plant cell.
- A a polynucleotide comprising the nucleotide sequence represented by SEQ ID NO: 1, 3, 5, 7, or 9
- B a CCA1 (circadian clock-associated 1) gene that hybridizes with a polynucleotide comprising a nucleotide sequence complementary to the nucleotide sequence shown in SEQ ID NO: 1, 3, 5, 7, or 9 under stringent conditions.
- a polynucleotide encoding a protein having transcriptional repression activity of LHY (late elongated hypocotyl) gene (C) It consists of a base sequence having a homology of 70% or more with respect to the base sequence shown in SEQ ID NO: 1, 3, 5, 7, or 9, and is a CCA1 (circadian clock-associated 1) gene or LHY (late elongated) (hypocotyl) a polynucleotide encoding a protein having transcriptional repression activity of a gene
- a method for producing a transformed plant which comprises introducing a recombinant vector containing a nucleotide into a plant cell and regenerating the plant from the plant cell.
- A a polynucleotide comprising the nucleotide sequence represented by SEQ ID NO: 1, 3, 5, 7, or 9
- B a CCA1 (circadian clock-associated 1) gene that hybridizes with a polynucleotide comprising a nucleotide sequence complementary to the nucleotide sequence shown in SEQ ID NO: 1, 3, 5, 7, or 9 under stringent conditions.
- a polynucleotide encoding a protein having transcriptional repression activity of LHY (late elongated hypocotyl) gene (C) It consists of a base sequence having a homology of 70% or more with respect to the base sequence shown in SEQ ID NO: 1, 3, 5, 7, or 9, and is a CCA1 (circadian clock-associated 1) gene or LHY (late elongated) (hypocotyl) a polynucleotide encoding a protein having transcriptional repression activity of a gene (20)
- a polynucleotide encoding a protein containing a pseudo-receiver domain that is a common motif of a pseudo-response-regulator gene of a plant and a CCT motif (CCT-motif) (D) The method according to (18), which is a polynucleotide encoding the protein of any one of (f).
- a method for increasing plant biomass comprising overexpressing in a plant a fusion polynucleotide with a polynucleotide encoding the transcriptional activation domain of a seed transcription factor.
- a polynucleotide encoding a protein comprising a pseudo-receiver domain that is a common motif of a plant pseudo-response regulator gene and a CCT motif (CCT-motif)
- B a CCA1 (circadian clock-associated 1) gene that hybridizes with a polynucleotide comprising a nucleotide sequence complementary to the nucleotide sequence shown in SEQ ID NO: 1, 3, 5, 7, or 9 under stringent conditions.
- a polynucleotide encoding a protein having transcriptional repression activity of LHY (late elongated hypocotyl) gene (C) It consists of a base sequence having a homology of 70% or more with respect to the base sequence shown in SEQ ID NO: 1, 3, 5, 7, or 9, and is a CCA1 (circadian clock-associated 1) gene or LHY (late elongated) (hypocotyl) a polynucleotide encoding a protein having transcriptional repression activity of a gene (27)
- a polynucleotide encoding a protein containing a pseudo-receiver domain that is a common motif of a pseudo-response-regulator gene of a plant and a CCT motif (CCT-motif) (D) The method according to (25), which is a polynucleotide encoding the protein of any one of (f).
- (31) A polynucleotide encoding a protein containing a pseudo-receiver domain that is a common motif of a plant pseudo-response regulator gene (Pseudo-Response-Regulator) and a CCT motif (CCT-motif).
- the method according to (30) which is the polynucleotide of any one of (a) to (c).
- A a polynucleotide comprising the nucleotide sequence represented by SEQ ID NO: 1, 3, 5, 7, or 9
- B a CCA1 (circadian clock-associated 1) gene that hybridizes with a polynucleotide comprising a nucleotide sequence complementary to the nucleotide sequence shown in SEQ ID NO: 1, 3, 5, 7, or 9 under stringent conditions.
- a polynucleotide encoding a protein having transcriptional repression activity of LHY (late elongated hypocotyl) gene (C) It consists of a base sequence having a homology of 70% or more with respect to the base sequence shown in SEQ ID NO: 1, 3, 5, 7, or 9, and is a CCA1 (circadian clock-associated 1) gene or LHY (late elongated) (hypocotyl) a polynucleotide encoding a protein having transcriptional repression activity of a gene (32)
- a polynucleotide encoding a protein containing a pseudo-receiver domain that is a common motif of a pseudo-response-regulator gene of a plant and a CCT motif (CCT-motif) (D) The method according to (30), which is a polynucleotide encoding the protein of any one of (f).
- a method for imparting environmental stress tolerance to a plant comprising overexpressing a fusion polynucleotide with a polynucleotide encoding a transcription activation domain of a transcription factor of a species in the plant.
- A a polynucleotide comprising the nucleotide sequence represented by SEQ ID NO: 1, 3, 5, 7, or 9
- B a CCA1 (circadian clock-associated 1) gene that hybridizes with a polynucleotide comprising a nucleotide sequence complementary to the nucleotide sequence shown in SEQ ID NO: 1, 3, 5, 7, or 9 under stringent conditions.
- a polynucleotide encoding a protein having transcriptional repression activity of LHY (late elongated hypocotyl) gene (C) It consists of a base sequence having a homology of 70% or more with respect to the base sequence shown in SEQ ID NO: 1, 3, 5, 7, or 9, and is a CCA1 (circadian clock-associated 1) gene or LHY (late elongated) (hypocotyl) a polynucleotide encoding a protein having transcriptional repression activity of a gene (36)
- a polynucleotide encoding a protein containing a pseudo-receiver domain that is a common motif of a pseudo-response-regulator gene of a plant and a CCT motif (CCT-motif) The method according to (39), which is the polynucleotide of any one of (a) to (c).
- A a polynucleotide comprising the nucleotide sequence represented by SEQ ID NO: 1, 3, 5, 7, or 9
- B a CCA1 (circadian clock-associated 1) gene that hybridizes with a polynucleotide comprising a nucleotide sequence complementary to the nucleotide sequence shown in SEQ ID NO: 1, 3, 5, 7, or 9 under stringent conditions.
- a polynucleotide encoding a protein having transcriptional repression activity of LHY (late elongated hypocotyl) gene (C) It consists of a base sequence having a homology of 70% or more with respect to the base sequence shown in SEQ ID NO: 1, 3, 5, 7, or 9, and is a CCA1 (circadian clock-associated 1) gene or LHY (late elongated) (hypocotyl) a polynucleotide encoding a protein having transcriptional repression activity of a gene (41)
- a polynucleotide encoding a protein containing a pseudo-receiver domain that is a common motif of a pseudo-response-regulator gene of a plant and a CCT motif (CCT-motif) (D) The method according to (39), which is a polynucleotide encoding the protein of any one of (f).
- FIG. 1 shows the common structure of PRR1 (TOC1), PRR3, PRR5, PRR7, and PRR9 genes of pseudo response regulator genes.
- FIG. 2 shows the effect of PRR5, PRR7, and PRR9 on CCA1 :: LUC specific activity (CCA1 promoter activity).
- FIG. 3 shows the structure of the pBS-35S :: PRR5-VP32 vector.
- FIG. 4 shows the effect of TOC1-VP32, PRR3-VP32, PRR5-VP32, PRR7-VP32, and PRR9-VP32 on CCA1 :: LUC specific activity (CCA1 promoter activity).
- FIG. 1 shows the common structure of PRR1 (TOC1), PRR3, PRR5, PRR7, and PRR9 genes of pseudo response regulator genes.
- FIG. 2 shows the effect of PRR5, PRR7, and PRR9 on CCA1 :: LUC specific activity (CCA1 promoter activity).
- FIG. 3 shows the structure of the
- FIG. 5 shows the number of days until the flower buds of the PRR5-VP32-expressing plant body, the wild type strain, and the prr9 prr7 prr5 triple mutant appear, and the number of leaves when the flower bud appears.
- FIG. 6 shows the PRR5-VP32-expressing plant body and wild-type flower bud formation (same growth stage).
- FIG. 7 shows the morphology (upper row) and the leaf area (lower row) of the PRR5-VP32-expressing plant body and the wild strain after germination 38 days (the growth days are the same).
- FIG. 8 shows a cross-sectional view of a PRR5-VP32-expressing plant and a wild-type flower stem.
- FIG. 9 shows the results of a salt stress tolerance test of PRR5-VP32 expressing plants and wild strains.
- FIG. 10 shows the results of a drought stress tolerance test of PRR5-VP32 expressing plants and wild strains.
- FIG. 11 shows the results of a low temperature stress tolerance test of PRR5-VP32 expressing plants and wild strains.
- FIG. 12 shows the form of a PRR5-expressing plant (rice).
- the polynucleotide used to produce the transformed plant of the present invention comprises a pseudo receiver domain (Pseudo-Receiver domain) and a CCT motif (CCT-), which are common motifs of the plant pseudo-response regulator gene. or a polynucleotide that encodes a transcriptional activation domain of at least one transcription factor.
- Examples of a polynucleotide encoding a protein containing the pseudo-receiver domain (Pseudo-Receiver domain) and the CCT motif (CCT-motif) include, for example, pseudo-response regulator (Pseudo-Response-Regulator) genes PRR1 (TOC1) and PRR3. , PRR5, PRR7, and PRR9 genes. These PRR1 (TOC1), PRR3, PRR5, PRR7, and PRR9 genes have a common structure shown in FIG.
- the base sequences of the PRR1 (TOC1), PRR3, PRR5, PRR7, and PRR9 genes are shown in SEQ ID NOs: 1, 3, 5, 7, 9, and the amino acid sequences encoded by them are shown in SEQ ID NOs: 2, 4, 6, 8, 10 Respectively.
- the above pseudo-receiver domain (Pseudo-Receiver domain) is a motif commonly found in pseudo-response regulator genes, and is known to have the ability to interact between proteins.
- the amino acid sequences of the pseudo-receiver domains of the PRR1 (TOC1), PRR3, PRR5, PRR7, and PRR9 genes are represented by SEQ ID NOs: 12, 13, 14, 15, and 16, respectively.
- the CCT motif (CCT-motif) is a structure often found in plant proteins, is rich in basic amino acids, and consists of about 45 amino acids.
- the CCT motif of the Arabidopsis CONSTANS (CO) protein is known to be involved in nuclear localization and protein-protein interactions.
- the amino acid sequences of the CCT motifs of the PRR1 (TOC1), PRR3, PRR5, PRR7, and PRR9 genes are represented by SEQ ID NOs: 17, 18, 19, 20, and 21, respectively.
- PRR polynucleotides encoding proteins containing the above pseudo-receiver domain and CCT motif
- PRR polynucleotides are considered to be widely distributed in the plant kingdom and may be of any origin, for example, Arabidopsis (Brassicaceae)
- rice Piaceae
- poplar Piaceae
- grape Grampes
- tomato Oulaceae
- cassava Lepidoptera
- soybean Leguminosae
- gymnosperms ferns, mosses, etc. It is done.
- PRR polynucleotide in addition to the polynucleotide consisting of the nucleotide sequence shown in SEQ ID NO: 1, 3, 5, 7, or 9, as long as it has a function equivalent to the polynucleotide, SEQ ID NO: 1, 3, A polynucleotide having a base sequence similar to the base sequence shown in 5, 7, or 9 can also be used.
- the PRR polynucleotide used in the present invention has a nucleotide sequence similar to the nucleotide sequence of the above SEQ ID NO, and comprises a protein having transcriptional repression activity of the CCA1 (circadian clock-associated 1) gene or the LHY (late elongated hypocotyl) gene. Includes the encoding polynucleotide.
- Such polynucleotides may be prepared from nature or artificially prepared. For example, homologues (including orthologues and paralogues) of the base sequence of the above SEQ ID NO, or those artificially mutated may be used. Specific examples include the following polynucleotides.
- a CCA1 (circadian clock-associated 1) gene that hybridizes under stringent conditions with a polynucleotide comprising a nucleotide sequence complementary to the nucleotide sequence shown in SEQ ID NO: 1, 3, 5, 7, or 9 Or a polynucleotide encoding a protein having transcriptional repression activity of LHY (late elongated hypocotyl) gene (Ii) It consists of a base sequence having a homology of 70% or more with respect to the base sequence shown in SEQ ID NO: 1, 3, 5, 7, or 9, and is a CCA1 (circadian clock-associated 1) gene or LHY (late elongated) (hypocotyl) a polynucleotide encoding a protein having transcriptional repression activity of a gene (Iii) a polynucleotide encoding a protein comprising the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2, 4, 6, 8, or 10 (Iv) an amino acid sequence in which one or
- “Transcriptional repression activity of CCA1 gene” refers to an activity of suppressing the transcription of the gene and reducing its expression level.
- the “LHY (late elongated hypocotyl) gene” is a functionally homologous gene of the CCA1 gene.
- the “stringent conditions” referred to herein are conditions under which so-called specific hybrids are formed and non-specific hybrids are not formed. Those skilled in the art can appropriately select the above-described stringent hybridization conditions with reference to Sambrook et al., Molecular Cloning, A Laboratory Manual, 3rd Ed, Cold Spring Harbor Laboratory (2001).
- a hybridization solution containing 25% formamide, 50% formamide under more stringent conditions 4 ⁇ SSC, 50 mM HEPES (pH 7.0), 10 ⁇ Denhardt's solution, 20 ⁇ g / ml denatured salmon sperm DNA
- a labeled probe is added and hybridization is performed by incubating at 42 ° C. overnight.
- the cleaning solution and temperature conditions in the subsequent cleaning are about “1 ⁇ SSC, 0.1% SDS, 37 ° C.”, and more stringent conditions are about “0.5 ⁇ SSC, 0.1% SDS, 42 ° C.”
- the more stringent condition is about “0.2 ⁇ SSC, 0.1% SDS, 65 ° C.”.
- combinations of the above SSC, SDS, and temperature conditions are exemplary, and those skilled in the art will recognize the above or other factors that determine the stringency of hybridization (eg, probe concentration, probe length, hybridization reaction). It is possible to achieve the same stringency as above by appropriately combining the time and the like.
- the polynucleotide obtained by hybridization under the above stringent conditions usually has a high homology with the DNA represented by the nucleotide sequence shown in any one of SEQ ID NOs: 1, 3, 5, 7, or 9.
- high homology means 70% or more, preferably 80% or more, 85% or more, more preferably 90% or more, still more preferably 95% or more, and most preferably 97% or more with the nucleotide sequence of the above SEQ ID NO. (For example, 98 to 99%) sequence homology.
- amino acid sequence in which one or several amino acids have been deleted, substituted or added the number of amino acids that may be deleted, substituted or added includes site-directed mutagenesis, etc. This number refers to the number that can be deleted, substituted, or added by a known mutant protein production method.
- the number is not limited as long as it retains the activity described above, but usually, for example, 1 to 20, preferably 1 to It refers to 10, more preferably 1 to 5.
- the “mutation” here means a mutation artificially introduced mainly by a known mutant protein production method, but may be a similar naturally occurring mutation.
- “70% or more homology” is preferably 80% or more, 85% or more, more preferably 90% or more, still more preferably 95% or more, and most preferably 97% or more (for example, , 98 to 99%) sequence homology.
- the identity of the sequence (amino acid sequence, base sequence) can be determined by FASTA search or BLAST search.
- the PRR polynucleotide used in the present invention can be prepared by a known technique. For example, total mRNA is prepared from an Arabidopsis thaliana extract, a primer is designed based on the base sequence of the above SEQ ID NO, and a RACE method or the like is performed to obtain a full-length cDNA of the base sequence of the above SEQ ID NO.
- a cDNA library can be prepared from an Arabidopsis tissue extract, a probe can be designed based on the nucleotide sequence of the above SEQ ID NO, and obtained by a hybridization method. Further, it may be artificially synthesized based on the base sequence of the above SEQ ID NO.
- a homologue of the PRR polynucleotide can be easily obtained.
- amino acid deletion, addition, and substitution can be performed by introducing a mutation into a gene encoding the protein by a technique known in the art. Mutation can be introduced into a gene by a known method such as the Kunkel method or Gapped duplex method or a method similar thereto, for example, a mutation introduction kit (for example, Mutant-K) using site-directed mutagenesis.
- the polynucleotide encoding the transcriptional activation domain of at least one transcription factor to be fused to the PRR polynucleotide is a transcriptional repression of CCA1 (circadian clock-associated 1) gene or LHY (late elongated hypocotyl) gene by PRR polynucleotide.
- the transcription activation domain of the transcription factor may be any as long as it has transcription activation ability, and specific examples include the transcription activation domain of herpesvirus VP16 protein and the transcription activation domain of yeast-derived GAL4 protein. . There may be at least one transcription activation domain, and two or more of the same or different transcription activation domains may be combined.
- the polynucleotide encoding the transcriptional activation domain of the herpesvirus VP16 protein is represented by SEQ ID NO: 11, but CCA1 (circadian clock-associated 1) gene or LHY (late elongated hypocotyl) gene is fused to the PRR polynucleotide.
- a polynucleotide comprising a base sequence similar to the base sequence shown in SEQ ID NO: 11.
- a CCA1 (circadian clock-associated 1) gene or LHY is hybridized with a polynucleotide comprising a nucleotide sequence complementary to the nucleotide sequence shown in SEQ ID NO: 11 under stringent conditions and fused to a PRR polynucleotide.
- Polynucleotides include that encode proteins. The meanings of “stringent” and “homology” are as defined above. 2.
- the recombinant vector of the present invention used for plant transformation can be constructed by introducing the above-mentioned polynucleotide or fusion polynucleotide (hereinafter referred to as target gene) into an appropriate vector.
- target gene polynucleotide or fusion polynucleotide
- the vector for example, pBI, pPZP, pSMA, and pCAMBIA vectors that can introduce a target gene into a plant via Agrobacterium are preferably used.
- pBI binary vectors or intermediate vector systems are preferably used, and examples thereof include pBI121, pBI101, pBI101.2, and pBI101.3.
- a binary vector is a shuttle vector that can replicate in Escherichia coli and Agrobacterium.
- a pUC vector can directly introduce a gene into a plant, and examples thereof include pUC18, pUC19, and pUC9.
- Plant virus vectors such as cauliflower mosaic virus (CaMV), kidney bean mosaic virus (BGMV), and tobacco mosaic virus (TMV) can also be used.
- CaMV cauliflower mosaic virus
- BGMV kidney bean mosaic virus
- TMV tobacco mosaic virus
- the amplified recombinant vector is introduced into Agrobacterium tumefaciens GV3101, C58, LBA4404, EHA101, EHA105, Agrobacterium rhizogenes LBA1334 or the like by electroporation or the like, and the Agrobacterium is used for transduction of plants.
- Agrobacterium for plant infection containing the target gene can be prepared by a three-party joining method (Nucleic Acids Research, 12: 8711 (1984)). Specifically, E. coli having a plasmid containing the target gene, E.
- coli having a helper plasmid eg, pRK2013, etc.
- Agrobacterium are mixed and cultured on a medium containing rifampicillin and kanamycin for plant infection.
- a zygote Agrobacterium can be obtained.
- a method in which purified DNA is cleaved with a suitable restriction enzyme, inserted into a restriction enzyme site or a multicloning site of a suitable vector DNA and ligated to the vector is employed.
- the target gene needs to be incorporated into a vector so that the function of the gene is exhibited.
- the vector includes a replication origin for using a promoter, enhancer, terminator, binary vector system upstream of, within, or downstream of the target gene (such as a replication origin derived from a Ti or Ri plasmid), a selectable marker gene.
- Etc. can be connected.
- the “promoter” does not have to be derived from a plant as long as it functions in plant cells and can induce expression in a specific tissue of a plant or in a specific developmental stage. Specific examples include cauliflower mosaic virus (CaMV) 35S promoter, nopaline synthase gene promoter (Pnos), corn-derived ubiquitin promoter, rice-derived actin promoter, tobacco-derived PR protein promoter, and the like.
- tissue-specific promoter when a target gene is particularly desired to be expressed for a specific organ, a tissue-specific promoter can be used.
- a promoter of a flower stem-specific gene or a stem-specific gene it is possible to efficiently obtain the biomass increasing effect of the polynucleotide of the present invention.
- the enhancer include an enhancer region that is used to increase the expression efficiency of the target gene and includes an upstream sequence in the CaMV35S promoter.
- the terminator may be any sequence that can terminate the transcription of the gene transcribed by the promoter.
- the terminator of the nopaline synthase (NOS) gene the terminator of the octopine synthase (OCS) gene, the terminator of the CaMV 35S RNA gene, etc.
- the selection marker gene include ampicillin resistance gene, neomycin resistance gene, hygromycin resistance gene, bialaphos resistance gene, dihydrofolate reductase gene and the like.
- the selection marker gene may be prepared by ligating the same gene together with the target gene as described above to prepare a recombinant vector, or alternatively, a recombinant vector obtained by linking the selection marker gene to a plasmid, A recombinant vector obtained by linking to a target gene may be prepared separately.
- each vector is co-transfected (co-introduced) into the host. 3.
- Transformed plant and method for producing the same The transformed plant of the present invention can be produced by introducing the above-mentioned polynucleotide or fusion polynucleotide or recombinant vector (hereinafter collectively referred to as a target gene) into the target plant.
- gene introduction means that a target gene is introduced into a cell of the host plant in a form that can be expressed by, for example, a known genetic engineering technique.
- the gene introduced here may be incorporated into the genomic DNA of the host plant or may be present as it is contained in the foreign vector.
- methods for introducing the target gene into a plant various methods already reported and established can be used as appropriate. For example, Agrobacterium method, PEG-calcium phosphate method, electroporation method, liposome Method, particle gun method, microinjection method and the like.
- the Agrobacterium method there are a case where a protoplast is used, a case where a tissue piece is used, and a case where a plant body itself is used (in planta method).
- a method of co-culturing with Agrobacterium Agrobacterium tumefaciens or Agrobacterium rhizogenes, respectively
- Agrobacterium tumefaciens or Agrobacterium rhizogenes, respectively having Ti plasmid or Ri plasmid
- spheroplast method a method of fusing with spheroplastized Agrobacterium (spheroplast method)
- it can be carried out by a method of infecting a sterile cultured leaf piece (leaf disc) of a target plant or a callus (undifferentiated cultured cell).
- DNA is prepared from a transformed plant, PCR is performed by designing a target gene-specific primer. After PCR, the amplified product is subjected to agarose gel electrophoresis, polyacrylamide gel electrophoresis, capillary electrophoresis, etc., stained with ethidium bromide, SYBR Green solution, etc., and the amplified product is detected as a single band. By doing so, it can confirm that it transformed. Moreover, PCR can be performed using a primer previously labeled with a fluorescent dye or the like to detect an amplification product. Furthermore, the amplification product may be bound to a solid phase such as a microplate, and the amplification product may be confirmed by fluorescence or enzymatic reaction.
- the target gene introduced into the plant cell is expressed by extracting the protein from the plant cell, performing fractionation by two-dimensional electrophoresis, and detecting the protein band encoded by the target gene. That is, it may be confirmed that the plant has been transformed.
- various reporter genes such as beta glucuronidase (GUS), luciferase (LUC), Green fluorescein protein (GFP), chloramphenicol acetyltransferase (CAT), beta galactosidase (LacZ), etc. This can also be confirmed by preparing a vector linked to, transforming a plant in the same manner as described above using the Agrobacterium introduced with the vector, and measuring the expression of the reporter gene.
- the plant used for transformation in the present invention may be a monocotyledonous plant, a dicotyledonous plant, a short-day plant, or a long-day plant, but a short-day plant (for example, rice, corn, soybean, In the case of chrysanthemum, morning glory, cosmos, etc.), the pseudo-receptor domain (Pseudo-Receiver domain) and the CCT motif (CCT-motif), which are common motifs of the aforementioned pseudo-response regulator (Pseudo-Response-Regulator) genes of plants, are included.
- a short-day plant for example, rice, corn, soybean, In the case of chrysanthemum, morning glory, cosmos, etc.
- the pseudo-receptor domain Pseudo-Receiver domain
- CCT motif CCT motif
- a polynucleotide encoding a protein or a long-day plant eg, Arabidopsis, wheat, barley, spinach, poplar, etc.
- the polynucleotide and a polynucleotide encoding a transcription activation domain of at least one transcription factor are used. Transformation is carried out by introducing a fusion polynucleotide with an tide.
- plants used for transformation in the present invention include Brassicaceae (Arabidopsis, cabbage, rape, etc.), Gramineae (rice, corn, barley, wheat, switchgrass, sugarcane, sorghum, etc.), solanaceae (tomato, Eggplants, potatoes, tobacco, etc.), legumes (soybeans, peas, green beans, etc.), convolvulaceae (sweet potatoes, etc.), chrysanthemum (sunflowers, etc.), euphorbiaceae (catfish, Jatropha, etc.), roses (strawberry, etc.), willows Plants belonging to genus (poplar, etc.) can be mentioned, but are not limited to these plants, and can be used for all terrestrial plants including gymnosperms, ferns and mosses.
- plant materials to be transformed include plant organs such as stems, leaves, seeds, embryos, ovules, ovary, shoot apex, plant tissues such as cocoons and pollen, and sections thereof, undifferentiated calli Any of plant cultured cells such as proplasts obtained by treating them with an enzyme to remove the cell wall may be used.
- a transformed plant refers to an entire plant body, a plant organ (for example, leaves, petals, stems, roots, grains, seeds, etc.), a plant tissue (for example, epidermis, phloem, soft tissue, xylem, vascular bundle.
- plant cultured cells for example, callus
- plant cultured cells for example, callus
- an organ or an individual may be regenerated by a known tissue culture method.
- Such an operation can be easily performed by those skilled in the art by a method generally known as a method for regenerating plant cells from plant cells. Regeneration from plant cells to plants can be performed, for example, as follows.
- plant tissues or protoplasts are used as plant materials to be transformed, these are inorganic elements, vitamins, carbon sources, sugars as energy sources, plant growth regulators (auxin, cytokinin, gibberellin, abscisic acid,
- plant growth regulators auxin, cytokinin, gibberellin, abscisic acid
- the plant is cultured in a callus formation medium sterilized by adding plant hormones such as ethylene and brassinosteroid, etc. to form dedifferentiated callus that grows indefinitely (hereinafter referred to as “callus induction”).
- the callus thus formed is transferred to a new medium containing a plant growth regulator such as auxin, and further grown (subcultured).
- redifferentiation induction When callus induction is performed in a solid medium such as agar and subculture is performed in, for example, liquid culture, each culture can be performed efficiently and in large quantities. Next, callus grown by the above subculture is cultured under appropriate conditions to induce organ redifferentiation (hereinafter referred to as “redifferentiation induction”), and finally regenerates a complete plant body. .
- Redifferentiation induction can be performed by appropriately setting the type and amount of various components such as plant growth regulators such as auxin and carbon sources, light, temperature, etc. in the medium. By such redifferentiation induction, somatic embryos, adventitious roots, adventitious shoots, adventitious foliage, etc. are formed and further grown into complete plants.
- the transformed plant of the present invention is a progeny plant obtained by sexual reproduction or asexual reproduction of a plant into which the gene is introduced (including a plant regenerated from a transformed cell or a callus), and its It also includes a part of tissues and organs of progeny plants (seed, protoplasts, etc.).
- the transformed plant of the present invention can be mass-produced by obtaining propagation materials such as seeds and protoplasts from the plant body transformed by introducing the target gene, and cultivating or culturing them.
- biomass refers to the amount of a plant or part thereof existing in an arbitrary space at a certain point in time, and a substance, food, material, fuel, resource derived from the plant or part thereof. It is used in the meaning including Specifically, the increase in biomass can be as follows: rhizomes (rhizome, bulbs, tubers, bulbs), ground stems, flower stems, vine enlargement, seed enlargement, stem length / plant height, stem height, promotion of panicle height, leaves, etc. An increase in the source organ. Moreover, the transformed plant obtained as mentioned above also has environmental stress tolerance.
- Environmental stress generally means abiotic stress, such as drought stress, low temperature stress, high salt concentration stress, and the like.
- “Dry” means a state deficient in water
- “low temperature” means a state exposed to a temperature lower than the optimum temperature of each species (for example, a temperature of ⁇ 20 to + 21 ° C. in the case of Arabidopsis thaliana).
- the term “high salt concentration” means a state in which NaCl at a concentration of 50 mM to 600 mM is continuously treated for 0.5 hours to several weeks. These environmental stresses may be loaded with one type or a plurality of types.
- pBS-35S Preparation of pBS-35S :: PRR9-FLAG, pBS-35S :: PRR7-FLAG, pBS-35S :: PRR5-FLAG and assay of transcriptional activation ability
- Arabidopsis PRR9 (TAIR locus: At2g46790, SEQ ID NO: 9), PRR7 (TAIR locus: At5g02810, SEQ ID NO: 7), or PRR5 (TAIR loc us: At5g24479, SEQ ID NO: 5) and a FLAG peptide (Asp-Tyr-Lys-Asp-Asp-Asp-Asp-Lys: SEQ ID NO: 22) ligated in tandem to express a fusion protein (pBS-35S) :: PRR9-FLAG, pBS-35S :: PRR7-FLAG, pBS-35S :: PRR5-FLAG) were constructed as follows.
- RNA and cDNA were prepared therefrom. Extraction of RNA from the plant was performed with RNeasy Plant Minikit (Qiagen). Synthesis of cDNA by reverse transcription reaction was performed using SuperScript II (manufactured by Invitrogen) with oligo dT20 as a primer.
- PRR5 cDNA was amplified by PCR reaction with primers (5'-ACACTCTAGAATGATAGTAGTAGCGAGGAAGTAG-3 ': SEQ ID NO: 23, 5'-GTTGGATCCTCTGGAGCTTGTGTGGATGTG-3': SEQ ID NO: 24).
- the PCR reaction was performed using Prime Star enzyme at 35 ° C. for 2 minutes, followed by 35 cycles of 94 ° C., 15 seconds, 55 ° C., 20 seconds, 72 ° C. and 2 minutes as one cycle.
- the amplified PRR5 cDNA fragment was treated with restriction enzymes Xba I (Takara) and BamHI (Takara) for 5 hours at 37 ° C.
- PBS-35S :: FLAG was similarly treated with Xba I and BamH I.
- the restriction enzyme-treated PRR5 cDNA and pBS-35S :: FLAG were ligated by ligation reaction and transformed into E. coli DH5 ⁇ (manufactured by Takara), and a vector (pBS-35S :: PRR5-FLAG) was recovered from the transformant.
- pBS-35S :: PRR7-FLAG and pBS-35S :: PRR9-FLAG were prepared.
- the mRNA used for the cloning is Arabidopsis thaliana after dawn, and the PRR7 cDNA is a primer (5′-CTTATTCTAGAAATGAATGCTATATGAGGAGGGG-3 ′: SEQ ID NO: 25, 5′-GATCTCCATGGTCTATCCTCAATGTTTTTTTGTTC-3 ′): SEQ ID NO: 26 , PRR9 cDNA was amplified by PCR using primers (5′-CAAATCTAGAAATGGGGGAATTGTGG-3 ′: SEQ ID NO: 27, 5′-GAAGTCCATGGTTGATTTGTAGACGCGTCTG-3 ′: SEQ ID NO: 28).
- the amplified PRR7 cDNA and PRR9 cDNA fragment were treated with restriction enzymes Xba I (manufactured by Takara) and Nco I (manufactured by Takara) at 37 ° C. for 5 hours.
- PBS-35S :: FLAG was similarly treated with Xba I and Nco I.
- the restriction enzyme-treated PRR9 cDNA or PRR7 cDNA and pBS-35S :: FLAG were ligated by ligation reaction, transformed into E. coli DH5 ⁇ (manufactured by Takara), and a vector (pBS-35S :: PRR9-FLAG, pBS- 35S :: PRR7-FLAG) was recovered.
- Luciferase activity and Renilla Luciferase activity were measured according to the method of Yamaguchi et al. [The Plant Journal, 55: 652 (2008)] at a specific time 12 hours after introduction (2 hours after the light period), and Luciferase activity. / Renilla Luciferase activity (Control experimental value is 1) was evaluated as CCA1 promoter activity. As a result, it was found that the introduction of PRR9-FLAG, PRR7-FLAG, and PRR5-FLAG protein suppresses the CCA1 promoter more than when FLAG protein was introduced (Control) (FIG. 2). In addition, since the PRR9, PRR7, and PRR5 proteins physically interact with the CCA1 promoter in the plant (The Plant Cell vol. 22, 594-605, 2010), the PRR9, PRR7, and PRR5 proteins correspond to the CCA1 promoter. It is thought that it functions as a transcriptional repressor.
- pBS-35S Biosci Biotechnol Biochem 68 (9): 1966 (2004)
- PRR5 TAIR locus: At5g24479, SEQ ID NO: 5
- transcription activation domain VP16 GeneBank: ACM62271
- SEQ ID NO: 11 Nucleotide sequence encoded by the amino acid sequence (SEQ ID NO: 11)
- the cDNA of VP16 was obtained by using primer VP16 (manufactured by Clontech) as a template, primer A (5′-GTTTACCATGGGTGAAAGTCGCCCCCCCCG-3 ′: SEQ ID NO: 29 and 5′-CTTTAAGCTTCGGGAATTCCCCACCGTACTCGTCC-3CTCCTGCTCCTGCT -3 ′: SEQ ID NO: 31 and 5′-CGAGAAAGCCGCCGCCTTACGGGAATTCCCCACCGTACTCGTC-3 ′: SEQ ID NO: 32).
- the former cDNA of VP16 is called VP16-1 for convenience and the latter is called VP16-2.
- the reaction was carried out using Prime Star enzyme (manufactured by Takara) at 94 ° C for 2 minutes, followed by 35 cycles of 94 ° C, 15 seconds, 55 ° C, 20 seconds, 72 ° C, 30 seconds. went.
- the amplified VP16-1 was treated with restriction enzymes Nco I (manufactured by Takara) and Hind III (manufactured by Takara), and VP16-2 was treated with Hind III and Not I (manufactured by Takara) at 37 ° C. for 5 hours. Further, pBS-35S was treated with Nco I and Not I at 37 ° C. for 5 hours.
- Restriction enzyme-treated VP16-1, VP16-2, and pBS-35S were ligated by a ligation reaction.
- Ligation High ver2 (manufactured by Takara) was used for the ligation reaction, and the conditions were in accordance with the attached document.
- the ligated DNA solution was transformed into E. coli DH5 ⁇ by the heat shock method. Selection of transformed DH5 ⁇ was performed on Luria-Bertani agar medium containing ampicillin (50 ⁇ g / mL).
- the obtained transformant was cultured in a Luria-Bertani liquid medium containing ampicillin (50 ⁇ g / mL), and a vector (this vector was designated as “pBS-35S :: VP32”) was recovered therefrom. Since the expression peak of PRR5 gene reaches 6 hours after dawn, Arabidopsis thaliana was frozen and sampled from that time, and mRNA and cDNA were prepared therefrom. RNA was extracted from the plant by RNeasy Plant Minikit (Qiagen). Synthesis of cDNA by reverse transcription reaction was performed using SuperScript II (manufactured by Invitrogen) with oligo dT20 as a primer.
- PRR5 cDNA was amplified by PCR reaction with primers (5'-ACACTCTAGAATGATAGTAGTAGCGAGGAAGTAG-3 ': SEQ ID NO: 23, 5'-GTTGGATCCTCTGGAGCTTGTGTGGATGTG-3': SEQ ID NO: 24).
- the PCR reaction was performed using Prime Star enzyme at 35 ° C. for 2 minutes, followed by 35 cycles of 94 ° C., 15 seconds, 55 ° C., 20 seconds, 72 ° C. and 2 minutes as one cycle.
- the amplified PRR5 cDNA fragment was treated with restriction enzymes Xba I (Takara) and BamHI (Takara) for 5 hours at 37 ° C.
- PBS-35S :: VP32 was treated in the same manner with Xba I and BamHI.
- PRR5 cDNA treated with restriction enzyme and pBS-35S :: VP32 were ligated by ligation reaction, transformed into E. coli DH5 ⁇ (manufactured by Takara), and a vector (pBS-35S :: PRR5-VP32, FIG. 3) was obtained from the transformant. It was collected.
- PRR5-VP32 protein controls the CCA1 promoter using a transient expression system in Arabidopsis.
- pBS-35S PRR5-VP32 vector (effector vector) and a vector CCA1min-35S :: LUC that expresses Luciferase gene under the control of CCA1 promoter [reporter vector: -406 nt to -299 nt of CCA1 promoter (0 nt is the translation start point) ) Is amplified using the primer 5'-ACGCCAAGCTAAGCTTCTAGTATGTTGACATATGCC-3 '(SEQ ID NO: 35), 5'-GAAGGGTCTTGCGATATCGCTACGGGAAATGGAGAAATC-3' (SEQ ID NO: 36) to obtain CCA1min, and CCA1min is obtained by using the Infusion reaction.
- the vector 35S was mixed with 0.8 ⁇ g of each, coated onto 1 ⁇ M diameter gold particles, and the particle bombardment (GE (Healthcare) was transiently introduced into Arabidopsis thaliana grown for 12 hours light (white light): 12 hours dark after germination. Luciferase activity and Renilla Luciferase activity were measured according to the method of Yamaguchi et al. [The Plant Journal, 55: 652 (2008)] at a specific time 12 hours after introduction (2 hours after the light period), and Luciferase activity.
- PRR9 was amplified by PCR using primers (5′-CACCCATGGGGGAATTTGTGGTTTTAAG-3 ′: SEQ ID NO: 37, (5′-TGATTTTGTAGACCGTCTG-3 ′: SEQ ID NO: 38), and TOPO cloned into pENTR-DTOPO vector (manufactured by Invitrogen). (Vector name: pENTR-DTOPO-PRR9).
- PRR7 was amplified by a PCR reaction using a primer (5′-CACCATGAATGCTAATAGAGGAGGG-3 ′: SEQ ID NO: 39, 5′-GCTATCCTCAATGTTTTTTATGTC-3 ′: SEQ ID NO: 40) and cloned into pENTR-DTOPO (vector name: pENTR-DTOPO) -PRR7).
- PRR3 was amplified by a PCR reaction using a primer (5′-CACCCATGTTTTAATAAACATTGAAACTGGGTGATG-3 ′: SEQ ID NO: 41, 5′-ATTGTTCTCACTTCCTGATTTAGATC-3 ′: SEQ ID NO: 42) and cloned into pENTR-DTOPO (vector name: pENTR-DTOPO) DTOPO-PRR3).
- TOC1 was PCR amplified using a primer (5′-CACCCATGGATTGAACGGTGGATG-3 ′: SEQ ID NO: 43, 5′-AGTTCCCAAAGCATCATCC-3 ′: SEQ ID NO: 44) and cloned into pENTR-DTOPO (vector name: pENTR-DTOPO-TOC1 ).
- pENTR-DTOPO-TOC1 vector name: pENTR-DTOPO-TOC1
- the vector portion pBS-35S :: VP32 was removed with T4 polymerase (manufactured by Takara). Smoothed.
- a Reading Frame Cassette B DNA fragment was introduced into the blunt ends by a ligation reaction using Gateway Vector Conversion System (pBS-35S :: VP32-GW).
- Gateway Vector Conversion System pBS-35S :: VP32-GW.
- LR reaction kit manufactured by Invitrogen
- each PRR gene sequence was cloned from pENTR-DTOPO-PRR prepared above into pBS-35S :: VP32-GW (pBS-35S :: PRR-VP32).
- PRR9-VP32, PRR7-VP32, and TOC1-VP32 could activate the CCA1 promoter by transient overexpression (FIG. 4).
- PRR5-VP32 vector DNA was treated with Xba I and Not I at 37 ° C. for 5 hours and electrophoresed in an agarose gel.
- the PRR5-VP32 fragment in the gel was visualized under UV light by EtBr staining, and the gel containing the fragment was excised with a razor.
- DNA was purified from the gel using NucleoSpin (Machery-Nagel). The PRR5-VP32 fragment was transferred to the binary vector pSK1 [DNA Res.
- the synthesis of cDNA by reverse transcription reaction was performed by SuperScript II. Quantitative PCR was performed using SYBR Green Extaq II (manufactured by Takara) as a reaction mixture, and using primers (5′-CTTCATCTCTCTAGTGCC-3 ′: SEQ ID NO: 33 and 5′-GTCGTTTCTTCTTGGAGC-3 ′: SEQ ID NO: 34).
- ABI PRISM 7000 sequence detection system (manufactured by ABI) was used for detection and quantification of PCR products.
- the selected PRR5-VP32-expressing recombinants were self-pollinated to further select plants having homologous recombinant DNA sites. Selection was performed using as an index plants growing on Murashige-Skoog agar medium containing 25 ⁇ g / mL hygromycin.
- PRR5-VP32-expressing Arabidopsis thaliana biomass 35S : PRR5-VP32 homozygously transformed into homologous chromosomes, prr9 prr7 prr5 triple mutant, and wild strain diluted by 1/2 under 16 hr light / 8 hr dark conditions MGRL hydroponic solution [Plant Physiol. , 99: 263, (1992)].
- the flower bud formation time of the 35S :: PRR5-VP32 expressing body was slightly delayed from that of the wild type, and the number of leaves at the time of flower bud formation was increased, but was not as high as that of the prr9 prr7 prr5 triple mutant (FIG. 5).
- the area of leaves of the PRR5-VP32 expressing plant was that of the wild type. Compared to 1.7 to 1.8 times (Fig. 7). Further, when the flower stalk is about 20 cm, the bud from the nearest bud on the ground to the second bud is cut with a razor and immersed in a staining solution (0.5% Alcian blue, 1.0% safranin) for 5 minutes. After decolorization with water, the cross section was observed under a microscope (FIG. 8).
- the cross-sectional area of the flower stalk of the PRR5-VP32-expressing plant was increased by 4 times or more compared to that of the wild type.
- the cause is suggested to be an increase in the number of cells that make flower stems, and an increase in the shoot apical meristem that makes flower stems themselves. Note that these phenotypes were similarly observed in independent transformants (lines with different recombinant DNA sites on the chromosome).
- PRR5-FLAG prepared in Example 1 as a template
- primers (5'-AGAAGTCGAACTCTAGATGACTAGTAGTAGGAGGAGAG-3 ': SEQ ID NO: 45) and (5'-TCGAGCTCGGTACCCTTACTGTTCGTCCTTGTCTGTCTCTGCTCTTGTCTTCG
- the PRR5-FLAG sequence was amplified by PCR reaction using Prime Star enzyme, and pACT vector (Hirose et al., Plant Cell Physiol., Vol. 48, 523-539, in Infusion reaction (manufactured by Takara)).
- the pACT :: PRR5-FLAG vector was transformed into Agrobacterium EHA105.
- the transformed Agrobacterium was infected with rice callus by Agrobacterium method. 100-120 ripe seeds from which the cocoons had been removed were immersed in a sterilization solution containing sodium hypochlorite and stirred gently for 30 minutes to sterilize. Seeds thoroughly washed with sterilized water were aseptically placed on callus induction medium (N6D medium: Hirose et al., Plant Cell Physiol., Vol. 48, 523-539, 2007) at 10 seeds / Petri dish at 28 ° C.
- N6D medium Hirose et al., Plant Cell Physiol., Vol. 48, 523-539, 2007
- PRR5-expressing rice biomass Shoots introduced with pACT-PRR5-FLAG or pACT are replanted to soil (1 g / 1 individual without red fertilizer or slow fertilizer) at the same time, and then short-day conditions (December) To March), 30 ° C., 12 hours light / 25 ° C., 12 hours in a dark greenhouse. The light was a mixture of sunlight and electric light.
- Rice introduced with pACT-PRR5-FLAG showed a trait with a higher number of stems and higher height than rice introduced with pACT (FIG. 12). In short, biomass was increasing. This phenotype was similarly observed in independent transformants (lines with different recombinant DNA sites on the chromosome). All publications, patents and patent applications cited herein are incorporated herein by reference in their entirety.
- a transformed plant having an increased biomass and improved environmental stress tolerance can be obtained.
- the increase in plant biomass leads to an increase in biofuel production, and the provision of environmental stress tolerance enables plant growth in harsh environments (dry, low temperature, high salt, etc.).
- the transformant of the present invention can be easily and easily produced without performing a complicated process for preparing multiple mutants of the PRR gene group.
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Abstract
本発明は、疑似レスポンスレギュレータ(PRR)遺伝子群の欠損とは異なるアプローチでPRR遺伝子群の発現制御を行ない、有用形質を付与した形質転換植物を提供することを課題とする。 本発明によれば、植物の疑似レスポンスレギュレータ(Pseudo-Response-Regulator)遺伝子の共通モチーフである擬似レシーバードメイン(Pseudo-Receiver domain)およびCCTモチーフ(CCT-motif)を含むタンパク質をコードするポリヌクレオチド、あるいは、該ポリヌクレオチドと少なくとも1種の転写因子の転写活性化ドメインをコードするポリヌクレオチドとの融合ポリヌクレオチド、または該ポリヌクレオチド若しくは融合ポリヌクレオチドを含む組み換えベクターを導入したことを特徴とする、形質転換植物が提供される。
Description
本発明は、植物一個体あたりのバイオマスが増大し、かつ環境ストレスに対する耐性が向上した形質転換植物、およびその作出方法に関する。
シロイヌナズナの概日時計システムは、バイオマスの増大や開花時期の決定、環境ストレス応答に関わることが示唆されている(非特許文献1)。植物の時計関連遺伝子については、シロイヌナズナを用いた研究で、CIRCADIAN CLOCK ASSOCIATED1(CCA1)、LATE ELONGATED HYPOCOTYL(LHY)、TIMING OF CAB EXPRESSION1(TOC1)という3つの遺伝子が発見され、植物の概日リズムの機構は、これらの複数の遺伝子の転写フィードバックループに基づいていることが明らかとなっている。このうちTOC1遺伝子は、疑似レスポンスレギュレータ(Pseudo−Response−Regulator)遺伝子の1つである。シロイヌナズナでは現在、TOC1(PRR1)を含め、PRR3、PRR5、PRR7、PRR9の計5つが疑似レスポンスレギュレータ(Pseudo−Response−Regulator)遺伝子として同定されており、PRR9、PRR7、PRR5、PRR3、PRR1(TOC1)の順に、夜明けとともに位相段階的に夕方にかけて発現量が上昇・減衰していく。
本発明者らは、シロイヌナズナのprr9 prr7 prr5三重変異株(d975変異株)に注目して研究を行ってきた。これまでの研究より、d975変異株は、概日時計システムの崩壊に加えて(非特許文献2)、産業上有用な形質、例えば花茎の伸長(非特許文献3)、開花の遅延(非特許文献2)、低温や乾燥に対してより強い耐性(非特許文献4)を示すことがわかった。しかし、3つのPRR遺伝子群は、互いに機能を補完しあうので、単一変異株では目立った形質は示さない(非特許文献2)。また、3つのPRR遺伝子群の欠損をターゲットにした有用形質の付与は、多重変異体の作成という困難を伴う。さらにPRR9、PRR7、PRR5タンパク質の生化学的な機能は未知であるため、低分子化合物などによるPRRタンパク質群の機能抑制も、手法としては現実的ではない。
一方、低温や乾燥耐性を付与できる技術として、シロイヌナズナの乾燥ストレス応答性プロモーターの支配下でDREB1A遺伝子あるいは類似の遺伝子群の発現を誘導する方法が挙げられる(特許文献1および非特許文献5)。この方法は、ストレス耐性の付与としては充分であるが、バイオマスの増大については述べられていない。
バイオマスの増大は、時計関連遺伝子のGIGANTEAの変異体(gi)によって観察されるが(非特許文献6)、この変異体は低温ストレスにより感受性であるため(非特許文献7)、この遺伝子の機能欠損をターゲットとした方法では、バイオマスの増大かつ環境ストレスへ耐性を持つ植物は作成できない。
また時計関連遺伝子のCIRCADIAN CLOCK ASSOCIATED 1(CCA1)とLATE ELONGATED HYPOCOTYL(LHY)の若干の発現低下がバイオマスの増大と相関があるとされるが(非特許文献8)、CCA1とLHY遺伝子の完全な発現抑制株(cca1 lhy二重変異体)は逆にバイオマスが低下しており(非特許文献9)、これらの遺伝子をターゲットとしたバイオマスの増大は難しいと考えられる。
また長日性植物と短日性植物の生物時計はほぼ同じながらも(非特許文献10)、それを利用した季節応答性は異なることが知られており(非特許文献11)、長日性植物シロイヌナズナの時計遺伝子の改変を用いた有用形質の付与が、短日性植物にどの程度有効かは不明である。
特開2000−116260号公報
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Murakami M,Tago Y,Yamashino T,Mizuno T.2007 Comparative overviews of clock−associated genes of Arabidopsis thaliana and Oryza sativa.Plant Cell Physiol.48(1):110−121
Hayama R,Yokoi S,Tamaki S,Yano M,Shimamoto K.2003 Adaptation of photoperiodic control pathways produces short−day flowering in rice.Nature.422(6933):719−722
本発明者らは、シロイヌナズナのprr9 prr7 prr5三重変異株(d975変異株)に注目して研究を行ってきた。これまでの研究より、d975変異株は、概日時計システムの崩壊に加えて(非特許文献2)、産業上有用な形質、例えば花茎の伸長(非特許文献3)、開花の遅延(非特許文献2)、低温や乾燥に対してより強い耐性(非特許文献4)を示すことがわかった。しかし、3つのPRR遺伝子群は、互いに機能を補完しあうので、単一変異株では目立った形質は示さない(非特許文献2)。また、3つのPRR遺伝子群の欠損をターゲットにした有用形質の付与は、多重変異体の作成という困難を伴う。さらにPRR9、PRR7、PRR5タンパク質の生化学的な機能は未知であるため、低分子化合物などによるPRRタンパク質群の機能抑制も、手法としては現実的ではない。
一方、低温や乾燥耐性を付与できる技術として、シロイヌナズナの乾燥ストレス応答性プロモーターの支配下でDREB1A遺伝子あるいは類似の遺伝子群の発現を誘導する方法が挙げられる(特許文献1および非特許文献5)。この方法は、ストレス耐性の付与としては充分であるが、バイオマスの増大については述べられていない。
バイオマスの増大は、時計関連遺伝子のGIGANTEAの変異体(gi)によって観察されるが(非特許文献6)、この変異体は低温ストレスにより感受性であるため(非特許文献7)、この遺伝子の機能欠損をターゲットとした方法では、バイオマスの増大かつ環境ストレスへ耐性を持つ植物は作成できない。
また時計関連遺伝子のCIRCADIAN CLOCK ASSOCIATED 1(CCA1)とLATE ELONGATED HYPOCOTYL(LHY)の若干の発現低下がバイオマスの増大と相関があるとされるが(非特許文献8)、CCA1とLHY遺伝子の完全な発現抑制株(cca1 lhy二重変異体)は逆にバイオマスが低下しており(非特許文献9)、これらの遺伝子をターゲットとしたバイオマスの増大は難しいと考えられる。
また長日性植物と短日性植物の生物時計はほぼ同じながらも(非特許文献10)、それを利用した季節応答性は異なることが知られており(非特許文献11)、長日性植物シロイヌナズナの時計遺伝子の改変を用いた有用形質の付与が、短日性植物にどの程度有効かは不明である。
従って、本発明の課題は、疑似レスポンスレギュレータ(PRR)遺伝子群の欠損とは異なるアプローチでPRR遺伝子群の機能制御を行ない、有用形質を付与した形質転換植物を提供することにある。
本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、植物の概日時計システムに関与する疑似レスポンスレギュレータ(PRR)と、転写因子の転写活性化ドメインの融合タンパク質を長日性植物のシロイヌナズナで強制発現させることにより、バイオマスの増大と環境ストレス耐性の向上が同時に達成できることを見出した。また、短日性植物のイネでは、疑似レスポンスレギュレータ(PRR)のみを強制発現させることにより、バイオマスの増大と環境ストレス耐性の向上が得られることを見出した。本発明はかかる知見により完成されたものである。
即ち、本発明は以下の発明を包含する。
(1) 植物の疑似レスポンスレギュレータ(Pseudo−Response−Regulator)遺伝子の共通モチーフである擬似レシーバードメイン(Pseudo−Receiver domain)およびCCTモチーフ(CCT−motif)を含むタンパク質をコードするポリヌクレオチドと、少なくとも1種の転写因子の転写活性化ドメインをコードするポリヌクレオチドとの融合ポリヌクレオチド、または該融合ポリヌクレオチドを含む組み換えベクターを導入したことを特徴とする、形質転換植物。
(2) 植物の疑似レスポンスレギュレータ(Pseudo−Response−Regulator)遺伝子の共通モチーフである擬似レシーバードメイン(Pseudo−Receiver domain)およびCCTモチーフ(CCT−motif)を含むタンパク質をコードするポリヌクレオチドが、以下の(a)~(c)のいずれかのポリヌクレオチドである、(1)に記載の形質転換植物。
(a) 配列番号1、3、5、7、又は9に示す塩基配列からなるポリヌクレオチド
(b) 配列番号1、3、5、7、又は9に示す塩基配列と相補的な塩基配列からなるポリヌクレオチドとストリンジェントな条件下でハイブリダイズし、かつCCA1(circadian clock−associated 1)遺伝子またはLHY(late elongated hypocotyl)遺伝子の転写抑制活性を有するタンパク質をコードするポリヌクレオチド
(c) 配列番号1、3、5、7、又は9に示す塩基配列に対して70%以上の相同性を有する塩基配列からなり、かつCCA1(circadian clock−associated 1)遺伝子またはLHY(late elongated hypocotyl)遺伝子の転写抑制活性を有するタンパク質をコードするポリヌクレオチド
(3) 植物の疑似レスポンスレギュレータ(Pseudo−Response−Regulator)遺伝子の共通モチーフである擬似レシーバードメイン(Pseudo−Receiver domain)およびCCTモチーフ(CCT−motif)を含むタンパク質をコードするポリヌクレオチドが、以下の(d)~(f)のいずれかのタンパク質をコードするポリヌクレオチドである、(1)に記載の形質転換植物。
(d) 配列番号2、4、6、8、又は10に示すアミノ酸配列からなるタンパク質
(e) 配列番号2、4、6、8、又は10に示すアミノ酸配列において1若しくは数個のアミノ酸が欠失、置換若しくは付加されたアミノ酸配列からなり、かつCCA1(circadian clock−associated 1)遺伝子またはLHY(late elongated hypocotyl)遺伝子の転写抑制活性を有するタンパク質
(f) 配列番号2、4、6、8、又は10に示すアミノ酸配列に対して70%以上の相同性を有するアミノ酸配列からなり、かつCCA1(circadian clock−associated 1)遺伝子またはLHY(late elongated hypocotyl)遺伝子の転写抑制活性を有するタンパク質
(4) 転写因子の転写活性化ドメインをコードするポリヌクレオチドが、以下の(g)~(i)のいずれかのポリヌクレオチドである、(1)~(3)のいずれかに記載の形質転換植物。
(g) 配列番号11に示す塩基配列からなるからなるポリヌクレオチド
(h) 配列番号11に示す塩基配列と相補的な塩基配列からなるポリヌクレオチドとストリンジェントな条件下でハイブリダイズし、かつPRRポリヌクレオチドに融合させることによりCCA1(circadian clock−associated 1)遺伝子またはLHY(late elongated hypocotyl)遺伝子の転写抑制解除活性を有するタンパク質をコードするポリヌクレオチド
(i) 配列番号11に示す塩基配列に対して70%以上の相同性を有する塩基配列からなり、かつPRRポリヌクレオチドに融合させることによりCCA1(circadian clock−associated 1)遺伝子またはLHY(late elongated hypocotyl)遺伝子の転写抑制解除活性を有するタンパク質をコードするポリヌクレオチド
(5) 植物が長日性植物である、(1)~(4)のいずれかに記載の形質転換植物。
(6) 植物の疑似レスポンスレギュレータ(Pseudo−Response−Regulator)遺伝子の共通モチーフである擬似レシーバードメイン(Pseudo−Receiver domain)およびCCTモチーフ(CCT−motif)を含むタンパク質をコードするポリヌクレオチド、または該ポリヌクレオチドを含む組み換えベクターを導入したことを特徴とする、形質転換植物。
(7) 植物の疑似レスポンスレギュレータ(Pseudo−Response−Regulator)遺伝子の共通モチーフである擬似レシーバードメイン(Pseudo−Receiver domain)およびCCTモチーフ(CCT−motif)を含むタンパク質をコードするポリヌクレオチドが、以下の(a)~(c)のいずれかのポリヌクレオチドである、(6)に記載の形質転換植物。
(a) 配列番号1、3、5、7、又は9に示す塩基配列からなるポリヌクレオチド
(b) 配列番号1、3、5、7、又は9に示す塩基配列と相補的な塩基配列からなるポリヌクレオチドとストリンジェントな条件下でハイブリダイズし、かつCCA1(circadian clock−associated 1)遺伝子またはLHY(late elongated hypocotyl)遺伝子の転写抑制活性を有するタンパク質をコードするポリヌクレオチド
(c) 配列番号1、3、5、7、又は9に示す塩基配列に対して70%以上の相同性を有する塩基配列からなり、かつCCA1(circadian clock−associated 1)遺伝子またはLHY(late elongated hypocotyl)遺伝子の転写抑制活性を有するタンパク質をコードするポリヌクレオチド
(8) 植物の疑似レスポンスレギュレータ(Pseudo−Response−Regulator)遺伝子の共通モチーフである擬似レシーバードメイン(Pseudo−Receiver domain)およびCCTモチーフ(CCT−motif)を含むタンパク質をコードするポリヌクレオチドが、以下の(d)~(f)のいずれかのタンパク質をコードするポリヌクレオチドである、(6)に記載の形質転換植物。
(d) 配列番号2、4、6、8、又は10に示すアミノ酸配列からなるタンパク質
(e) 配列番号2、4、6、8、又は10に示すアミノ酸配列において1若しくは数個のアミノ酸が欠失、置換若しくは付加されたアミノ酸配列からなり、かつCCA1(circadian clock−associated 1)遺伝子またはLHY(late elongated hypocotyl)遺伝子の転写抑制活性を有するタンパク質
(f) 配列番号2、4、6、8、又は10に示すアミノ酸配列に対して70%以上の相同性を有するアミノ酸配列からなり、かつCCA1(circadian clock−associated 1)遺伝子またはLHY(late elongated hypocotyl)遺伝子の転写抑制活性を有するタンパク質
(9) 植物が短日性植物である、(6)~(8)のいずれかに記載の形質転換植物。
(10) バイオマスが増量した、(1)~(9)のいずれかに記載の形質転換植物。
(11) 環境ストレス耐性が付与された、(1)~(9)のいずれかに記載の形質転換植物。
(12) 環境ストレスが、乾燥ストレス、低温ストレス、及び塩ストレスから成る群から選択される少なくとも1種以上である、(11)に記載の形質転換植物。
(13) 植物の疑似レスポンスレギュレータ(Pseudo−Response−Regulator)遺伝子の共通モチーフである擬似レシーバードメイン(Pseudo−Receiver domain)およびCCTモチーフ(CCT−motif)を含むタンパク質をコードするポリヌクレオチドと、少なくとも1種の転写因子の転写活性化ドメインをコードするポリヌクレオチドとの融合ポリヌクレオチド、または該融合ポリヌクレオチドを含む組み換えベクターを植物細胞に導入し、該植物細胞から植物体を再生することを特徴とする、形質転換植物の作出方法。
(14) 植物の疑似レスポンスレギュレータ(Pseudo−Response−Regulator)遺伝子の共通モチーフである擬似レシーバードメイン(Pseudo−Receiver domain)およびCCTモチーフ(CCT−motif)を含むタンパク質をコードするポリヌクレオチドが、以下の(a)~(c)のいずれかのポリヌクレオチドである、(13)に記載の方法。
(a) 配列番号1、3、5、7、又は9に示す塩基配列からなるポリヌクレオチド
(b) 配列番号1、3、5、7、又は9に示す塩基配列と相補的な塩基配列からなるポリヌクレオチドとストリンジェントな条件下でハイブリダイズし、かつCCA1(circadian clock−associated 1)遺伝子またはLHY(late elongated hypocotyl)遺伝子の転写抑制活性を有するタンパク質をコードするポリヌクレオチド
(c) 配列番号1、3、5、7、又は9に示す塩基配列に対して70%以上の相同性を有する塩基配列からなり、かつCCA1(circadian clock−associated 1)遺伝子またはLHY(late elongated hypocotyl)遺伝子の転写抑制活性を有するタンパク質をコードするポリヌクレオチド
(15) 植物の疑似レスポンスレギュレータ(Pseudo−Response−Regulator)遺伝子の共通モチーフである擬似レシーバードメイン(Pseudo−Receiver domain)およびCCTモチーフ(CCT−motif)を含むタンパク質をコードするポリヌクレオチドが、以下の(d)~(f)のいずれかのタンパク質をコードするポリヌクレオチドである、(13)に記載の方法。
(d) 配列番号2、4、6、8、又は10に示すアミノ酸配列からなるタンパク質
(e) 配列番号2、4、6、8、又は10に示すアミノ酸配列において1若しくは数個のアミノ酸が欠失、置換若しくは付加されたアミノ酸配列からなり、かつCCA1(circadian clock−associated 1)遺伝子またはLHY(late elongated hypocotyl)遺伝子の転写抑制活性を有するタンパク質
(f) 配列番号2、4、6、8、又は10に示すアミノ酸配列に対して70%以上の相同性を有するアミノ酸配列からなり、かつCCA1(circadian clock−associated 1)遺伝子またはLHY(late elongated hypocotyl)遺伝子の転写抑制活性を有するタンパク質
(16) 転写因子の転写活性化ドメインをコードするポリヌクレオチドが、以下の(g)~(i)のいずれかのポリヌクレオチドである、(13)~(15)のいずれかに記載の方法。
(g) 配列番号11に示す塩基配列からなるからなるポリヌクレオチド
(h) 配列番号11に示す塩基配列と相補的な塩基配列からなるポリヌクレオチドとストリンジェントな条件下でハイブリダイズし、かつPRRポリヌクレオチドに融合させることによりCCA1(circadian clock−associated 1)遺伝子またはLHY(late elongated hypocotyl)遺伝子の転写抑制解除活性を有するタンパク質をコードするポリヌクレオチド
(i) 配列番号11に示す塩基配列に対して70%以上の相同性を有する塩基配列からなり、かつPRRポリヌクレオチドに融合させることによりCCA1(circadian clock−associated 1)遺伝子またはLHY(late elongated hypocotyl)遺伝子の転写抑制解除活性を有するタンパク質をコードするポリヌクレオチド
(17) 植物が長日性植物である、(13)~(16)のいずれかに記載の方法。
(18) 植物の疑似レスポンスレギュレータ(Pseudo−Response−Regulator)遺伝子の共通モチーフである擬似レシーバードメイン(Pseudo−Receiver domain)およびCCTモチーフ(CCT−motif)を含むタンパク質をコードするポリヌクレオチド、または該ポリヌクレオチドを含む組み換えベクターを植物細胞に導入し、該植物細胞から植物体を再生することを特徴とする、形質転換植物の作出方法。
(19) 植物の疑似レスポンスレギュレータ(Pseudo−Response−Regulator)遺伝子の共通モチーフである擬似レシーバードメイン(Pseudo−Receiver domain)およびCCTモチーフ(CCT−motif)を含むタンパク質をコードするポリヌクレオチドが、以下の(a)~(c)のいずれかのポリヌクレオチドである、(18)に記載の方法。
(a) 配列番号1、3、5、7、又は9に示す塩基配列からなるポリヌクレオチド
(b) 配列番号1、3、5、7、又は9に示す塩基配列と相補的な塩基配列からなるポリヌクレオチドとストリンジェントな条件下でハイブリダイズし、かつCCA1(circadian clock−associated 1)遺伝子またはLHY(late elongated hypocotyl)遺伝子の転写抑制活性を有するタンパク質をコードするポリヌクレオチド
(c) 配列番号1、3、5、7、又は9に示す塩基配列に対して70%以上の相同性を有する塩基配列からなり、かつCCA1(circadian clock−associated 1)遺伝子またはLHY(late elongated hypocotyl)遺伝子の転写抑制活性を有するタンパク質をコードするポリヌクレオチド
(20) 植物の疑似レスポンスレギュレータ(Pseudo−Response−Regulator)遺伝子の共通モチーフである擬似レシーバードメイン(Pseudo−Receiver domain)およびCCTモチーフ(CCT−motif)を含むタンパク質をコードするポリヌクレオチドが、以下の(d)~(f)のいずれかのタンパク質をコードするポリヌクレオチドである、(18)に記載の方法。
(d) 配列番号2、4、6、8、又は10に示すアミノ酸配列からなるタンパク質
(e) 配列番号2、4、6、8、又は10に示すアミノ酸配列において1若しくは数個のアミノ酸が欠失、置換若しくは付加されたアミノ酸配列からなり、かつCCA1(circadian clock−associated 1)遺伝子またはLHY(late elongated hypocotyl)遺伝子の転写抑制活性を有するタンパク質
(f) 配列番号2、4、6、8、又は10に示すアミノ酸配列に対して70%以上の相同性を有するアミノ酸配列からなり、かつCCA1(circadian clock−associated 1)遺伝子またはLHY(late elongated hypocotyl)遺伝子の転写抑制活性を有するタンパク質
(21) 植物が短日性植物である、(18)~(20)のいずれかに記載の方法。
(22) 形質転換植物が、バイオマスが増量した形質転換植物である、(13)~(21)のいずれかに記載の方法。
(23) 形質転換植物が、環境ストレス耐性を有する形質転換植物である、(13)~(21)のいずれかに記載の方法。
(24) 環境ストレスが、乾燥ストレス、低温ストレス、及び塩ストレスから成る群から選択される少なくとも1種以上である、(23)に記載の方法。
(25) 植物の疑似レスポンスレギュレータ(Pseudo−Response−Regulator)遺伝子の共通モチーフである擬似レシーバードメイン(Pseudo−Receiver domain)およびCCTモチーフ(CCT−motif)を含むタンパク質をコードするポリヌクレオチドと、少なくとも1種の転写因子の転写活性化ドメインをコードするポリヌクレオチドとの融合ポリヌクレオチドを植物内で過剰発現させることを特徴とする、植物のバイオマスを増大させる方法。
(26) 植物の疑似レスポンスレギュレータ(Pseudo−Response−Regulator)遺伝子の共通モチーフである擬似レシーバードメイン(Pseudo−Receiver domain)およびCCTモチーフ(CCT−motif)を含むタンパク質をコードするポリヌクレオチドが、以下の(a)~(c)のいずれかのポリヌクレオチドである、(25)に記載の方法。
(a) 配列番号1、3、5、7、又は9に示す塩基配列からなるポリヌクレオチド
(b) 配列番号1、3、5、7、又は9に示す塩基配列と相補的な塩基配列からなるポリヌクレオチドとストリンジェントな条件下でハイブリダイズし、かつCCA1(circadian clock−associated 1)遺伝子またはLHY(late elongated hypocotyl)遺伝子の転写抑制活性を有するタンパク質をコードするポリヌクレオチド
(c) 配列番号1、3、5、7、又は9に示す塩基配列に対して70%以上の相同性を有する塩基配列からなり、かつCCA1(circadian clock−associated 1)遺伝子またはLHY(late elongated hypocotyl)遺伝子の転写抑制活性を有するタンパク質をコードするポリヌクレオチド
(27) 植物の疑似レスポンスレギュレータ(Pseudo−Response−Regulator)遺伝子の共通モチーフである擬似レシーバードメイン(Pseudo−Receiver domain)およびCCTモチーフ(CCT−motif)を含むタンパク質をコードするポリヌクレオチドが、以下の(d)~(f)のいずれかのタンパク質をコードするポリヌクレオチドである、(25)に記載の方法。
(d) 配列番号2、4、6、8、又は10に示すアミノ酸配列からなるタンパク質
(e) 配列番号2、4、6、8、又は10に示すアミノ酸配列において1若しくは数個のアミノ酸が欠失、置換若しくは付加されたアミノ酸配列からなり、かつCCA1(circadian clock−associated 1)遺伝子またはLHY(late elongated hypocotyl)遺伝子の転写抑制活性を有するタンパク質
(f) 配列番号2、4、6、8、又は10に示すアミノ酸配列に対して70%以上の相同性を有するアミノ酸配列からなり、かつCCA1(circadian clock−associated 1)遺伝子またはLHY(late elongated hypocotyl)遺伝子の転写抑制活性を有するタンパク質
(28) 転写因子の転写活性化ドメインをコードするポリヌクレオチドが、以下の(g)~(i)のいずれかのポリヌクレオチドである、(25)~(27)のいずれかに記載の方法。
(g) 配列番号11に示す塩基配列からなるからなるポリヌクレオチド
(h) 配列番号11に示す塩基配列と相補的な塩基配列からなるポリヌクレオチドとストリンジェントな条件下でハイブリダイズし、かつPRRポリヌクレオチドに融合させることによりCCA1(circadian clock−associated 1)遺伝子またはLHY(late elongated hypocotyl)遺伝子の転写抑制解除活性を有するタンパク質をコードするポリヌクレオチド
(i) 配列番号11に示す塩基配列に対して70%以上の相同性を有する塩基配列からなり、かつPRRポリヌクレオチドに融合させることによりCCA1(circadian clock−associated 1)遺伝子またはLHY(late elongated hypocotyl)遺伝子の転写抑制解除活性を有するタンパク質をコードするポリヌクレオチド
(29) 植物が長日性植物である、(25)~(28)のいずれかに記載の方法。
(30) 植物の疑似レスポンスレギュレータ(Pseudo−Response−Regulator)遺伝子の共通モチーフである擬似レシーバードメイン(Pseudo−Receiver domain)およびCCTモチーフ(CCT−motif)を含むタンパク質をコードするポリヌクレオチドを植物内で過剰発現させることを特徴とする、植物のバイオマスを増大させる方法。
(31) 植物の疑似レスポンスレギュレータ(Pseudo−Response−Regulator)遺伝子の共通モチーフである擬似レシーバードメイン(Pseudo−Receiver domain)およびCCTモチーフ(CCT−motif)を含むタンパク質をコードするポリヌクレオチドが、以下の(a)~(c)のいずれかのポリヌクレオチドである、(30)に記載の方法。
(a) 配列番号1、3、5、7、又は9に示す塩基配列からなるポリヌクレオチド
(b) 配列番号1、3、5、7、又は9に示す塩基配列と相補的な塩基配列からなるポリヌクレオチドとストリンジェントな条件下でハイブリダイズし、かつCCA1(circadian clock−associated 1)遺伝子またはLHY(late elongated hypocotyl)遺伝子の転写抑制活性を有するタンパク質をコードするポリヌクレオチド
(c) 配列番号1、3、5、7、又は9に示す塩基配列に対して70%以上の相同性を有する塩基配列からなり、かつCCA1(circadian clock−associated 1)遺伝子またはLHY(late elongated hypocotyl)遺伝子の転写抑制活性を有するタンパク質をコードするポリヌクレオチド
(32) 植物の疑似レスポンスレギュレータ(Pseudo−Response−Regulator)遺伝子の共通モチーフである擬似レシーバードメイン(Pseudo−Receiver domain)およびCCTモチーフ(CCT−motif)を含むタンパク質をコードするポリヌクレオチドが、以下の(d)~(f)のいずれかのタンパク質をコードするポリヌクレオチドである、(30)に記載の方法。
(d) 配列番号2、4、6、8、又は10に示すアミノ酸配列からなるタンパク質
(e) 配列番号2、4、6、8、又は10に示すアミノ酸配列において1若しくは数個のアミノ酸が欠失、置換若しくは付加されたアミノ酸配列からなり、かつCCA1(circadian clock−associated 1)遺伝子またはLHY(late elongated hypocotyl)遺伝子の転写抑制活性を有するタンパク質
(f) 配列番号2、4、6、8、又は10に示すアミノ酸配列に対して70%以上の相同性を有するアミノ酸配列からなり、かつCCA1(circadian clock−associated 1)遺伝子またはLHY(late elongated hypocotyl)遺伝子の転写抑制活性を有するタンパク質
(33) 植物が短日性植物である、(30)~(32)のいずれかに記載の方法。
(34) 植物の疑似レスポンスレギュレータ(Pseudo−Response−Regulator)遺伝子の共通モチーフである擬似レシーバードメイン(Pseudo−Receiver domain)およびCCTモチーフ(CCT−motif)を含むタンパク質をコードするポリヌクレオチドと、少なくとも1種の転写因子の転写活性化ドメインをコードするポリヌクレオチドとの融合ポリヌクレオチドを植物内で過剰発現させることを特徴とする、植物に環境ストレス耐性を付与する方法。
(35) 植物の疑似レスポンスレギュレータ(Pseudo−Response−Regulator)遺伝子の共通モチーフである擬似レシーバードメイン(Pseudo−Receiver domain)およびCCTモチーフ(CCT−motif)を含むタンパク質をコードするポリヌクレオチドが、以下の(a)~(c)のいずれかのポリヌクレオチドである、(34)に記載の方法。
(a) 配列番号1、3、5、7、又は9に示す塩基配列からなるポリヌクレオチド
(b) 配列番号1、3、5、7、又は9に示す塩基配列と相補的な塩基配列からなるポリヌクレオチドとストリンジェントな条件下でハイブリダイズし、かつCCA1(circadian clock−associated 1)遺伝子またはLHY(late elongated hypocotyl)遺伝子の転写抑制活性を有するタンパク質をコードするポリヌクレオチド
(c) 配列番号1、3、5、7、又は9に示す塩基配列に対して70%以上の相同性を有する塩基配列からなり、かつCCA1(circadian clock−associated 1)遺伝子またはLHY(late elongated hypocotyl)遺伝子の転写抑制活性を有するタンパク質をコードするポリヌクレオチド
(36) 植物の疑似レスポンスレギュレータ(Pseudo−Response−Regulator)遺伝子の共通モチーフである擬似レシーバードメイン(Pseudo−Receiver domain)およびCCTモチーフ(CCT−motif)を含むタンパク質をコードするポリヌクレオチドが、以下の(d)~(f)のいずれかのタンパク質をコードするポリヌクレオチドである、(34)に記載の方法。
(d) 配列番号2、4、6、8、又は10に示すアミノ酸配列からなるタンパク質
(e) 配列番号2、4、6、8、又は10に示すアミノ酸配列において1若しくは数個のアミノ酸が欠失、置換若しくは付加されたアミノ酸配列からなり、かつCCA1(circadian clock−associated 1)遺伝子またはLHY(late elongated hypocotyl)遺伝子の転写抑制活性を有するタンパク質
(f) 配列番号2、4、6、8、又は10に示すアミノ酸配列に対して70%以上の相同性を有するアミノ酸配列からなり、かつCCA1(circadian clock−associated 1)遺伝子またはLHY(late elongated hypocotyl)遺伝子の転写抑制活性を有するタンパク質
(37) 転写因子の転写活性化ドメインをコードするポリヌクレオチドが、以下の(g)~(i)のいずれかのポリヌクレオチドである、(34)~(36)のいずれかに記載の方法。
(g) 配列番号11に示す塩基配列からなるからなるポリヌクレオチド
(h) 配列番号11に示す塩基配列と相補的な塩基配列からなるポリヌクレオチドとストリンジェントな条件下でハイブリダイズし、かつPRRポリヌクレオチドに融合させることによりCCA1(circadian clock−associated 1)遺伝子またはLHY(late elongated hypocotyl)遺伝子の転写抑制解除活性を有するタンパク質をコードするポリヌクレオチド
(i) 配列番号11に示す塩基配列に対して70%以上の相同性を有する塩基配列からなり、かつPRRポリヌクレオチドに融合させることによりCCA1(circadian clock−associated 1)遺伝子またはLHY(late elongated hypocotyl)遺伝子の転写抑制解除活性を有するタンパク質をコードするポリヌクレオチド
(38) 植物が長日性植物である、(34)~(37)のいずれかに記載の方法。
(39) 植物の疑似レスポンスレギュレータ(Pseudo−Response−Regulator)遺伝子の共通モチーフである擬似レシーバードメイン(Pseudo−Receiver domain)およびCCTモチーフ(CCT−motif)を含むタンパク質をコードするポリヌクレオチドを植物内で過剰発現させることを特徴とする、植物に環境ストレス耐性を付与する方法。
(40) 植物の疑似レスポンスレギュレータ(Pseudo−Response−Regulator)遺伝子の共通モチーフである擬似レシーバードメイン(Pseudo−Receiver domain)およびCCTモチーフ(CCT−motif)を含むタンパク質をコードするポリヌクレオチドが、以下の(a)~(c)のいずれかのポリヌクレオチドである、(39)に記載の方法。
(a) 配列番号1、3、5、7、又は9に示す塩基配列からなるポリヌクレオチド
(b) 配列番号1、3、5、7、又は9に示す塩基配列と相補的な塩基配列からなるポリヌクレオチドとストリンジェントな条件下でハイブリダイズし、かつCCA1(circadian clock−associated 1)遺伝子またはLHY(late elongated hypocotyl)遺伝子の転写抑制活性を有するタンパク質をコードするポリヌクレオチド
(c) 配列番号1、3、5、7、又は9に示す塩基配列に対して70%以上の相同性を有する塩基配列からなり、かつCCA1(circadian clock−associated 1)遺伝子またはLHY(late elongated hypocotyl)遺伝子の転写抑制活性を有するタンパク質をコードするポリヌクレオチド
(41) 植物の疑似レスポンスレギュレータ(Pseudo−Response−Regulator)遺伝子の共通モチーフである擬似レシーバードメイン(Pseudo−Receiver domain)およびCCTモチーフ(CCT−motif)を含むタンパク質をコードするポリヌクレオチドが、以下の(d)~(f)のいずれかのタンパク質をコードするポリヌクレオチドである、(39)に記載の方法。
(d) 配列番号2、4、6、8、又は10に示すアミノ酸配列からなるタンパク質
(e) 配列番号2、4、6、8、又は10に示すアミノ酸配列において1若しくは数個のアミノ酸が欠失、置換若しくは付加されたアミノ酸配列からなり、かつCCA1(circadian clock−associated 1)遺伝子またはLHY(late elongated hypocotyl)遺伝子の転写抑制活性を有するタンパク質
(f) 配列番号2、4、6、8、又は10に示すアミノ酸配列に対して70%以上の相同性を有するアミノ酸配列からなり、かつCCA1(circadian clock−associated 1)遺伝子またはLHY(late elongated hypocotyl)遺伝子の転写抑制活性を有するタンパク質
(42) 植物が短日性植物である、(39)~(41)のいずれかに記載の方法。
(43) 環境ストレスが、乾燥ストレス、低温ストレス、及び塩ストレスから成る群から選択される少なくとも1種以上である、(34)~(42)のいずれかに記載の方法。
本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、植物の概日時計システムに関与する疑似レスポンスレギュレータ(PRR)と、転写因子の転写活性化ドメインの融合タンパク質を長日性植物のシロイヌナズナで強制発現させることにより、バイオマスの増大と環境ストレス耐性の向上が同時に達成できることを見出した。また、短日性植物のイネでは、疑似レスポンスレギュレータ(PRR)のみを強制発現させることにより、バイオマスの増大と環境ストレス耐性の向上が得られることを見出した。本発明はかかる知見により完成されたものである。
即ち、本発明は以下の発明を包含する。
(1) 植物の疑似レスポンスレギュレータ(Pseudo−Response−Regulator)遺伝子の共通モチーフである擬似レシーバードメイン(Pseudo−Receiver domain)およびCCTモチーフ(CCT−motif)を含むタンパク質をコードするポリヌクレオチドと、少なくとも1種の転写因子の転写活性化ドメインをコードするポリヌクレオチドとの融合ポリヌクレオチド、または該融合ポリヌクレオチドを含む組み換えベクターを導入したことを特徴とする、形質転換植物。
(2) 植物の疑似レスポンスレギュレータ(Pseudo−Response−Regulator)遺伝子の共通モチーフである擬似レシーバードメイン(Pseudo−Receiver domain)およびCCTモチーフ(CCT−motif)を含むタンパク質をコードするポリヌクレオチドが、以下の(a)~(c)のいずれかのポリヌクレオチドである、(1)に記載の形質転換植物。
(a) 配列番号1、3、5、7、又は9に示す塩基配列からなるポリヌクレオチド
(b) 配列番号1、3、5、7、又は9に示す塩基配列と相補的な塩基配列からなるポリヌクレオチドとストリンジェントな条件下でハイブリダイズし、かつCCA1(circadian clock−associated 1)遺伝子またはLHY(late elongated hypocotyl)遺伝子の転写抑制活性を有するタンパク質をコードするポリヌクレオチド
(c) 配列番号1、3、5、7、又は9に示す塩基配列に対して70%以上の相同性を有する塩基配列からなり、かつCCA1(circadian clock−associated 1)遺伝子またはLHY(late elongated hypocotyl)遺伝子の転写抑制活性を有するタンパク質をコードするポリヌクレオチド
(3) 植物の疑似レスポンスレギュレータ(Pseudo−Response−Regulator)遺伝子の共通モチーフである擬似レシーバードメイン(Pseudo−Receiver domain)およびCCTモチーフ(CCT−motif)を含むタンパク質をコードするポリヌクレオチドが、以下の(d)~(f)のいずれかのタンパク質をコードするポリヌクレオチドである、(1)に記載の形質転換植物。
(d) 配列番号2、4、6、8、又は10に示すアミノ酸配列からなるタンパク質
(e) 配列番号2、4、6、8、又は10に示すアミノ酸配列において1若しくは数個のアミノ酸が欠失、置換若しくは付加されたアミノ酸配列からなり、かつCCA1(circadian clock−associated 1)遺伝子またはLHY(late elongated hypocotyl)遺伝子の転写抑制活性を有するタンパク質
(f) 配列番号2、4、6、8、又は10に示すアミノ酸配列に対して70%以上の相同性を有するアミノ酸配列からなり、かつCCA1(circadian clock−associated 1)遺伝子またはLHY(late elongated hypocotyl)遺伝子の転写抑制活性を有するタンパク質
(4) 転写因子の転写活性化ドメインをコードするポリヌクレオチドが、以下の(g)~(i)のいずれかのポリヌクレオチドである、(1)~(3)のいずれかに記載の形質転換植物。
(g) 配列番号11に示す塩基配列からなるからなるポリヌクレオチド
(h) 配列番号11に示す塩基配列と相補的な塩基配列からなるポリヌクレオチドとストリンジェントな条件下でハイブリダイズし、かつPRRポリヌクレオチドに融合させることによりCCA1(circadian clock−associated 1)遺伝子またはLHY(late elongated hypocotyl)遺伝子の転写抑制解除活性を有するタンパク質をコードするポリヌクレオチド
(i) 配列番号11に示す塩基配列に対して70%以上の相同性を有する塩基配列からなり、かつPRRポリヌクレオチドに融合させることによりCCA1(circadian clock−associated 1)遺伝子またはLHY(late elongated hypocotyl)遺伝子の転写抑制解除活性を有するタンパク質をコードするポリヌクレオチド
(5) 植物が長日性植物である、(1)~(4)のいずれかに記載の形質転換植物。
(6) 植物の疑似レスポンスレギュレータ(Pseudo−Response−Regulator)遺伝子の共通モチーフである擬似レシーバードメイン(Pseudo−Receiver domain)およびCCTモチーフ(CCT−motif)を含むタンパク質をコードするポリヌクレオチド、または該ポリヌクレオチドを含む組み換えベクターを導入したことを特徴とする、形質転換植物。
(7) 植物の疑似レスポンスレギュレータ(Pseudo−Response−Regulator)遺伝子の共通モチーフである擬似レシーバードメイン(Pseudo−Receiver domain)およびCCTモチーフ(CCT−motif)を含むタンパク質をコードするポリヌクレオチドが、以下の(a)~(c)のいずれかのポリヌクレオチドである、(6)に記載の形質転換植物。
(a) 配列番号1、3、5、7、又は9に示す塩基配列からなるポリヌクレオチド
(b) 配列番号1、3、5、7、又は9に示す塩基配列と相補的な塩基配列からなるポリヌクレオチドとストリンジェントな条件下でハイブリダイズし、かつCCA1(circadian clock−associated 1)遺伝子またはLHY(late elongated hypocotyl)遺伝子の転写抑制活性を有するタンパク質をコードするポリヌクレオチド
(c) 配列番号1、3、5、7、又は9に示す塩基配列に対して70%以上の相同性を有する塩基配列からなり、かつCCA1(circadian clock−associated 1)遺伝子またはLHY(late elongated hypocotyl)遺伝子の転写抑制活性を有するタンパク質をコードするポリヌクレオチド
(8) 植物の疑似レスポンスレギュレータ(Pseudo−Response−Regulator)遺伝子の共通モチーフである擬似レシーバードメイン(Pseudo−Receiver domain)およびCCTモチーフ(CCT−motif)を含むタンパク質をコードするポリヌクレオチドが、以下の(d)~(f)のいずれかのタンパク質をコードするポリヌクレオチドである、(6)に記載の形質転換植物。
(d) 配列番号2、4、6、8、又は10に示すアミノ酸配列からなるタンパク質
(e) 配列番号2、4、6、8、又は10に示すアミノ酸配列において1若しくは数個のアミノ酸が欠失、置換若しくは付加されたアミノ酸配列からなり、かつCCA1(circadian clock−associated 1)遺伝子またはLHY(late elongated hypocotyl)遺伝子の転写抑制活性を有するタンパク質
(f) 配列番号2、4、6、8、又は10に示すアミノ酸配列に対して70%以上の相同性を有するアミノ酸配列からなり、かつCCA1(circadian clock−associated 1)遺伝子またはLHY(late elongated hypocotyl)遺伝子の転写抑制活性を有するタンパク質
(9) 植物が短日性植物である、(6)~(8)のいずれかに記載の形質転換植物。
(10) バイオマスが増量した、(1)~(9)のいずれかに記載の形質転換植物。
(11) 環境ストレス耐性が付与された、(1)~(9)のいずれかに記載の形質転換植物。
(12) 環境ストレスが、乾燥ストレス、低温ストレス、及び塩ストレスから成る群から選択される少なくとも1種以上である、(11)に記載の形質転換植物。
(13) 植物の疑似レスポンスレギュレータ(Pseudo−Response−Regulator)遺伝子の共通モチーフである擬似レシーバードメイン(Pseudo−Receiver domain)およびCCTモチーフ(CCT−motif)を含むタンパク質をコードするポリヌクレオチドと、少なくとも1種の転写因子の転写活性化ドメインをコードするポリヌクレオチドとの融合ポリヌクレオチド、または該融合ポリヌクレオチドを含む組み換えベクターを植物細胞に導入し、該植物細胞から植物体を再生することを特徴とする、形質転換植物の作出方法。
(14) 植物の疑似レスポンスレギュレータ(Pseudo−Response−Regulator)遺伝子の共通モチーフである擬似レシーバードメイン(Pseudo−Receiver domain)およびCCTモチーフ(CCT−motif)を含むタンパク質をコードするポリヌクレオチドが、以下の(a)~(c)のいずれかのポリヌクレオチドである、(13)に記載の方法。
(a) 配列番号1、3、5、7、又は9に示す塩基配列からなるポリヌクレオチド
(b) 配列番号1、3、5、7、又は9に示す塩基配列と相補的な塩基配列からなるポリヌクレオチドとストリンジェントな条件下でハイブリダイズし、かつCCA1(circadian clock−associated 1)遺伝子またはLHY(late elongated hypocotyl)遺伝子の転写抑制活性を有するタンパク質をコードするポリヌクレオチド
(c) 配列番号1、3、5、7、又は9に示す塩基配列に対して70%以上の相同性を有する塩基配列からなり、かつCCA1(circadian clock−associated 1)遺伝子またはLHY(late elongated hypocotyl)遺伝子の転写抑制活性を有するタンパク質をコードするポリヌクレオチド
(15) 植物の疑似レスポンスレギュレータ(Pseudo−Response−Regulator)遺伝子の共通モチーフである擬似レシーバードメイン(Pseudo−Receiver domain)およびCCTモチーフ(CCT−motif)を含むタンパク質をコードするポリヌクレオチドが、以下の(d)~(f)のいずれかのタンパク質をコードするポリヌクレオチドである、(13)に記載の方法。
(d) 配列番号2、4、6、8、又は10に示すアミノ酸配列からなるタンパク質
(e) 配列番号2、4、6、8、又は10に示すアミノ酸配列において1若しくは数個のアミノ酸が欠失、置換若しくは付加されたアミノ酸配列からなり、かつCCA1(circadian clock−associated 1)遺伝子またはLHY(late elongated hypocotyl)遺伝子の転写抑制活性を有するタンパク質
(f) 配列番号2、4、6、8、又は10に示すアミノ酸配列に対して70%以上の相同性を有するアミノ酸配列からなり、かつCCA1(circadian clock−associated 1)遺伝子またはLHY(late elongated hypocotyl)遺伝子の転写抑制活性を有するタンパク質
(16) 転写因子の転写活性化ドメインをコードするポリヌクレオチドが、以下の(g)~(i)のいずれかのポリヌクレオチドである、(13)~(15)のいずれかに記載の方法。
(g) 配列番号11に示す塩基配列からなるからなるポリヌクレオチド
(h) 配列番号11に示す塩基配列と相補的な塩基配列からなるポリヌクレオチドとストリンジェントな条件下でハイブリダイズし、かつPRRポリヌクレオチドに融合させることによりCCA1(circadian clock−associated 1)遺伝子またはLHY(late elongated hypocotyl)遺伝子の転写抑制解除活性を有するタンパク質をコードするポリヌクレオチド
(i) 配列番号11に示す塩基配列に対して70%以上の相同性を有する塩基配列からなり、かつPRRポリヌクレオチドに融合させることによりCCA1(circadian clock−associated 1)遺伝子またはLHY(late elongated hypocotyl)遺伝子の転写抑制解除活性を有するタンパク質をコードするポリヌクレオチド
(17) 植物が長日性植物である、(13)~(16)のいずれかに記載の方法。
(18) 植物の疑似レスポンスレギュレータ(Pseudo−Response−Regulator)遺伝子の共通モチーフである擬似レシーバードメイン(Pseudo−Receiver domain)およびCCTモチーフ(CCT−motif)を含むタンパク質をコードするポリヌクレオチド、または該ポリヌクレオチドを含む組み換えベクターを植物細胞に導入し、該植物細胞から植物体を再生することを特徴とする、形質転換植物の作出方法。
(19) 植物の疑似レスポンスレギュレータ(Pseudo−Response−Regulator)遺伝子の共通モチーフである擬似レシーバードメイン(Pseudo−Receiver domain)およびCCTモチーフ(CCT−motif)を含むタンパク質をコードするポリヌクレオチドが、以下の(a)~(c)のいずれかのポリヌクレオチドである、(18)に記載の方法。
(a) 配列番号1、3、5、7、又は9に示す塩基配列からなるポリヌクレオチド
(b) 配列番号1、3、5、7、又は9に示す塩基配列と相補的な塩基配列からなるポリヌクレオチドとストリンジェントな条件下でハイブリダイズし、かつCCA1(circadian clock−associated 1)遺伝子またはLHY(late elongated hypocotyl)遺伝子の転写抑制活性を有するタンパク質をコードするポリヌクレオチド
(c) 配列番号1、3、5、7、又は9に示す塩基配列に対して70%以上の相同性を有する塩基配列からなり、かつCCA1(circadian clock−associated 1)遺伝子またはLHY(late elongated hypocotyl)遺伝子の転写抑制活性を有するタンパク質をコードするポリヌクレオチド
(20) 植物の疑似レスポンスレギュレータ(Pseudo−Response−Regulator)遺伝子の共通モチーフである擬似レシーバードメイン(Pseudo−Receiver domain)およびCCTモチーフ(CCT−motif)を含むタンパク質をコードするポリヌクレオチドが、以下の(d)~(f)のいずれかのタンパク質をコードするポリヌクレオチドである、(18)に記載の方法。
(d) 配列番号2、4、6、8、又は10に示すアミノ酸配列からなるタンパク質
(e) 配列番号2、4、6、8、又は10に示すアミノ酸配列において1若しくは数個のアミノ酸が欠失、置換若しくは付加されたアミノ酸配列からなり、かつCCA1(circadian clock−associated 1)遺伝子またはLHY(late elongated hypocotyl)遺伝子の転写抑制活性を有するタンパク質
(f) 配列番号2、4、6、8、又は10に示すアミノ酸配列に対して70%以上の相同性を有するアミノ酸配列からなり、かつCCA1(circadian clock−associated 1)遺伝子またはLHY(late elongated hypocotyl)遺伝子の転写抑制活性を有するタンパク質
(21) 植物が短日性植物である、(18)~(20)のいずれかに記載の方法。
(22) 形質転換植物が、バイオマスが増量した形質転換植物である、(13)~(21)のいずれかに記載の方法。
(23) 形質転換植物が、環境ストレス耐性を有する形質転換植物である、(13)~(21)のいずれかに記載の方法。
(24) 環境ストレスが、乾燥ストレス、低温ストレス、及び塩ストレスから成る群から選択される少なくとも1種以上である、(23)に記載の方法。
(25) 植物の疑似レスポンスレギュレータ(Pseudo−Response−Regulator)遺伝子の共通モチーフである擬似レシーバードメイン(Pseudo−Receiver domain)およびCCTモチーフ(CCT−motif)を含むタンパク質をコードするポリヌクレオチドと、少なくとも1種の転写因子の転写活性化ドメインをコードするポリヌクレオチドとの融合ポリヌクレオチドを植物内で過剰発現させることを特徴とする、植物のバイオマスを増大させる方法。
(26) 植物の疑似レスポンスレギュレータ(Pseudo−Response−Regulator)遺伝子の共通モチーフである擬似レシーバードメイン(Pseudo−Receiver domain)およびCCTモチーフ(CCT−motif)を含むタンパク質をコードするポリヌクレオチドが、以下の(a)~(c)のいずれかのポリヌクレオチドである、(25)に記載の方法。
(a) 配列番号1、3、5、7、又は9に示す塩基配列からなるポリヌクレオチド
(b) 配列番号1、3、5、7、又は9に示す塩基配列と相補的な塩基配列からなるポリヌクレオチドとストリンジェントな条件下でハイブリダイズし、かつCCA1(circadian clock−associated 1)遺伝子またはLHY(late elongated hypocotyl)遺伝子の転写抑制活性を有するタンパク質をコードするポリヌクレオチド
(c) 配列番号1、3、5、7、又は9に示す塩基配列に対して70%以上の相同性を有する塩基配列からなり、かつCCA1(circadian clock−associated 1)遺伝子またはLHY(late elongated hypocotyl)遺伝子の転写抑制活性を有するタンパク質をコードするポリヌクレオチド
(27) 植物の疑似レスポンスレギュレータ(Pseudo−Response−Regulator)遺伝子の共通モチーフである擬似レシーバードメイン(Pseudo−Receiver domain)およびCCTモチーフ(CCT−motif)を含むタンパク質をコードするポリヌクレオチドが、以下の(d)~(f)のいずれかのタンパク質をコードするポリヌクレオチドである、(25)に記載の方法。
(d) 配列番号2、4、6、8、又は10に示すアミノ酸配列からなるタンパク質
(e) 配列番号2、4、6、8、又は10に示すアミノ酸配列において1若しくは数個のアミノ酸が欠失、置換若しくは付加されたアミノ酸配列からなり、かつCCA1(circadian clock−associated 1)遺伝子またはLHY(late elongated hypocotyl)遺伝子の転写抑制活性を有するタンパク質
(f) 配列番号2、4、6、8、又は10に示すアミノ酸配列に対して70%以上の相同性を有するアミノ酸配列からなり、かつCCA1(circadian clock−associated 1)遺伝子またはLHY(late elongated hypocotyl)遺伝子の転写抑制活性を有するタンパク質
(28) 転写因子の転写活性化ドメインをコードするポリヌクレオチドが、以下の(g)~(i)のいずれかのポリヌクレオチドである、(25)~(27)のいずれかに記載の方法。
(g) 配列番号11に示す塩基配列からなるからなるポリヌクレオチド
(h) 配列番号11に示す塩基配列と相補的な塩基配列からなるポリヌクレオチドとストリンジェントな条件下でハイブリダイズし、かつPRRポリヌクレオチドに融合させることによりCCA1(circadian clock−associated 1)遺伝子またはLHY(late elongated hypocotyl)遺伝子の転写抑制解除活性を有するタンパク質をコードするポリヌクレオチド
(i) 配列番号11に示す塩基配列に対して70%以上の相同性を有する塩基配列からなり、かつPRRポリヌクレオチドに融合させることによりCCA1(circadian clock−associated 1)遺伝子またはLHY(late elongated hypocotyl)遺伝子の転写抑制解除活性を有するタンパク質をコードするポリヌクレオチド
(29) 植物が長日性植物である、(25)~(28)のいずれかに記載の方法。
(30) 植物の疑似レスポンスレギュレータ(Pseudo−Response−Regulator)遺伝子の共通モチーフである擬似レシーバードメイン(Pseudo−Receiver domain)およびCCTモチーフ(CCT−motif)を含むタンパク質をコードするポリヌクレオチドを植物内で過剰発現させることを特徴とする、植物のバイオマスを増大させる方法。
(31) 植物の疑似レスポンスレギュレータ(Pseudo−Response−Regulator)遺伝子の共通モチーフである擬似レシーバードメイン(Pseudo−Receiver domain)およびCCTモチーフ(CCT−motif)を含むタンパク質をコードするポリヌクレオチドが、以下の(a)~(c)のいずれかのポリヌクレオチドである、(30)に記載の方法。
(a) 配列番号1、3、5、7、又は9に示す塩基配列からなるポリヌクレオチド
(b) 配列番号1、3、5、7、又は9に示す塩基配列と相補的な塩基配列からなるポリヌクレオチドとストリンジェントな条件下でハイブリダイズし、かつCCA1(circadian clock−associated 1)遺伝子またはLHY(late elongated hypocotyl)遺伝子の転写抑制活性を有するタンパク質をコードするポリヌクレオチド
(c) 配列番号1、3、5、7、又は9に示す塩基配列に対して70%以上の相同性を有する塩基配列からなり、かつCCA1(circadian clock−associated 1)遺伝子またはLHY(late elongated hypocotyl)遺伝子の転写抑制活性を有するタンパク質をコードするポリヌクレオチド
(32) 植物の疑似レスポンスレギュレータ(Pseudo−Response−Regulator)遺伝子の共通モチーフである擬似レシーバードメイン(Pseudo−Receiver domain)およびCCTモチーフ(CCT−motif)を含むタンパク質をコードするポリヌクレオチドが、以下の(d)~(f)のいずれかのタンパク質をコードするポリヌクレオチドである、(30)に記載の方法。
(d) 配列番号2、4、6、8、又は10に示すアミノ酸配列からなるタンパク質
(e) 配列番号2、4、6、8、又は10に示すアミノ酸配列において1若しくは数個のアミノ酸が欠失、置換若しくは付加されたアミノ酸配列からなり、かつCCA1(circadian clock−associated 1)遺伝子またはLHY(late elongated hypocotyl)遺伝子の転写抑制活性を有するタンパク質
(f) 配列番号2、4、6、8、又は10に示すアミノ酸配列に対して70%以上の相同性を有するアミノ酸配列からなり、かつCCA1(circadian clock−associated 1)遺伝子またはLHY(late elongated hypocotyl)遺伝子の転写抑制活性を有するタンパク質
(33) 植物が短日性植物である、(30)~(32)のいずれかに記載の方法。
(34) 植物の疑似レスポンスレギュレータ(Pseudo−Response−Regulator)遺伝子の共通モチーフである擬似レシーバードメイン(Pseudo−Receiver domain)およびCCTモチーフ(CCT−motif)を含むタンパク質をコードするポリヌクレオチドと、少なくとも1種の転写因子の転写活性化ドメインをコードするポリヌクレオチドとの融合ポリヌクレオチドを植物内で過剰発現させることを特徴とする、植物に環境ストレス耐性を付与する方法。
(35) 植物の疑似レスポンスレギュレータ(Pseudo−Response−Regulator)遺伝子の共通モチーフである擬似レシーバードメイン(Pseudo−Receiver domain)およびCCTモチーフ(CCT−motif)を含むタンパク質をコードするポリヌクレオチドが、以下の(a)~(c)のいずれかのポリヌクレオチドである、(34)に記載の方法。
(a) 配列番号1、3、5、7、又は9に示す塩基配列からなるポリヌクレオチド
(b) 配列番号1、3、5、7、又は9に示す塩基配列と相補的な塩基配列からなるポリヌクレオチドとストリンジェントな条件下でハイブリダイズし、かつCCA1(circadian clock−associated 1)遺伝子またはLHY(late elongated hypocotyl)遺伝子の転写抑制活性を有するタンパク質をコードするポリヌクレオチド
(c) 配列番号1、3、5、7、又は9に示す塩基配列に対して70%以上の相同性を有する塩基配列からなり、かつCCA1(circadian clock−associated 1)遺伝子またはLHY(late elongated hypocotyl)遺伝子の転写抑制活性を有するタンパク質をコードするポリヌクレオチド
(36) 植物の疑似レスポンスレギュレータ(Pseudo−Response−Regulator)遺伝子の共通モチーフである擬似レシーバードメイン(Pseudo−Receiver domain)およびCCTモチーフ(CCT−motif)を含むタンパク質をコードするポリヌクレオチドが、以下の(d)~(f)のいずれかのタンパク質をコードするポリヌクレオチドである、(34)に記載の方法。
(d) 配列番号2、4、6、8、又は10に示すアミノ酸配列からなるタンパク質
(e) 配列番号2、4、6、8、又は10に示すアミノ酸配列において1若しくは数個のアミノ酸が欠失、置換若しくは付加されたアミノ酸配列からなり、かつCCA1(circadian clock−associated 1)遺伝子またはLHY(late elongated hypocotyl)遺伝子の転写抑制活性を有するタンパク質
(f) 配列番号2、4、6、8、又は10に示すアミノ酸配列に対して70%以上の相同性を有するアミノ酸配列からなり、かつCCA1(circadian clock−associated 1)遺伝子またはLHY(late elongated hypocotyl)遺伝子の転写抑制活性を有するタンパク質
(37) 転写因子の転写活性化ドメインをコードするポリヌクレオチドが、以下の(g)~(i)のいずれかのポリヌクレオチドである、(34)~(36)のいずれかに記載の方法。
(g) 配列番号11に示す塩基配列からなるからなるポリヌクレオチド
(h) 配列番号11に示す塩基配列と相補的な塩基配列からなるポリヌクレオチドとストリンジェントな条件下でハイブリダイズし、かつPRRポリヌクレオチドに融合させることによりCCA1(circadian clock−associated 1)遺伝子またはLHY(late elongated hypocotyl)遺伝子の転写抑制解除活性を有するタンパク質をコードするポリヌクレオチド
(i) 配列番号11に示す塩基配列に対して70%以上の相同性を有する塩基配列からなり、かつPRRポリヌクレオチドに融合させることによりCCA1(circadian clock−associated 1)遺伝子またはLHY(late elongated hypocotyl)遺伝子の転写抑制解除活性を有するタンパク質をコードするポリヌクレオチド
(38) 植物が長日性植物である、(34)~(37)のいずれかに記載の方法。
(39) 植物の疑似レスポンスレギュレータ(Pseudo−Response−Regulator)遺伝子の共通モチーフである擬似レシーバードメイン(Pseudo−Receiver domain)およびCCTモチーフ(CCT−motif)を含むタンパク質をコードするポリヌクレオチドを植物内で過剰発現させることを特徴とする、植物に環境ストレス耐性を付与する方法。
(40) 植物の疑似レスポンスレギュレータ(Pseudo−Response−Regulator)遺伝子の共通モチーフである擬似レシーバードメイン(Pseudo−Receiver domain)およびCCTモチーフ(CCT−motif)を含むタンパク質をコードするポリヌクレオチドが、以下の(a)~(c)のいずれかのポリヌクレオチドである、(39)に記載の方法。
(a) 配列番号1、3、5、7、又は9に示す塩基配列からなるポリヌクレオチド
(b) 配列番号1、3、5、7、又は9に示す塩基配列と相補的な塩基配列からなるポリヌクレオチドとストリンジェントな条件下でハイブリダイズし、かつCCA1(circadian clock−associated 1)遺伝子またはLHY(late elongated hypocotyl)遺伝子の転写抑制活性を有するタンパク質をコードするポリヌクレオチド
(c) 配列番号1、3、5、7、又は9に示す塩基配列に対して70%以上の相同性を有する塩基配列からなり、かつCCA1(circadian clock−associated 1)遺伝子またはLHY(late elongated hypocotyl)遺伝子の転写抑制活性を有するタンパク質をコードするポリヌクレオチド
(41) 植物の疑似レスポンスレギュレータ(Pseudo−Response−Regulator)遺伝子の共通モチーフである擬似レシーバードメイン(Pseudo−Receiver domain)およびCCTモチーフ(CCT−motif)を含むタンパク質をコードするポリヌクレオチドが、以下の(d)~(f)のいずれかのタンパク質をコードするポリヌクレオチドである、(39)に記載の方法。
(d) 配列番号2、4、6、8、又は10に示すアミノ酸配列からなるタンパク質
(e) 配列番号2、4、6、8、又は10に示すアミノ酸配列において1若しくは数個のアミノ酸が欠失、置換若しくは付加されたアミノ酸配列からなり、かつCCA1(circadian clock−associated 1)遺伝子またはLHY(late elongated hypocotyl)遺伝子の転写抑制活性を有するタンパク質
(f) 配列番号2、4、6、8、又は10に示すアミノ酸配列に対して70%以上の相同性を有するアミノ酸配列からなり、かつCCA1(circadian clock−associated 1)遺伝子またはLHY(late elongated hypocotyl)遺伝子の転写抑制活性を有するタンパク質
(42) 植物が短日性植物である、(39)~(41)のいずれかに記載の方法。
(43) 環境ストレスが、乾燥ストレス、低温ストレス、及び塩ストレスから成る群から選択される少なくとも1種以上である、(34)~(42)のいずれかに記載の方法。
図1は、疑似レスポンスレギュレータ遺伝子のPRR1(TOC1)、PRR3、PRR5、PRR7、PRR9遺伝子の共通構造を示す。
図2は、PRR5、PRR7、PRR9のCCA1::LUC比活性(CCA1プロモーター活性)への影響を示す。
図3は、pBS−35S::PRR5−VP32ベクターの構造を示す。
図4は、TOC1−VP32、PRR3−VP32、PRR5−VP32、PRR7−VP32、およびPRR9−VP32のCCA1::LUC比活性(CCA1プロモーター活性)への影響を示す。
図5は、PRR5−VP32発現植物体、野生株、およびprr9 prr7 prr5三重変異体の花芽が出るまでの日数、花芽が出た時点での葉の枚数を示す。
図6は、PRR5−VP32発現植物体および野生株の花芽形成時(生育ステージが同じ)の形態を示す。
図7は、PRR5−VP32発現植物体および野生株の発芽38日後(生育日数が同じ)の形態(上段)、および葉の面積(下段)を示す。
図8は、PRR5−VP32発現植物体および野生株の花茎の断面図を示す。
図9は、PRR5−VP32発現植物体および野生株の塩ストレス耐性テストの結果を示す。
図10は、PRR5−VP32発現植物体および野生株の乾燥ストレス耐性テストの結果を示す。
図11は、PRR5−VP32発現植物体および野生株の低温ストレス耐性テストの結果を示す。
図12は、PRR5発現植物体(イネ)の形態を示す。
本願は、2009年10月23日に出願された日本国特許出願2009−244595号、および2009年12月30日に出願された米国仮出願61/291,300号の優先権を主張するものであり、該特許出願の明細書に記載される内容を包含する。
図2は、PRR5、PRR7、PRR9のCCA1::LUC比活性(CCA1プロモーター活性)への影響を示す。
図3は、pBS−35S::PRR5−VP32ベクターの構造を示す。
図4は、TOC1−VP32、PRR3−VP32、PRR5−VP32、PRR7−VP32、およびPRR9−VP32のCCA1::LUC比活性(CCA1プロモーター活性)への影響を示す。
図5は、PRR5−VP32発現植物体、野生株、およびprr9 prr7 prr5三重変異体の花芽が出るまでの日数、花芽が出た時点での葉の枚数を示す。
図6は、PRR5−VP32発現植物体および野生株の花芽形成時(生育ステージが同じ)の形態を示す。
図7は、PRR5−VP32発現植物体および野生株の発芽38日後(生育日数が同じ)の形態(上段)、および葉の面積(下段)を示す。
図8は、PRR5−VP32発現植物体および野生株の花茎の断面図を示す。
図9は、PRR5−VP32発現植物体および野生株の塩ストレス耐性テストの結果を示す。
図10は、PRR5−VP32発現植物体および野生株の乾燥ストレス耐性テストの結果を示す。
図11は、PRR5−VP32発現植物体および野生株の低温ストレス耐性テストの結果を示す。
図12は、PRR5発現植物体(イネ)の形態を示す。
本願は、2009年10月23日に出願された日本国特許出願2009−244595号、および2009年12月30日に出願された米国仮出願61/291,300号の優先権を主張するものであり、該特許出願の明細書に記載される内容を包含する。
以下、本発明を詳細に説明する。
1.ポリヌクレオチド
本発明の形質転換植物を作出するのに使用するポリヌクレオチドは、植物の疑似レスポンスレギュレータ(Pseudo−Response−Regulator)遺伝子の共通モチーフである擬似レシーバードメイン(Pseudo−Receiver domain)およびCCTモチーフ(CCT−motif)を含むタンパク質をコードするポリヌクレオチド、あるいは、当該ポリヌクレオチドと、少なくとも1種の転写因子の転写活性化ドメインをコードするポリヌクレオチドとの融合ポリヌクレオチドである。
上記の擬似レシーバードメイン(Pseudo−Receiver domain)およびCCTモチーフ(CCT−motif)を含むタンパク質をコードするポリヌクレオチドとして、例えば、疑似レスポンスレギュレータ(Pseudo−Response−Regulator)遺伝子であるPRR1(TOC1)、PRR3、PRR5、PRR7、PRR9遺伝子が挙げられる。これらPRR1(TOC1)、PRR3、PRR5、PRR7、PRR9遺伝子は図1に示す共通構造を有する。
PRR1(TOC1)、PRR3、PRR5、PRR7、PRR9遺伝子の塩基配列を配列番号1、3、5、7、9に、またそれらによりコードされるアミノ酸配列を配列番号2、4、6、8、10にそれぞれ示す。
上記の擬似レシーバードメイン(Pseudo−Receiver domain)は、疑似レスポンスレギュレータ遺伝子に共通して見出されるモチーフであり、タンパク質間の相互作用能を有することが知られている。PRR1(TOC1)、PRR3、PRR5、PRR7、PRR9遺伝子の擬似レシーバードメインのアミノ酸配列はそれぞれ配列番号12、13、14、15、16で表わされる。
また、上記のCCTモチーフ(CCT−motif)は、植物タンパク質中によくみられる構造で、塩基性アミノ酸に富み、約45アミノ酸からなる。シロイヌナズナのCONSTANS(CO)タンパク質のCCTモチーフは、核局在とタンパク質間の相互作用に関与することが知られている。PRR1(TOC1)、PRR3、PRR5、PRR7、PRR9遺伝子のCCTモチーフのアミノ酸配列はそれぞれ配列番号17、18、19、20、21で表わされる。
上記の擬似レシーバードメインとCCTモチーフを含むタンパク質をコードするポリヌクレオチド(以下、「PRRポリヌクレオチド」という)は、植物界に広く分布すると考えられ、由来は問わないが、例えば、シロイヌナズナ(アブラナ科)のほか、イネ(イネ科)、ポプラ(ヤナギ科)、ブドウ(ブドウ科)、トマト(ナス科)、キャッサバ(トウダイグサ科)、ダイズ(マメ科)、裸子植物、シダ類、コケ類などが挙げられる。
本発明においては、PRRポリヌクレオチドとして、配列番号1、3、5、7、又は9に示す塩基配列からなるポリヌクレオチドのほか、当該ポリヌクレオチドと同等の機能を有する限り、配列番号1、3、5、7、又は9に示す塩基配列と類似する塩基配列からなるポリヌクレオチドを使用することもできる。従って、本発明において用いるPRRポリヌクレオチドは、上記配列番号の塩基配列と類似する塩基配列からなり、CCA1(circadian clock−associated 1)遺伝子またはLHY(late elongated hypocotyl)遺伝子の転写抑制活性を有するタンパク質をコードするポリヌクレオチドを包含する。このようなポリヌクレオチドは、天然から調製されたものでも人工的に調製されたものでもよい。例えば、上記配列番号の塩基配列のホモログ(オーソログ、パラログを含む)、人工的に変異をいれたものであってもよい。
具体的には、次のポリヌクレオチドが挙げられる。
(i) 配列番号1、3、5、7、又は9に示す塩基配列と相補的な塩基配列からなるポリヌクレオチドとストリンジェントな条件下でハイブリダイズし、かつCCA1(circadian clock−associated 1)遺伝子またはLHY(late elongated hypocotyl)遺伝子の転写抑制活性を有するタンパク質をコードするポリヌクレオチド
(ii) 配列番号1、3、5、7、又は9に示す塩基配列に対して70%以上の相同性を有する塩基配列からなり、かつCCA1(circadian clock−associated 1)遺伝子またはLHY(late elongated hypocotyl)遺伝子の転写抑制活性を有するタンパク質をコードするポリヌクレオチド
(iii) 配列番号2、4、6、8、又は10に示すアミノ酸配列からなるタンパク質をコードするポリヌクレオチド
(iv) 配列番号2、4、6、8、又は10に示すアミノ酸配列において1若しくは数個のアミノ酸が欠失、置換若しくは付加されたアミノ酸配列からなり、かつCCA1(circadian clock−associated 1)遺伝子またはLHY(late elongated hypocotyl)遺伝子の転写抑制活性を有するタンパク質をコードするポリヌクレオチド
(v) 配列番号2、4、6、8、又は10に示すアミノ酸配列に対して70%以上の相同性を有するアミノ酸配列からなり、かつCCA1(circadian clock−associated 1)遺伝子またはLHY(late elongated hypocotyl)遺伝子の転写抑制活性を有するタンパク質をコードするポリヌクレオチド
上記の「CCA1(circadian clock−associated 1)遺伝子」は、概日時計システムを構成し、朝に発現量が最大となる朝方位遺伝子(morning gene)である。「CCA1遺伝子の転写抑制活性」は、当該遺伝子の転写を抑制して、その発現量を減少させる活性をいう。また、「LHY(late elongated hypocotyl)遺伝子」はCCA1遺伝子の機能的に相同な遺伝子である。
ここでいう「ストリンジェントな条件」とは、いわゆる特異的なハイブリッドが形成され、非特異的なハイブリッドが形成されない条件をいう。上記のストリンジェントなハイブリダイゼーション条件は、当業者であれば、Sambrookら、Molecular Cloning,A Laboratory Manual,3rd Ed,,Cold Spring Harbor Laboratory(2001)を参照し、適宜選択することができる。一例を示せば、25%ホルムアミド、よりストリンジェントな条件では50%ホルムアミド、4×SSC、50mM HEPES(pH7.0)、10×デンハルト溶液、20μg/ml変性サケ精子DNAを含むハイブリダイゼーション溶液中、42℃で一晩プレハイブリダイゼーションを行った後、標識したプローブを添加し、42℃で一晩保温することによりハイブリダイゼーションを行う。その後の洗浄における洗浄液および温度条件は、「1xSSC、0.1%SDS、37℃」程度であり、よりストリンジェントな条件としては「0.5xSSC、0.1%SDS、42℃」程度であり、さらにストリンジェントな条件としては「0.2xSSC、0.1%SDS、65℃」程度である。温度が高いほど、塩濃度が低いほどストリンジェンシーは高くなり、より相同性の高いポリヌクレオチドを単離できる。
但し、上記SSC、SDSおよび温度の条件の組み合わせは例示であり、当業者であれば、ハイブリダイゼーションのストリンジェンシーを決定する上記若しくは他の要素(例えば、プローブ濃度、プローブの長さ、ハイブリダイゼーション反応時間など)を適宜組み合わせることにより、上記と同様のストリンジェンシーを実現することが可能である。
上記のストリンジェントな条件下でのハイブリダイゼーションにより得られるポリヌクレオチドは、配列番号1、3、5、7、又は9のいずれかに示す塩基配列により示されるDNAと通常高い相同性を有する。ここで、高い相同性とは、上記配列番号の塩基配列と70%以上、好ましくは80%以上、85%以上、より好ましくは90%以上、さらに好ましく95%以上、もっとも好ましくは97%以上(例えば、98から99%)の配列の相同性をいう。
また、前記の「1若しくは数個のアミノ酸が欠失、置換若しくは付加されたアミノ酸配列」について、欠失、置換若しくは付加されてもよいアミノ酸の数としては、部位特異的突然変異誘発法等の公知の変異タンパク質作製法により欠失、置換、若しくは付加できる程度の数をいい、前記した活性を保持する限り、その個数は制限されないが、通常は、たとえば、1~20個、好ましくは1~10個、より好ましくは1~5個をいう。また、ここにいう「変異」は、主には公知の変異タンパク質作製法により人為的に導入された変異を意味するが、天然に存在する同様の変異であってもよい。
また、前記のアミノ酸配列に関し、「70%以上の相同性」とは、好ましくは80%以上、85%以上、より好ましくは90%以上、さらに好ましく95%以上、もっとも好ましくは97%以上(例えば、98から99%)の配列の相同性をいう。配列(アミノ酸配列、塩基配列)の同一性は、FASTA検索やBLAST検索により決定することができる。
本発明に用いるPRRポリヌクレオチドは、公知技術によって調製することができる。例えば、シロイヌナズナ組織抽出物からtotal mRNAを調製し、上記配列番号の塩基配列をもとにプライマーを設計し、RACE法等を行って上記配列番号の塩基配列の完全長cDNAを得ることができる。またはシロイヌナズナ組織抽出物からcDNAライブラリーを作製し、上記配列番号の塩基配列をもとにプローブを設計し、ハイブリダイゼーション法によって得ることもできる。さらには、上記配列番号の塩基配列をもとに、人工的に合成してもよい。
また、当業者であれば、Molecular Cloning(Sambrook,J.et al.,Molecular Cloning:a Laboratory Manual 3rd ed.,Cold Spring Harbor Laboratory Press,10 Skyline Drive Plainview,NY(2001))等を参照することにより、PRRポリヌクレオチドのホモログを容易に取得することができる。
たとえば、アミノ酸の欠失、付加、及び置換は、上記タンパク質をコードする遺伝子に、当該技術分野で公知の手法によって変異を導入することによって行うことができる。遺伝子に変異を導入するには、Kunkel法またはGapped duplex法等の公知手法またはこれに準ずる方法により行うことができ、例えば部位特異的突然変異誘発法を利用した変異導入用キット(例えばMutant−K(TAKARA社製)やMutant−G(TAKARA社製))、TAKARA社のLA PCR in vitro Mutagenesisシリーズキットを利用することができる。あるいは、上記配列番号の塩基配列に変異を導入した配列を、市販の核酸合成装置によって合成することも可能である。
一方、PRRポリヌクレオチドに融合させる少なくとも1種の転写因子の転写活性化ドメインをコードするポリヌクレオチドは、PRRポリヌクレオチドによるCCA1(circadian clock−associated 1)遺伝子またはLHY(late elongated hypocotyl)遺伝子の転写抑制を解除し、その転写を活性化させる機能を有する。転写因子の転写活性化ドメインは転写活性化能をもつものであれば如何なるものでもよく、具体例としては、ヘルペスウイルスVP16タンパク質の転写活性化ドメイン、酵母由来GAL4タンパク質の転写活性化ドメインが挙げられる。当該転写活性化ドメインは少なくとも1種あればよく、同種または異種の転写活性化ドメインを2種以上組み合わせてもよい。また、ヘルペスウイルスVP16タンパク質の転写活性化ドメインをコードするポリヌクレオチドは配列番号11に示されるが、PRRポリヌクレオチドに融合させることによりCCA1(circadian clock−associated 1)遺伝子またはLHY(late elongated hypocotyl)遺伝子の転写抑制を解除し、その転写を活性化させる機能を有する限り、配列番号11に示す塩基配列と類似する塩基配列からなるポリヌクレオチドであってもよい。例えば、配列番号11に示す塩基配列と相補的な塩基配列からなるポリヌクレオチドとストリンジェントな条件下でハイブリダイズし、かつPRRポリヌクレオチドに融合させることによりCCA1(circadian clock−associated 1)遺伝子またはLHY(late elongated hypocotyl)遺伝子の転写抑制解除活性を有するタンパク質をコードするポリヌクレオチドや、配列番号11に示す塩基配列に対して70%以上の相同性を有する塩基配列からなり、かつPRRポリヌクレオチドに融合させることによりCCA1(circadian clock−associated 1)遺伝子またはLHY(late elongated hypocotyl)遺伝子の転写抑制解除活性を有するタンパク質をコードするポリヌクレオチドが挙げられる。「ストリンジェント」や「相同性」の意味は、前記に定義したとおりである。
2.組換えベクター
植物形質転換に用いる本発明の組換えベクターは、上記のポリヌクレオチドまたは融合ポリヌクレオチド(以下、目的遺伝子という)を適当なベクターに導入することにより構築することができる。ここで、ベクターとしては、例えば、アグロバクテリウムを介して植物に目的遺伝子を導入することができる、pBI系、pPZP系、pSMA系、pCAMBIA系のベクターなどが好適に用いられる。特にpBI系のバイナリーベクター又は中間ベクター系が好適に用いられ、例えば、pBI121、pBI101、pBI101.2、pBI101.3等が挙げられる。バイナリーベクターとは大腸菌(Escherichia coli)及びアグロバクテリウムにおいて複製可能なシャトルベクターで、バイナリーベクターを保持するアグロバクテリムを植物に感染させると、ベクター上にあるLB配列とRB配列より成るボーダー配列で囲まれた部分のDNAを植物核DNAに組み込むことが可能である。一方、pUC系のベクターは、植物に遺伝子を直接導入することができ、例えば、pUC18、pUC19、pUC9等が挙げられる。また、カリフラワーモザイクウイルス(CaMV)、インゲンマメモザイクウイルス(BGMV)、タバコモザイクウイルス(TMV)等の植物ウイルスベクターも用いることができる。
バイナリーベクター系プラスミドを用いる場合、上記のバイナリーベクターの境界配列(LB,RB)間に、目的遺伝子を挿入し、この組換えベクターを大腸菌中で増幅する。次いで、増幅した組換えベクターをAgrobacterium tumefaciens GV3101、C58、LBA4404、EHA101、EHA105あるいはAgrobacterium rhizogenes LBA1334等に、エレクトロポレーション法等により導入し、該アグロバクテリウムを植物の形質導入に用いる。
また、上記の方法以外にも、三者接合法(Nucleic Acids Research,12:8711(1984))によって、目的遺伝子を含む植物感染用アグロバクテリウムを調製することができる。すなわち、目的遺伝子を含むプラスミドを保有する大腸菌、ヘルパープラスミド(例えば、pRK2013等)を保有する大腸菌、及びアグロバクテリウムを混合培養し、リファンピシリン及びカナマイシンを含む培地上で培養することにより植物感染用の接合体アグロバクテリウムを得ることができる。
ベクターに目的遺伝子を挿入するには、まず、精製されたDNAを適当な制限酵素で切断し、適当なベクターDNAの制限酵素部位又はマルチクローニングサイトに挿入してベクターに連結する方法などが採用される。
また、目的遺伝子は、当該遺伝子の機能が発揮されるようにベクターに組み込まれることが必要である。そこで、ベクターには、目的遺伝子の上流、内部、あるいは下流に、プロモーター、エンハンサー、ターミネーター、バイナリーベクター系を使用するための複製開始点(Ti又はRiプラスミド由来の複製開始点など)、選抜マーカー遺伝子などを連結することができる。
「プロモーター」としては、植物細胞において機能し、植物の特定の組織内あるいは特定の発育段階において発現を導くことのできるDNAであれば、植物由来のものでなくてもよい。具体例としては、カリフラワーモザイクウイルス(CaMV)35Sプロモーター、ノパリン合成酵素遺伝子のプロモーター(Pnos)、トウモロコシ由来ユビキチンプロモーター、イネ由来のアクチンプロモーター、タバコ由来PRタンパク質プロモーター等が挙げられる。また、特定器官について特に目的遺伝子を発現させたい場合は、組織特異的に発現するプロモーターを用いることもできる。例えば、花茎特異的遺伝子あるいは茎頂特異的遺伝子のプロモーターを用いれば、本発明のポリヌクレオチドのバイオマス増量効果を効率的に取得することも可能である。
エンハンサーとしては、例えば、目的遺伝子の発現効率を高めるために用いられ、CaMV35Sプロモーター内の上流側の配列を含むエンハンサー領域などが挙げられる。
ターミネーターとしては、プロモーターにより転写された遺伝子の転写を終結できる配列であればよく、例えば、ノパリン合成酵素(NOS)遺伝子のターミネーター、オクトピン合成酵素(OCS)遺伝子のターミネーター、CaMV 35S RNA遺伝子のターミネーター等が挙げられる。
選抜マーカー遺伝子としては、例えば、アンピシリン耐性遺伝子、ネオマイシン耐性遺伝子、ハイグロマイシン耐性遺伝子、ビアラホス耐性遺伝子、ジヒドロ葉酸還元酵素遺伝子などが挙げられる。
また、選抜マーカー遺伝子は、上記のように目的遺伝子とともに同一のプラスミドに連結させて組換えベクターを調製してもよいが、あるいは、選抜マーカー遺伝子をプラスミドに連結して得られる組換えベクターと、目的遺伝子に連結して得られる組換えベクターとを別々に調製してもよい。別々に調製した場合は、各ベクターを宿主にコトランスフェクト(共導入)する。
3.形質転換植物及びその作出方法
本発明の形質転換植物は、上記ポリヌクレオチド若しくは融合ポリヌクレオチド又は組換えベクター(以下、これらを総称して目的遺伝子という)を対象植物に導入することによって作出することができる。本発明において「遺伝子の導入」とは、例えば公知の遺伝子工学的手法により、目的遺伝子を上記宿主植物の細胞内に発現可能な形で導入することを意味する。ここで導入された遺伝子は、宿主植物のゲノムDNA中に組み込まれてもよいし、外来ベクターに含有されたままで存在していてもよい。
上記目的遺伝子を植物中に導入する方法としては、既に報告され、確立されている種々の方法を適宜利用することができ、例えば、アグロバクテリウム法、PEG−リン酸カルシウム法、エレクトロポレーション法、リポソーム法、パーティクルガン法、マイクロインジェクション法等が挙げられる。アグロバクテリウム法を用いる場合は、プロトプラストを用いる場合、組織片を用いる場合、及び植物体そのものを用いる場合(in planta法)がある。プロトプラストを用いる場合は、TiプラスミドないしはRiプラスミドをもつアグロバクテリウム(それぞれAgrobacterium tumefaciens又はAgrobacterium rhizogenes)と共存培養する方法、スフェロプラスト化したアグロバクテリウムと融合する方法(スフェロプラスト法)、組織片を用いる場合は、対象植物の無菌培養葉片(リーフディスク)に感染させる方法やカルス(未分化培養細胞)に感染させる等により行うことができる。また種子あるいは植物体を用いるin planta法を適用する場合、すなわち植物ホルモン添加の組織培養を介さない系では、吸水種子、幼植物(芽生え)、鉢植え植物などへのアグロバクテリウムの直接処理等にて実施可能である。これらの植物形質転換法は、「島本功、岡田清孝 監修、新版 モデル植物の実験プロトコール 遺伝学的手法からゲノム解析まで(2001)、秀潤社」などの一般的な教科書の記載に従って行うことができる。
目的遺伝子が植物体に組み込まれたか否かの確認は、PCR法、サザンハイブリダイゼーション法、ノーザンハイブリダイゼーション法、ウェスタンブロッティング法等により行うことができる。例えば、形質転換植物からDNAを調製し、目的遺伝子特異的プライマーを設計してPCRを行う。PCRを行った後は、増幅産物についてアガロースゲル電気泳動、ポリアクリルアミドゲル電気泳動又はキャピラリー電気泳動等を行い、臭化エチジウム、SYBR Green液等により染色し、そして増幅産物を1本のバンドとして検出することにより、形質転換されたことを確認することができる。また、予め蛍光色素等により標識したプライマーを用いてPCRを行い、増幅産物を検出することもできる。さらに、マイクロプレート等の固相に増幅産物を結合させ、蛍光又は酵素反応等により増幅産物を確認する方法でもよい。さらに、その植物細胞からタンパク質を抽出し、2次元電気泳動を行って分画し、目的遺伝子がコードするタンパク質のバンドを検出することにより、植物細胞に導入された目的遺伝子が発現されていること、すなわちその植物が形質転換されていることを確認してもよい。
あるいは、種々のレポーター遺伝子、例えばベータグルクロニダーゼ(GUS)、ルシフェラーゼ(LUC)、Green fluorescent protein(GFP)、クロラムフェニコールアセチルトランスフェラーゼ(CAT)、ベータガラクトシダーゼ(LacZ)等の遺伝子を目的遺伝子の下流域に連結したベクターを作製し、該ベクター導入したアグロバクテリムを用いて上記と同様にして植物を形質転換させ、該レポーター遺伝子の発現を測定することによっても確認できる。
本発明において形質転換に用いられる植物としては単子葉植物又は双子葉植物あるいは短日性植物又は長日性植物のいずれであってもよいが、短日性植物(例えば、イネ、トウモロコシ、ダイズ、キク、アサガオ、コスモスなど)の場合は、前述の植物の疑似レスポンスレギュレータ(Pseudo−Response−Regulator)遺伝子の共通モチーフである擬似レシーバードメイン(Pseudo−Receiver domain)およびCCTモチーフ(CCT−motif)を含むタンパク質をコードするポリヌクレオチド、長日性植物(例えば、シロイヌナズナ、コムギ、オオムギ、ホウレンソウ、ポプラなど)の場合は、該ポリヌクレオチと、少なくとも1種の転写因子の転写活性化ドメインをコードするポリヌクレオチドとの融合ポリヌクレオチドを導入して形質転換する。本発明において形質転換に用いられる植物としては、例えば、アブラナ科(シロイヌナズナ、キャベツ、ナタネ等)、イネ科(イネ、トウモロコシ、オオムギ、コムギ、スイッチグラス、サトウキビ、ソルガム等)、ナス科(トマト、ナス、ジャガイモ、タバコ等)、マメ科(ダイズ、エンドウ、インゲン等)、ヒルガオ科(サツマイモ等)、キク科(ヒマワリ等)、トウダイグサ科(キャツサバ、ヤトロファ等)、バラ科(イチゴ等)、ヤナギ類(ポプラ等)等に属する植物が挙げられるが、これらの植物に限定されるものではなく、裸子植物、シダ類、コケ類をも含む陸生植物全般に汎用可能である。
本発明において、形質転換の対象とする植物材料としては、茎、葉、種子、胚、胚珠、子房、茎頂等の植物器官、葯、花粉等の植物組織やその切片、未分化のカルス、それを酵素処置して細胞壁を除いたプロプラスト等の植物培養細胞のいずれであってもよい。またin planta法適用の場合、吸水種子や植物体全体を利用できる。
本発明において、形質転換植物とは、植物体全体、植物器官(例えば葉、花弁、茎、根、穀実、種子等)、植物組織(例えば表皮、師部、柔組織、木部、維管束等)、又は植物培養細胞(例えばカルス)のいずれをも意味するものである。
植物培養細胞を対象とする場合において、得られた形質転換細胞から形質転換体を再生させるためには既知の組織培養法により器官又は個体を再生させればよい。このような操作は、植物細胞から植物体への再生方法として一般的に知られている方法により、当業者であれば容易に行うことができる。植物細胞から植物体への再生については、例えば、以下のように行うことができる。
まず、形質転換の対象とする植物材料として植物組織又はプロトプラストを用いた場合、これらを無機要素、ビタミン、炭素源、エネルギー源としての糖類、植物生長調節物質(オーキシン、サイトカイニン、ジベレリン、アブシジン酸、エチレン、ブラシノステロイド等の植物ホルモン)等を加えて滅菌したカルス形成用培地中で培養し、不定形に増殖する脱分化したカルスを形成させる(以下「カルス誘導」という)。このように形成されたカルスをオーキシン等の植物生長調節物質を含む新しい培地に移しかえて更に増殖(継代培養)させる。
カルス誘導は寒天等の固型培地で行い、継代培養は例えば液体培養で行うと、それぞれの培養を効率良くかつ大量に行うことができる。次に、上記の継代培養により増殖したカルスを適当な条件下で培養することにより器官の再分化を誘導し(以下、「再分化誘導」という)、最終的に完全な植物体を再生させる。再分化誘導は、培地におけるオーキシン等の植物生長調節物質、炭素源等の各種成分の種類や量、光、温度等を適切に設定することにより行うことができる。かかる再分化誘導により、不定胚、不定根、不定芽、不定茎葉等が形成され、更に完全な植物体へと育成させる。あるいは、完全な植物体になる前の状態(例えばカプセル化された人工種子、乾燥胚、凍結乾燥細胞及び組織等)で貯蔵等を行ってもよい。
本発明の形質転換植物は、当該遺伝子を導入した植物体(形質転換された細胞やカルスから再生された植物体を含む)の有性生殖又は無性生殖により得られる子孫の植物体、及びその子孫植物体の組織や器官等の一部(種子、プロトプラストなど)も包含するものとする。本発明の形質転換植物は、前記目的遺伝子を導入して形質転換した植物体から、種子、プロトプラストなどの繁殖材料を取得し、それを栽培又は培養することによって量産することができる。
上記のようにして得られる形質転換植物は、前記融合ポリヌクレオチドの発現により植物一個体当たりのバイオマスが増量する。本発明においては、「バイオマス」とは、ある時点に任意の空間内に存在する植物体またはその部分の量をいい、当該植物体またはその部分を由来とする物質、食料、資材、燃料、資源などをも含む意味で用いる。具体的には、バイオマスの増量は、地下茎(根茎、球茎、塊茎、鱗茎)・地上茎・花茎・蔓の肥大、種子の肥大、茎丈・草丈、稈丈、穂丈の伸長促進、葉などのソース器官の増大をいう。
また、上記のようにして得られる形質転換植物は、環境ストレス耐性をも有する。「環境ストレス」とは、一般には非生物的ストレスを意味し、例えば乾燥ストレス、低温ストレス、高塩濃度ストレス等をいう。「乾燥」とは水分が欠乏した状態を意味し、「低温」とはそれぞれの生物種の生活至適温度よりも低い温度にさらされた状態(例えばシロイヌナズナの場合−20~+21℃の温度を継続的に1時間~数週間さらすことをいう。また、「高塩濃度」とは、50mM~600mMの濃度のNaClを継続的に0.5時間~数週間処理したときの状態を意味する。これらの環境ストレスは、1種類のものを負荷してもよく、複数種類のものを負荷してもよい。
以下、実施例によって本発明を更に具体的に説明するが、これらの実施例は本発明を限定するものでない。
1.ポリヌクレオチド
本発明の形質転換植物を作出するのに使用するポリヌクレオチドは、植物の疑似レスポンスレギュレータ(Pseudo−Response−Regulator)遺伝子の共通モチーフである擬似レシーバードメイン(Pseudo−Receiver domain)およびCCTモチーフ(CCT−motif)を含むタンパク質をコードするポリヌクレオチド、あるいは、当該ポリヌクレオチドと、少なくとも1種の転写因子の転写活性化ドメインをコードするポリヌクレオチドとの融合ポリヌクレオチドである。
上記の擬似レシーバードメイン(Pseudo−Receiver domain)およびCCTモチーフ(CCT−motif)を含むタンパク質をコードするポリヌクレオチドとして、例えば、疑似レスポンスレギュレータ(Pseudo−Response−Regulator)遺伝子であるPRR1(TOC1)、PRR3、PRR5、PRR7、PRR9遺伝子が挙げられる。これらPRR1(TOC1)、PRR3、PRR5、PRR7、PRR9遺伝子は図1に示す共通構造を有する。
PRR1(TOC1)、PRR3、PRR5、PRR7、PRR9遺伝子の塩基配列を配列番号1、3、5、7、9に、またそれらによりコードされるアミノ酸配列を配列番号2、4、6、8、10にそれぞれ示す。
上記の擬似レシーバードメイン(Pseudo−Receiver domain)は、疑似レスポンスレギュレータ遺伝子に共通して見出されるモチーフであり、タンパク質間の相互作用能を有することが知られている。PRR1(TOC1)、PRR3、PRR5、PRR7、PRR9遺伝子の擬似レシーバードメインのアミノ酸配列はそれぞれ配列番号12、13、14、15、16で表わされる。
また、上記のCCTモチーフ(CCT−motif)は、植物タンパク質中によくみられる構造で、塩基性アミノ酸に富み、約45アミノ酸からなる。シロイヌナズナのCONSTANS(CO)タンパク質のCCTモチーフは、核局在とタンパク質間の相互作用に関与することが知られている。PRR1(TOC1)、PRR3、PRR5、PRR7、PRR9遺伝子のCCTモチーフのアミノ酸配列はそれぞれ配列番号17、18、19、20、21で表わされる。
上記の擬似レシーバードメインとCCTモチーフを含むタンパク質をコードするポリヌクレオチド(以下、「PRRポリヌクレオチド」という)は、植物界に広く分布すると考えられ、由来は問わないが、例えば、シロイヌナズナ(アブラナ科)のほか、イネ(イネ科)、ポプラ(ヤナギ科)、ブドウ(ブドウ科)、トマト(ナス科)、キャッサバ(トウダイグサ科)、ダイズ(マメ科)、裸子植物、シダ類、コケ類などが挙げられる。
本発明においては、PRRポリヌクレオチドとして、配列番号1、3、5、7、又は9に示す塩基配列からなるポリヌクレオチドのほか、当該ポリヌクレオチドと同等の機能を有する限り、配列番号1、3、5、7、又は9に示す塩基配列と類似する塩基配列からなるポリヌクレオチドを使用することもできる。従って、本発明において用いるPRRポリヌクレオチドは、上記配列番号の塩基配列と類似する塩基配列からなり、CCA1(circadian clock−associated 1)遺伝子またはLHY(late elongated hypocotyl)遺伝子の転写抑制活性を有するタンパク質をコードするポリヌクレオチドを包含する。このようなポリヌクレオチドは、天然から調製されたものでも人工的に調製されたものでもよい。例えば、上記配列番号の塩基配列のホモログ(オーソログ、パラログを含む)、人工的に変異をいれたものであってもよい。
具体的には、次のポリヌクレオチドが挙げられる。
(i) 配列番号1、3、5、7、又は9に示す塩基配列と相補的な塩基配列からなるポリヌクレオチドとストリンジェントな条件下でハイブリダイズし、かつCCA1(circadian clock−associated 1)遺伝子またはLHY(late elongated hypocotyl)遺伝子の転写抑制活性を有するタンパク質をコードするポリヌクレオチド
(ii) 配列番号1、3、5、7、又は9に示す塩基配列に対して70%以上の相同性を有する塩基配列からなり、かつCCA1(circadian clock−associated 1)遺伝子またはLHY(late elongated hypocotyl)遺伝子の転写抑制活性を有するタンパク質をコードするポリヌクレオチド
(iii) 配列番号2、4、6、8、又は10に示すアミノ酸配列からなるタンパク質をコードするポリヌクレオチド
(iv) 配列番号2、4、6、8、又は10に示すアミノ酸配列において1若しくは数個のアミノ酸が欠失、置換若しくは付加されたアミノ酸配列からなり、かつCCA1(circadian clock−associated 1)遺伝子またはLHY(late elongated hypocotyl)遺伝子の転写抑制活性を有するタンパク質をコードするポリヌクレオチド
(v) 配列番号2、4、6、8、又は10に示すアミノ酸配列に対して70%以上の相同性を有するアミノ酸配列からなり、かつCCA1(circadian clock−associated 1)遺伝子またはLHY(late elongated hypocotyl)遺伝子の転写抑制活性を有するタンパク質をコードするポリヌクレオチド
上記の「CCA1(circadian clock−associated 1)遺伝子」は、概日時計システムを構成し、朝に発現量が最大となる朝方位遺伝子(morning gene)である。「CCA1遺伝子の転写抑制活性」は、当該遺伝子の転写を抑制して、その発現量を減少させる活性をいう。また、「LHY(late elongated hypocotyl)遺伝子」はCCA1遺伝子の機能的に相同な遺伝子である。
ここでいう「ストリンジェントな条件」とは、いわゆる特異的なハイブリッドが形成され、非特異的なハイブリッドが形成されない条件をいう。上記のストリンジェントなハイブリダイゼーション条件は、当業者であれば、Sambrookら、Molecular Cloning,A Laboratory Manual,3rd Ed,,Cold Spring Harbor Laboratory(2001)を参照し、適宜選択することができる。一例を示せば、25%ホルムアミド、よりストリンジェントな条件では50%ホルムアミド、4×SSC、50mM HEPES(pH7.0)、10×デンハルト溶液、20μg/ml変性サケ精子DNAを含むハイブリダイゼーション溶液中、42℃で一晩プレハイブリダイゼーションを行った後、標識したプローブを添加し、42℃で一晩保温することによりハイブリダイゼーションを行う。その後の洗浄における洗浄液および温度条件は、「1xSSC、0.1%SDS、37℃」程度であり、よりストリンジェントな条件としては「0.5xSSC、0.1%SDS、42℃」程度であり、さらにストリンジェントな条件としては「0.2xSSC、0.1%SDS、65℃」程度である。温度が高いほど、塩濃度が低いほどストリンジェンシーは高くなり、より相同性の高いポリヌクレオチドを単離できる。
但し、上記SSC、SDSおよび温度の条件の組み合わせは例示であり、当業者であれば、ハイブリダイゼーションのストリンジェンシーを決定する上記若しくは他の要素(例えば、プローブ濃度、プローブの長さ、ハイブリダイゼーション反応時間など)を適宜組み合わせることにより、上記と同様のストリンジェンシーを実現することが可能である。
上記のストリンジェントな条件下でのハイブリダイゼーションにより得られるポリヌクレオチドは、配列番号1、3、5、7、又は9のいずれかに示す塩基配列により示されるDNAと通常高い相同性を有する。ここで、高い相同性とは、上記配列番号の塩基配列と70%以上、好ましくは80%以上、85%以上、より好ましくは90%以上、さらに好ましく95%以上、もっとも好ましくは97%以上(例えば、98から99%)の配列の相同性をいう。
また、前記の「1若しくは数個のアミノ酸が欠失、置換若しくは付加されたアミノ酸配列」について、欠失、置換若しくは付加されてもよいアミノ酸の数としては、部位特異的突然変異誘発法等の公知の変異タンパク質作製法により欠失、置換、若しくは付加できる程度の数をいい、前記した活性を保持する限り、その個数は制限されないが、通常は、たとえば、1~20個、好ましくは1~10個、より好ましくは1~5個をいう。また、ここにいう「変異」は、主には公知の変異タンパク質作製法により人為的に導入された変異を意味するが、天然に存在する同様の変異であってもよい。
また、前記のアミノ酸配列に関し、「70%以上の相同性」とは、好ましくは80%以上、85%以上、より好ましくは90%以上、さらに好ましく95%以上、もっとも好ましくは97%以上(例えば、98から99%)の配列の相同性をいう。配列(アミノ酸配列、塩基配列)の同一性は、FASTA検索やBLAST検索により決定することができる。
本発明に用いるPRRポリヌクレオチドは、公知技術によって調製することができる。例えば、シロイヌナズナ組織抽出物からtotal mRNAを調製し、上記配列番号の塩基配列をもとにプライマーを設計し、RACE法等を行って上記配列番号の塩基配列の完全長cDNAを得ることができる。またはシロイヌナズナ組織抽出物からcDNAライブラリーを作製し、上記配列番号の塩基配列をもとにプローブを設計し、ハイブリダイゼーション法によって得ることもできる。さらには、上記配列番号の塩基配列をもとに、人工的に合成してもよい。
また、当業者であれば、Molecular Cloning(Sambrook,J.et al.,Molecular Cloning:a Laboratory Manual 3rd ed.,Cold Spring Harbor Laboratory Press,10 Skyline Drive Plainview,NY(2001))等を参照することにより、PRRポリヌクレオチドのホモログを容易に取得することができる。
たとえば、アミノ酸の欠失、付加、及び置換は、上記タンパク質をコードする遺伝子に、当該技術分野で公知の手法によって変異を導入することによって行うことができる。遺伝子に変異を導入するには、Kunkel法またはGapped duplex法等の公知手法またはこれに準ずる方法により行うことができ、例えば部位特異的突然変異誘発法を利用した変異導入用キット(例えばMutant−K(TAKARA社製)やMutant−G(TAKARA社製))、TAKARA社のLA PCR in vitro Mutagenesisシリーズキットを利用することができる。あるいは、上記配列番号の塩基配列に変異を導入した配列を、市販の核酸合成装置によって合成することも可能である。
一方、PRRポリヌクレオチドに融合させる少なくとも1種の転写因子の転写活性化ドメインをコードするポリヌクレオチドは、PRRポリヌクレオチドによるCCA1(circadian clock−associated 1)遺伝子またはLHY(late elongated hypocotyl)遺伝子の転写抑制を解除し、その転写を活性化させる機能を有する。転写因子の転写活性化ドメインは転写活性化能をもつものであれば如何なるものでもよく、具体例としては、ヘルペスウイルスVP16タンパク質の転写活性化ドメイン、酵母由来GAL4タンパク質の転写活性化ドメインが挙げられる。当該転写活性化ドメインは少なくとも1種あればよく、同種または異種の転写活性化ドメインを2種以上組み合わせてもよい。また、ヘルペスウイルスVP16タンパク質の転写活性化ドメインをコードするポリヌクレオチドは配列番号11に示されるが、PRRポリヌクレオチドに融合させることによりCCA1(circadian clock−associated 1)遺伝子またはLHY(late elongated hypocotyl)遺伝子の転写抑制を解除し、その転写を活性化させる機能を有する限り、配列番号11に示す塩基配列と類似する塩基配列からなるポリヌクレオチドであってもよい。例えば、配列番号11に示す塩基配列と相補的な塩基配列からなるポリヌクレオチドとストリンジェントな条件下でハイブリダイズし、かつPRRポリヌクレオチドに融合させることによりCCA1(circadian clock−associated 1)遺伝子またはLHY(late elongated hypocotyl)遺伝子の転写抑制解除活性を有するタンパク質をコードするポリヌクレオチドや、配列番号11に示す塩基配列に対して70%以上の相同性を有する塩基配列からなり、かつPRRポリヌクレオチドに融合させることによりCCA1(circadian clock−associated 1)遺伝子またはLHY(late elongated hypocotyl)遺伝子の転写抑制解除活性を有するタンパク質をコードするポリヌクレオチドが挙げられる。「ストリンジェント」や「相同性」の意味は、前記に定義したとおりである。
2.組換えベクター
植物形質転換に用いる本発明の組換えベクターは、上記のポリヌクレオチドまたは融合ポリヌクレオチド(以下、目的遺伝子という)を適当なベクターに導入することにより構築することができる。ここで、ベクターとしては、例えば、アグロバクテリウムを介して植物に目的遺伝子を導入することができる、pBI系、pPZP系、pSMA系、pCAMBIA系のベクターなどが好適に用いられる。特にpBI系のバイナリーベクター又は中間ベクター系が好適に用いられ、例えば、pBI121、pBI101、pBI101.2、pBI101.3等が挙げられる。バイナリーベクターとは大腸菌(Escherichia coli)及びアグロバクテリウムにおいて複製可能なシャトルベクターで、バイナリーベクターを保持するアグロバクテリムを植物に感染させると、ベクター上にあるLB配列とRB配列より成るボーダー配列で囲まれた部分のDNAを植物核DNAに組み込むことが可能である。一方、pUC系のベクターは、植物に遺伝子を直接導入することができ、例えば、pUC18、pUC19、pUC9等が挙げられる。また、カリフラワーモザイクウイルス(CaMV)、インゲンマメモザイクウイルス(BGMV)、タバコモザイクウイルス(TMV)等の植物ウイルスベクターも用いることができる。
バイナリーベクター系プラスミドを用いる場合、上記のバイナリーベクターの境界配列(LB,RB)間に、目的遺伝子を挿入し、この組換えベクターを大腸菌中で増幅する。次いで、増幅した組換えベクターをAgrobacterium tumefaciens GV3101、C58、LBA4404、EHA101、EHA105あるいはAgrobacterium rhizogenes LBA1334等に、エレクトロポレーション法等により導入し、該アグロバクテリウムを植物の形質導入に用いる。
また、上記の方法以外にも、三者接合法(Nucleic Acids Research,12:8711(1984))によって、目的遺伝子を含む植物感染用アグロバクテリウムを調製することができる。すなわち、目的遺伝子を含むプラスミドを保有する大腸菌、ヘルパープラスミド(例えば、pRK2013等)を保有する大腸菌、及びアグロバクテリウムを混合培養し、リファンピシリン及びカナマイシンを含む培地上で培養することにより植物感染用の接合体アグロバクテリウムを得ることができる。
ベクターに目的遺伝子を挿入するには、まず、精製されたDNAを適当な制限酵素で切断し、適当なベクターDNAの制限酵素部位又はマルチクローニングサイトに挿入してベクターに連結する方法などが採用される。
また、目的遺伝子は、当該遺伝子の機能が発揮されるようにベクターに組み込まれることが必要である。そこで、ベクターには、目的遺伝子の上流、内部、あるいは下流に、プロモーター、エンハンサー、ターミネーター、バイナリーベクター系を使用するための複製開始点(Ti又はRiプラスミド由来の複製開始点など)、選抜マーカー遺伝子などを連結することができる。
「プロモーター」としては、植物細胞において機能し、植物の特定の組織内あるいは特定の発育段階において発現を導くことのできるDNAであれば、植物由来のものでなくてもよい。具体例としては、カリフラワーモザイクウイルス(CaMV)35Sプロモーター、ノパリン合成酵素遺伝子のプロモーター(Pnos)、トウモロコシ由来ユビキチンプロモーター、イネ由来のアクチンプロモーター、タバコ由来PRタンパク質プロモーター等が挙げられる。また、特定器官について特に目的遺伝子を発現させたい場合は、組織特異的に発現するプロモーターを用いることもできる。例えば、花茎特異的遺伝子あるいは茎頂特異的遺伝子のプロモーターを用いれば、本発明のポリヌクレオチドのバイオマス増量効果を効率的に取得することも可能である。
エンハンサーとしては、例えば、目的遺伝子の発現効率を高めるために用いられ、CaMV35Sプロモーター内の上流側の配列を含むエンハンサー領域などが挙げられる。
ターミネーターとしては、プロモーターにより転写された遺伝子の転写を終結できる配列であればよく、例えば、ノパリン合成酵素(NOS)遺伝子のターミネーター、オクトピン合成酵素(OCS)遺伝子のターミネーター、CaMV 35S RNA遺伝子のターミネーター等が挙げられる。
選抜マーカー遺伝子としては、例えば、アンピシリン耐性遺伝子、ネオマイシン耐性遺伝子、ハイグロマイシン耐性遺伝子、ビアラホス耐性遺伝子、ジヒドロ葉酸還元酵素遺伝子などが挙げられる。
また、選抜マーカー遺伝子は、上記のように目的遺伝子とともに同一のプラスミドに連結させて組換えベクターを調製してもよいが、あるいは、選抜マーカー遺伝子をプラスミドに連結して得られる組換えベクターと、目的遺伝子に連結して得られる組換えベクターとを別々に調製してもよい。別々に調製した場合は、各ベクターを宿主にコトランスフェクト(共導入)する。
3.形質転換植物及びその作出方法
本発明の形質転換植物は、上記ポリヌクレオチド若しくは融合ポリヌクレオチド又は組換えベクター(以下、これらを総称して目的遺伝子という)を対象植物に導入することによって作出することができる。本発明において「遺伝子の導入」とは、例えば公知の遺伝子工学的手法により、目的遺伝子を上記宿主植物の細胞内に発現可能な形で導入することを意味する。ここで導入された遺伝子は、宿主植物のゲノムDNA中に組み込まれてもよいし、外来ベクターに含有されたままで存在していてもよい。
上記目的遺伝子を植物中に導入する方法としては、既に報告され、確立されている種々の方法を適宜利用することができ、例えば、アグロバクテリウム法、PEG−リン酸カルシウム法、エレクトロポレーション法、リポソーム法、パーティクルガン法、マイクロインジェクション法等が挙げられる。アグロバクテリウム法を用いる場合は、プロトプラストを用いる場合、組織片を用いる場合、及び植物体そのものを用いる場合(in planta法)がある。プロトプラストを用いる場合は、TiプラスミドないしはRiプラスミドをもつアグロバクテリウム(それぞれAgrobacterium tumefaciens又はAgrobacterium rhizogenes)と共存培養する方法、スフェロプラスト化したアグロバクテリウムと融合する方法(スフェロプラスト法)、組織片を用いる場合は、対象植物の無菌培養葉片(リーフディスク)に感染させる方法やカルス(未分化培養細胞)に感染させる等により行うことができる。また種子あるいは植物体を用いるin planta法を適用する場合、すなわち植物ホルモン添加の組織培養を介さない系では、吸水種子、幼植物(芽生え)、鉢植え植物などへのアグロバクテリウムの直接処理等にて実施可能である。これらの植物形質転換法は、「島本功、岡田清孝 監修、新版 モデル植物の実験プロトコール 遺伝学的手法からゲノム解析まで(2001)、秀潤社」などの一般的な教科書の記載に従って行うことができる。
目的遺伝子が植物体に組み込まれたか否かの確認は、PCR法、サザンハイブリダイゼーション法、ノーザンハイブリダイゼーション法、ウェスタンブロッティング法等により行うことができる。例えば、形質転換植物からDNAを調製し、目的遺伝子特異的プライマーを設計してPCRを行う。PCRを行った後は、増幅産物についてアガロースゲル電気泳動、ポリアクリルアミドゲル電気泳動又はキャピラリー電気泳動等を行い、臭化エチジウム、SYBR Green液等により染色し、そして増幅産物を1本のバンドとして検出することにより、形質転換されたことを確認することができる。また、予め蛍光色素等により標識したプライマーを用いてPCRを行い、増幅産物を検出することもできる。さらに、マイクロプレート等の固相に増幅産物を結合させ、蛍光又は酵素反応等により増幅産物を確認する方法でもよい。さらに、その植物細胞からタンパク質を抽出し、2次元電気泳動を行って分画し、目的遺伝子がコードするタンパク質のバンドを検出することにより、植物細胞に導入された目的遺伝子が発現されていること、すなわちその植物が形質転換されていることを確認してもよい。
あるいは、種々のレポーター遺伝子、例えばベータグルクロニダーゼ(GUS)、ルシフェラーゼ(LUC)、Green fluorescent protein(GFP)、クロラムフェニコールアセチルトランスフェラーゼ(CAT)、ベータガラクトシダーゼ(LacZ)等の遺伝子を目的遺伝子の下流域に連結したベクターを作製し、該ベクター導入したアグロバクテリムを用いて上記と同様にして植物を形質転換させ、該レポーター遺伝子の発現を測定することによっても確認できる。
本発明において形質転換に用いられる植物としては単子葉植物又は双子葉植物あるいは短日性植物又は長日性植物のいずれであってもよいが、短日性植物(例えば、イネ、トウモロコシ、ダイズ、キク、アサガオ、コスモスなど)の場合は、前述の植物の疑似レスポンスレギュレータ(Pseudo−Response−Regulator)遺伝子の共通モチーフである擬似レシーバードメイン(Pseudo−Receiver domain)およびCCTモチーフ(CCT−motif)を含むタンパク質をコードするポリヌクレオチド、長日性植物(例えば、シロイヌナズナ、コムギ、オオムギ、ホウレンソウ、ポプラなど)の場合は、該ポリヌクレオチと、少なくとも1種の転写因子の転写活性化ドメインをコードするポリヌクレオチドとの融合ポリヌクレオチドを導入して形質転換する。本発明において形質転換に用いられる植物としては、例えば、アブラナ科(シロイヌナズナ、キャベツ、ナタネ等)、イネ科(イネ、トウモロコシ、オオムギ、コムギ、スイッチグラス、サトウキビ、ソルガム等)、ナス科(トマト、ナス、ジャガイモ、タバコ等)、マメ科(ダイズ、エンドウ、インゲン等)、ヒルガオ科(サツマイモ等)、キク科(ヒマワリ等)、トウダイグサ科(キャツサバ、ヤトロファ等)、バラ科(イチゴ等)、ヤナギ類(ポプラ等)等に属する植物が挙げられるが、これらの植物に限定されるものではなく、裸子植物、シダ類、コケ類をも含む陸生植物全般に汎用可能である。
本発明において、形質転換の対象とする植物材料としては、茎、葉、種子、胚、胚珠、子房、茎頂等の植物器官、葯、花粉等の植物組織やその切片、未分化のカルス、それを酵素処置して細胞壁を除いたプロプラスト等の植物培養細胞のいずれであってもよい。またin planta法適用の場合、吸水種子や植物体全体を利用できる。
本発明において、形質転換植物とは、植物体全体、植物器官(例えば葉、花弁、茎、根、穀実、種子等)、植物組織(例えば表皮、師部、柔組織、木部、維管束等)、又は植物培養細胞(例えばカルス)のいずれをも意味するものである。
植物培養細胞を対象とする場合において、得られた形質転換細胞から形質転換体を再生させるためには既知の組織培養法により器官又は個体を再生させればよい。このような操作は、植物細胞から植物体への再生方法として一般的に知られている方法により、当業者であれば容易に行うことができる。植物細胞から植物体への再生については、例えば、以下のように行うことができる。
まず、形質転換の対象とする植物材料として植物組織又はプロトプラストを用いた場合、これらを無機要素、ビタミン、炭素源、エネルギー源としての糖類、植物生長調節物質(オーキシン、サイトカイニン、ジベレリン、アブシジン酸、エチレン、ブラシノステロイド等の植物ホルモン)等を加えて滅菌したカルス形成用培地中で培養し、不定形に増殖する脱分化したカルスを形成させる(以下「カルス誘導」という)。このように形成されたカルスをオーキシン等の植物生長調節物質を含む新しい培地に移しかえて更に増殖(継代培養)させる。
カルス誘導は寒天等の固型培地で行い、継代培養は例えば液体培養で行うと、それぞれの培養を効率良くかつ大量に行うことができる。次に、上記の継代培養により増殖したカルスを適当な条件下で培養することにより器官の再分化を誘導し(以下、「再分化誘導」という)、最終的に完全な植物体を再生させる。再分化誘導は、培地におけるオーキシン等の植物生長調節物質、炭素源等の各種成分の種類や量、光、温度等を適切に設定することにより行うことができる。かかる再分化誘導により、不定胚、不定根、不定芽、不定茎葉等が形成され、更に完全な植物体へと育成させる。あるいは、完全な植物体になる前の状態(例えばカプセル化された人工種子、乾燥胚、凍結乾燥細胞及び組織等)で貯蔵等を行ってもよい。
本発明の形質転換植物は、当該遺伝子を導入した植物体(形質転換された細胞やカルスから再生された植物体を含む)の有性生殖又は無性生殖により得られる子孫の植物体、及びその子孫植物体の組織や器官等の一部(種子、プロトプラストなど)も包含するものとする。本発明の形質転換植物は、前記目的遺伝子を導入して形質転換した植物体から、種子、プロトプラストなどの繁殖材料を取得し、それを栽培又は培養することによって量産することができる。
上記のようにして得られる形質転換植物は、前記融合ポリヌクレオチドの発現により植物一個体当たりのバイオマスが増量する。本発明においては、「バイオマス」とは、ある時点に任意の空間内に存在する植物体またはその部分の量をいい、当該植物体またはその部分を由来とする物質、食料、資材、燃料、資源などをも含む意味で用いる。具体的には、バイオマスの増量は、地下茎(根茎、球茎、塊茎、鱗茎)・地上茎・花茎・蔓の肥大、種子の肥大、茎丈・草丈、稈丈、穂丈の伸長促進、葉などのソース器官の増大をいう。
また、上記のようにして得られる形質転換植物は、環境ストレス耐性をも有する。「環境ストレス」とは、一般には非生物的ストレスを意味し、例えば乾燥ストレス、低温ストレス、高塩濃度ストレス等をいう。「乾燥」とは水分が欠乏した状態を意味し、「低温」とはそれぞれの生物種の生活至適温度よりも低い温度にさらされた状態(例えばシロイヌナズナの場合−20~+21℃の温度を継続的に1時間~数週間さらすことをいう。また、「高塩濃度」とは、50mM~600mMの濃度のNaClを継続的に0.5時間~数週間処理したときの状態を意味する。これらの環境ストレスは、1種類のものを負荷してもよく、複数種類のものを負荷してもよい。
以下、実施例によって本発明を更に具体的に説明するが、これらの実施例は本発明を限定するものでない。
pBS−35S::PRR9−FLAG、pBS−35S::PRR7−FLAG、pBS−35S::PRR5−FLAGの作成と転写活性化能の検定
pBlueScript(Stratagene社製)にカリフラワーモザイクウイルス由来35S転写プロモーター、FLAGペプチド、Nos転写ターミネーターが組み込まれたベクター(本ベクターを「pBS−35S::FLAG」と呼ぶ)[Biosci Biotechnol Biochem 68(9):1966(2004)]を用いて、35S転写プロモーター支配下で、シロイヌナズナのPRR9(TAIR locus:At2g46790、配列番号9)、PRR7(TAIR locus:At5g02810、配列番号7)、あるいはPRR5(TAIR locus:At5g24479、配列番号5)とFLAGペプチド(Asp−Tyr−Lys−Asp−Asp−Asp−Asp−Lys:配列番号22)をタンデムな形で連結させ、融合タンパク質を発現できるベクター(pBS−35S::PRR9−FLAG、pBS−35S::PRR7−FLAG、pBS−35S::PRR5−FLAG)を以下のようにして構築した。
PRR5遺伝子は、夜明けより6時間後に発現ピークを迎えるため、その時間にシロイヌナズナを凍結サンプリングし、そこからmRNAおよびcDNAの作成を行った。植物からのRNAの抽出は、RNeasy Plant Minikit(Qiagen社製)によって行った。逆転写反応によるcDNAの合成は、SuperScript II(Invitrogen社製)を用いて、オリゴdT20をプライマーとして行った。そのcDNAプールを鋳型にし、プライマー(5’−ACACTCTAGAATGACTAGTAGCGAGGAAGTAG−3’:配列番号23、5’−GTTGGATCCTCTGGAGCTTGTGTGGATTGG−3’:配列番号24)によって、PRR5のcDNAをPCR反応により増幅した。PCR反応はPrime Star酵素を用い、94°Cで2分間おいた後、94°C、15秒間、55°C、20秒間、72°C、2分間を1サイクルとして、35サイクル行った。増幅したPRR5cDNA断片は、制限酵素Xba I(Takara社製)とBamH I(Takara社製)で37°Cにて5時間処理した。またpBS−35S::FLAGもXba IとBamH Iで同様に処理した。制限酵素処理したPRR5cDNAとpBS−35S::FLAGをライゲーション反応によって連結し、大腸菌DH5α(Takara社製)に形質転換し、形質転換体よりベクター(pBS−35S::PRR5−FLAG)を回収した。
同様に、pBS−35S::PRR7−FLAG、pBS−35S::PRR9−FLAGを作成した。尚、クローニングにもちいたmRNAは、夜明けより3時間後のシロイヌナズナであり、PRR7のcDNAは、プライマー(5’−CTTATCTAGAATGAATGCTAATGAGGAGGG−3’:配列番号25、5’−GAGTCCATGGTGCTATCCTCAATGTTTTTTATGTC−3’:配列番号26)、PRR9のcDNAはプライマー(5’−CAAATCTAGAATGGGGGAGATTGTGG−3’:配列番号27、5’−GAAGTCCATGGTTGATTTTGTAGACGCGTCTG−3’:配列番号28)をもちいてPCR反応によって増幅した。増幅したPRR7cDNAとPRR9cDNA断片は、制限酵素Xba I(Takara社製)とNco I(Takara社製)で37°Cにて5時間処理した。またpBS−35S::FLAGもXba IとNco Iで同様に処理した。制限酵素処理したPRR9cDNAあるいはPRR7cDNAとpBS−35S::FLAGをライゲーション反応によって連結し、大腸菌DH5α(Takara社製)に形質転換し、形質転換体よりベクター(pBS−35S::PRR9−FLAG、pBS−35S::PRR7−FLAG)を回収した。
シロイヌナズナでの一過的な発現系を用いて、PRR9、PRR7、PRR5タンパク質がCCA1プロモーターをどのように制御するかを観察した。pBS−35S::PRR9−FLAG、pBS−35S::PRR7−FLAG、pBS−35S::PRR5−FLAGベクター(エフェクターベクター)と、CCA1プロモーター支配下でLuciferase遺伝子を発現させるベクターCCA1::LUC(レポーターベクター)、35Sプロモーター支配下でRenilla Luciferaseを発現させるベクター35S::RLUC(リファレンスベクター)をそれぞれ0.8μgずつ混合し、1μM直径の金粒子にコーティングし、Particle Bombardment(GE Healthcare)を用いて、発芽後2週間、12時間明(白色光)12時間暗で生育したシロイヌナズナに一過的に導入した。導入後12時間以降の特定の時間(明期に入って2時間後)で、Luciferase活性とRenilla Luciferase活性をYamaguchiらの方法に従って測定し[The Plant Journal,55:652(2008)]、Lucifease活性/Renilla Luciferase活性(Control実験値を1とする)をCCA1プロモーター活性として評価した。その結果、PRR9−FLAG、PRR7−FLAG、PRR5−FLAGタンパク質の導入は、FLAGタンパク質の導入時(Control)よりもCCA1プロモーターを抑制化することが分かった(図2)。なお、植物体内でPRR9、PRR7、PRR5タンパク質はCCA1プロモーターに物理的に相互作用しているため(The Plant Cell vol.22,594−605,2010)、PRR9、PRR7、PRR5タンパク質はCCA1プロモーターに対して転写抑制化因子として機能していると考えられる。
pBlueScript(Stratagene社製)にカリフラワーモザイクウイルス由来35S転写プロモーター、FLAGペプチド、Nos転写ターミネーターが組み込まれたベクター(本ベクターを「pBS−35S::FLAG」と呼ぶ)[Biosci Biotechnol Biochem 68(9):1966(2004)]を用いて、35S転写プロモーター支配下で、シロイヌナズナのPRR9(TAIR locus:At2g46790、配列番号9)、PRR7(TAIR locus:At5g02810、配列番号7)、あるいはPRR5(TAIR locus:At5g24479、配列番号5)とFLAGペプチド(Asp−Tyr−Lys−Asp−Asp−Asp−Asp−Lys:配列番号22)をタンデムな形で連結させ、融合タンパク質を発現できるベクター(pBS−35S::PRR9−FLAG、pBS−35S::PRR7−FLAG、pBS−35S::PRR5−FLAG)を以下のようにして構築した。
PRR5遺伝子は、夜明けより6時間後に発現ピークを迎えるため、その時間にシロイヌナズナを凍結サンプリングし、そこからmRNAおよびcDNAの作成を行った。植物からのRNAの抽出は、RNeasy Plant Minikit(Qiagen社製)によって行った。逆転写反応によるcDNAの合成は、SuperScript II(Invitrogen社製)を用いて、オリゴdT20をプライマーとして行った。そのcDNAプールを鋳型にし、プライマー(5’−ACACTCTAGAATGACTAGTAGCGAGGAAGTAG−3’:配列番号23、5’−GTTGGATCCTCTGGAGCTTGTGTGGATTGG−3’:配列番号24)によって、PRR5のcDNAをPCR反応により増幅した。PCR反応はPrime Star酵素を用い、94°Cで2分間おいた後、94°C、15秒間、55°C、20秒間、72°C、2分間を1サイクルとして、35サイクル行った。増幅したPRR5cDNA断片は、制限酵素Xba I(Takara社製)とBamH I(Takara社製)で37°Cにて5時間処理した。またpBS−35S::FLAGもXba IとBamH Iで同様に処理した。制限酵素処理したPRR5cDNAとpBS−35S::FLAGをライゲーション反応によって連結し、大腸菌DH5α(Takara社製)に形質転換し、形質転換体よりベクター(pBS−35S::PRR5−FLAG)を回収した。
同様に、pBS−35S::PRR7−FLAG、pBS−35S::PRR9−FLAGを作成した。尚、クローニングにもちいたmRNAは、夜明けより3時間後のシロイヌナズナであり、PRR7のcDNAは、プライマー(5’−CTTATCTAGAATGAATGCTAATGAGGAGGG−3’:配列番号25、5’−GAGTCCATGGTGCTATCCTCAATGTTTTTTATGTC−3’:配列番号26)、PRR9のcDNAはプライマー(5’−CAAATCTAGAATGGGGGAGATTGTGG−3’:配列番号27、5’−GAAGTCCATGGTTGATTTTGTAGACGCGTCTG−3’:配列番号28)をもちいてPCR反応によって増幅した。増幅したPRR7cDNAとPRR9cDNA断片は、制限酵素Xba I(Takara社製)とNco I(Takara社製)で37°Cにて5時間処理した。またpBS−35S::FLAGもXba IとNco Iで同様に処理した。制限酵素処理したPRR9cDNAあるいはPRR7cDNAとpBS−35S::FLAGをライゲーション反応によって連結し、大腸菌DH5α(Takara社製)に形質転換し、形質転換体よりベクター(pBS−35S::PRR9−FLAG、pBS−35S::PRR7−FLAG)を回収した。
シロイヌナズナでの一過的な発現系を用いて、PRR9、PRR7、PRR5タンパク質がCCA1プロモーターをどのように制御するかを観察した。pBS−35S::PRR9−FLAG、pBS−35S::PRR7−FLAG、pBS−35S::PRR5−FLAGベクター(エフェクターベクター)と、CCA1プロモーター支配下でLuciferase遺伝子を発現させるベクターCCA1::LUC(レポーターベクター)、35Sプロモーター支配下でRenilla Luciferaseを発現させるベクター35S::RLUC(リファレンスベクター)をそれぞれ0.8μgずつ混合し、1μM直径の金粒子にコーティングし、Particle Bombardment(GE Healthcare)を用いて、発芽後2週間、12時間明(白色光)12時間暗で生育したシロイヌナズナに一過的に導入した。導入後12時間以降の特定の時間(明期に入って2時間後)で、Luciferase活性とRenilla Luciferase活性をYamaguchiらの方法に従って測定し[The Plant Journal,55:652(2008)]、Lucifease活性/Renilla Luciferase活性(Control実験値を1とする)をCCA1プロモーター活性として評価した。その結果、PRR9−FLAG、PRR7−FLAG、PRR5−FLAGタンパク質の導入は、FLAGタンパク質の導入時(Control)よりもCCA1プロモーターを抑制化することが分かった(図2)。なお、植物体内でPRR9、PRR7、PRR5タンパク質はCCA1プロモーターに物理的に相互作用しているため(The Plant Cell vol.22,594−605,2010)、PRR9、PRR7、PRR5タンパク質はCCA1プロモーターに対して転写抑制化因子として機能していると考えられる。
PRR5−VP32、PRR9−VP32、PRR7−VP32、PRR3−VP32、およびPRR1−VP32の作成と転写活性化能の検定
pBlueScript(Stratagene社製)にカリフラワーモザイクウイルス由来35S転写プロモーターとNos転写ターミネーターが組み込まれたベクター(本ベクターを「pBS−35S」と呼ぶ)[Biosci Biotechnol Biochem 68(9):1966(2004)]を用いて、35S転写プロモーター支配下で、シロイヌナズナのPRR5(TAIR locus:At5g24479、配列番号5)とヘルペスウイルス由来の転写因子の転写活性化ドメインVP16(GeneBank:ACM62271のアミノ酸配列の413位から490位までのアミノ酸配列によりコードされる塩基配列(配列番号11))をタンデムな形で連結させ、融合タンパク質を発現できるベクター(pBS−35S::PRR5−VP32)を以下のようにして構築した。
VP16のcDNAは、pVP16(Clontech社製)を鋳型にし、プライマーA(5’−GTTTACCATGGTGAAAGTCGCCCCCCCG−3’:配列番号29と5’−CTTTAAGCTTCGGGAATTCCCCACCGTACTCGTC−3’:配列番号30)あるいはプライマーB(5’−CTTTAAGCTTAAAGTCGCCCCCCCG−3’:配列番号31と5’−CGAGAAAGCGGCCGCTTACGGGAATTCCCCACCGTACTCGTC−3’:配列番号32)によってPCR反応により増幅した。前者のVP16のcDNAを便宜的にVP16−1、後者をVP16−2と呼ぶ。反応はPrime Star酵素(Takara社製)を用い、94°Cで2分間おいた後、94°C、15秒間、55°C、20秒間、72°C、30秒間を1サイクルとして、35サイクル行った。増幅したVP16−1を制限酵素Nco I(Takara社製)とHind III(Takara社製)で、VP16−2をHind IIIとNot I(Takara社製)で37°Cにて5時間処理した。またpBS−35SをNco IとNot Iで37°Cにて5時間処理した。制限酵素処理したVP16−1、VP16−2、pBS−35Sをライゲーション反応で連結させた。ライゲーション反応は、Ligation High ver2(Takara社製)を用い、条件は添付書類に従った。ライゲーションしたDNA溶液を大腸菌DH5αにヒートショック法によって形質転換した。形質転換されたDH5αの選抜は、アンピシリン(50μg/mL)を含むLuria−Bertani寒天培地で行った。得られた形質転換体をアンピシリン(50μg/mL)を含むLuria−Bertani液体培地で培養した後、それよりベクター(本ベクターを「pBS−35S::VP32」とする)を回収した。
PRR5遺伝子は、夜明けより6時間後に発現ピークを迎えるため、その時間にシロイヌナズナを凍結サンプリングし、そこからmRNAおよびcDNAの作成を行った。植物からRNAの抽出は、RNeasy Plant Minikit(Qiagen社製)によって行った。逆転写反応によるcDNAの合成は、SuperScript II(Invitrogen社製)を用いて、オリゴdT20をプライマーとして行った。そのcDNAプールを鋳型にし、プライマー(5’−ACACTCTAGAATGACTAGTAGCGAGGAAGTAG−3’:配列番号23、5’−GTTGGATCCTCTGGAGCTTGTGTGGATTGG−3’:配列番号24)によって、PRR5のcDNAをPCR反応により増幅した。PCR反応はPrime Star酵素を用い、94°Cで2分間おいた後、94°C、15秒間、55°C、20秒間、72°C、2分間を1サイクルとして、35サイクル行った。増幅したPRR5cDNA断片は、制限酵素Xba I(Takara社製)とBamH I(Takara社製)で37°Cにて5時間処理した。またpBS−35S::VP32もXba IとBamH Iで同様に処理した。制限酵素処理したPRR5cDNAとpBS−35S::VP32をライゲーション反応によって連結し、大腸菌DH5α(Takara社製)に形質転換し、形質転換体よりベクター(pBS−35S::PRR5−VP32、図3)を回収した。
次に、シロイヌナズナでの一過的な発現系を用いて、PRR5−VP32タンパク質がCCA1プロモーターをどのように制御するかを観察した。pBS−35S::PRR5−VP32ベクター(エフェクターベクター)と、CCA1プロモーター支配下でLuciferase遺伝子を発現させるベクターCCA1min−35S::LUC[レポーターベクター:CCA1プロモーターの−406ntから−299nt(0ntは翻訳開始点)までをプライマー5’−ACGCCAAGCTAAGCTTCTAGTATGTTGACATATGGC−3’(配列番号35)、5’−GAAGGGTCTTGCGATATCGCTACGGAAATGGAGAAATC−3’(配列番号36)を用いて増幅してCCA1minを得、CCA1minをInfusion反応(Takara社製)によって、CaMV35Sプロモーター最小領域の上流Hind IIIとEcoR V制限酵素サイトにクローニングすることによって作製]、35Sプロモーター支配下でRenilla Luciferaseを発現させるベクター35S::RLUC(リファレンスベクター)をそれぞれ0.8μgずつ混合し、1μM直径の金粒子にコーティングし、Particle Bombardment(GE Healthcare)を用いて、発芽後2週間、12時間明(白色光):12時間暗で生育したシロイヌナズナに一過的に導入した。導入後12時間以降の特定の時間(明期に入って2時間後)で、Luciferase活性とRenilla Luciferase活性をYamaguchiらの方法に従って測定し[The Plant Journal,55:652(2008)]、Lucifease活性/Remin Luciferase活性をCCA1プロモーター活性として評価した。その結果、PRR5−VP32タンパク質の導入は、VP32タンパク質の導入時よりも効果的にCCA1プロモーターを活性化することが分かった(図4)。なお、植物体内でPRR5タンパク質はCCA1プロモーターに物理的に相互作用しているため(The Plant Cell vol.22,594−605,2010)、PRR5−VP32タンパク質はCCA1プロモーターに対して転写活性化因子として機能していると考えられる。
PRR5遺伝子の相同遺伝子は、シロイヌナズナにおいて4種類存在する(PRR9,PRR7,PRR3,TOC1)。そこで、これらの遺伝子のコードするタンパク質にVP32を融合させたもの(PRR−VP32)もPRR5−VP32と同様にCCA1プロモーターを活性化できるかどうかを実験した。
PRR9はプライマー(5’−CACCATGGGGGAGATTGTGGTTTTAAG−3’:配列番号37、(5’−TGATTTTGTAGACGCGTCTG−3’:配列番号38)を用いてPCR反応で増幅し、pENTR−DTOPOベクター(Invitrogen社製)にTOPOクローニングした(ベクター名:pENTR−DTOPO−PRR9)。
PRR7はプライマー(5’−CACCATGAATGCTAATGAGGAGGG−3’:配列番号39、5’−GCTATCCTCAATGTTTTTTATGTC−3’:配列番号40)を用いてPCR反応で増幅し、pENTR−DTOPOにクローニングした(ベクター名:pENTR−DTOPO−PRR7)。
PRR3はプライマー(5’−CACCATGTGTTTTAATAACATTGAAACTGGTGATG−3’:配列番号41、5’−ATTGTCTTCACTTCCTGATTTATGATC−3’:配列番号42)を用いて、PCR反応で増幅し、pENTR−DTOPOにクローニングした(ベクター名:pENTR−DTOPO−PRR3)。
TOC1はプライマー(5’−CACCATGGATTTGAACGGTGAGTG−3’:配列番号43、5’−AGTTCCCAAAGCATCATCC−3’:配列番号44)を用いてPCR増幅し、pENTR−DTOPOにクローニングした(ベクター名:pENTR−DTOPO−TOC1)。
一方、pBS−35S::PRR5−VP32をXba I/Bam HIで消化し、PRR5配列をゲル泳動法によって除いたのち、ベクター部分(pBS−35S::VP32)をT4ポリメラーゼ(Takara社製)によって平滑化した。その平滑末端にGateway Vector Conversion Systemを用いてReading Frame Cassette B DNA断片をライゲーション反応によって導入した(pBS−35S::VP32−GW)。LR反応キット(Invitorogen社製)を用いて、上記で作成した各pENTR−DTOPO−PRRから各PRR遺伝子配列を、pBS−35S::VP32−GWにクローニングした(pBS−35S::PRR−VP32)。これらをエフェクターベクターとし、シロイヌナズナの一過的発現系を用いてCCA1プロモーター活性を検定した。その結果、PRR9−VP32、PRR7−VP32、TOC1−VP32は一過的な過剰発現はCCA1プロモーターを活性化できた(図4)。
pBlueScript(Stratagene社製)にカリフラワーモザイクウイルス由来35S転写プロモーターとNos転写ターミネーターが組み込まれたベクター(本ベクターを「pBS−35S」と呼ぶ)[Biosci Biotechnol Biochem 68(9):1966(2004)]を用いて、35S転写プロモーター支配下で、シロイヌナズナのPRR5(TAIR locus:At5g24479、配列番号5)とヘルペスウイルス由来の転写因子の転写活性化ドメインVP16(GeneBank:ACM62271のアミノ酸配列の413位から490位までのアミノ酸配列によりコードされる塩基配列(配列番号11))をタンデムな形で連結させ、融合タンパク質を発現できるベクター(pBS−35S::PRR5−VP32)を以下のようにして構築した。
VP16のcDNAは、pVP16(Clontech社製)を鋳型にし、プライマーA(5’−GTTTACCATGGTGAAAGTCGCCCCCCCG−3’:配列番号29と5’−CTTTAAGCTTCGGGAATTCCCCACCGTACTCGTC−3’:配列番号30)あるいはプライマーB(5’−CTTTAAGCTTAAAGTCGCCCCCCCG−3’:配列番号31と5’−CGAGAAAGCGGCCGCTTACGGGAATTCCCCACCGTACTCGTC−3’:配列番号32)によってPCR反応により増幅した。前者のVP16のcDNAを便宜的にVP16−1、後者をVP16−2と呼ぶ。反応はPrime Star酵素(Takara社製)を用い、94°Cで2分間おいた後、94°C、15秒間、55°C、20秒間、72°C、30秒間を1サイクルとして、35サイクル行った。増幅したVP16−1を制限酵素Nco I(Takara社製)とHind III(Takara社製)で、VP16−2をHind IIIとNot I(Takara社製)で37°Cにて5時間処理した。またpBS−35SをNco IとNot Iで37°Cにて5時間処理した。制限酵素処理したVP16−1、VP16−2、pBS−35Sをライゲーション反応で連結させた。ライゲーション反応は、Ligation High ver2(Takara社製)を用い、条件は添付書類に従った。ライゲーションしたDNA溶液を大腸菌DH5αにヒートショック法によって形質転換した。形質転換されたDH5αの選抜は、アンピシリン(50μg/mL)を含むLuria−Bertani寒天培地で行った。得られた形質転換体をアンピシリン(50μg/mL)を含むLuria−Bertani液体培地で培養した後、それよりベクター(本ベクターを「pBS−35S::VP32」とする)を回収した。
PRR5遺伝子は、夜明けより6時間後に発現ピークを迎えるため、その時間にシロイヌナズナを凍結サンプリングし、そこからmRNAおよびcDNAの作成を行った。植物からRNAの抽出は、RNeasy Plant Minikit(Qiagen社製)によって行った。逆転写反応によるcDNAの合成は、SuperScript II(Invitrogen社製)を用いて、オリゴdT20をプライマーとして行った。そのcDNAプールを鋳型にし、プライマー(5’−ACACTCTAGAATGACTAGTAGCGAGGAAGTAG−3’:配列番号23、5’−GTTGGATCCTCTGGAGCTTGTGTGGATTGG−3’:配列番号24)によって、PRR5のcDNAをPCR反応により増幅した。PCR反応はPrime Star酵素を用い、94°Cで2分間おいた後、94°C、15秒間、55°C、20秒間、72°C、2分間を1サイクルとして、35サイクル行った。増幅したPRR5cDNA断片は、制限酵素Xba I(Takara社製)とBamH I(Takara社製)で37°Cにて5時間処理した。またpBS−35S::VP32もXba IとBamH Iで同様に処理した。制限酵素処理したPRR5cDNAとpBS−35S::VP32をライゲーション反応によって連結し、大腸菌DH5α(Takara社製)に形質転換し、形質転換体よりベクター(pBS−35S::PRR5−VP32、図3)を回収した。
次に、シロイヌナズナでの一過的な発現系を用いて、PRR5−VP32タンパク質がCCA1プロモーターをどのように制御するかを観察した。pBS−35S::PRR5−VP32ベクター(エフェクターベクター)と、CCA1プロモーター支配下でLuciferase遺伝子を発現させるベクターCCA1min−35S::LUC[レポーターベクター:CCA1プロモーターの−406ntから−299nt(0ntは翻訳開始点)までをプライマー5’−ACGCCAAGCTAAGCTTCTAGTATGTTGACATATGGC−3’(配列番号35)、5’−GAAGGGTCTTGCGATATCGCTACGGAAATGGAGAAATC−3’(配列番号36)を用いて増幅してCCA1minを得、CCA1minをInfusion反応(Takara社製)によって、CaMV35Sプロモーター最小領域の上流Hind IIIとEcoR V制限酵素サイトにクローニングすることによって作製]、35Sプロモーター支配下でRenilla Luciferaseを発現させるベクター35S::RLUC(リファレンスベクター)をそれぞれ0.8μgずつ混合し、1μM直径の金粒子にコーティングし、Particle Bombardment(GE Healthcare)を用いて、発芽後2週間、12時間明(白色光):12時間暗で生育したシロイヌナズナに一過的に導入した。導入後12時間以降の特定の時間(明期に入って2時間後)で、Luciferase活性とRenilla Luciferase活性をYamaguchiらの方法に従って測定し[The Plant Journal,55:652(2008)]、Lucifease活性/Remin Luciferase活性をCCA1プロモーター活性として評価した。その結果、PRR5−VP32タンパク質の導入は、VP32タンパク質の導入時よりも効果的にCCA1プロモーターを活性化することが分かった(図4)。なお、植物体内でPRR5タンパク質はCCA1プロモーターに物理的に相互作用しているため(The Plant Cell vol.22,594−605,2010)、PRR5−VP32タンパク質はCCA1プロモーターに対して転写活性化因子として機能していると考えられる。
PRR5遺伝子の相同遺伝子は、シロイヌナズナにおいて4種類存在する(PRR9,PRR7,PRR3,TOC1)。そこで、これらの遺伝子のコードするタンパク質にVP32を融合させたもの(PRR−VP32)もPRR5−VP32と同様にCCA1プロモーターを活性化できるかどうかを実験した。
PRR9はプライマー(5’−CACCATGGGGGAGATTGTGGTTTTAAG−3’:配列番号37、(5’−TGATTTTGTAGACGCGTCTG−3’:配列番号38)を用いてPCR反応で増幅し、pENTR−DTOPOベクター(Invitrogen社製)にTOPOクローニングした(ベクター名:pENTR−DTOPO−PRR9)。
PRR7はプライマー(5’−CACCATGAATGCTAATGAGGAGGG−3’:配列番号39、5’−GCTATCCTCAATGTTTTTTATGTC−3’:配列番号40)を用いてPCR反応で増幅し、pENTR−DTOPOにクローニングした(ベクター名:pENTR−DTOPO−PRR7)。
PRR3はプライマー(5’−CACCATGTGTTTTAATAACATTGAAACTGGTGATG−3’:配列番号41、5’−ATTGTCTTCACTTCCTGATTTATGATC−3’:配列番号42)を用いて、PCR反応で増幅し、pENTR−DTOPOにクローニングした(ベクター名:pENTR−DTOPO−PRR3)。
TOC1はプライマー(5’−CACCATGGATTTGAACGGTGAGTG−3’:配列番号43、5’−AGTTCCCAAAGCATCATCC−3’:配列番号44)を用いてPCR増幅し、pENTR−DTOPOにクローニングした(ベクター名:pENTR−DTOPO−TOC1)。
一方、pBS−35S::PRR5−VP32をXba I/Bam HIで消化し、PRR5配列をゲル泳動法によって除いたのち、ベクター部分(pBS−35S::VP32)をT4ポリメラーゼ(Takara社製)によって平滑化した。その平滑末端にGateway Vector Conversion Systemを用いてReading Frame Cassette B DNA断片をライゲーション反応によって導入した(pBS−35S::VP32−GW)。LR反応キット(Invitorogen社製)を用いて、上記で作成した各pENTR−DTOPO−PRRから各PRR遺伝子配列を、pBS−35S::VP32−GWにクローニングした(pBS−35S::PRR−VP32)。これらをエフェクターベクターとし、シロイヌナズナの一過的発現系を用いてCCA1プロモーター活性を検定した。その結果、PRR9−VP32、PRR7−VP32、TOC1−VP32は一過的な過剰発現はCCA1プロモーターを活性化できた(図4)。
PRR5−VP32発現シロイヌナズナの取得
上記のpBS−35S::PRR5−VP32ベクターDNAを、Xba IとNot Iで37°Cにて5時間処理し、アガロースゲル内で電気泳動した。ゲル内のPRR5−VP32断片は、EtBr染色により、UV光下で可視化し、その断片を含むゲルをカミソリで切り出した。ゲルからDNAをNucleoSpin(Macherey−Nagel社製)を用いて精製した。そのPRR5−VP32断片をバイナリーベクターpSK1[DNA Res.6:407,(1999)]のXba IとNot I制限酵素サイトにクローニングし、得られたベクター(pSK1−35S::PRR5−VP32)をアグロバクテリウム・チュメファシエンスEHA105にヒートショック法で形質転換した。形質転換体の選抜は、リファンピシリン(25μg/mL)とカナマイシン(25μg/mL)を含むLuria−Bertani寒天培地で行った。得られた形質転換EHA105をリファンピシリン(25μg/mL)とカナマイシン(25μg/mL)を含むLuria−Bertani液体培地で30°C、24時間培養し、シロイヌナズナに感染させた。感染はバキュームインフィルトレーション法[CR Acad.Sci.Paris,Life Science,316:1194(1993)]を採用した。バーミュキュライトと培養土を1:1で混合した土壌で、シロイヌナズナを生育させ、その花芽分裂組織を中心にpSK1−35S::PRR5−VP32を保持するEHA105培養液を直接浸し、デシケーターに入れ、バキュームポンプで60~70mmHgになるまで吸引後、10分間、室温に放置した。鉢をトレーに移しラップで覆い湿度を保った。翌日ラップを取り、植物をそのまま生育させ種子を収穫した。その種子をハイグロマイシン25μg/mLを含むMurashige−Skoog寒天培地に蒔種し、生育可能な個体を形質転換植物として取得した。取得した植物のうち、PRR5−VP32のmRNAの発現が過剰に認められる植物を選抜した。
mRNAの定量は、以下の方法で行った。植物からRNAの抽出は、RNeasy Plant Minikitによって行った。逆転写反応によるcDNAの合成は、SuperScript IIによって行った。定量的PCRは、SYBR Green Extaq II(Takara社製)を反応mixtureとし、プライマー(5’−CTTCATCCTTCTAGTGCC−3’:配列番号33と5’−GTCGTTTCTTCTTGGAGC−3’:配列番号34)を用いて行い、PCR産物の検出と定量は、ABI PRISM 7000 sequence detection system(ABI社製)を用いた。選抜したPRR5−VP32発現組み換え体を、自家受粉させ、組み換えDNA部位をホモに持つ植物をさらに選抜した。選抜は、ハイグロマイシン25μg/mLを含むMurashige−Skoog寒天培地で生育する植物を指標として行った。
上記のpBS−35S::PRR5−VP32ベクターDNAを、Xba IとNot Iで37°Cにて5時間処理し、アガロースゲル内で電気泳動した。ゲル内のPRR5−VP32断片は、EtBr染色により、UV光下で可視化し、その断片を含むゲルをカミソリで切り出した。ゲルからDNAをNucleoSpin(Macherey−Nagel社製)を用いて精製した。そのPRR5−VP32断片をバイナリーベクターpSK1[DNA Res.6:407,(1999)]のXba IとNot I制限酵素サイトにクローニングし、得られたベクター(pSK1−35S::PRR5−VP32)をアグロバクテリウム・チュメファシエンスEHA105にヒートショック法で形質転換した。形質転換体の選抜は、リファンピシリン(25μg/mL)とカナマイシン(25μg/mL)を含むLuria−Bertani寒天培地で行った。得られた形質転換EHA105をリファンピシリン(25μg/mL)とカナマイシン(25μg/mL)を含むLuria−Bertani液体培地で30°C、24時間培養し、シロイヌナズナに感染させた。感染はバキュームインフィルトレーション法[CR Acad.Sci.Paris,Life Science,316:1194(1993)]を採用した。バーミュキュライトと培養土を1:1で混合した土壌で、シロイヌナズナを生育させ、その花芽分裂組織を中心にpSK1−35S::PRR5−VP32を保持するEHA105培養液を直接浸し、デシケーターに入れ、バキュームポンプで60~70mmHgになるまで吸引後、10分間、室温に放置した。鉢をトレーに移しラップで覆い湿度を保った。翌日ラップを取り、植物をそのまま生育させ種子を収穫した。その種子をハイグロマイシン25μg/mLを含むMurashige−Skoog寒天培地に蒔種し、生育可能な個体を形質転換植物として取得した。取得した植物のうち、PRR5−VP32のmRNAの発現が過剰に認められる植物を選抜した。
mRNAの定量は、以下の方法で行った。植物からRNAの抽出は、RNeasy Plant Minikitによって行った。逆転写反応によるcDNAの合成は、SuperScript IIによって行った。定量的PCRは、SYBR Green Extaq II(Takara社製)を反応mixtureとし、プライマー(5’−CTTCATCCTTCTAGTGCC−3’:配列番号33と5’−GTCGTTTCTTCTTGGAGC−3’:配列番号34)を用いて行い、PCR産物の検出と定量は、ABI PRISM 7000 sequence detection system(ABI社製)を用いた。選抜したPRR5−VP32発現組み換え体を、自家受粉させ、組み換えDNA部位をホモに持つ植物をさらに選抜した。選抜は、ハイグロマイシン25μg/mLを含むMurashige−Skoog寒天培地で生育する植物を指標として行った。
PRR5−VP32発現シロイヌナズナのバイオマス
35S::PRR5−VP32が相同染色体にホモで形質転換されたシロイヌナズナ、prr9 prr7 prr5三重変異体、および野生株を16時間明/8時間暗条件下、1/2希釈したMGRL水耕液[Plant Physiol.,99:263,(1992)]を用いて、ロックウール上で生育させた。35S::PRR5−VP32発現体の花芽形成時期は、野生株より若干遅れ、花芽が形成時の葉の枚数は増加していたが、prr9 prr7 prr5三重変異体ほどではなかった(図5)。花芽形成時期の大幅な遅延が起こらないことは、植物の成熟の遅延が起こらないことを意味し、バイオマテリアルの獲得にとっては有益な形質であるといえる。
また、35S::PRR5−VP32が相同染色体にホモで形質転換されたシロイヌナズナと、野生株を16時間明/8時間暗条件下、1/2希釈したMGRL水耕液[Plant Physiol.,99:263,(1992)]を用いて、ロックウール上で生育させ、花茎の高さが8cmになった時点(生育ステージが同じ)でこれらの植物体の写真を撮影した。一個体あたりの葉の合計面積を、Image J(http://rsbweb.nih.gov/ij/)を用いて測定したところ、35S::PRR5−VP32発現植物体は野生株に比べて葉面積が約2倍大きかった(図6)。また、発芽後38日の時点(生育日数が同じ)で一個体あたりの葉の合計面積を、Image Jを用いて測定したところ、PRR5−VP32発現植物体の葉の面積は、野生型のそれに比べて1.7~1.8倍増加していた(図7)。さらに花茎が20cmほどになった時点で、地上にもっとも近い腋芽から二番目の腋芽の間をカミソリで切断し、染色液(0.5%アルシアンブルー、1.0%サフラニン)に5分間浸し、水で脱色した後、断面を顕微鏡下で観察した(図8)。花茎の断面積を、Image Jを用いて測定したところ、PRR5−VP32発現植物体の花茎の断面積は、野生型のそれに比べて4倍以上に増えていた。その原因として、花茎をつくる細胞数の増大、さらには花茎そのものをつくる茎頂分裂組織の増大が示唆される。なお、これらの表現型は、独立した形質転換体(組み替えDNA部位が染色体上で異なる系統)で同様に観察された。
35S::PRR5−VP32が相同染色体にホモで形質転換されたシロイヌナズナ、prr9 prr7 prr5三重変異体、および野生株を16時間明/8時間暗条件下、1/2希釈したMGRL水耕液[Plant Physiol.,99:263,(1992)]を用いて、ロックウール上で生育させた。35S::PRR5−VP32発現体の花芽形成時期は、野生株より若干遅れ、花芽が形成時の葉の枚数は増加していたが、prr9 prr7 prr5三重変異体ほどではなかった(図5)。花芽形成時期の大幅な遅延が起こらないことは、植物の成熟の遅延が起こらないことを意味し、バイオマテリアルの獲得にとっては有益な形質であるといえる。
また、35S::PRR5−VP32が相同染色体にホモで形質転換されたシロイヌナズナと、野生株を16時間明/8時間暗条件下、1/2希釈したMGRL水耕液[Plant Physiol.,99:263,(1992)]を用いて、ロックウール上で生育させ、花茎の高さが8cmになった時点(生育ステージが同じ)でこれらの植物体の写真を撮影した。一個体あたりの葉の合計面積を、Image J(http://rsbweb.nih.gov/ij/)を用いて測定したところ、35S::PRR5−VP32発現植物体は野生株に比べて葉面積が約2倍大きかった(図6)。また、発芽後38日の時点(生育日数が同じ)で一個体あたりの葉の合計面積を、Image Jを用いて測定したところ、PRR5−VP32発現植物体の葉の面積は、野生型のそれに比べて1.7~1.8倍増加していた(図7)。さらに花茎が20cmほどになった時点で、地上にもっとも近い腋芽から二番目の腋芽の間をカミソリで切断し、染色液(0.5%アルシアンブルー、1.0%サフラニン)に5分間浸し、水で脱色した後、断面を顕微鏡下で観察した(図8)。花茎の断面積を、Image Jを用いて測定したところ、PRR5−VP32発現植物体の花茎の断面積は、野生型のそれに比べて4倍以上に増えていた。その原因として、花茎をつくる細胞数の増大、さらには花茎そのものをつくる茎頂分裂組織の増大が示唆される。なお、これらの表現型は、独立した形質転換体(組み替えDNA部位が染色体上で異なる系統)で同様に観察された。
PRR5−VP32発現シロイヌナズナの環境ストレス耐性
(1) PRR5−VP32発現体の塩ストレス耐性
35S::PRR5−VP32が相同染色体にホモで形質転換されたシロイヌナズナと、野生株を16時間明/8時間暗条件下、MS培地で6日間生育させた後、塩ストレス培地に移した。用いた培地は、通常MS培地あるいは0.2M NaClを含んだMS培地である。移植後5日目でそれらの植物体の写真を撮影した。野生株の葉は白化していたが、35S::PRR5−VP32は未だ緑のままであった。つまり、35S::PRR5−VP32は野生株と比較してより強い塩耐性能を持つことがわかった(図9)。
(2) PRR5−VP32発現体の乾燥ストレス耐性
35S::PRR5−VP32が相同染色体にホモで形質転換されたシロイヌナズナと、野生株を16時間明/8時間暗条件下、バーミュキュライトと培養土を1:1で混合した土壌で38日間生育させた。その植物体の本葉を切り取り、25°Cの室内に14時間放置した後、それらの植物体の写真を撮影した。35S::PRR5−VP32の切除葉は野生株のそれと比べて、水分を多く含んだ状態であった(図10)。
(3) PRR5−VP32発現体の低温ストレス耐性
35S::PRR5−VP32が相同染色体にホモで形質転換されたシロイヌナズナと、野生株を16時間明/8時間暗条件下、バーミュキュライトと培養土を1:1で混合した土壌で26日間生育させ、−5°Cに設定した恒温恒湿器(SANYO,Atmos Chamber)に24時間入れた後、再度通常生育条件に戻した。その5日後に植物体の写真を撮影した。35S::PRR5−VP32は、野生株に比べて低温ストレスにも耐性になっていた(図11)。
(1) PRR5−VP32発現体の塩ストレス耐性
35S::PRR5−VP32が相同染色体にホモで形質転換されたシロイヌナズナと、野生株を16時間明/8時間暗条件下、MS培地で6日間生育させた後、塩ストレス培地に移した。用いた培地は、通常MS培地あるいは0.2M NaClを含んだMS培地である。移植後5日目でそれらの植物体の写真を撮影した。野生株の葉は白化していたが、35S::PRR5−VP32は未だ緑のままであった。つまり、35S::PRR5−VP32は野生株と比較してより強い塩耐性能を持つことがわかった(図9)。
(2) PRR5−VP32発現体の乾燥ストレス耐性
35S::PRR5−VP32が相同染色体にホモで形質転換されたシロイヌナズナと、野生株を16時間明/8時間暗条件下、バーミュキュライトと培養土を1:1で混合した土壌で38日間生育させた。その植物体の本葉を切り取り、25°Cの室内に14時間放置した後、それらの植物体の写真を撮影した。35S::PRR5−VP32の切除葉は野生株のそれと比べて、水分を多く含んだ状態であった(図10)。
(3) PRR5−VP32発現体の低温ストレス耐性
35S::PRR5−VP32が相同染色体にホモで形質転換されたシロイヌナズナと、野生株を16時間明/8時間暗条件下、バーミュキュライトと培養土を1:1で混合した土壌で26日間生育させ、−5°Cに設定した恒温恒湿器(SANYO,Atmos Chamber)に24時間入れた後、再度通常生育条件に戻した。その5日後に植物体の写真を撮影した。35S::PRR5−VP32は、野生株に比べて低温ストレスにも耐性になっていた(図11)。
PRR5発現イネの取得
実施例1で作成したpBS−35S::PRR5−FLAGを鋳型とし、プライマー(5’−AGAAGTCGACTCTAGATGACTAGTAGCGAGGAAG−3’:配列番号45)と(5’−TCGAGCTCGGTACCCTTACTTGTCGTCATCGTCTTTG−3’:配列番号46)、Prime Star酵素を用い、PCR反応によって、PRR5−FLAG配列を増幅し、Infusion反応(Takara社製)で、pACTベクター(Hirose et al.,Plant Cell Physiol.,vol.48,523−539,2007)のXba IとSma I制限酵素サイトの間に入れた(pACT::PRR5−FLAG)。
pACT::PRR5−FLAGベクターをアグロバクテリウムEHA105に形質転換した。形質転換されたアグロバクテリウムをアグロバクテリウム法により、イネのカルスに感染させた。籾を取り除いた完熟種子100~120粒を、次亜塩素酸ナトリウムを含む滅菌用溶液に浸して30分ゆっくり撹拌し、滅菌した。滅菌水で十分に洗浄した種子を無菌的にカルス誘導培地(N6D培地:Hirose et al.,Plant Cell Physiol.,vol.48,523−539,2007)に10種子/シャーレで置床し、28℃,12.5時間明/24℃,11.5時間暗で培養した。3週間後、種子の胚乳とシュート部分を除去し、胚盤由来カルスのみを新たなカルス誘導培地(N6D培地)へ移し、3日間培養した。同日に、形質転換されたアグロバクテリウムをカナマイシン50μg/mlを含むAB培地(Hirose et al.,Plant Cell Physiol.,vol.48,523−539,2007)に塗布し、28℃、遮光下で培養した。3日後、AB培地上で増殖したアグロバクテリウムをかき取り、アセトシリンゴン20μg/mlを含む共存培地(AAM液:Hirose et al.,Plant Cell Physiol.,vol.48,523−539,2007)に懸濁し、OD600=0.15~0.2に調整した。3日間前培養したカルスをこのアグロバクテリウム懸濁液に浸して、1.5分間転倒撹拌した。余分なアグロバクテリウム懸濁液を除いた後、アセトシリンゴン20μg/mlを含む共存培養培地(2N6−AS培地:Hirose et al.,Plant Cell Physiol.,vol.48,523−539,2007)上に10カルス/シャーレで置床した。28℃、遮光下で培養し、アグロバクテリウムとカルスを共存培養した。3日後、増殖したアグロバクテリウムを除去するために、カルスを50mlチューブ2本に集め、滅菌水を注ぎ、ローテーターで撹拌(5分間)を3回、カルベニシリン500μg/mlを含む滅菌水で撹拌(5分間)を3回行った。これをカルベニシリン500μg/ml、ハイグロマイシン50μg/mlを含む選抜培地(N6D培地)へ10カルス/シャーレで置床し、28℃、3週間培養した。その後、全てのカルスをカルベニシリン250μg/ml、ハイグロマイシン50μg/mlを含む再分化培地に移し、再分化してくるまで3週間毎に培地を更新した。再分化培地へ移してから約1ヶ月半後、2cm前後に再分化したシュートが得られた。これをカルベニシリン200μg/ml、ハイグロマイシン50μg/mlを含むホルモンフリー培地を注ぎ固めたアグリポットに移して発根を促し、約12cm前後まで生育させた。
このシュートの細胞の核ゲノムには、ACT−PRR5−FLAGが導入されており、実際にPRR5−FLAGタンパクが発現していることをウェスタンブロッティングで確認した。同様にpACTベクターがゲノムに導入されたシュートを得た。
実施例1で作成したpBS−35S::PRR5−FLAGを鋳型とし、プライマー(5’−AGAAGTCGACTCTAGATGACTAGTAGCGAGGAAG−3’:配列番号45)と(5’−TCGAGCTCGGTACCCTTACTTGTCGTCATCGTCTTTG−3’:配列番号46)、Prime Star酵素を用い、PCR反応によって、PRR5−FLAG配列を増幅し、Infusion反応(Takara社製)で、pACTベクター(Hirose et al.,Plant Cell Physiol.,vol.48,523−539,2007)のXba IとSma I制限酵素サイトの間に入れた(pACT::PRR5−FLAG)。
pACT::PRR5−FLAGベクターをアグロバクテリウムEHA105に形質転換した。形質転換されたアグロバクテリウムをアグロバクテリウム法により、イネのカルスに感染させた。籾を取り除いた完熟種子100~120粒を、次亜塩素酸ナトリウムを含む滅菌用溶液に浸して30分ゆっくり撹拌し、滅菌した。滅菌水で十分に洗浄した種子を無菌的にカルス誘導培地(N6D培地:Hirose et al.,Plant Cell Physiol.,vol.48,523−539,2007)に10種子/シャーレで置床し、28℃,12.5時間明/24℃,11.5時間暗で培養した。3週間後、種子の胚乳とシュート部分を除去し、胚盤由来カルスのみを新たなカルス誘導培地(N6D培地)へ移し、3日間培養した。同日に、形質転換されたアグロバクテリウムをカナマイシン50μg/mlを含むAB培地(Hirose et al.,Plant Cell Physiol.,vol.48,523−539,2007)に塗布し、28℃、遮光下で培養した。3日後、AB培地上で増殖したアグロバクテリウムをかき取り、アセトシリンゴン20μg/mlを含む共存培地(AAM液:Hirose et al.,Plant Cell Physiol.,vol.48,523−539,2007)に懸濁し、OD600=0.15~0.2に調整した。3日間前培養したカルスをこのアグロバクテリウム懸濁液に浸して、1.5分間転倒撹拌した。余分なアグロバクテリウム懸濁液を除いた後、アセトシリンゴン20μg/mlを含む共存培養培地(2N6−AS培地:Hirose et al.,Plant Cell Physiol.,vol.48,523−539,2007)上に10カルス/シャーレで置床した。28℃、遮光下で培養し、アグロバクテリウムとカルスを共存培養した。3日後、増殖したアグロバクテリウムを除去するために、カルスを50mlチューブ2本に集め、滅菌水を注ぎ、ローテーターで撹拌(5分間)を3回、カルベニシリン500μg/mlを含む滅菌水で撹拌(5分間)を3回行った。これをカルベニシリン500μg/ml、ハイグロマイシン50μg/mlを含む選抜培地(N6D培地)へ10カルス/シャーレで置床し、28℃、3週間培養した。その後、全てのカルスをカルベニシリン250μg/ml、ハイグロマイシン50μg/mlを含む再分化培地に移し、再分化してくるまで3週間毎に培地を更新した。再分化培地へ移してから約1ヶ月半後、2cm前後に再分化したシュートが得られた。これをカルベニシリン200μg/ml、ハイグロマイシン50μg/mlを含むホルモンフリー培地を注ぎ固めたアグリポットに移して発根を促し、約12cm前後まで生育させた。
このシュートの細胞の核ゲノムには、ACT−PRR5−FLAGが導入されており、実際にPRR5−FLAGタンパクが発現していることをウェスタンブロッティングで確認した。同様にpACTベクターがゲノムに導入されたシュートを得た。
PRR5発現イネのバイオマス
pACT−PRR5−FLAGまたはpACTが導入されたシュートを、同時期に土(赤玉土、緩行性肥料てまいらず1g/1個体)に植え替え、その後短日条件下(12月から3月)、30℃、12時間明/25℃,12時間暗の温室で生育させた。光は日光と電灯の混合とした。pACT−PRR5−FLAGが導入されたイネは、pACTが導入されたイネよりも茎の数が多く、背丈が高い形質を示した(図12)。つまりバイオマスが増大していた。なおこの表現型は、独立した形質転換体(組み替えDNA部位が染色体上で異なる系統)で同様に観察された。
本明細書で引用した全ての刊行物、特許及び特許出願をそのまま参考として本明細書に組み入れるものとする。
pACT−PRR5−FLAGまたはpACTが導入されたシュートを、同時期に土(赤玉土、緩行性肥料てまいらず1g/1個体)に植え替え、その後短日条件下(12月から3月)、30℃、12時間明/25℃,12時間暗の温室で生育させた。光は日光と電灯の混合とした。pACT−PRR5−FLAGが導入されたイネは、pACTが導入されたイネよりも茎の数が多く、背丈が高い形質を示した(図12)。つまりバイオマスが増大していた。なおこの表現型は、独立した形質転換体(組み替えDNA部位が染色体上で異なる系統)で同様に観察された。
本明細書で引用した全ての刊行物、特許及び特許出願をそのまま参考として本明細書に組み入れるものとする。
本発明によれば、バイオマスが増大し、かつ環境ストレス耐性が向上した形質転換植物が得られる。植物のバイオマスの増大は、バイオ燃料の増産につながり、また、環境ストレス耐性の付与は、過酷な環境下(乾燥、低温、高塩など)での植物の生育を可能にさせる。また、本発明の形質転換体は、PRR遺伝子群の多重変異体の煩雑な作成工程を行なうことなく、簡便かつ容易に作出できる。
Claims (43)
- 植物の疑似レスポンスレギュレータ(Pseudo−Response−Regulator)遺伝子の共通モチーフである擬似レシーバードメイン(Pseudo−Receiver domain)およびCCTモチーフ(CCT−motif)を含むタンパク質をコードするポリヌクレオチドと、少なくとも1種の転写因子の転写活性化ドメインをコードするポリヌクレオチドとの融合ポリヌクレオチド、または該融合ポリヌクレオチドを含む組み換えベクターを導入したことを特徴とする、形質転換植物。
- 植物の疑似レスポンスレギュレータ(Pseudo−Response−Regulator)遺伝子の共通モチーフである擬似レシーバードメイン(Pseudo−Receiver domain)およびCCTモチーフ(CCT−motif)を含むタンパク質をコードするポリヌクレオチドが、以下の(a)~(c)のいずれかのポリヌクレオチドである、請求項1に記載の形質転換植物。
(a) 配列番号1、3、5、7、又は9に示す塩基配列からなるポリヌクレオチド
(b) 配列番号1、3、5、7、又は9に示す塩基配列と相補的な塩基配列からなるポリヌクレオチドとストリンジェントな条件下でハイブリダイズし、かつCCA1(circadian clock−associated 1)遺伝子またはLHY(late elongated hypocotyl)遺伝子の転写抑制活性を有するタンパク質をコードするポリヌクレオチド
(c) 配列番号1、3、5、7、又は9に示す塩基配列に対して70%以上の相同性を有する塩基配列からなり、かつCCA1(circadian clock−associated 1)遺伝子またはLHY(late elongated hypocotyl)遺伝子の転写抑制活性を有するタンパク質をコードするポリヌクレオチド - 植物の疑似レスポンスレギュレータ(Pseudo−Response−Regulator)遺伝子の共通モチーフである擬似レシーバードメイン(Pseudo−Receiver domain)およびCCTモチーフ(CCT−motif)を含むタンパク質をコードするポリヌクレオチドが、以下の(d)~(f)のいずれかのタンパク質をコードするポリヌクレオチドである、請求項1に記載の形質転換植物。
(d) 配列番号2、4、6、8、又は10に示すアミノ酸配列からなるタンパク質
(e) 配列番号2、4、6、8、又は10に示すアミノ酸配列において1若しくは数個のアミノ酸が欠失、置換若しくは付加されたアミノ酸配列からなり、かつCCA1(circadian clock−associated 1)遺伝子またはLHY(late elongated hypocotyl)遺伝子の転写抑制活性を有するタンパク質
(f) 配列番号2、4、6、8、又は10に示すアミノ酸配列に対して70%以上の相同性を有するアミノ酸配列からなり、かつCCA1(circadian clock−associated 1)遺伝子またはLHY(late elongated hypocotyl)遺伝子の転写抑制活性を有するタンパク質 - 転写因子の転写活性化ドメインをコードするポリヌクレオチドが、以下の(g)~(i)のいずれかのポリヌクレオチドである、請求項1~3のいずれかに記載の形質転換植物。
(g) 配列番号11に示す塩基配列からなるからなるポリヌクレオチド
(h) 配列番号11に示す塩基配列と相補的な塩基配列からなるポリヌクレオチドとストリンジェントな条件下でハイブリダイズし、かつPRRポリヌクレオチドに融合させることによりCCA1(circadian clock−associated 1)遺伝子またはLHY(late elongated hypocotyl)遺伝子の転写抑制解除活性を有するタンパク質をコードするポリヌクレオチド
(i) 配列番号11に示す塩基配列に対して70%以上の相同性を有する塩基配列からなり、かつPRRポリヌクレオチドに融合させることによりCCA1(circadian clock−associated 1)遺伝子またはLHY(late elongated hypocotyl)遺伝子の転写抑制解除活性を有するタンパク質をコードするポリヌクレオチド - 植物が長日性植物である、請求項1~4のいずれかに記載の形質転換植物。
- 植物の疑似レスポンスレギュレータ(Pseudo−Response−Regulator)遺伝子の共通モチーフである擬似レシーバードメイン(Pseudo−Receiver domain)およびCCTモチーフ(CCT−motif)を含むタンパク質をコードするポリヌクレオチド、または該ポリヌクレオチドを含む組み換えベクターを導入したことを特徴とする、形質転換植物。
- 植物の疑似レスポンスレギュレータ(Pseudo−Response−Regulator)遺伝子の共通モチーフである擬似レシーバードメイン(Pseudo−Receiver domain)およびCCTモチーフ(CCT−motif)を含むタンパク質をコードするポリヌクレオチドが、以下の(a)~(c)のいずれかのポリヌクレオチドである、請求項6に記載の形質転換植物。
(a) 配列番号1、3、5、7、又は9に示す塩基配列からなるポリヌクレオチド
(b) 配列番号1、3、5、7、又は9に示す塩基配列と相補的な塩基配列からなるポリヌクレオチドとストリンジェントな条件下でハイブリダイズし、かつCCA1(circadian clock−associated 1)遺伝子またはLHY(late elongated hypocotyl)遺伝子の転写抑制活性を有するタンパク質をコードするポリヌクレオチド
(c) 配列番号1、3、5、7、又は9に示す塩基配列に対して70%以上の相同性を有する塩基配列からなり、かつCCA1(circadian clock−associated 1)遺伝子またはLHY(late elongated hypocotyl)遺伝子の転写抑制活性を有するタンパク質をコードするポリヌクレオチド - 植物の疑似レスポンスレギュレータ(Pseudo−Response−Regulator)遺伝子の共通モチーフである擬似レシーバードメイン(Pseudo−Receiver domain)およびCCTモチーフ(CCT−motif)を含むタンパク質をコードするポリヌクレオチドが、以下の(d)~(f)のいずれかのタンパク質をコードするポリヌクレオチドである、請求項6に記載の形質転換植物。
(d) 配列番号2、4、6、8、又は10に示すアミノ酸配列からなるタンパク質
(e) 配列番号2、4、6、8、又は10に示すアミノ酸配列において1若しくは数個のアミノ酸が欠失、置換若しくは付加されたアミノ酸配列からなり、かつCCA1(circadian clock−associated 1)遺伝子またはLHY(late elongated hypocotyl)遺伝子の転写抑制活性を有するタンパク質
(f) 配列番号2、4、6、8、又は10に示すアミノ酸配列に対して70%以上の相同性を有するアミノ酸配列からなり、かつCCA1(circadian clock−associated 1)遺伝子またはLHY(late elongated hypocotyl)遺伝子の転写抑制活性を有するタンパク質 - 植物が短日性植物である、請求項6~8のいずれかに記載の形質転換植物。
- バイオマスが増量した、請求項1~9のいずれかに記載の形質転換植物。
- 環境ストレス耐性が付与された、請求項1~9のいずれかに記載の形質転換植物。
- 環境ストレスが、乾燥ストレス、低温ストレス、及び塩ストレスから成る群から選択される少なくとも1種以上である、請求項11に記載の形質転換植物。
- 植物の疑似レスポンスレギュレータ(Pseudo−Response−Regulator)遺伝子の共通モチーフである擬似レシーバードメイン(Pseudo−Receiver domain)およびCCTモチーフ(CCT−motif)を含むタンパク質をコードするポリヌクレオチドと、少なくとも1種の転写因子の転写活性化ドメインをコードするポリヌクレオチドとの融合ポリヌクレオチド、または該融合ポリヌクレオチドを含む組み換えベクターを植物細胞に導入し、該植物細胞から植物体を再生することを特徴とする、形質転換植物の作出方法。
- 植物の疑似レスポンスレギュレータ(Pseudo−Response−Regulator)遺伝子の共通モチーフである擬似レシーバードメイン(Pseudo−Receiver domain)およびCCTモチーフ(CCT−motif)を含むタンパク質をコードするポリヌクレオチドが、以下の(a)~(c)のいずれかのポリヌクレオチドである、請求項13に記載の方法。
(a) 配列番号1、3、5、7、又は9に示す塩基配列からなるポリヌクレオチド
(b) 配列番号1、3、5、7、又は9に示す塩基配列と相補的な塩基配列からなるポリヌクレオチドとストリンジェントな条件下でハイブリダイズし、かつCCA1(circadian clock−associated 1)遺伝子またはLHY(late elongated hypocotyl)遺伝子の転写抑制活性を有するタンパク質をコードするポリヌクレオチド
(c) 配列番号1、3、5、7、又は9に示す塩基配列に対して70%以上の相同性を有する塩基配列からなり、かつCCA1(circadian clock−associated 1)遺伝子またはLHY(late elongated hypocotyl)遺伝子の転写抑制活性を有するタンパク質をコードするポリヌクレオチド - 植物の疑似レスポンスレギュレータ(Pseudo−Response−Regulator)遺伝子の共通モチーフである擬似レシーバードメイン(Pseudo−Receiver domain)およびCCTモチーフ(CCT−motif)を含むタンパク質をコードするポリヌクレオチドが、以下の(d)~(f)のいずれかのタンパク質をコードするポリヌクレオチドである、請求項13に記載の方法。
(d) 配列番号2、4、6、8、又は10に示すアミノ酸配列からなるタンパク質
(e) 配列番号2、4、6、8、又は10に示すアミノ酸配列において1若しくは数個のアミノ酸が欠失、置換若しくは付加されたアミノ酸配列からなり、かつCCA1(circadian clock−associated 1)遺伝子またはLHY(late elongated hypocotyl)遺伝子の転写抑制活性を有するタンパク質
(f) 配列番号2、4、6、8、又は10に示すアミノ酸配列に対して70%以上の相同性を有するアミノ酸配列からなり、かつCCA1(circadian clock−associated 1)遺伝子またはLHY(late elongated hypocotyl)遺伝子の転写抑制活性を有するタンパク質 - 転写因子の転写活性化ドメインをコードするポリヌクレオチドが、以下の(g)~(i)のいずれかのポリヌクレオチドである、請求項13~15のいずれかに記載の方法。
(g) 配列番号11に示す塩基配列からなるからなるポリヌクレオチド
(h) 配列番号11に示す塩基配列と相補的な塩基配列からなるポリヌクレオチドとストリンジェントな条件下でハイブリダイズし、かつPRRポリヌクレオチドに融合させることによりCCA1(circadian clock−associated 1)遺伝子またはLHY(late elongated hypocotyl)遺伝子の転写抑制解除活性を有するタンパク質をコードするポリヌクレオチド
(i) 配列番号11に示す塩基配列に対して70%以上の相同性を有する塩基配列からなり、かつPRRポリヌクレオチドに融合させることによりCCA1(circadian clock−associated 1)遺伝子またはLHY(late elongated hypocotyl)遺伝子の転写抑制解除活性を有するタンパク質をコードするポリヌクレオチド - 植物が長日性植物である、請求項13~16のいずれかに記載の方法。
- 植物の疑似レスポンスレギュレータ(Pseudo−Response−Regulator)遺伝子の共通モチーフである擬似レシーバードメイン(Pseudo−Receiver domain)およびCCTモチーフ(CCT−motif)を含むタンパク質をコードするポリヌクレオチド、または該ポリヌクレオチドを含む組み換えベクターを植物細胞に導入し、該植物細胞から植物体を再生することを特徴とする、形質転換植物の作出方法。
- 植物の疑似レスポンスレギュレータ(Pseudo−Response−Regulator)遺伝子の共通モチーフである擬似レシーバードメイン(Pseudo−Receiver domain)およびCCTモチーフ(CCT−motif)を含むタンパク質をコードするポリヌクレオチドが、以下の(a)~(c)のいずれかのポリヌクレオチドである、請求項18に記載の方法。
(a) 配列番号1、3、5、7、又は9に示す塩基配列からなるポリヌクレオチド
(b) 配列番号1、3、5、7、又は9に示す塩基配列と相補的な塩基配列からなるポリヌクレオチドとストリンジェントな条件下でハイブリダイズし、かつCCA1(circadian clock−associated 1)遺伝子またはLHY(late elongated hypocotyl)遺伝子の転写抑制活性を有するタンパク質をコードするポリヌクレオチド
(c) 配列番号1、3、5、7、又は9に示す塩基配列に対して70%以上の相同性を有する塩基配列からなり、かつCCA1(circadian clock−associated 1)遺伝子またはLHY(late elongated hypocotyl)遺伝子の転写抑制活性を有するタンパク質をコードするポリヌクレオチド - 植物の疑似レスポンスレギュレータ(Pseudo−Response−Regulator)遺伝子の共通モチーフである擬似レシーバードメイン(Pseudo−Receiver domain)およびCCTモチーフ(CCT−motif)を含むタンパク質をコードするポリヌクレオチドが、以下の(d)~(f)のいずれかのタンパク質をコードするポリヌクレオチドである、請求項18に記載の方法。
(d) 配列番号2、4、6、8、又は10に示すアミノ酸配列からなるタンパク質
(e) 配列番号2、4、6、8、又は10に示すアミノ酸配列において1若しくは数個のアミノ酸が欠失、置換若しくは付加されたアミノ酸配列からなり、かつCCA1(circadian clock−associated 1)遺伝子またはLHY(late elongated hypocotyl)遺伝子の転写抑制活性を有するタンパク質
(f) 配列番号2、4、6、8、又は10に示すアミノ酸配列に対して70%以上の相同性を有するアミノ酸配列からなり、かつCCA1(circadian clock−associated 1)遺伝子またはLHY(late elongated hypocotyl)遺伝子の転写抑制活性を有するタンパク質 - 植物が短日性植物である、請求項18~20のいずれかに記載の方法。
- 形質転換植物が、バイオマスが増量した形質転換植物である、請求項13~21のいずれかに記載の方法。
- 形質転換植物が、環境ストレス耐性を有する形質転換植物である、請求項13~21のいずれかに記載の方法。
- 環境ストレスが、乾燥ストレス、低温ストレス、及び塩ストレスから成る群から選択される少なくとも1種以上である、請求項23に記載の方法。
- 植物の疑似レスポンスレギュレータ(Pseudo−Response−Regulator)遺伝子の共通モチーフである擬似レシーバードメイン(Pseudo−Receiver domain)およびCCTモチーフ(CCT−motif)を含むタンパク質をコードするポリヌクレオチドと、少なくとも1種の転写因子の転写活性化ドメインをコードするポリヌクレオチドとの融合ポリヌクレオチドを植物内で過剰発現させることを特徴とする、植物のバイオマスを増大させる方法。
- 植物の疑似レスポンスレギュレータ(Pseudo−Response−Regulator)遺伝子の共通モチーフである擬似レシーバードメイン(Pseudo−Receiver domain)およびCCTモチーフ(CCT−motif)を含むタンパク質をコードするポリヌクレオチドが、以下の(a)~(c)のいずれかのポリヌクレオチドである、請求項25に記載の方法。
(a) 配列番号1、3、5、7、又は9に示す塩基配列からなるポリヌクレオチド
(b) 配列番号1、3、5、7、又は9に示す塩基配列と相補的な塩基配列からなるポリヌクレオチドとストリンジェントな条件下でハイブリダイズし、かつCCA1(circadian clock−associated 1)遺伝子またはLHY(late elongated hypocotyl)遺伝子の転写抑制活性を有するタンパク質をコードするポリヌクレオチド
(c) 配列番号1、3、5、7、又は9に示す塩基配列に対して70%以上の相同性を有する塩基配列からなり、かつCCA1(circadian clock−associated 1)遺伝子またはLHY(late elongated hypocotyl)遺伝子の転写抑制活性を有するタンパク質をコードするポリヌクレオチド - 植物の疑似レスポンスレギュレータ(Pseudo−Response−Regulator)遺伝子の共通モチーフである擬似レシーバードメイン(Pseudo−Receiver domain)およびCCTモチーフ(CCT−motif)を含むタンパク質をコードするポリヌクレオチドが、以下の(d)~(f)のいずれかのタンパク質をコードするポリヌクレオチドである、請求項25に記載の方法。
(d) 配列番号2、4、6、8、又は10に示すアミノ酸配列からなるタンパク質
(e) 配列番号2、4、6、8、又は10に示すアミノ酸配列において1若しくは数個のアミノ酸が欠失、置換若しくは付加されたアミノ酸配列からなり、かつCCA1(circadian clock−associated 1)遺伝子またはLHY(late elongated hypocotyl)遺伝子の転写抑制活性を有するタンパク質
(f) 配列番号2、4、6、8、又は10に示すアミノ酸配列に対して70%以上の相同性を有するアミノ酸配列からなり、かつCCA1(circadian clock−associated 1)遺伝子またはLHY(late elongated hypocotyl)遺伝子の転写抑制活性を有するタンパク質 - 転写因子の転写活性化ドメインをコードするポリヌクレオチドが、以下の(g)~(i)のいずれかのポリヌクレオチドである、請求項25~27のいずれかに記載の方法。
(g) 配列番号11に示す塩基配列からなるからなるポリヌクレオチド
(h) 配列番号11に示す塩基配列と相補的な塩基配列からなるポリヌクレオチドとストリンジェントな条件下でハイブリダイズし、かつPRRポリヌクレオチドに融合させることによりCCA1(circadian clock−associated 1)遺伝子またはLHY(late elongated hypocotyl)遺伝子の転写抑制解除活性を有するタンパク質をコードするポリヌクレオチド
(i) 配列番号11に示す塩基配列に対して70%以上の相同性を有する塩基配列からなり、かつPRRポリヌクレオチドに融合させることによりCCA1(circadian clock−associated 1)遺伝子またはLHY(late elongated hypocotyl)遺伝子の転写抑制解除活性を有するタンパク質をコードするポリヌクレオチド - 植物が長日性植物である、請求項25~28のいずれかに記載の方法。
- 植物の疑似レスポンスレギュレータ(Pseudo−Response−Regulator)遺伝子の共通モチーフである擬似レシーバードメイン(Pseudo−Receiver domain)およびCCTモチーフ(CCT−motif)を含むタンパク質をコードするポリヌクレオチドを植物内で過剰発現させることを特徴とする、植物のバイオマスを増大させる方法。
- 植物の疑似レスポンスレギュレータ(Pseudo−Response−Regulator)遺伝子の共通モチーフである擬似レシーバードメイン(Pseudo−Receiver domain)およびCCTモチーフ(CCT−motif)を含むタンパク質をコードするポリヌクレオチドが、以下の(a)~(c)のいずれかのポリヌクレオチドである、請求項30に記載の方法。
(a) 配列番号1、3、5、7、又は9に示す塩基配列からなるポリヌクレオチド
(b) 配列番号1、3、5、7、又は9に示す塩基配列と相補的な塩基配列からなるポリヌクレオチドとストリンジェントな条件下でハイブリダイズし、かつCCA1(circadian clock−associated 1)遺伝子またはLHY(late elongated hypocotyl)遺伝子の転写抑制活性を有するタンパク質をコードするポリヌクレオチド
(c) 配列番号1、3、5、7、又は9に示す塩基配列に対して70%以上の相同性を有する塩基配列からなり、かつCCA1(circadian clock−associated 1)遺伝子またはLHY(late elongated hypocotyl)遺伝子の転写抑制活性を有するタンパク質をコードするポリヌクレオチド - 植物の疑似レスポンスレギュレータ(Pseudo−Response−Regulator)遺伝子の共通モチーフである擬似レシーバードメイン(Pseudo−Receiver domain)およびCCTモチーフ(CCT−motif)を含むタンパク質をコードするポリヌクレオチドが、以下の(d)~(f)のいずれかのタンパク質をコードするポリヌクレオチドである、請求項30に記載の方法。
(d) 配列番号2、4、6、8、又は10に示すアミノ酸配列からなるタンパク質
(e) 配列番号2、4、6、8、又は10に示すアミノ酸配列において1若しくは数個のアミノ酸が欠失、置換若しくは付加されたアミノ酸配列からなり、かつCCA1(circadian clock−associated 1)遺伝子またはLHY(late elongated hypocotyl)遺伝子の転写抑制活性を有するタンパク質
(f) 配列番号2、4、6、8、又は10に示すアミノ酸配列に対して70%以上の相同性を有するアミノ酸配列からなり、かつCCA1(circadian clock−associated 1)遺伝子またはLHY(late elongated hypocotyl)遺伝子の転写抑制活性を有するタンパク質 - 植物が短日性植物である、請求項30~32のいずれかに記載の方法。
- 植物の疑似レスポンスレギュレータ(Pseudo−Response−Regulator)遺伝子の共通モチーフである擬似レシーバードメイン(Pseudo−Receiver domain)およびCCTモチーフ(CCT−motif)を含むタンパク質をコードするポリヌクレオチドと、少なくとも1種の転写因子の転写活性化ドメインをコードするポリヌクレオチドとの融合ポリヌクレオチドを植物内で過剰発現させることを特徴とする、植物に環境ストレス耐性を付与する方法。
- 植物の疑似レスポンスレギュレータ(Pseudo−Response−Regulator)遺伝子の共通モチーフである擬似レシーバードメイン(Pseudo−Receiver domain)およびCCTモチーフ(CCT−motif)を含むタンパク質をコードするポリヌクレオチドが、以下の(a)~(c)のいずれかのポリヌクレオチドである、請求項34に記載の方法。
(a) 配列番号1、3、5、7、又は9に示す塩基配列からなるポリヌクレオチド
(b) 配列番号1、3、5、7、又は9に示す塩基配列と相補的な塩基配列からなるポリヌクレオチドとストリンジェントな条件下でハイブリダイズし、かつCCA1(circadian clock−associated 1)遺伝子またはLHY(late elongated hypocotyl)遺伝子の転写抑制活性を有するタンパク質をコードするポリヌクレオチド
(c) 配列番号1、3、5、7、又は9に示す塩基配列に対して70%以上の相同性を有する塩基配列からなり、かつCCA1(circadian clock−associated 1)遺伝子またはLHY(late elongated hypocotyl)遺伝子の転写抑制活性を有するタンパク質をコードするポリヌクレオチド - 植物の疑似レスポンスレギュレータ(Pseudo−Response−Regulator)遺伝子の共通モチーフである擬似レシーバードメイン(Pseudo−Receiver domain)およびCCTモチーフ(CCT−motif)を含むタンパク質をコードするポリヌクレオチドが、以下の(d)~(f)のいずれかのタンパク質をコードするポリヌクレオチドである、請求項34に記載の方法。
(d) 配列番号2、4、6、8、又は10に示すアミノ酸配列からなるタンパク質
(e) 配列番号2、4、6、8、又は10に示すアミノ酸配列において1若しくは数個のアミノ酸が欠失、置換若しくは付加されたアミノ酸配列からなり、かつCCA1(circadian clock−associated 1)遺伝子またはLHY(late elongated hypocotyl)遺伝子の転写抑制活性を有するタンパク質
(f) 配列番号2、4、6、8、又は10に示すアミノ酸配列に対して70%以上の相同性を有するアミノ酸配列からなり、かつCCA1(circadian clock−associated 1)遺伝子またはLHY(late elongated hypocotyl)遺伝子の転写抑制活性を有するタンパク質 - 転写因子の転写活性化ドメインをコードするポリヌクレオチドが、以下の(g)~(i)のいずれかのポリヌクレオチドである、請求項34~36のいずれかに記載の方法。
(g) 配列番号11に示す塩基配列からなるからなるポリヌクレオチド
(h) 配列番号11に示す塩基配列と相補的な塩基配列からなるポリヌクレオチドとストリンジェントな条件下でハイブリダイズし、かつPRRポリヌクレオチドに融合させることによりCCA1(circadian clock−associated 1)遺伝子またはLHY(late elongated hypocotyl)遺伝子の転写抑制解除活性を有するタンパク質をコードするポリヌクレオチド
(i) 配列番号11に示す塩基配列に対して70%以上の相同性を有する塩基配列からなり、かつPRRポリヌクレオチドに融合させることによりCCA1(circadian clock−associated 1)遺伝子またはLHY(late elongated hypocotyl)遺伝子の転写抑制解除活性を有するタンパク質をコードするポリヌクレオチド - 植物が長日性植物である、請求項34~37のいずれかに記載の方法。
- 植物の疑似レスポンスレギュレータ(Pseudo−Response−Regulator)遺伝子の共通モチーフである擬似レシーバードメイン(Pseudo−Receiver domain)およびCCTモチーフ(CCT−motif)を含むタンパク質をコードするポリヌクレオチドを植物内で過剰発現させることを特徴とする、植物に環境ストレス耐性を付与する方法。
- 植物の疑似レスポンスレギュレータ(Pseudo−Response−Regulator)遺伝子の共通モチーフである擬似レシーバードメイン(Pseudo−Receiver domain)およびCCTモチーフ(CCT−motif)を含むタンパク質をコードするポリヌクレオチドが、以下の(a)~(c)のいずれかのポリヌクレオチドである、請求項39に記載の方法。
(a) 配列番号1、3、5、7、又は9に示す塩基配列からなるポリヌクレオチド
(b) 配列番号1、3、5、7、又は9に示す塩基配列と相補的な塩基配列からなるポリヌクレオチドとストリンジェントな条件下でハイブリダイズし、かつCCA1(circadian clock−associated 1)遺伝子またはLHY(late elongated hypocotyl)遺伝子の転写抑制活性を有するタンパク質をコードするポリヌクレオチド
(c) 配列番号1、3、5、7、又は9に示す塩基配列に対して70%以上の相同性を有する塩基配列からなり、かつCCA1(circadian clock−associated 1)遺伝子またはLHY(late elongated hypocotyl)遺伝子の転写抑制活性を有するタンパク質をコードするポリヌクレオチド - 植物の疑似レスポンスレギュレータ(Pseudo−Response−Regulator)遺伝子の共通モチーフである擬似レシーバードメイン(Pseudo−Reveiver domain)およびCCTモチーフ(CCT−motif)を含むタンパク質をコードするポリヌクレオチドが、以下の(d)~(f)のいずれかのタンパク質をコードするポリヌクレオチドである、請求項39に記載の方法。
(d) 配列番号2、4、6、8、又は10に示すアミノ酸配列からなるタンパク質
(e) 配列番号2、4、6、8、又は10に示すアミノ酸配列において1若しくは数個のアミノ酸が欠失、置換若しくは付加されたアミノ酸配列からなり、かつCCA1(circadian clock−associated 1)遺伝子またはLHY(late elongated hypocotyl)遺伝子の転写抑制活性を有するタンパク質
(f) 配列番号2、4、6、8、又は10に示すアミノ酸配列に対して70%以上の相同性を有するアミノ酸配列からなり、かつCCA1(circadian clock−associated 1)遺伝子またはLHY(late elongated hypocotyl)遺伝子の転写抑制活性を有するタンパク質 - 植物が短日性植物である、請求項39~41のいずれかに記載の方法。
- 環境ストレスが、乾燥ストレス、低温ストレス、及び塩ストレスから成る群から選択される少なくとも1種以上である、請求項34~42のいずれかに記載の方法。
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NENP | Non-entry into the national phase |
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