JP2008035831A - Plant with heightened productivity at useful part, and method for producing the same - Google Patents
Plant with heightened productivity at useful part, and method for producing the same Download PDFInfo
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Abstract
Description
本発明は、主に、有用部分の生産性が高められた植物及びその作製方法に関する。 The present invention mainly relates to a plant in which the productivity of useful parts is enhanced and a method for producing the plant.
イソプレンは、多くの高等植物、特にユーカリやポプラといった落葉広葉樹から多量に放出されている炭素数5のテルペノイドとして知られ、高等植物の細胞においてイソプレンは、クロロプラスト内で非メバロン酸経路を介して、ジメチルアリルピロリン酸からイソプレン合成酵素の働きにより生合成される。地球レベルで見た植物からのイソプレン年間総放出量は莫大で、炭素量換算で5x1014gyr−1にものぼるが、それにも関わらず、植物にとっての意義は未解明のままである。
Isoprene is known as a
本発明は、有用部分の生産性が高められた植物及びその作製方法を提供することを主な課題とする。 The main object of the present invention is to provide a plant in which productivity of useful parts is enhanced and a method for producing the plant.
本発明者らは、当初、植物におけるイソプレンの生産及び放出の生理学的役割の一部を解明することを主目的として研究を開始したところ、鋭意研究を重ねるうちに、イソプレンの大気放出量が少ないと報告されているシロイヌナズナに、イソプレン生成に至る反応を触媒する酵素の遺伝子を導入することにより得られた形質転換シロイヌナズナの葉の重量、サイズ及び数が、野生型のシロイヌナズナよりも増大していることを見出し、本発明を完成するに至った。 The present inventors started research with the primary purpose of elucidating a part of the physiological role of isoprene production and release in plants, and the amount of isoprene released into the atmosphere is small while earnest research is repeated. The weight, size and number of transgenic Arabidopsis leaves obtained by introducing the gene of an enzyme that catalyzes the reaction leading to isoprene production are increased compared to wild-type Arabidopsis thaliana. As a result, the present invention has been completed.
本発明は、主に、以下の事項に関する。
[項1]
(a)イソプレン合成酵素をコードするポリヌクレオチド、
(b)5−ホスホメバロン酸キナーゼをコードするポリヌクレオチド、及び、
(c)ジホスホメバロン酸デカルボキシラーゼをコードするポリヌクレオチド、
からなる群より選択される少なくとも1種で形質転換され、且つ、有用部分の生産性が高められた、形質転換植物。
[項2]下記(1)〜(3)からなる群より選択される少なくとも1の特徴を有する、項1に記載の形質転換植物:
(1)イソプレン合成酵素、5−ホスホメバロン酸キナーゼ、及び、ジホスホメバロン酸デカルボキシラーゼからなる群より選択される少なくとも1種の発現量が野生型よりも高い、
(2)イソプレン合成酵素、5−ホスホメバロン酸キナーゼ、及び、ジホスホメバロン酸デカルボキシラーゼからなる群より選択される少なくとも1種のmRNAの発現量が野生型よりも高い、並びに、
(3)イソプレンの放出量が野生型よりも多い。
[項3]イソプレン放出量が、野生型の150〜3000%である、項1又は2に記載の形質転換植物。
[項4]
有用部分が、葉、茎、幹、根、果実、花、種子、樹皮及び地下茎からなる群より選択される少なくとも1種、或いは、その一部である、項1〜3のいずれかに記載の形質転換植物。
[項5]さらに、下記(A)〜(G)からなる群より選択される少なくとも1の特徴を有する、項1〜4のいずれかに記載の形質転換植物:
(A)農薬耐性が野生型よりも高い、
(B)重金属耐性が野生型よりも高い、
(C)病害虫耐性が野生型よりも高い、
(D)低温耐性が野生型よりも高い、
(E)塩耐性が野生型よりも高い、
(F)乾燥耐性が野生型よりも高い、及び、
(G)弱光耐性が野生型よりも高い。
[項6]食用、食品又は食品組成物製造用、化粧品製造用、医薬品製造用、工業製品製造用、鑑賞用、森林再生用、砂漠再生用及びファイトリメディエーション用からなる群より選択される少なくとも1種の用途に使用される、項1〜5のいずれかに記載の形質転換植物。
[項7]種子、芽生え、稚苗、中苗、成苗、又は、これらの間の成長過程にある植物体である、項1〜6のいずれかに記載の形質転換植物。
[項8]
(a)イソプレン合成酵素をコードするポリヌクレオチド、
(b)5−ホスホメバロン酸キナーゼをコードするポリヌクレオチド、及び、
(c)ジホスホメバロン酸デカルボキシラーゼをコードするポリヌクレオチド、
からなる群より選択される少なくとも1種がホモ接合型で細胞染色体に組み込まれている、項1〜7のいずれかに記載の形質転換植物。
[項9]
(I) (a)イソプレン合成酵素をコードするポリヌクレオチド、
(b)5−ホスホメバロン酸キナーゼをコードするポリヌクレオチド、及び、
(c)ジホスホメバロン酸デカルボキシラーゼをコードするポリヌクレオチド、
からなる群より選択される少なくとも1種を植物細胞に導入することにより、形質転換体を得る工程を包含する、有用部分の生産性が高められた植物を作製する方法。
[項10]
さらに、(II)下記の(i)〜(iv)からなる群より選択される少なくとも1を実施する工程:
(i) 有用部分の重量、大きさ及び数の少なくとも1について、前記工程(I)で得られた形質転換体と野生型とを比較し、該有用部分の重量、大きさ及び数の少なくとも1が野生型よりも大きい形質転換体を選択すること、
(ii)イソプレン合成酵素、5−ホスホメバロン酸キナーゼ、及び、ジホスホメバロン酸デカルボキシラーゼからなる群より選択される少なくとも1種の発現量について、前記工程(I)で得られた形質転換体と野生型とを比較し、発現量が野生型よりも高い形質転換体を選択すること、
(iii)イソプレン合成酵素、5−ホスホメバロン酸キナーゼ、及び、ジホスホメバロン酸デカルボキシラーゼからなる群より選択される少なくとも1種のmRNAの発現量について、前記工程(I)で得られた形質転換体と野生型とを比較し、該mRNAの発現量が野生型よりも高い形質転換体を選択すること、並びに、
(iv)イソプレン放出量について、前記工程(I)で得られた形質転換体と野生型とを比較し、該イソプレン放出量が野生型よりも多い形質転換体を選択すること、
を包含する、項9に記載の有用部分の生産性が高められた植物を作製する方法。
[項11]項9又は10に記載の方法により作製された、有用部分の生産性が高められた植物。
[項12]項11に記載の植物の有用部分。
[項13]
(a)イソプレン合成酵素をコードするポリヌクレオチド、
(b)5−ホスホメバロン酸キナーゼをコードするポリヌクレオチド、及び、
(c)ジホスホメバロン酸デカルボキシラーゼをコードするポリヌクレオチド、
からなる群より選択される少なくとも1種を植物細胞に導入する工程を包含する、植物の有用部分の生産性を高める方法。
[項14]
(a)イソプレン合成酵素をコードするポリヌクレオチド、
(b)5−ホスホメバロン酸キナーゼをコードするポリヌクレオチド、及び、
(c)ジホスホメバロン酸デカルボキシラーゼをコードするポリヌクレオチド、
からなる群より選択される少なくとも1種を有する植物発現用プラスミドを備える、有用部分の生産性が高められた植物を作製するためのキット。
[項15]さらに、(d)イソペンテニル二リン酸Δ−イソメラーゼをコードするポリヌクレオチドで形質転換されている、項1〜8のいずれかに記載の形質転換植物。
[項16](d)イソペンテニル二リン酸Δ−イソメラーゼをコードするポリヌクレオチドを植物細胞に導入することにより、形質転換体を得る工程をさらに包含する、項9に記載の有用部分の生産性が高められた植物を作製する方法。
[項17]項16に記載の方法により作製された、有用部分の生産性が高められた植物。
[項18]項17に記載の植物の有用部分。
[項19]さらに、(d)イソペンテニル二リン酸Δ−イソメラーゼをコードするポリヌクレオチドを植物細胞に導入する工程を包含する、項13に記載の植物の有用部分の生産性を高める方法。
[項20]さらに、(d)イソペンテニル二リン酸Δ−イソメラーゼをコードするポリヌクレオチドを有する植物発現用プラスミドを備える、項14に記載の有用部分の生産性が高められた植物を作製するためのキット。
[項21]項14に記載の植物発現用プラスミドが、(d)イソペンテニル二リン酸Δ−イソメラーゼをコードするポリヌクレオチドをさらに有する、項14に記載の有用部分の生産性が高められた植物を作製するためのキット。
The present invention mainly relates to the following matters.
[Claim 1]
(A) a polynucleotide encoding isoprene synthase,
(B) a polynucleotide encoding 5-phosphomevalonate kinase, and
(C) a polynucleotide encoding diphosphomevalonate decarboxylase,
A transformed plant that has been transformed with at least one selected from the group consisting of and improved the productivity of useful parts.
[Item 2] The transformed plant according to
(1) The expression level of at least one selected from the group consisting of isoprene synthase, 5-phosphomevalonate kinase, and diphosphomevalonate decarboxylase is higher than that of the wild type,
(2) the expression level of at least one mRNA selected from the group consisting of isoprene synthase, 5-phosphomevalonate kinase, and diphosphomevalonate decarboxylase is higher than that of the wild type, and
(3) The amount of isoprene released is greater than that of the wild type.
[Item 3] The transformed plant according to
[Claim 4]
Item 4. The useful part is at least one selected from the group consisting of leaves, stems, stems, roots, fruits, flowers, seeds, bark and underground stems, or a part thereof, Transformed plants.
[Item 5] The transformed plant according to any one of
(A) Pesticide resistance is higher than wild type,
(B) Heavy metal resistance is higher than wild type,
(C) pest resistance is higher than wild type,
(D) low temperature tolerance is higher than wild type,
(E) salt tolerance is higher than wild type,
(F) Dry tolerance is higher than wild type and
(G) The weak light resistance is higher than the wild type.
[Item 6] At least selected from the group consisting of food, food or food composition production, cosmetic production, pharmaceutical production, industrial product production, appreciation, forest regeneration, desert regeneration, and
[Item 7] The transformed plant according to any one of
[Section 8]
(A) a polynucleotide encoding isoprene synthase,
(B) a polynucleotide encoding 5-phosphomevalonate kinase, and
(C) a polynucleotide encoding diphosphomevalonate decarboxylase,
[Claim 9]
(I) (a) a polynucleotide encoding isoprene synthase,
(B) a polynucleotide encoding 5-phosphomevalonate kinase, and
(C) a polynucleotide encoding diphosphomevalonate decarboxylase,
A method for producing a plant with enhanced productivity of useful parts, comprising the step of obtaining a transformant by introducing at least one selected from the group consisting of:
[Section 10]
Furthermore, (II) a step of performing at least one selected from the group consisting of the following (i) to (iv):
(I) For at least one of the weight, size and number of useful parts, the transformant obtained in step (I) is compared with the wild type, and at least one of the weight, size and number of useful parts is Selecting a transformant with a larger than wild type,
(Ii) For at least one expression level selected from the group consisting of isoprene synthase, 5-phosphomevalonate kinase, and diphosphomevalonate decarboxylase, the transformant obtained in the step (I) and the wild type And selecting a transformant whose expression level is higher than that of the wild type,
(Iii) For the expression level of at least one mRNA selected from the group consisting of isoprene synthase, 5-phosphomevalonate kinase, and diphosphomevalonate decarboxylase, the transformant obtained in the step (I) and the wild type Comparing the type and selecting a transformant in which the expression level of the mRNA is higher than that of the wild type, and
(Iv) For the amount of isoprene released, the transformant obtained in the step (I) is compared with the wild type, and a transformant having a larger amount of isoprene released than the wild type is selected.
[Item 11] A plant produced by the method according to
[Item 12] A useful part of the plant according to
[Claim 13]
(A) a polynucleotide encoding isoprene synthase,
(B) a polynucleotide encoding 5-phosphomevalonate kinase, and
(C) a polynucleotide encoding diphosphomevalonate decarboxylase,
A method for increasing the productivity of a useful part of a plant, comprising a step of introducing at least one selected from the group consisting of:
[Section 14]
(A) a polynucleotide encoding isoprene synthase,
(B) a polynucleotide encoding 5-phosphomevalonate kinase, and
(C) a polynucleotide encoding diphosphomevalonate decarboxylase,
A kit for producing a plant with an enhanced productivity of useful parts, comprising a plant expression plasmid having at least one selected from the group consisting of:
[Item 15] The transformed plant according to any one of
[Item 16] The useful part productivity according to
[Item 17] A plant produced by the method according to
[Item 18] A useful part of the plant according to item 17.
[Item 19] The method for enhancing the productivity of a useful part of a plant according to
[Item 20] In order to produce a plant with an enhanced productivity of the useful part according to
[Item 21] The plant with enhanced productivity of the useful part according to
以下、本発明をより詳細に説明する。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail.
イソプレン(2−メチル−1,3−ブタジエン)は、多くの植物に存在しているテルペン類(イソプレノイド類)の構成単位であり、構造式CH2=C(CH3)CH=CH2で表される共役二重結合をもつ炭化水素である。イソプレンは、多くの植物で放出され、特に、ユーカリやポプラといった広葉樹から多量に放出されることが知られている。イソプレンは、針葉樹や草本でも生産されるが、通常、広葉樹と比べて放出量が少ない。イソプレンの放出量が少ない種としては、例えば、マメ科、イネ科、クマツヅラ科の植物が例示される。 Isoprene (2-methyl-1,3-butadiene) is a structural unit of terpenes (isoprenoids) present in many plants, and is represented by the structural formula CH 2 ═C (CH 3 ) CH═CH 2 . It is a hydrocarbon having a conjugated double bond. It is known that isoprene is released in many plants, and in particular, it is released in large quantities from broad-leaved trees such as eucalyptus and poplar. Isoprene is also produced in conifers and herbs, but usually releases less than broad-leaved trees. Examples of species with low isoprene release include plants of legumes, grasses, and pine familys.
イソプレンは、イソプレンの前駆体であるジメチルアリルピロリン酸(DMAPP)が酸化的に脱リン酸されて生成される。この反応を触媒するのがイソプレン合成酵素である。DMAPPは、イソペンテニル二リン酸Δ-イソメラーゼの作用により、イソペンテニルピロリン酸(IPP)が異性化されて生成される。イソペンテニル二リン酸Δ-イソメラーゼによる異性化反応は、DMAPPとIPPとの間で双方向に起こる。すなわち、DMAPPとIPPは、イソペンテニル二リン酸Δ-イソメラーゼにより相互変換されている。IPP/DMAPPを生合成する経路には、従来から知られていた「メバロン酸経路」と未解明な「非メバロン酸経路(1−デオキシキシルロース経路)」の2種類の経路があることが最近の研究によりわかった。メバロン酸経路は、ほとんど全ての生物が備えていると考えられる。メバロン酸経路の律速段階は、ヒドロキシメチルグルタミル補酵素A(HMG−CoA)がメバロン酸に還元される反応であり、これが名称の由来であると考えられる。 Isoprene is produced by oxidatively dephosphorylating dimethylallyl pyrophosphate (DMAPP), which is a precursor of isoprene. Isoprene synthase catalyzes this reaction. DMAPP is produced by isomerization of isopentenyl pyrophosphate (IPP) by the action of isopentenyl diphosphate Δ-isomerase. The isomerization reaction by isopentenyl diphosphate Δ-isomerase occurs bi-directionally between DMAPP and IPP. That is, DMAPP and IPP are interconverted by isopentenyl diphosphate Δ-isomerase. There are two types of pathways for biosynthesizing IPP / DMAPP, the conventionally known “mevalonate pathway” and the unexplained “non-mevalonate pathway (1-deoxyxylulose pathway)”. From the study of The mevalonate pathway is thought to be possessed by almost all organisms. The rate-limiting step of the mevalonate pathway is a reaction in which hydroxymethylglutamyl coenzyme A (HMG-CoA) is reduced to mevalonate, which is thought to be the origin of the name.
一方、IPP又はDMAPPから、ゲラニルピロリン酸を経てテルペノイド、ステロイド、カロテノイド、天然ゴムなどが生合成される。 On the other hand, terpenoids, steroids, carotenoids, natural rubber and the like are biosynthesized from IPP or DMAPP via geranyl pyrophosphate.
即ち、大きく分けて、IPPからDMAPPを経由してイソプレンを合成するパスウエイと、IPP又はDMAPPからゲラニルピロリン酸に行くパスウエイの2つが存在する。前者が律速の場合はイソプレンが多量合成され、大気放出される。後者が律速の場合はイソプレンが生成されないで、他の2次代謝産物が多量合成される。 That is, there are roughly two pathways: a pathway that synthesizes isoprene from IPP via DMAPP, and a pathway that goes from IPP or DMAPP to geranyl pyrophosphate. When the former is rate-limiting, a large amount of isoprene is synthesized and released into the atmosphere. When the latter is rate-limiting, isoprene is not produced and other secondary metabolites are synthesized in large quantities.
メバロン酸経路の反応は、以下の通りである。 The reaction of the mevalonate pathway is as follows.
上記反応7により生成されるDMAPPがイソプレン合成酵素により脱リン酸されてイソプレンが生成する。一方、IPP又はDMAPPは、2次代謝を受けて、テルペノイドなどの複雑な化合物を生成する。
DMAPP produced by the
本発明は、(a)イソプレン合成酵素をコードするポリヌクレオチド、(b)5−ホスホメバロン酸キナーゼをコードするポリヌクレオチド、及び、(c)ジホスホメバロン酸デカルボキシラーゼをコードするポリヌクレオチド、からなる群より選択される少なくとも1種で形質転換され、且つ、有用部分の生産性が高められた、形質転換植物を提供する。 The present invention is selected from the group consisting of (a) a polynucleotide encoding isoprene synthase, (b) a polynucleotide encoding 5-phosphomevalonate kinase, and (c) a polynucleotide encoding diphosphomevalonate decarboxylase. The transformed plant is transformed with at least one selected from the above, and the productivity of the useful part is increased.
(a)イソプレン合成酵素は、DMAPPからイソプレンを合成する反応を触媒する酵素である。 (A) Isoprene synthase is an enzyme that catalyzes a reaction of synthesizing isoprene from DMAPP.
イソプレン合成酵素としては、イソプレン合成酵素を生産するあらゆる種に由来するものが挙げられるが、その中でも、例えば、高等植物又はシダ植物に由来のものが好ましく、特に、広葉樹、シダ類、針葉樹等のイソプレンの放出量が多い種に由来するものが好ましい。特に、イソプレンの放出量が多いヤナギ科(例えば、ポプラ)、フトモモ科(例えば、ユーカリ)、ブナ科(例えば、コナラ属クヌギ、コナラ属ナラガシワ)、オシダ科(例えば、オシダ)等が好ましい。一例として、ヤナギ科のポプラ(Populus alba)のイソプレン合成酵素のアミノ酸配列を配列番号4(Genbankアクセッション番号:BAD98243)、及び、マメ科のクズ(Pueraria montana var. lobata)のアミノ酸配列を配列番号10(Genbankアクセッション番号:AAQ84170)に示す。イソプレン合成酵素には、例えば、配列番号4又は10に示されるアミノ酸配列と約80%以上、好ましくは85%以上、より好ましくは約90%以上、より好ましくは93%、より好ましくは約96%以上、さらに好ましくは約98%以上の相同性を有するアミノ酸配列を有するイソプレン合成酵素が含まれる。 Examples of the isoprene synthase include those derived from all species that produce isoprene synthase, among which, for example, those derived from higher plants or fern plants are preferable, and in particular, broadleaf trees, ferns, conifers, etc. Those derived from species with a large amount of isoprene released are preferred. In particular, the willow family (for example, poplar), the myrtaceae family (for example, eucalyptus), the beech family (for example, Quercus kunugi, the Quercus genus Naragashi), the fern family (for example, fern) and the like, which release a large amount of isoprene, are preferable. As an example, the amino acid sequence of Populus alba isoprene synthase is SEQ ID NO: 4 (Genbank accession number: BAD98243), and the amino acid sequence of the leguminous kudzu (Pueraria montana var. Lobata) is SEQ ID NO: 10 (Genbank accession number: AAQ84170). The isoprene synthase includes, for example, about 80% or more, preferably 85% or more, more preferably about 90% or more, more preferably 93%, more preferably about 96% with the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 4 or 10. More preferably, an isoprene synthase having an amino acid sequence having a homology of about 98% or more is included.
イソプレン合成酵素をコードするポリヌクレオチドとしては、前記イソプレン合成酵素をコードするポリヌクレオチドが好適である(ここで、各アミノ酸に対応するコドンは、いかなるものであってもよい)。イソプレン合成酵素をコードするポリヌクレオチドの一例として、配列番号3にポプラのイソプレン合成酵素遺伝子の塩基配列(Genbankアクセッション番号:AB198180)及び配列番号9にクズのイソプレン合成酵素遺伝子の塩基配列(Genbankアクセッション番号:AY316691)を示す。イソプレン合成酵素をコードするポリヌクレオチドには、配列番号3又は9に示される塩基配列と約80%以上、好ましくは85%以上、より好ましくは約90%以上、より好ましくは93%、より好ましくは約96%以上、さらに好ましくは約98%以上の同一性を有する塩基配列を有するポリヌクレオチドが含まれる。 As the polynucleotide encoding isoprene synthase, the polynucleotide encoding the isoprene synthase is preferable (here, the codon corresponding to each amino acid may be any). As an example of a polynucleotide encoding isoprene synthase, SEQ ID NO: 3 shows the nucleotide sequence of poplar isoprene synthase gene (Genbank accession number: AB198180), and SEQ ID NO: 9 shows the nucleotide sequence of genus isoprene synthase gene (Genbank accession). Session number: AY316691). The polynucleotide encoding isoprene synthase has about 80% or more, preferably 85% or more, more preferably about 90% or more, more preferably 93%, more preferably the nucleotide sequence shown in SEQ ID NO: 3 or 9. A polynucleotide having a base sequence having about 96% or more, more preferably about 98% or more identity is included.
(b)5-ホスホメバロン酸キナーゼ(EC 2.7.4.2)は、前記反応5(5−ホスホメバロン酸+ATP → 5−ジホスホメバロン酸+ADP)を触媒する酵素である。 (B) 5-phosphomevalonate kinase (EC 2.7.4.2) is an enzyme that catalyzes the reaction 5 (5-phosphomevalonate + ATP → 5-diphosphomevalonate + ADP).
5-ホスホメバロン酸キナーゼとしては、5-ホスホメバロン酸キナーゼを生産するあらゆる種に由来するものが挙げられるが、その中でも、例えば、酵母、細菌、植物、動物由来のもの、特に、酵母、植物、細菌由来のものを好適に用いることができる。一例として、酵母(Saccharomyces cerevisiae)の5-ホスホメバロン酸キナーゼのアミノ酸配列を配列番号6(Genbankのアクセッション番号:AAA34596)に示す。5-ホスホメバロン酸キナーゼには、例えば、配列番号6に示されるアミノ酸配列と約80%以上、好ましくは85%以上、より好ましくは約90%以上、より好ましくは93%、より好ましくは約96%以上、さらに好ましくは約98%以上の相同性を有するアミノ酸配列を有する5-ホスホメバロン酸キナーゼが含まれる。 Examples of 5-phosphomevalonate kinase include those derived from all species that produce 5-phosphomevalonate kinase. Among them, for example, yeast, bacteria, plants, those derived from animals, particularly yeasts, plants, bacteria The thing of origin can be used conveniently. As an example, the amino acid sequence of 5-phosphomevalonate kinase of yeast (Saccharomyces cerevisiae) is shown in SEQ ID NO: 6 (Genbank accession number: AAA34596). 5-phosphomevalonate kinase includes, for example, about 80% or more, preferably 85% or more, more preferably about 90% or more, more preferably 93%, more preferably about 96% with the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 6. More preferably, 5-phosphomevalonate kinase having an amino acid sequence having a homology of about 98% or more is included.
5−ホスホメバロン酸キナーゼをコードするポリヌクレオチドとしては、前記5−ホスホメバロン酸キナーゼをコードするポリヌクレオチドが好適である(ここで、各アミノ酸に対応するコドンは、いかなるものであってもよい)。5−ホスホメバロン酸キナーゼをコードするポリヌクレオチドの一例として、酵母(Saccharomyces cerevisiae)の5−ホスホメバロン酸キナーゼ遺伝子の塩基配列を配列番号5(Genbankのアクセッション番号:M63648)に示す。5−ホスホメバロン酸キナーゼをコードするポリヌクレオチドには、配列番号5に示される塩基配列と約80%以上、好ましくは85%以上、より好ましくは約90%以上、より好ましくは93%、より好ましくは約96%以上、さらに好ましくは約98%以上の同一性を有する塩基配列を有するポリヌクレオチドが含まれる。 As the polynucleotide encoding 5-phosphomevalonate kinase, the above-mentioned polynucleotide encoding 5-phosphomevalonate kinase is suitable (here, any codon corresponding to each amino acid may be used). As an example of a polynucleotide encoding 5-phosphomevalonate kinase, the nucleotide sequence of a 5-phosphomevalonate kinase gene of yeast (Saccharomyces cerevisiae) is shown in SEQ ID NO: 5 (Genbank accession number: M63648). The polynucleotide encoding 5-phosphomevalonate kinase has a nucleotide sequence of SEQ ID NO: 5 of about 80% or more, preferably 85% or more, more preferably about 90% or more, more preferably 93%, more preferably A polynucleotide having a base sequence having about 96% or more, more preferably about 98% or more identity is included.
(c)ジホスホメバロン酸デカルボキシラーゼ(EC 4.1.1.33)は、反応6(5−ジホスホメバロン酸+アデノシン三リン酸 → IPP+二酸化炭素+リン酸+ADP)を触媒する酵素である。 (C) Diphosphomevalonate decarboxylase (EC 4.1.1.33) is an enzyme that catalyzes reaction 6 (5-diphosphomevalonate + adenosine triphosphate → IPP + carbon dioxide + phosphate + ADP).
ジホスホメバロン酸デカルボキシラーゼとしては、ジホスホメバロン酸デカルボキシラーゼを生産するあらゆる種に由来するものが挙げられるが、その中でも、例えば、酵母、細菌、植物、動物由来のもの、特に、酵母、細菌、植物、由来のものを好適に用いることができる。一例として、酵母(Saccharomyces cerevisiae)のジホスホメバロン酸デカルボキシラーゼのアミノ酸配列を配列番号8(Genbankのアクセッション番号:CAA66158)に示す。ジホスホメバロン酸デカルボキシラーゼには、例えば、配列番号8に示されるアミノ酸配列と約80%以上、好ましくは85%以上、より好ましくは約90%以上、より好ましくは93%、より好ましくは約96%以上、さらに好ましくは約98%以上の相同性を有するアミノ酸配列を有するジホスホメバロン酸デカルボキシラーゼが含まれる。 Examples of the diphosphomevalonate decarboxylase include those derived from all species that produce diphosphomevalonate decarboxylase. Among them, for example, yeasts, bacteria, plants, animals, particularly yeasts, bacteria, plants, Can be preferably used. As an example, the amino acid sequence of a yeast (Saccharomyces cerevisiae) diphosphomevalonate decarboxylase is shown in SEQ ID NO: 8 (Genbank accession number: CAA66158). The diphosphomevalonate decarboxylase is, for example, about 80% or more, preferably 85% or more, more preferably about 90% or more, more preferably 93%, more preferably about 96% or more with the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 8. More preferably, diphosphomevalonate decarboxylase having an amino acid sequence having a homology of about 98% or more is included.
ジホスホメバロン酸デカルボキシラーゼをコードするポリヌクレオチドとしては、前記ジホスホメバロン酸デカルボキシラーゼをコードするポリヌクレオチドが好適である(ここで、各アミノ酸に対応するコドンは、いかなるものであってもよい)。ジホスホメバロン酸デカルボキシラーゼをコードするポリヌクレオチドの一例として、酵母(Saccharomyces cerevisiae)のジホスホメバロン酸デカルボキシラーゼ遺伝子の塩基配列を配列番号7(Genbankのアクセッション番号:X97557)に示す。ジホスホメバロン酸デカルボキシラーゼをコードするポリヌクレオチドには、配列番号7に示される塩基配列と約80%以上、好ましくは85%以上、より好ましくは約90%以上、より好ましくは93%、より好ましくは約96%以上、さらに好ましくは約98%以上の同一性を有する塩基配列を有するポリヌクレオチドが含まれる。 The polynucleotide encoding the diphosphomevalonate decarboxylase is preferably the polynucleotide encoding the diphosphomevalonate decarboxylase (wherein the codon corresponding to each amino acid may be any). As an example of a polynucleotide encoding diphosphomevalonate decarboxylase, the nucleotide sequence of the diphosphomevalonate decarboxylase gene of yeast (Saccharomyces cerevisiae) is shown in SEQ ID NO: 7 (Genbank accession number: X97557). The polynucleotide encoding diphosphomevalonate decarboxylase has a base sequence represented by SEQ ID NO: 7 of about 80% or more, preferably 85% or more, more preferably about 90% or more, more preferably 93%, more preferably about A polynucleotide having a base sequence having an identity of 96% or more, more preferably about 98% or more is included.
本発明の形質転換植物は、前記(a)イソプレン合成酵素をコードするポリヌクレオチド、(b)5−ホスホメバロン酸キナーゼをコードするポリヌクレオチド、及び、(c)ジホスホメバロン酸デカルボキシラーゼをコードするポリヌクレオチドからなる群より選択される少なくとも1種(以下、(a)〜(c)のポリヌクレオチドと称する場合もある)を植物細胞に導入することにより得ることができる。 The transformed plant of the present invention comprises (a) a polynucleotide encoding isoprene synthase, (b) a polynucleotide encoding 5-phosphomevalonate kinase, and (c) a polynucleotide encoding diphosphomevalonate decarboxylase. It can be obtained by introducing at least one selected from the group (hereinafter also referred to as the polynucleotides (a) to (c)) into plant cells.
本発明の1つの実施形態に従って、前記(a)〜(c)のポリヌクレオチドに加え、(d)イソペンテニル二リン酸Δ−イソメラーゼをコードするポリヌクレオチドを植物細胞に導入してもよい。(d)イソペンテニル二リン酸Δ−イソメラーゼ(EC 5.3.3.2)は、IPPとDMAPPとの間の異性化反応を双方向に触媒する酵素である。 According to one embodiment of the present invention, in addition to the polynucleotides (a) to (c), (d) a polynucleotide encoding isopentenyl diphosphate Δ-isomerase may be introduced into a plant cell. (D) Isopentenyl diphosphate Δ-isomerase (EC 5.3.3.2) is an enzyme that bidirectionally catalyzes the isomerization reaction between IPP and DMAPP.
例えば、(a)イソプレン合成酵素をコードするポリヌクレオチドと共に、(d)イソペンテニル二リン酸Δ−イソメラーゼをコードするポリヌクレオチドを導入することにより、IPP→DMAPP→イソプレンという一連のパスウエイを促進させることができ、結果的に有用部分の生産性を効率的に高めることができると考えられる。また、例えば、(b)5−ホスホメバロン酸キナーゼをコードするポリヌクレオチド及び/又は(c)ジホスホメバロン酸デカルボキシラーゼをコードするポリヌクレオチドと共に、(d)イソペンテニル二リン酸Δ−イソメラーゼをコードするポリヌクレオチドを導入することにより、前記反応5及び/又は反応6→IPP→DMAPPという一連のパスウエイを促進させることができ、延いてはDMAPP→イソプレンの反応を促進させることができ、結果的に有用部分の生産性を効率的に高めることができると考えられる。
For example, by introducing a polynucleotide encoding (d) isopentenyl diphosphate Δ-isomerase together with a polynucleotide encoding isoprene synthase, a series of pathways of IPP → DMAPP → isoprene is promoted. As a result, it is considered that the productivity of the useful portion can be increased efficiently. In addition, for example, (b) a polynucleotide encoding 5-phosphomevalonate kinase and / or (c) a polynucleotide encoding diphosphomevalonate decarboxylase and (d) a polynucleotide encoding isopentenyl diphosphate Δ-isomerase Introducing the
イソペンテニル二リン酸Δ−イソメラーゼとしては、イソペンテニル二リン酸Δ−イソメラーゼを生産するあらゆる種に由来するものが挙げられるが、その中でも、例えば、酵母、細菌、植物、動物由来のもの、特に、酵母、細菌、植物由来のものを好適に用いることができる。一例として、酵母(Saccharomyces cerevisiae)のイソペンテニル二リン酸Δ−イソメラーゼのアミノ酸配列を配列番号12(Genbankのアクセッション番号:AAA34708)に示す。イソペンテニル二リン酸Δ−イソメラーゼには、例えば、配列番号12に示されるアミノ酸配列と約80%以上、好ましくは85%以上、より好ましくは約90%以上、より好ましくは93%、より好ましくは約96%以上、さらに好ましくは約98%以上の相同性を有するアミノ酸配列を有するイソペンテニル二リン酸Δ−イソメラーゼが含まれる。 Examples of isopentenyl diphosphate Δ-isomerase include those derived from all species that produce isopentenyl diphosphate Δ-isomerase. Among them, for example, those derived from yeast, bacteria, plants, animals, especially Those derived from yeast, bacteria and plants can be preferably used. As an example, the amino acid sequence of isopentenyl diphosphate Δ-isomerase of Saccharomyces cerevisiae is shown in SEQ ID NO: 12 (Genbank accession number: AAA34708). Isopentenyl diphosphate Δ-isomerase includes, for example, about 80% or more, preferably 85% or more, more preferably about 90% or more, more preferably 93%, more preferably the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 12. Isopentenyl diphosphate Δ-isomerase having an amino acid sequence having a homology of about 96% or more, more preferably about 98% or more is included.
イソペンテニル二リン酸Δ−イソメラーゼをコードするポリヌクレオチドとしては、前記イソペンテニル二リン酸Δ−イソメラーゼをコードするポリヌクレオチドが好適である(ここで、各アミノ酸に対応するコドンは、いかなるものであってもよい)。イソペンテニル二リン酸Δ−イソメラーゼをコードするポリヌクレオチドの一例として、酵母(Saccharomyces cerevisiae)のイソペンテニル二リン酸Δ−イソメラーゼ遺伝子の塩基配列を配列番号11(Genbankのアクセッション番号:J05090)に示す。イソペンテニル二リン酸Δ−イソメラーゼをコードするポリヌクレオチドには、配列番号11に示される塩基配列と約80%以上、好ましくは85%以上、より好ましくは約90%以上、より好ましくは93%、より好ましくは約96%以上、さらに好ましくは約98%以上の同一性を有する塩基配列を有するポリヌクレオチドが含まれる。 As the polynucleotide encoding isopentenyl diphosphate Δ-isomerase, the polynucleotide encoding the isopentenyl diphosphate Δ-isomerase is preferable (wherein the codons corresponding to each amino acid are any). May be) As an example of a polynucleotide encoding isopentenyl diphosphate Δ-isomerase, the base sequence of the isopentenyl diphosphate Δ-isomerase gene of yeast (Saccharomyces cerevisiae) is shown in SEQ ID NO: 11 (Genbank accession number: J05090). . The polynucleotide encoding isopentenyl diphosphate Δ-isomerase has a nucleotide sequence of SEQ ID NO: 11 of about 80% or more, preferably 85% or more, more preferably about 90% or more, more preferably 93%, More preferably, a polynucleotide having a base sequence having an identity of about 96% or more, more preferably about 98% or more is included.
なお、(d)のポリヌクレオチドの形質転換、スクリーニング等の各種操作は、以下に記載する(a)〜(c)のポリヌクレオチドと同様の方法により行なうことができる。また、形質転換において、(d)のポリヌクレオチドは、(a)〜(c)のポリヌクレオチドと一緒に発現プラスミドに挿入されて植物細胞に導入されてもよいし、(a)〜(c)のポリヌクレオチドとは別に発現プラスミドに挿入されて植物細胞に導入されてもよい。また、(d)のポリヌクレオチドの導入と(a)〜(c)のポリヌクレオチドの導入の順序は問わない。 Various operations such as transformation and screening of the polynucleotide (d) can be performed in the same manner as the polynucleotides (a) to (c) described below. In the transformation, the polynucleotide (d) may be inserted into an expression plasmid together with the polynucleotides (a) to (c) and introduced into plant cells, or (a) to (c). In addition to the polynucleotide, it may be inserted into an expression plasmid and introduced into a plant cell. Further, the order of introduction of the polynucleotide (d) and the introduction of the polynucleotides (a) to (c) is not limited.
(a)〜(c)のポリヌクレオチドは、PCR法、LAMP法、EMSA法、自動合成等の常法により入手することができる。 The polynucleotides (a) to (c) can be obtained by conventional methods such as PCR, LAMP, EMSA, and automatic synthesis.
例えば、PCR法は、基本的に、鋳型となり得るポリヌクレオチド、フォワードプライマー及びリバースプライマー、DNAポリメラーゼ、dNTP mixture(デオキシヌクレオシド三リン酸の混合物)、及びPCRバッファーを含む一反応液を、温度変化を伴う(1)変性(2)アニーリング(3)伸長の3つのステップに繰り返し供することにより、フォワードプライマー及びリバースプライマーの間に挟まれた特定のポリヌクレオチドを増幅する方法である。例えば、イソプレン合成酵素をコードするポリヌクレオチドを増幅する場合、鋳型となり得るポリヌクレオチドとしては、例えば、イソプレン合成酵素遺伝子を発現する生物から作製されたゲノムDNA、ゲノムライブラリー、cDNAライブラリー等を用いることができる。フォワードプライマー及びリバースプライマーは、例えば、イソプレン合成酵素遺伝子の5’末端又はその周辺、及び、3’末端又はその周辺に位置する任意の約10〜30bpのヌクレオチド配列に基づき設計され得、自動合成等の常法により合成することができる。増幅される配列が開始コドンを含んでいない場合、開始コドンをin−frameで含むようフォワードプライマーを設計するか、後述の発現ベクターにin−frameで開始コドンを導入しておく。DNAポリメラーゼとしては、市販の耐熱性ポリメラーゼ、例えば、Pfu(Promega社製)、Taq(TOYOBO社製)、KOD(TOYOBO社製)、Vent(NEB社製)、ExTaq(TaKaRa社製)、PlatinumPfx(invitrogen社製)等を好適に用いることができる。dNTP mixtureとしては、市販されているdATP、dCTP、dGTP及びdTTPの混合物を好適に用いることができる。PCRバッファーは、使用するDNAポリメラーゼ等に応じて適宜選択され、市販品又はDNAポリメラーゼの添付品を好適に用いることができる。PCR反応は、慣用的な手順に従って又はDNAポリメラーゼの指示書に従って行なうことができる。また、当業者であれば、温度、時間、サイクル数、反応組成等のPCR反応条件を適宜変更することができる。 For example, in the PCR method, basically, a reaction solution containing a polynucleotide that can be a template, a forward primer and a reverse primer, a DNA polymerase, dNTP mixture (a mixture of deoxynucleoside triphosphates), and a PCR buffer is subjected to temperature changes. It is a method of amplifying a specific polynucleotide sandwiched between a forward primer and a reverse primer by repeatedly subjecting it to the following three steps: (1) denaturation (2) annealing (3) extension. For example, in the case of amplifying a polynucleotide encoding isoprene synthase, for example, a genomic DNA, genomic library, cDNA library or the like prepared from an organism that expresses an isoprene synthase gene is used as a template that can be a template. be able to. The forward primer and the reverse primer can be designed based on, for example, an about 10-30 bp nucleotide sequence located at or around the 5 ′ end of the isoprene synthase gene and at or around the 3 ′ end, such as automatic synthesis. It can be synthesized by the conventional method. When the sequence to be amplified does not include the start codon, a forward primer is designed so as to include the start codon in-frame, or the start codon is introduced into the expression vector described later in-frame. Examples of the DNA polymerase include commercially available heat-resistant polymerases such as Pfu (manufactured by Promega), Taq (manufactured by TOYOBO), KOD (manufactured by TOYOBO), Vent (manufactured by NEB), ExTaq (manufactured by TaKaRa), PlatinumPfx ( Invitrogen) and the like can be suitably used. As the dNTP mixture, a commercially available mixture of dATP, dCTP, dGTP and dTTP can be suitably used. The PCR buffer is appropriately selected according to the DNA polymerase to be used, and a commercially available product or a DNA polymerase accessory can be suitably used. The PCR reaction can be performed according to conventional procedures or according to the instructions of the DNA polymerase. Those skilled in the art can appropriately change the PCR reaction conditions such as temperature, time, number of cycles, reaction composition, and the like.
前記(a)〜(c)のポリヌクレオチドは、発現ベクターへ連結された発現プラスミドとして植物細胞に導入されることが望ましい。 The polynucleotides (a) to (c) are preferably introduced into plant cells as an expression plasmid linked to an expression vector.
発現ベクターとしては、宿主において自律複製可能又は染色体中への組み込みが可能で、ポリヌクレオチドの転写を可能にする位置にプロモーターを含有しているものが好適に用いられる。PCRによって増幅されたポリヌクレオチドの5’末端は、直接又は適当な配列(例えば、制限酵素認識部位)を介してin−frameでプロモーターの3’末端へ連結される。発現ベクターは、さらに、植物細胞用エンハンサー(例えば、EL2エンハンサー、CaMV35Sエンハンサー等)、選択マーカー遺伝子、標識タグ等を含有してもよい。終止コドンは、必ずしも必要ではないが、構造遺伝子の直下に配置されることが好ましい。また、アミノ酸配列を参考にして、ポリヌクレオチドをin−frameで発現プロモーター、エンハンサー、開始コドン等と連結することができる。各種塩基配列及びアミノ酸配列は、Genbank、EMBL等の検索システムから入手できる。また、アミノ酸配列は、塩基配列に基づきアミノ酸配列を推定するシステム、N末端分析、C末端分析等の常法によっても決定することができる。 As the expression vector, a vector that can autonomously replicate in a host or can be integrated into a chromosome and contains a promoter at a position that enables transcription of a polynucleotide is preferably used. The 5 'end of the polynucleotide amplified by PCR is linked to the 3' end of the promoter directly or in-frame via an appropriate sequence (for example, a restriction enzyme recognition site). The expression vector may further contain a plant cell enhancer (for example, EL2 enhancer, CaMV35S enhancer, etc.), a selection marker gene, a labeling tag, and the like. A stop codon is not necessarily required, but is preferably arranged immediately below the structural gene. In addition, with reference to the amino acid sequence, the polynucleotide can be linked in-frame to an expression promoter, enhancer, initiation codon, and the like. Various base sequences and amino acid sequences can be obtained from search systems such as Genbank and EMBL. The amino acid sequence can also be determined by a conventional method such as a system that estimates an amino acid sequence based on a base sequence, N-terminal analysis, C-terminal analysis, or the like.
プロモーターとしては、宿主の細胞中でイソプレン合成酵素、5−ホスホメバロン酸キナーゼ、及び/又はジホスホメバロン酸デカルボキシラーゼの発現を促進する限りにおいて特に限定されない。高等植物における高発現には、構成的発現プロモーターであるEL2プロモーター、CaMV35Sプロモーター、Cabプロモーター、RuBisCoプロモーター、PR1プロモーター、ユビキチンプロモーター等を用いることができる。また、イソプレン合成酵素、5−ホスホメバロン酸キナーゼ、及び/又はジホスホメバロン酸デカルボキシラーゼが植物の特定の器官(例えば、葉、茎、幹、根、果実、花、種子、樹皮及び地下茎からなる群より選択される少なくとも1種)で特異的に発現するプロモーターが用いられてもよい。このようなプロモーターとしては、例えば、葯特異的プロモーターRA8(特表2002−528125号)、花器特異的プロモーターRPC213(国際公開WO99/43818)、葉肉細胞特異的プロモーターrbcS(Plant Physiol. 102,991−1000(1993))等を用いることができるが、これらに限定されない。 The promoter is not particularly limited as long as it promotes the expression of isoprene synthase, 5-phosphomevalonate kinase, and / or diphosphomevalonate decarboxylase in the host cell. For high expression in higher plants, a constitutive expression promoter such as EL2 promoter, CaMV35S promoter, Cab promoter, RuBisCo promoter, PR1 promoter, ubiquitin promoter and the like can be used. Further, isoprene synthase, 5-phosphomevalonate kinase, and / or diphosphomevalonate decarboxylase is selected from the group consisting of specific organs of plants (for example, leaves, stems, stems, roots, fruits, flowers, seeds, bark and rhizomes) Promoters that are specifically expressed in at least one of the above may be used. Examples of such promoters include cocoon-specific promoter RA8 (Special Table 2002-528125), flower organ-specific promoter RPC213 (International Publication WO99 / 43818), mesophyll cell-specific promoter rbcS (Plant Physiol. 102,991- 1000 (1993)) can be used, but is not limited thereto.
植物細胞(宿主)は、目的や用途等に応じて適宜選択されるため特に限定されないが、好ましくは高等植物の細胞である。高等植物としては、特に限定されないが、イネ科、マメ科、イモ科、アブラナ科、ラン科、ユリ科、アヤメ科、キク科、ツツジ科、バラ科、マツ科、クスノキ科、クルミ科、ヤナギ科、クマツヅラ科等の植物が挙げられる。高等植物の具体例としては、イネ、アワ、ヒエ、キビ、サトウキビ、モロコシ、トウモロコシ、ソバ、コムギ、オオムギ、ライムギ、ライコムギ、カラスムギ、ハトムギ、ダッタンソバ、コウリャン等の穀類;ダイズ、アズキ、エンドウマメ、ソラマメ、インゲンマメ、アルファルファ、ラッカセイ、クルミ、アーモンド、ケシ、コーヒー、ピスタチオ、マカデミア等の豆類又はナッツ類;サツマイモ、ジャガイモ、ヤマイモ、サトイモ、キャッサバ、ナガイモ、タロイモ等のイモ類;ゴマ、ナタネ、ベニバナ、ヒマワリ、ココナッツ、ヤシ、オリーブ、綿実、カカオ、サフラワー、アボガド等の油脂植物;ニンジン、ダイコン、カブ、ラディッシュ、レンコン、ゴボウ、タマネギ、ネギ、セロリ、ニラ、ミツバ、シュンギク、チンゲンサイ、ハクサイ、ホウレンソウ、ミズナ、パセリ、レタス、キャベツ、ブロッコリー、アスパラガス、カリフラワー、ピーマン、シシトウ、キュウリ、ウリ、ゴーヤ、ズッキーニ、スイカ、トマト、カボチャ、ナス、ショウガ、ミョウガ、ニンニク、ラッキョウ、コマツナ等の野菜類;オレンジ、グレープフルーツ、レモン、ブドウ、マスカット、モモ、スモモ、アンズ、リンゴ、ナシ、カキ、ウメ、イチジク、ザクロ、イチゴ、メロン、パイナップル、マンゴー、マンゴスチン、パパイヤ、アセロラ、キウイ、ブルーベリー、ラズベリー、クランベリー、サクランボ等の果実類;スギ、ヒノキ、マツ、ヤナギ、キリ、カエデ、ポプラ、オーク、ニレ、ペカン、チーク、サクラ、ウメ、モミジ等の樹木類;シロイヌナズナ、バラ、カーネーション、チューリップ、トルコギキョウ、リンドウ、ペチュニア、カスミソウ、ナデシコ、ユリ、スミレ、パンジー、ラベンダー、ガーベラ、コスモス、キク、ゼラニウム、ツルウリクサ、ベゴニア、シクラメン、ニーレンベルギア、ニチニチソウ、テンジクアオイ、ラン、ヒマワリ、アイビー、アジアンタム、アレカヤシ、インドゴム、オリヅルラン、サンセベリア、シェフレラ、スパティフィラム、ドラセナ、ネオレゲリア、パキラ、ベンジャミン、ポトス、モンステラ、ポインセチア、アネモネ、キキョウ等の草木類が挙げられるが、これらに限定されない。 The plant cell (host) is not particularly limited because it is appropriately selected according to the purpose and use, but is preferably a higher plant cell. Although it does not specifically limit as a higher plant, Gramineae, Leguminosae, Lepidoptera, Brassicaceae, Orchidaceae, Lilyaceae, Iridaceae, Asteraceae, Azalea, Rosaceae, Pinaceae, Camphoraceae, Walnutaceae, Willow Plants such as the family and the pine family are included. Specific examples of higher plants include rice, millet, millet, millet, sugarcane, sorghum, corn, buckwheat, wheat, barley, rye, triticale, oats, oats, tartary buckwheat, cucumber, etc .; soybean, azuki bean, peas, Beans or nuts such as broad beans, kidney beans, alfalfa, peanuts, walnuts, almonds, poppies, coffee, pistachios, macadamia; sweet potatoes, potatoes, yams, taros, cassava, potatoes such as yams, taros; sesame, rapeseed, safflower, Oily plants such as sunflower, coconut, palm, olive, cottonseed, cacao, safflower, avocado; carrot, radish, turnip, radish, lotus root, burdock, onion, leek, celery, leek, honey bee, garlic, chingensai Chinese cabbage, spinach, Mizuna, parsley, lettuce, cabbage, broccoli, asparagus, cauliflower, pepper, pepper, cucumber, cucumber, bitter gourd, zucchini, watermelon, tomato, pumpkin, eggplant, ginger, ginger, garlic, sea cucumber, komatsuna, etc. Vegetables: orange, grapefruit, lemon, grape, muscat, peach, plum, apricot, apple, pear, oyster, plum, fig, pomegranate, strawberry, melon, pineapple, mango, mangosteen, papaya, acerola, kiwi, blueberry, raspberry Fruits such as cedar, cypress, cherry, cedar, cypress, pine, willow, giraffe, maple, poplar, oak, elm, pecan, teak, cherry, ume, maple, etc .; Arabidopsis, rose, carnation Tulip, Eustoma, Gentian, Petunia, Gypsophila, Nadesico, Lily, Violet, Pansy, Lavender, Gerbera, Cosmos, Chrysanthemum, Geranium, Periwinkle, Begonia, Cyclamen, Nilebergia, Periwinkle, Tenjikuaoi, Orchid, Asian Sunflower, Ivy, Ivy Plants such as, but not limited to, areca, Indian rubber, orchid orchid, sansevieria, chevrela, spatiphyllum, dracaena, neoregelia, pachira, benjamin, potos, monstera, poinsettia, anemone, kyoto.
植物細胞は、もともと、イソプレン合成酵素遺伝子、5−ホスホメバロン酸キナーゼ遺伝子、及び/又は、ジホスホメバロン酸デカルボキシラーゼ遺伝子を有していなくてもよいし、有していてもよい。これらの遺伝子の存在量がもともと少ない又は無い種を、本発明に従って前記(a)〜(c)のポリヌクレオチドで形質転換することによって、有用部分の生産性の顕著な増大を達成し得る。イソプレン合成酵素遺伝子、5−ホスホメバロン酸キナーゼ遺伝子、及び/又は、ジホスホメバロン酸デカルボキシラーゼ遺伝子の存在量がもともと少ない又は無い種としては、例えば、マメ科、イネ科、クマツヅラ科、アブラナ科、クワ科、キク科、モクセイ科等が考えられる。 Plant cells may or may not originally have an isoprene synthase gene, a 5-phosphomevalonate kinase gene, and / or a diphosphomevalonate decarboxylase gene. A significant increase in the productivity of the useful portion can be achieved by transforming the species in which the abundance of these genes is originally low or absent with the polynucleotides (a) to (c) according to the present invention. Examples of the species in which the abundance of the isoprene synthase gene, 5-phosphomevalonate kinase gene, and / or diphosphomevalonate decarboxylase gene is originally low or absent are, for example, legumes, gramineae, oleaceae, cruciferous, mulberry, Asteraceae, oleaceae, etc. are considered.
植物細胞は、前記(a)〜(c)のポリヌクレオチド以外のポリヌクレオチドを導入された植物細胞、交雑により改変された植物細胞等の改変された植物細胞であってもよい。このように改変された植物細胞を用いることにより、本発明の形質転換植物にさらに有利な性質を付与することができる。 The plant cell may be a modified plant cell such as a plant cell into which a polynucleotide other than the polynucleotides (a) to (c) is introduced or a plant cell modified by hybridization. By using plant cells modified in this way, further advantageous properties can be imparted to the transformed plant of the present invention.
植物細胞への前記(a)〜(c)のポリヌクレオチド又はそれを含む発現プラスミドの導入方法としては、常法、例えば、酢酸リチウム法、エレクトロポレーション法、アグロバクテリウム法、遺伝子銃(パーティクルガン)法、リン酸カルシウム法、プロトプラスト法、又は、Gene,17,107(1982)、Molecular & General Genetics,168,111(1979)及びMolecular Cloning 2nd ed.(Sambrook,J., Fritsch,E.F., Maniatis,T. Cold Spring Harvor Laboratory Press 1989)、Plant Molecular Biology Manual (Stanton B. Gelvin and Robert A. Schilperoort. Kluwer Academic Publishers 1988)等の文献(これらは、本書においてその全体が援用される)に記載の方法を好適に用いることができる。さらに、通常、発現プラスミドが導入されている個体を選択する。発現プラスミドが導入されている個体の選択は、常法、例えば、薬物含有培地による選択、ホルモン含有培地による選択、栄養要求性による選択により行なうことができる。さらに、ゲノムPCR、RT−PCR、ノザンハイブリダイゼーション、ウェスタン解析等の常法を用いて、植物細胞染色体への上記(a)〜(c)のポリヌクレオチドの組み込み、イソプレン合成酵素、5−ホスホメバロン酸キナーゼ又はジホスホメバロン酸デカルボキシラーゼのmRNA又はタンパク質の発現等を確認することができる。このようにして、前記(a)〜(c)のポリヌクレオチドが導入された形質転換細胞を得ることができる。 As a method for introducing the polynucleotides (a) to (c) or the expression plasmid containing the same into plant cells, conventional methods such as lithium acetate method, electroporation method, Agrobacterium method, gene gun (particle) Cancer) method, calcium phosphate method, protoplast method, Gene, 17, 107 (1982), Molecular & General Genetics, 168, 111 (1979), and Molecular Cloning 2nd ed. (Sambrook, J., Fritsch, EF, Maniatis, T. Cold Spring Harbor Laboratory Press 1989), Plant Molecular Biology Manual R. and B. Gel R. Can be suitably used the method described in (incorporated herein in its entirety). Furthermore, an individual into which an expression plasmid has been introduced is usually selected. Selection of an individual into which an expression plasmid has been introduced can be performed by a conventional method, for example, selection by a drug-containing medium, selection by a hormone-containing medium, or selection by auxotrophy. Furthermore, using conventional methods such as genomic PCR, RT-PCR, Northern hybridization, Western analysis, etc., integration of the polynucleotides (a) to (c) above into plant cell chromosomes, isoprene synthase, 5-phosphomevalonic acid Expression of mRNA or protein of kinase or diphosphomevalonate decarboxylase can be confirmed. In this way, transformed cells into which the polynucleotides (a) to (c) have been introduced can be obtained.
さらに、必要に応じて、前記(a)〜(c)のポリヌクレオチドが導入された形質転換細胞を分化・生長させることにより、形質転換植物を得ることができる。例えば、植物ホルモンを含有した培地に植物細胞を移すことで、植物細胞から植物に分化・生長させることができる。分化・生長の方法については、本書においてその全体が援用される「Growth & Differentiation in Plants,3rd Edition by P.F.Wareing & I.D.J.Phillips, 1981,ISBN 4−7622−6365−6 [83.5刊](植物の成長と分化(上)P.F.ウェアリング・I.D.J.フィリップス 著/古谷雅樹 監訳)」及び「Growth & Differentiation in Plants,3rd Edition by P.F.Wareing & I.D.J.Phillips, 1981,ISBN 4−7622−7366−X [83.11刊](植物の成長と分化(下)、P.F.ウェアリング・I.D.J.フィリップス 著/古谷雅樹 監訳)」を参考にすることができる。 Furthermore, if necessary, a transformed plant can be obtained by differentiating and growing the transformed cells into which the polynucleotides (a) to (c) have been introduced. For example, plant cells can be differentiated and grown from plants to plants by transferring them to a medium containing plant hormones. The method of differentiation and growth is incorporated herein by reference in its entirety, “Growth & Differentiation in Plants, 3rd Edition by PF Walling & IDJ Phillips, 1981, ISBN 4-7622-6365-6. [83.5] (Plant Growth and Differentiation (above) PF Wearling, IDJ Phillips, translated by Masaki Furuya) and “Growth & Differentiation in Plants, 3rd Edition by PF” Walling & IDJ Phillips, 1981, ISBN 4-7622-7366-X [83.11] (Plant growth and differentiation (bottom), PF Waring, IDJ. By Philips Masaki Furuya translation supervisor) "can be referred to.
さらに、このようにして得られた形質転換体について、スクリーニングを行なってもよい。 Further, the transformant thus obtained may be screened.
スクリーニングは、例えば、下記(i)〜(iv)からなる群より選択される少なくとも1を実施することにより行なわれる:
(i) 有用部分の重量、大きさ及び数の少なくとも1について、得られた形質転換体と野生型とを比較し、該有用部分の重量、大きさ及び数の少なくとも1が野生型よりも大きい形質転換体を選択すること、
(ii)イソプレン合成酵素、5−ホスホメバロン酸キナーゼ、及び、ジホスホメバロン酸デカルボキシラーゼからなる群より選択される少なくとも1種の発現量について、得られた形質転換体と野生型とを比較し、該発現量が野生型よりも高い形質転換体を選択すること、
(iii)イソプレン合成酵素、5−ホスホメバロン酸キナーゼ、及び、ジホスホメバロン酸デカルボキシラーゼからなる群より選択される少なくとも1種のmRNAの発現量について、得られた形質転換体と野生型とを比較し、該mRNAの発現量が野生型よりも高い形質転換体を選択すること、並びに、
(iv)イソプレン放出量について、得られた形質転換体と野生型とを比較し、該イソプレン放出量が野生型よりも多い形質転換体を選択すること。
The screening is performed, for example, by performing at least one selected from the group consisting of the following (i) to (iv):
(I) For at least one of the weight, size and number of useful parts, the obtained transformant is compared with the wild type, and at least one of the weight, size and number of the useful parts is larger than the wild type Selecting a transformant,
(Ii) For at least one expression level selected from the group consisting of isoprene synthase, 5-phosphomevalonate kinase, and diphosphomevalonate decarboxylase, the obtained transformant is compared with the wild type, and the expression Selecting a transformant whose amount is higher than the wild type,
(Iii) For the expression level of at least one mRNA selected from the group consisting of isoprene synthase, 5-phosphomevalonate kinase, and diphosphomevalonate decarboxylase, the obtained transformant is compared with the wild type, Selecting a transformant in which the expression level of the mRNA is higher than that of the wild type, and
(Iv) For the amount of isoprene released, the obtained transformant is compared with the wild type, and a transformant with a larger amount of isoprene released than the wild type is selected.
「形質転換」とは、一般的に、ある細胞から単離したDNAが他の細胞に取り込まれ、細胞染色体と組換えを起こす遺伝現象をいうが(東京化学同人 生化学辞典 第2版、416〜417ページ)、現在では、プラスミドやそれに結合した遺伝子なども含めてDNA分子を直接細胞に導入することを意味する(岩波 生物学辞典 第4版、380ページ〜381ページ)。本書において、形質転換とは、ポリヌクレオチド(例えば、DNA、mRNA)を細胞に導入することを意味し、このときポリヌクレオチドが細胞染色体との組換えを起こしてもよいし起こさなくてもよい。表現型及び遺伝型を安定して発現させるには、オリゴヌクレオチドが細胞染色体との組換えを起こすことが望ましく、さらに、その細胞染色体との組換えがホモ接合型であることが望ましい。 “Transformation” generally refers to a genetic phenomenon in which DNA isolated from one cell is taken up by another cell and recombines with the cell chromosome (Tokyo Chemistry Doujin Dictionary 2nd edition, 416). Pp. 417), which means that DNA molecules including plasmids and genes bound thereto are directly introduced into cells (Iwanami Biology Dictionary, 4th edition, pages 380-381). In this document, transformation means introducing a polynucleotide (eg, DNA, mRNA) into a cell, and at this time, the polynucleotide may or may not recombine with a cell chromosome. In order to stably express the phenotype and the genotype, it is desirable that the oligonucleotide undergoes recombination with the cell chromosome, and that the recombination with the cell chromosome is desirably homozygous.
「植物」には、あらゆる生長過程の植物体が含まれ、例えば、種子、芽生え、稚苗、中苗、成苗、結実、又は、これらの間の成長過程にある植物体が含まれる。また「植物」には、特に言及されない限り、植物体の部分も含まれ、例えば、根、シュート、葉、茎、幹、果実、花、種子、樹皮及び地下茎も含まれる。「細胞」には、細胞(例えば、培養細胞)、細胞の集合体(例えば、カルス、組織切片、不定胚)、植物体における個々の細胞が含まれる。 “Plants” include plants in any growth process, for example, seeds, seedlings, young seedlings, medium seedlings, adult seedlings, fruiting, or plants in the process of growth therebetween. The “plant” also includes plant parts, unless otherwise specified, and includes, for example, roots, shoots, leaves, stems, trunks, fruits, flowers, seeds, bark, and underground stems. “Cells” include cells (eg, cultured cells), cell aggregates (eg, callus, tissue section, somatic embryo), and individual cells in a plant.
「形質転換体」には、形質転換細胞及び形質転換植物が含まれる。「形質転換体」には、前記(a)〜(c)のポリヌクレオチドを植物細胞に導入することにより得られたT0世代の形質転換体だけでなく、その子孫(T1世代、T2世代、及び、それ以降の世代)も含まれる。形質転換体は、その子孫が表現型及び遺伝型を安定して発現できるよう、ホモ接合型で細胞染色体に前記(a)〜(c)のポリヌクレオチドを有することが望ましい。 “Transformants” include transformed cells and transformed plants. A "transformant", the (a) ~ the polynucleotide of (c) not only transformants T 0 generation obtained by introducing into a plant cell, its progeny (T 1 generation, T 2 Generation and subsequent generations). It is desirable that the transformant is homozygous and has the polynucleotides (a) to (c) in the cell chromosome so that its progeny can stably express the phenotype and genotype.
このように得られた本発明の形質転換植物は、有用部分の生産性が高められている。 In the thus obtained transformed plant of the present invention, productivity of useful parts is enhanced.
有用部分とは、目的や用途等に応じて異なるため特に限定されず、植物のあらゆる器官が含まれるが、例えば、葉、茎、幹、根、果実、花、種子、樹皮及び地下茎からなる群より選択される少なくとも1種、或いは、その一部である。植物の種類によって器官の名称が異なる場合があるが、このような異なる名称の器官は、葉、茎、幹、根、果実、花、種子、樹皮及び地下茎等の一般的な名称で称される器官に相当すると理解されるべきである。例えば、イネ科の場合、穎果や穀果が果実に相当し、マメ科の場合、豆果が果実に相当すると理解される。 The useful part is not particularly limited because it varies depending on the purpose and application, and includes all organs of plants, for example, a group consisting of leaves, stems, stems, roots, fruits, flowers, seeds, bark and underground stems. It is at least one kind selected from more, or a part thereof. Organ names may vary depending on the type of plant, but these differently named organs are referred to by common names such as leaves, stems, stems, roots, fruits, flowers, seeds, bark and rhizomes. It should be understood to correspond to an organ. For example, in the case of Gramineae, it is understood that berries and grains correspond to fruits, and in the case of legumes, legumes correspond to fruits.
茎には、地上茎、地下茎、根茎、塊茎、花軸等が含まれる。 Stems include above-ground stems, underground stems, rhizomes, tubers, flower axes, and the like.
根には、多肉根、毛状根、支柱根等が含まれる。 Roots include succulent roots, hairy roots, strut roots and the like.
果実には、果実を構成している花部器官の発生的由来を問わず、子房が発達した真果、及び、子房以外の器官から発達した組織を含む偽果も果実に含まれる。 A fruit includes a fruit that includes a fruit that has developed a ovary and a fruit that includes a tissue that has developed from an organ other than the ovary, regardless of the developmental origin of the flower organs that make up the fruit.
果実の一部には、子房、果托、がく、総包、子房壁、外果皮、中果皮、内果皮、ナシ状果及びウリ状果等が含まれる。また、果実には果穎も含まれる。 Some of the fruits include ovary, fruit buds, gargle, total capsule, ovary wall, outer pericarp, mesocarp, inner pericarp, pear fruit and cucumber fruit. The fruit also includes fruit pods.
花の一部には、花被、花冠、花弁、がく、総包、花柄、おしべ、めしべ、花粉、胚珠及び副冠等が含まれる。 A part of the flower includes a flower coat, a corolla, a petal, a gargle, a total envelope, a floral pattern, a stamen, a pistil, a pollen, an ovule, a sub-crown, and the like.
植物の器官の名称については、例えば、原色牧野日本植物図鑑I(平成11年9月6日発行、発行所 株式会社北隆館、著者 牧野富太郎)及び原色牧野日本植物図鑑II(平成12年5月10日発行、発行所 株式会社北隆館、著者 牧野富太郎)を参照することができる。 As for the names of plant organs, for example, the primary color Makino Japanese plant picture book I (issued September 6, 1999, published by Kitatakakan Co., Ltd., author Makita Tomitaro) and the primary color Makino Japanese plant picture book II (May 2000) May 10th, issue place Hokuryukan Co., Ltd., author Tomita Makino).
有用部分の生産性が高められるとは、有用部分又はその一部の重量(フレッシュ重量、乾燥重量)、表面積、体積、数、大きさ、長さ、幅等が増大することを意味する。有用部分の生産性が高まるとは、例えば、下記の群より選択される少なくとも1の事項を意味する:(1)全体の重量が増大する、(2)地上部の重量が増大する、(3)葉の重量が増大する、(4)葉の数が増大する、(5)葉の大きさ(長さ又は幅)が増大する、(6)葉の肉厚が増大する、(7)茎又は幹の重量が増大する、(8)茎又は幹の太さが増大する、(9)茎又は幹の丈が増大する、(10)根の重量が増大する、(11)根の長さが増大する、(12)果実の重量が増大する、(13)果実の数が増大する、(14)果肉の重量が増大する(15)花の重量が増大する、(16)花の数が増大する、(17)花弁の重量が増大する、(18)花弁の数が増大する、(19)花弁の大きさが増大する、(20)花弁の肉厚が増大する、(21)種子の重量が増大する、(22)種子の数が増大する、(23)樹皮の重量が増大する、(24)樹皮の厚みが増大する。 Increased productivity of the useful part means that the weight (fresh weight, dry weight), surface area, volume, number, size, length, width, etc. of the useful part or a part thereof are increased. The increase in the productivity of the useful part means, for example, at least one item selected from the following group: (1) the overall weight increases, (2) the above-ground part weight increases, (3 ) Increased leaf weight, (4) increased leaf number, (5) increased leaf size (length or width), (6) increased leaf thickness, (7) stem Or the stem weight increases, (8) the stem or stem thickness increases, (9) the stem or stem length increases, (10) the root weight increases, (11) the root length. (12) increase in fruit weight, (13) increase in fruit number, (14) increase in fruit weight (15) increase in flower weight, (16) number of flowers Increase, (17) increase petal weight, (18) increase number of petals, (19) increase petal size, (20) petal wall thickness To a large, (21) the weight of the seeds is increased, an increase in the number of (22) seeds, (23) the weight of the bark increases, increasing the thickness of (24) bark.
本発明のイソプレン合成酵素形質転換植物は、例えば、下記の群より選択される少なくとも1の特徴を有する:(1)全体の重量が野生型の200%以上、好ましくは250%以上である、(2)地上部の重量が野生型の200%以上、好ましくは250%以上である、(3)葉の重量が野生型の200%以上、好ましくは250%以上である、(4)葉の数が野生型の130%以上、好ましくは150%以上である、(5)葉の大きさ(長さ又は幅)が野生型の130%以上、好ましくは150%以上である、(6)葉の肉厚が野生型の130%以上、好ましくは150%以上である、(7)茎又は幹の重量が野生型の200%以上、好ましくは300%以上である、(8)茎又は幹の太さ(直径又は周径)が野生型の150%以上、好ましくは200%以上である、(9)茎又は幹の丈が野生型の150%以上、好ましくは200%以上である、(10)根の重量が野生型の200%以上、好ましくは300%以上である、(11)根の長さが野生型の150%以上、好ましくは200%以上である、(12)果実の重量が野生型の200%以上、好ましくは300%以上である、(13)果実の数が野生型の200%以上、好ましくは300%以上である、(14)果肉の重量が野生型の200%以上、好ましくは300%以上である、(15)花の重量が野生型の200%以上、好ましくは300%以上である、(16)花の数が野生型の200%以上、好ましくは300%以上である、(17)花弁の重量が野生型の200%以上、好ましくは300%以上である、(18)花弁の数が野生型の200%以上、好ましくは300%以上である、(19)花弁の大きさ(周径)が野生型の200%以上、好ましくは300%以上である、(20)花弁の肉厚が野生型の200%以上、好ましくは300%以上である、(21)種子の重量が野生型の200%以上、好ましくは300%以上である、(21)種子の数が野生型の200%以上、好ましくは300%以上である。 The isoprene synthase-transformed plant of the present invention has, for example, at least one characteristic selected from the following group: (1) The total weight is 200% or more of the wild type, preferably 250% or more. 2) The weight of the above-ground part is 200% or more of the wild type, preferably 250% or more. (3) The weight of the leaf is 200% or more of the wild type, preferably 250% or more. (4) The number of leaves. Is 130% or more of the wild type, preferably 150% or more. (5) The leaf size (length or width) is 130% or more, preferably 150% or more of the wild type. (6) The thickness is 130% or more of the wild type, preferably 150% or more. (7) The weight of the stem or stem is 200% or more of the wild type, preferably 300% or more. (8) The thickness of the stem or stem. More than 150% of the wild type (diameter or circumference) is preferred Or 200% or more, (9) stem or stem length of 150% or more of the wild type, preferably 200% or more, and (10) root weight of 200% or more of the wild type, preferably 300%. (11) The root length is 150% or more of the wild type, preferably 200% or more. (12) The fruit weight is 200% or more of the wild type, preferably 300% or more. 13) The number of fruits is 200% or more of the wild type, preferably 300% or more, (14) The weight of the pulp is 200% or more, preferably 300% or more of the wild type, (15) The weight of the flower 200% or more of the wild type, preferably 300% or more. (16) The number of flowers is 200% or more of the wild type, preferably 300% or more. (17) The petal weight is 200% or more of the wild type. , Preferably 300% or more, (1 ) The number of petals is 200% or more of the wild type, preferably 300% or more. (19) The petal size (circumference) is 200% or more of the wild type, preferably 300% or more. (20) The petal thickness is 200% or more of the wild type, preferably 300% or more. (21) The seed weight is 200% or more of the wild type, preferably 300% or more. (21) The number of seeds is wild. It is 200% or more of the mold, preferably 300% or more.
ここで、本書において野生型とは、(a)イソプレン合成酵素をコードするポリヌクレオチド、(b)5−ホスホメバロン酸キナーゼをコードするポリヌクレオチド、及び、(c)ジホスホメバロン酸デカルボキシラーゼをコードするポリヌクレオチドからなる群より選択される少なくとも1種で形質転換されていない植物体又は植物細胞を意味する。 As used herein, the wild type refers to (a) a polynucleotide encoding isoprene synthase, (b) a polynucleotide encoding 5-phosphomevalonate kinase, and (c) a polynucleotide encoding diphosphomevalonate decarboxylase. It means a plant body or plant cell that is not transformed with at least one selected from the group consisting of
有用部分の生産性の増大には、細胞数の増大又は細胞サイズの増大のいずれか、或いは、細胞数の増大及び細胞サイズの増大の両方が寄与している。それゆえ、本発明の形質転換植物における細胞数は、例えば、野生型の130%、好ましくは200%以上、より好ましくは300%以上となり得る、或いは/並びに、本発明の形質転換植物における個々の細胞の大きさは、例えば、野生型の130%、好ましくは200%以上、より好ましくは300%以上となり得る。 Increased productivity of the useful part is attributed to either an increase in cell number or an increase in cell size, or both an increase in cell number and an increase in cell size. Therefore, the number of cells in the transformed plant of the present invention can be, for example, 130% of the wild type, preferably 200% or more, more preferably 300% or more, and / or individual cells in the transformed plant of the present invention. The cell size can be, for example, 130% of the wild type, preferably 200% or more, more preferably 300% or more.
本発明の形質転換植物は、そのイソプレン放出量が、例えば、野生型の約150〜3000%、好ましくは約200〜2000%、好ましくは約300〜1500%、より好ましくは約500〜1000%であり得る。このような量のイソプレンを放出する形質転換植物は、有用部分の生産性が高く、各種用途に好適に用いることができる。 The transformed plant of the present invention has an isoprene release amount of, for example, about 150 to 3000%, preferably about 200 to 2000%, preferably about 300 to 1500%, more preferably about 500 to 1000% of the wild type. possible. Transformed plants that release such an amount of isoprene have high productivity of useful parts and can be suitably used for various applications.
本発明の形質転換植物は、さらに、下記(A)〜(G)の群より選択される少なくとも1の特徴を有し得る:
(A)農薬耐性が野生型よりも高い、
(B)重金属耐性が野生型よりも高い、
(C)病害虫耐性が野生型よりも高い、
(D)低温耐性が野生型よりも高い、
(E)塩耐性が野生型よりも高い、
(F)乾燥耐性が野生型よりも高い、及び、
(G)弱光耐性が野生型よりも高い。
The transformed plant of the present invention may further have at least one characteristic selected from the following groups (A) to (G):
(A) Pesticide resistance is higher than wild type,
(B) Heavy metal resistance is higher than wild type,
(C) pest resistance is higher than wild type,
(D) low temperature tolerance is higher than wild type,
(E) salt tolerance is higher than wild type,
(F) Dry tolerance is higher than wild type and
(G) The weak light resistance is higher than the wild type.
例えば、有用部分の生産性の増大に伴い植物の樹皮や果皮が厚くなることにより、あるいは、イソプレン合成に至る経路におけるホルモン等の様々な物質の量が変化することにより、上記(A)〜(G)の耐性が付与されることが考えられる。 For example, when the bark or pericarp of a plant becomes thicker as the productivity of useful parts increases, or the amount of various substances such as hormones in the pathway leading to isoprene synthesis changes, the above (A) to ( It is conceivable that the tolerance of G) is imparted.
(A)農薬耐性が野生型よりも高い植物又は(B)重金属耐性が野生型よりも高い形質転換植物は、例えば、農薬又は重金属汚染土壌のファイトリメディエーション用植物として適している。(C)病害虫耐性が野生型よりも高い形質転換植物は、例えば、熱帯又は温帯地域での栽培用植物として適している。(D)低温耐性が野生型よりも高い形質転換植物は、例えば、寒冷地域での栽培用植物として適している。(E)塩耐性が野生型よりも高い形質転換植物は、例えば、塩害地域又は海岸周辺地域での栽培用植物、塩水栽培用植物として適している。(F)乾燥耐性が野生型よりも高い形質転換植物は、例えば、砂漠再生用植物、乾燥地域での栽培用植物、観葉植物として適している。(G)弱光耐性が野生型よりも高い形質転換植物は、例えば、日照時間が少ない地域での栽培用植物、観葉植物として適している。 (A) Plants with higher pesticide resistance than wild type or (B) transformed plants with higher heavy metal resistance than wild type are suitable as, for example, plants for phytomediation of pesticides or heavy metal contaminated soil. (C) A transformed plant having higher pest resistance than the wild type is suitable as a plant for cultivation in a tropical or temperate region, for example. (D) A transformed plant having a low temperature tolerance higher than that of the wild type is suitable, for example, as a plant for cultivation in a cold region. (E) A transformed plant having higher salt tolerance than the wild type is suitable as, for example, a plant for cultivation in a salt damage area or a coastal area, and a plant for salt water cultivation. (F) Transformed plants having higher drought tolerance than wild type are suitable as, for example, desert regeneration plants, plants for cultivation in dry regions, and foliage plants. (G) A transformed plant having a low light resistance higher than that of the wild type is suitable as, for example, a plant for cultivation and a foliage plant in an area where the sunshine hours are short.
もちろん、上記(A)〜(G)の耐性を有さない形質転換植物も、本発明の形質転換植物に含まれる。 Of course, a transformed plant not having the above resistances (A) to (G) is also included in the transformed plant of the present invention.
本発明の形質転換植物は、食用、食品又は食品組成物製造用、化粧品製造用、医薬品製造用、工業製品製造用、鑑賞用、森林再生用、砂漠再生用及びファイトリメディエ−ション用からなる群より選択される少なくとも1種の用途に使用され得る。 The transformed plant of the present invention comprises food, food or food composition production, cosmetic production, pharmaceutical production, industrial product production, appreciation, forest regeneration, desert regeneration and phytomediation. It can be used for at least one application selected from the group.
食用の形質転換植物は、通常、そのまま又は加工され、ヒトを含む動物に摂取される。植物の種類は、摂食可能な部分を含む食用種である限りにおいて特に限定されない。 Edible transformed plants are usually taken as is or processed and consumed by animals including humans. The kind of plant is not particularly limited as long as it is an edible species including an ingestible part.
食品又は食品組成物製造用の形質転換植物は、通常、そのまま又は加工され、或いは、特定の成分だけ抽出され、食品又は食品組成物に添加される。植物の種類は、摂食可能な部分を含む食用種である限りにおいて特に限定されない。また食品又は食品組成物には、ペットフード、家畜用飼料等のヒト以外の動物の食物も含まれる。 A transformed plant for producing a food or food composition is usually left as it is or processed, or only specific components are extracted and added to the food or food composition. The kind of plant is not particularly limited as long as it is an edible species including an ingestible part. The food or food composition also includes non-human animal food such as pet food and livestock feed.
化粧品製造用の形質転換植物は、通常、特定の成分又はエキスだけを抽出され、化粧品に添加される。化粧品には、スキンケア製品、ネイルケア製品、ヘアケア製品等が含まれる。特定の成分又はエキスとしては、美白成分、保湿成分、抗酸化成分、鎮静成分等として、ビタミン類、アミノ酸、ヒアルロン酸、コラーゲン、イソフラボン、ハーブエキス等が例示されるが、これらに限定されない。植物の種類としては、所望の成分又はエキスに応じて異なり、特に限定されない。 A transformed plant for producing a cosmetic product is usually extracted with a specific component or extract and added to the cosmetic product. Cosmetic products include skin care products, nail care products, hair care products and the like. Examples of the specific component or extract include, but are not limited to, vitamins, amino acids, hyaluronic acid, collagen, isoflavones, herbal extracts and the like as whitening components, moisturizing components, antioxidant components, sedative components, and the like. The type of plant varies depending on the desired component or extract and is not particularly limited.
医薬品製造用の形質転換植物は、通常、特定の成分又はエキスだけを抽出され、医薬品に添加される。医薬品の有効成分のみならず、清涼剤、結合剤、甘味料、崩壊剤、滑沢剤、着色料、香料、安定化剤、防腐剤、徐放調整剤、界面活性剤、溶解剤、湿潤剤、栄養補助成分等として添加されてもよい。植物の種類としては、特定の成分又はエキスに応じて異なり、特に限定されない。 In a transformed plant for producing a pharmaceutical product, only a specific component or extract is usually extracted and added to the pharmaceutical product. Not only active ingredients of pharmaceuticals, but also refreshing agents, binders, sweeteners, disintegrants, lubricants, coloring agents, fragrances, stabilizers, preservatives, sustained release regulators, surfactants, solubilizers, wetting agents It may be added as a nutritional supplement. The type of plant varies depending on the specific component or extract and is not particularly limited.
工業製品製造用の形質転換植物は、通常、そのまま又は加工され、或いは、特定の成分だけ抽出され、工業製品の原料又は部材として使用される。例えば、樹木を加工し、建築物、家具、工芸品、割り箸等の原料又は部材として使用することができる。例えば、ジャガイモ、サツマイモ、キャッサバ等のイモ類、又は、イネ、コムギ、トウモロコシ等の穀類からデンプンを抽出し、各種工業製品の原料として使用することができる。また、例えば、樹木又は草本から、セルロース、ゴム、樹脂等を抽出し、輸送用機器、電気製品、繊維製品等の原料として使用することができる。サトウキビ、カンショ、オオムギ、トウモロコシ等の穀類、又は、ジャガイモ、サツマイモ等のイモ類のグルコース等を発酵させてエタノールを製造し、化学薬品の原料、消毒薬、燃料等として使用することができる。植物の種類は、目的や用途等に応じて異なるため、特に限定されない。 A transformed plant for producing an industrial product is usually used as it is or processed, or a specific component is extracted and used as a raw material or member for an industrial product. For example, trees can be processed and used as raw materials or members for buildings, furniture, crafts, disposable chopsticks, and the like. For example, starch can be extracted from potatoes such as potato, sweet potato and cassava, or cereals such as rice, wheat and corn, and used as a raw material for various industrial products. In addition, for example, cellulose, rubber, resin, and the like can be extracted from trees or herbs and used as raw materials for transportation equipment, electrical products, textile products, and the like. It can be used as a raw material for chemicals, disinfectant, fuel, etc. by producing ethanol by fermenting cereals such as sugar cane, sweet potato, barley and corn, or glucose of potatoes such as potato and sweet potato. Since the kind of plant changes with purposes, uses, etc., it is not specifically limited.
鑑賞用の形質転換植物は、通常、そのまま又は鑑賞に適した形状にアレンジされて流通され、主に、家庭、店舗、オフィス等で鑑賞に供される。植物の種類としては、例えば、熱帯、亜熱帯又は乾燥帯原産の観葉植物、花又は果実を実らせる植物等が好ましいが、これらに限定されない。観葉植物としては、前述の草本類を好適に例示できる。 Transformed plants for viewing are usually distributed as they are or arranged in a shape suitable for viewing, and are mainly used for viewing in homes, stores, offices, and the like. As a kind of plant, for example, a foliage plant native to the tropics, subtropics, or dry zone, a plant that grows flowers or fruits, and the like are preferable, but not limited thereto. As the foliage plant, the above-mentioned herbs can be preferably exemplified.
森林再生用の形質転換植物は、通常、種子〜中苗の成長段階で森林再生が所望される土地に植林される。植物の種類としては、森林再生が所望される土地の気象条件で生育可能な種類が望ましく、特に限定されない。また、農地開拓等の行為により森林が破壊された場合には、元の森林に戻すよう、森林が破壊される以前と同種の種類を選択することが望ましいが、酸性雨等の環境の変化により森林が破壊された場合には、変化した後の環境でも生育可能な種類を選択することが望ましい。 Transformed plants for reforestation are usually planted on land where reforestation is desired at the growth stage of seeds to medium seedlings. The type of plant is not particularly limited, and is preferably a type that can grow under the weather conditions of the land where reforestation is desired. In addition, when the forest is destroyed due to farmland reclamation, etc., it is desirable to select the same type as before the forest was destroyed so that it can be restored to the original forest. When the forest is destroyed, it is desirable to select a type that can grow in the changed environment.
本発明は、また、工程(I)(a)イソプレン合成酵素をコードするポリヌクレオチド、(b)5−ホスホメバロン酸キナーゼをコードするポリヌクレオチド、及び、(c)ジホスホメバロン酸デカルボキシラーゼをコードするポリヌクレオチド、からなる群より選択される少なくとも1種を植物細胞に導入することにより、形質転換体を得る工程を包含する、有用部分の生産性が高められた植物を作製する方法を提供する。該方法は、さらに、(d)イソペンテニル二リン酸Δ−イソメラーゼをコードするポリヌクレオチドを植物細胞に導入することにより、形質転換体を得る工程を包含してもよい。該方法は、必要に応じて、所望の生長段階の植物体に生長させる工程をさらに包含してもよい。生長の方法は、前述の通りである。また、該方法は、更に、(II)下記の(i)〜(iv)からなる群より選択される少なくとも1を実施する工程を含んでもよい:
(i) 有用部分の重量、大きさ及び数の少なくとも1について、前記工程(I)で得られた形質転換体と野生型とを比較し、該有用部分の重量、大きさ及び数の少なくとも1が野生型よりも大きい形質転換体を選択すること、
(ii)イソプレン合成酵素、5−ホスホメバロン酸キナーゼ、及び、ジホスホメバロン酸デカルボキシラーゼからなる群より選択される少なくとも1種の発現量について、前記工程(I)で得られた形質転換体と野生型とを比較し、発現量が野生型よりも高い形質転換体を選択すること、
(iii)イソプレン合成酵素、5−ホスホメバロン酸キナーゼ、及び、ジホスホメバロン酸デカルボキシラーゼからなる群より選択される少なくとも1種のmRNAの発現量について、前記工程(I)で得られた形質転換体と野生型とを比較し、該mRNAの発現量が野生型よりも高い形質転換体を選択すること、並びに、
(iv)イソプレン放出量について、前記工程(I)で得られた形質転換体と野生型とを比較し、該イソプレン放出量が野生型よりも多い形質転換体を選択すること。
The present invention also includes step (I) (a) a polynucleotide encoding isoprene synthase, (b) a polynucleotide encoding 5-phosphomevalonate kinase, and (c) a polynucleotide encoding diphosphomevalonate decarboxylase. The present invention provides a method for producing a plant in which the productivity of useful parts is increased, which comprises the step of obtaining a transformant by introducing at least one selected from the group consisting of: The method may further include the step of (d) obtaining a transformant by introducing a polynucleotide encoding isopentenyl diphosphate Δ-isomerase into a plant cell. The method may further include a step of growing into a plant at a desired growth stage, if necessary. The growth method is as described above. The method may further include the step of (II) performing at least one selected from the group consisting of the following (i) to (iv):
(I) For at least one of the weight, size and number of useful parts, the transformant obtained in step (I) is compared with the wild type, and at least one of the weight, size and number of useful parts is Selecting a transformant with a larger than wild type,
(Ii) For at least one expression level selected from the group consisting of isoprene synthase, 5-phosphomevalonate kinase, and diphosphomevalonate decarboxylase, the transformant obtained in the step (I) and the wild type And selecting a transformant whose expression level is higher than that of the wild type,
(Iii) For the expression level of at least one mRNA selected from the group consisting of isoprene synthase, 5-phosphomevalonate kinase, and diphosphomevalonate decarboxylase, the transformant obtained in the step (I) and the wild type Comparing the type and selecting a transformant in which the expression level of the mRNA is higher than that of the wild type, and
(Iv) Regarding the amount of isoprene released, the transformant obtained in the step (I) is compared with the wild type, and a transformant having a larger amount of isoprene released than the wild type is selected.
(i)は、直接的に有用部分の生産性を比較しているため、確実性が高い方法である。後述の実施例において、イソプレン合成酵素mRNAの発現量又はタンパク量が野生型よりも高く、イソプレン放出量が野生型よりも高い形質転換植物体で有用部分の生産性の顕著な増大が確認されたことから、(ii)〜(iv)も、有用部分の生産性が高められた個体の選択の方法として好適である。(ii)及び(iii)は、慣例的な方法によって実施できる点、形質転換体が有用部分を生じる段階まで成長していなくても実施できる点などにおいても有利である。 (I) is a highly reliable method because it directly compares the productivity of useful parts. In the examples described later, it was confirmed that the productivity of useful parts was significantly increased in transformed plants in which the amount of isoprene synthase mRNA expression or protein was higher than that of the wild type and the amount of isoprene released was higher than that of the wild type. Therefore, (ii) to (iv) are also suitable as a method for selecting an individual whose productivity of the useful portion is enhanced. (Ii) and (iii) are advantageous in that they can be carried out by conventional methods, and can be carried out even if the transformant has not grown to a stage where a useful part is produced.
本発明は、前記有用部分の生産性が高められた植物を作製する方法により得られた有用部分の生産性が高められた植物、及び、その有用部分も提供する。有用部分の生産性が高められた植物及びその有用部分については、前述の通りである。 The present invention also provides a plant having an enhanced productivity of the useful part obtained by the method for producing a plant having an enhanced productivity of the useful part, and a useful part thereof. The plant in which the productivity of the useful part is enhanced and the useful part are as described above.
本発明は、また、(I)(a)イソプレン合成酵素をコードするポリヌクレオチド、(b)5−ホスホメバロン酸キナーゼをコードするポリヌクレオチド、及び、(c)ジホスホメバロン酸デカルボキシラーゼをコードするポリヌクレオチド、からなる群より選択される少なくとも1種を植物細胞に導入する工程を包含する、植物の有用部分の生産性を高める方法を提供する。該方法は、さらに、(d)イソペンテニル二リン酸Δ−イソメラーゼをコードするポリヌクレオチドを植物細胞に導入する工程を包含してもよい。 The present invention also provides (I) (a) a polynucleotide encoding isoprene synthase, (b) a polynucleotide encoding 5-phosphomevalonate kinase, and (c) a polynucleotide encoding diphosphomevalonate decarboxylase, There is provided a method for increasing the productivity of a useful part of a plant, comprising the step of introducing at least one selected from the group consisting of: The method may further include the step of (d) introducing a polynucleotide encoding isopentenyl diphosphate Δ-isomerase into a plant cell.
本発明は、また、(a)イソプレン合成酵素をコードするポリヌクレオチド、(b)5−ホスホメバロン酸キナーゼをコードするポリヌクレオチド、及び、(c)ジホスホメバロン酸デカルボキシラーゼをコードするポリヌクレオチド、からなる群より選択される少なくとも1種を有する植物発現用プラスミドを備える、有用部分の生産性が高められた植物を作製するためのキットを提供する。植物用発現プラスミドとしては、前述のものを使用することができる。ここで、植物発現用プラスミドとは、植物においてイソプレン合成酵素を発現できる限りにおいて特に限定されず、植物以外の生物(例えば、微生物、動物)においてイソプレン合成酵素を発現するか否かは問わない。該キットにおける植物発現プラスミドは、さらに、(d)イソペンテニル二リン酸Δ−イソメラーゼをコードするポリヌクレオチドを有してもよい。あるいは、前記キットは、さらに、(d)イソペンテニル二リン酸Δ−イソメラーゼをコードするポリヌクレオチドを有する植物発現用プラスミドを備えてもよい。 The present invention also includes (a) a polynucleotide encoding isoprene synthase, (b) a polynucleotide encoding 5-phosphomevalonate kinase, and (c) a polynucleotide encoding diphosphomevalonate decarboxylase. Provided is a kit for producing a plant with an enhanced productivity of a useful portion, comprising a plant expression plasmid having at least one selected from the above. As the plant expression plasmid, those described above can be used. Here, the plant expression plasmid is not particularly limited as long as the isoprene synthase can be expressed in the plant, and it does not matter whether the isoprene synthase is expressed in organisms other than plants (for example, microorganisms and animals). The plant expression plasmid in the kit may further have (d) a polynucleotide encoding isopentenyl diphosphate Δ-isomerase. Alternatively, the kit may further comprise (d) a plant expression plasmid having a polynucleotide encoding isopentenyl diphosphate Δ-isomerase.
本書における各操作については、本書においてその全体が援用されるMolecular Cloning: A laboratory Mannual, 2nd Ed.,(Cold Spring Harbor Laboratory, Cold Spring Harbor, NY.,1989)を参照することができる。各操作は、適宜、改変又は省略されてもよいし、必要な操作が追加されてもよい。 For each operation in the book, Molecular Cloning which is incorporated in its entirety in this document: A laboratory Mannual, 2 nd Ed . (Cold Spring Harbor Laboratory, Cold Spring Harbor, NY, 1989). Each operation may be modified or omitted as appropriate, and necessary operations may be added.
本書において、種々の反応、現象、代謝経路等に関する説明がなされているが、これらの説明は他の可能性を排除するものではない。本発明は、理論に拘束されるものではない。 In this book, various reactions, phenomena, metabolic pathways, etc. are explained, but these explanations do not exclude other possibilities. The present invention is not bound by theory.
また、当業者は、本発明の精神を逸脱しない範囲で種々の改変をなし得るであろう。 Moreover, those skilled in the art will be able to make various modifications without departing from the spirit of the present invention.
本発明によって、有用部分の生産性が高められた形質転換植物、及び、その作製方法が提供された。さらに、本発明によって、有用部分の生産性が高められた植物を作製する方法、該方法により有用部分の生産性が高められた植物、及び、該植物の有用部分も提供された。さらに、本発明によって、植物の有用部分の生産性を高める方法、及び、有用部分の生産性が高められた植物を作製するためのキットも提供された。 According to the present invention, a transformed plant in which the productivity of useful parts is increased and a method for producing the same are provided. Furthermore, the present invention also provides a method for producing a plant with enhanced productivity of useful parts, a plant with enhanced productivity of useful parts by the method, and useful parts of the plants. Furthermore, the present invention also provides a method for increasing the productivity of useful parts of a plant and a kit for producing a plant with enhanced productivity of useful parts.
本発明によって、(a)イソプレン合成酵素をコードするポリヌクレオチド、(b)5−ホスホメバロン酸キナーゼをコードするポリヌクレオチド、及び、(c)ジホスホメバロン酸デカルボキシラーゼをコードするポリヌクレオチド、からなる群より選択される少なくとも1種で形質転換することにより得られた形質転換体は、その有用部分の生産性が野生型と比べて有意に高められている。 According to the present invention, selected from the group consisting of (a) a polynucleotide encoding isoprene synthase, (b) a polynucleotide encoding 5-phosphomevalonate kinase, and (c) a polynucleotide encoding diphosphomevalonate decarboxylase. In the transformant obtained by transforming with at least one of the above, the productivity of the useful portion thereof is significantly enhanced as compared with the wild type.
以下、本発明の実施例を示す。これらの実施例は、本発明を説明するためのものであって、本発明を何ら限定するものではない。 Examples of the present invention will be described below. These examples are for explaining the present invention and do not limit the present invention.
植物材料及び生育条件
ポプラ(Populus alba)は、Murashige−Skoog(MS)(sucrose3%,イノシトール0.01%,インドール酪酸 終濃度4μM,pH5.6−5.8)1%寒天培地で継代培養を行い、約2ヶ月に一度、植え継ぎを行った。培養条件は25℃、長日条件(16時間明期(120μmolm−2s−1)、8時間暗期)であった。培地の量は、カルチャーフラスコ(900ml)1個につき100mlとした。植え継ぎの際には、側芽を2、3個含むように切り取った茎部分を新しい培地に移植した。
Plant material and growth conditions Populus alba is subcultured in 1% agar medium with Murashige-Skoog (MS) (
シロイヌナズナ(ecotype Col−0)の植物体は、土壌条件の場合、21℃、長日条件下(16時間明期(120μmolm−2s−1)、8時間暗期)に設定した人工気象器内で生育させた。無菌条件で生育させる場合には、種子の表面を種子滅菌液(30%[v/v]sodium hypochloride,0.02% Triton X−100)で20分間滅菌した後、滅菌水で4回洗浄し、その種子を1/2MS(0.5%sucrose,pH5.8,0.8%agar)培地に播種した。 The plant body of Arabidopsis (ecotype Col-0) is in an artificial meteorological apparatus set at 21 ° C. and long day conditions (16 hours light period (120 μmol −2 s −1 ), 8 hours dark period) in the case of soil conditions. Grown on. When growing under aseptic conditions, the seed surface is sterilized with a seed sterilization solution (30% [v / v] sodium hypochloride, 0.02% Triton X-100) for 20 minutes, and then washed four times with sterile water. The seeds were sown in 1/2 MS (0.5% sucrose, pH 5.8, 0.8% agar) medium.
Populus albaからのtotal RNAの抽出
Total RNAの抽出は、RNeasy Plant Mini Kit(Qiagen,Valencia,CA,USA)のプロトコールに従って行った。試料はP.alba(約5cm草丈)緑葉130mgをサンプリングし、液体窒素で凍結したものを用いた。
Extraction of total RNA from Populus alba Total RNA was extracted according to the protocol of RNeasy Plant Mini Kit (Qiagen, Valencia, CA, USA). The sample is P.I. Samples of alba (about 5 cm plant height) green leaves sampled and frozen in liquid nitrogen were used.
P.alba total RNAを用いた逆転写反応
Total RNA 2.4μgをSuperScript III RNase H−reverse transcriptase Kit(Invitrogen,Carlsbad,CA,USA)を用いて逆転写反応に供した。
P. Reverse Transcription Reaction Using Alba Total RNA 2.4 μg of the total RNA was subjected to a reverse transcription reaction using SuperScript III RNase H - reverse transcriptase Kit (Invitrogen, Carlsbad, Calif., USA).
Total RNA(2.4μg)12μl(RNase free水でメスアップ)
50μM oligo(dT)20 1μl
10mM dNTP Mix 1μl
14μl
上記の反応液を65℃で5分間加熱後、氷上に移し、5 x First−Strand Buffer 4μl,0.1M DTT1μl,RNaseOUTTM RNase inhibitor 1μl,SuperScriptTM III reverse transcriptase 1μlを加え50℃で60分間インキュベートして逆転写反応を行った。その際、反応液をまず湯浴にて一気に温め、反応液の蒸発を防ぐためにエアインキュベーターに移し、反応を行った。その後ヒートブロック(70℃)で15分間加熱し酵素を失活させた。室温に戻した後、反応液にRNase H 1μlを加え、37℃で20分間インキュベートしてテンプレートのRNAを分解した。この逆転写反応産物をテンプレートとしてポジティブコントロールであるβ−actin(ベータ−アクチン)が増幅することを確認した。
Total RNA (2.4 μg) 12 μl (up with RNase free water)
50 μM oligo (dT) 20 1 μl
1
14 μl
The above reaction mixture was heated at 65 ° C. for 5 minutes, then transferred to ice, and 5 × First-Strand Buffer 4 μl, 0.1 M
RT−PCRによるP.alba イソプレン合成酵素(PaIspS)遺伝子の単離
Hybrid poplar(P.tremula x P.alba)イソプレン合成酵素遺伝子の配列を基に設計したプライマーペア(Fw.1,Rv.1)を用いて、上記逆転写産物をテンプレートとして、KOD−Plus−DNA polymerase(TOYOBO,Osaka,Japan)によりRT−PCRを行った。
P. by RT-PCR. Isolation of alba isoprene synthase (PaIspS) gene Reversed using the primer pair (Fw.1, Rv.1) designed based on the sequence of the hybrid poplar (P. tremula x P. alba) isoprene synthase gene RT-PCR was performed with KOD-Plus-DNA polymerase (TOYOBO, Osaka, Japan) using the copy product as a template.
Fw.1: 5’- ggggacaagtttgtacaaaaaagcaggcttcatggcaactgaattattgtgcttgc -3’
(配列番号1)
Rv.1: 5’- ggggaccactttgtacaagaaagctgggtcttatctctcaaagggtagaataggctctg -3’
(配列番号2)
(アンダーラインの配列はサブクローニングのためのGATEWAY systemのattBサイトの配列)
10 x KOD plus buffer 5μl
2mM dNTP 5μl
25mM MgSO4 2μl
50μM プライマー(Fw.1、Rv.1) 各1μlずつ
RTproduct 1μl
1U/μlKOD−Plus−DNA polymerase 1μl
H2Oで50μlまでメスアップ
PCR program
#1:95℃ 4min
#2:95℃ 1min
53℃ 30sec
68℃ 2min
(30cycles)
#3:68℃ 5min
#4:4℃ ∞
アガロース電気泳動により目的の大きさのバンドが増幅したことを確認した後、GATEWAYTMsystem(Invitrogen)を用いてBPrecombinationにより、pDONR221にサブクローニングした後、シーケンスにより配列を確認した。得られたコンストラクトをpDONR221−PaIspSとした。
Fw.1: 5'- ggggacaagtttgtacaaaaaagcaggcttc atggcaactgaattattgtgcttgc -3 '
(SEQ ID NO: 1)
Rv.1: 5'- ggggaccactttgtacaagaaagctgggtc ttatctctcaaagggtagaataggctctg -3 '
(SEQ ID NO: 2)
(Underlined sequence is attB site of GATEWAY system for subcloning)
10 x KOD plus
2
25
50 μM primer (Fw.1, Rv.1) 1 μl each for
1 U / μl KOD-Plus-
Measure up to 50 μl with H 2 O
PCR program
# 1: 95 ° C 4min
# 2: 95 ° C for 1 min
53 °
68 ℃ 2min
(30 cycles)
# 3: 68 ° C 5min
# 4: 4 ° C ∞
After confirming that a band of the desired size was amplified by agarose electrophoresis, it was subcloned into pDONR221 by BP recombination using GATEWAY ™ system (Invitrogen), and the sequence was confirmed by sequencing. The obtained construct was designated as pDONR221-PaIspS.
PaIspS構成的発現用コンストラクトの作製
pDONR221−PaIspSをentry vectorとし、植物における構成的発現用のbinary destination vectorであるpGWB2にGATEWAYTMsystemを用いて、PaIspS全長cDNAを移しかえた。得られたコンストラクトをpGWB2−PaIspSとした。このコンストラクトをエレクトロポレーション(GIBCO(Invitogen),Carlsbad,CA,USA)によりAgrobacterium tumefaciens GV3101(pMP90)に導入した。
Construction of PaIspS Constitutive Expression Construct Using pDONR221-PaIspS as an entry vector, PaIspS full-length cDNA was transferred to pGWB2 which is a binary destination vector for constitutive expression in plants using GATEWAY ™ system. The obtained construct was designated as pGWB2-PaIspS. This construct was introduced into Agrobacterium tumefaciens GV3101 (pMP90) by electroporation (GIBCO (Invitrogen), Carlsbad, CA, USA).
花序浸透法によるシロイヌナズナの形質転換
(1)植物体の準備
播種から約1ヶ月後、一次花序が数cmになった個体の一次花序を切り取り、二次花序を誘導した。一次花序を切り取ってから、約1週間後の個体を形質転換に用いた。
(2)アグロバクテリウム懸濁液の調製
pGWB2−PaIspSを有するAgrobacterium tumefaciens GV3101(pMP90)を抗生物質を含むLB培地に植菌し、25℃、200rpmでOD600が1.2から1.5になるまで培養した。培養液を4800rpmで20分間遠心し、上清を取り除き、OD600が0.8程度になるように5%sucrose水溶液を加え、菌体を懸濁し、この溶液にsilwet L−77(日本ユニカー)を終濃度0.05%となるように加えた。
(3)形質転換
植物体を逆さにして、アグロバクテリウム懸濁液に約10秒間浸けた後、シロイヌナズナ野生株(Col−0)を横向きに倒し、10分間程乾燥させた。この植物体を2Lのコニカルビーカーに入れラップでふたをして湿度の高い状態に保ち、人工気象器に移して1日置いた。植物体を容器から出し、水を与えて2週間ほど生育させた後、乾燥させて、種を収穫した。
Transformation of Arabidopsis thaliana by inflorescence penetrating method (1) Preparation of plant body About one month after sowing, the primary inflorescence of an individual whose primary inflorescence became several centimeters was cut out to induce a secondary inflorescence. Individuals about one week after the primary inflorescence was cut off were used for transformation.
(2) Preparation of Agrobacterium suspension Agrobacterium tumefaciens GV3101 (pMP90) having pGWB2-PaIspS was inoculated into an LB medium containing an antibiotic, and OD 600 was changed from 1.2 to 1.5 at 25 ° C. and 200 rpm. Cultured until complete. The culture solution is centrifuged at 4800 rpm for 20 minutes, the supernatant is removed, a 5% sucrose aqueous solution is added so that the OD 600 is about 0.8, the cells are suspended, and silwet L-77 (Nihon Unicar) is added to this solution. Was added to a final concentration of 0.05%.
(3) Transformation After turning the plant upside down and immersing it in an Agrobacterium suspension for about 10 seconds, the wild Arabidopsis thaliana strain (Col-0) was tilted sideways and dried for about 10 minutes. This plant was put in a 2 L conical beaker, covered with a wrap and kept in a high humidity state, transferred to an artificial meteorograph and placed for one day. The plant body was taken out of the container, and was allowed to grow for about two weeks after being given water, and then dried to harvest the seed.
形質転換体の選抜
(1)T1種子の選抜
形質転換により得られた種子を1/2MS(0.5%sucrose,pH5.8,0.8%agar,50μg/mlカナマイシン,0.05%PPM)プレートに約2000個播種し、2晩低温処理後、人工気象器で生育させた。カナマイシン耐性の29個体を土に移植し、ロゼット葉が8枚以上になったらそのうち1枚をサンプリングし、ゲノムPCRによりT−DNAの確認を行った。
(2)T2個体の選抜
導入したPaIspS遺伝子の発現を確認するため、T2世代のseedlingを用いてnorthern解析を行うこととした。サンプルには播種後2週間のT2世代seedlingを用いた。total RNAを抽出し、7.5μg相当のtotal RNAサンプルをHybondN+にトランスファーし、ハイブリダイゼーションを行った。メンブレンを2 x SSC/0.1%SDS中で室温15分間振とうさせた。洗浄液を捨て、あらかじめ60℃に温めた2 x SSC/0.1%SDS中で、60℃で15分振とうさせた。さらに洗浄液を捨て、0.2 x SSC/0.1%SDS中で、60℃で20分間振とうさせた。この洗浄後、ラップに包んだメンブレンをBASイメージングプレート及びX線フィルムに感光させて(2時間及び24時間)、シグナルを検出した。
Selection of transformants (1) Selection of T 1 seeds Seeds obtained by transformation were ½ MS (0.5% sucrose, pH 5.8, 0.8% agar, 50 μg / ml kanamycin, 0.05% PPM) plate was seeded with about 2000, and after low temperature treatment for 2 nights, it was grown with an artificial meteorograph. Twenty-nine kanamycin-resistant individuals were transplanted into soil, and when rosette leaves became 8 or more, one of them was sampled and T-DNA was confirmed by genomic PCR.
(2) To confirm the expression of PaIspS gene introduced selection of T 2 individuals, it was decided to perform northern analysis using the T 2 generation seedling. The sample was using the T 2 generation seedling of 2 weeks after sowing. Total RNA was extracted, 7.5 μg of total RNA sample was transferred to HybondN +, and hybridization was performed. The membrane was shaken in 2 × SSC / 0.1% SDS for 15 minutes at room temperature. The washings were discarded and shaken at 60 ° C. for 15 minutes in 2 × SSC / 0.1% SDS preheated to 60 ° C. Further, the washing solution was discarded and the mixture was shaken in 0.2 × SSC / 0.1% SDS at 60 ° C. for 20 minutes. After this washing, the membrane wrapped in the wrap was exposed to BAS imaging plate and X-ray film (2 hours and 24 hours), and the signal was detected.
上記のように、Populus albaの実生からtotal RNAを抽出し、RT−PCRによりPaIspS候補遺伝子の全長cDNAを得た。このcDNAを大腸菌発現系を用いて発現させ、種々のプレニル二リン酸を基質として酵素活性を測定した。ここで、酵素活性の測定は、種々のプレニル二リン酸を含有した大腸菌用培地に、PaIspS候補遺伝子の全長cDNAを導入した大腸菌を加えて培養し、この培養液のヘッドスペースを試料としてGCによりイソプレンの濃度を測定した。得られた生成物をイソプレンと同定し、本cDNAがイソプレン合成酵素をコードすることを確認した(cDNAの1次スクリーニング)。 As described above, total RNA was extracted from seedlings of Populus alba, and a full-length cDNA of a PaIspS candidate gene was obtained by RT-PCR. This cDNA was expressed using an E. coli expression system, and enzyme activity was measured using various prenyl diphosphates as substrates. Here, the enzyme activity was measured by adding E. coli into which a full-length cDNA of PaIspS candidate gene was introduced into a culture medium for E. coli containing various prenyl diphosphates, and cultivating it with GC using the headspace of this culture solution as a sample. The concentration of isoprene was measured. The obtained product was identified as isoprene, and it was confirmed that this cDNA encodes isoprene synthase (primary screening of cDNA).
大腸菌を使って1次スクリーニングを行ったcDNAを、Agrobacterium法でシロイヌナズナに導入し、Northern解析によるPaIspS遺伝子の発現及びイソプレン放出の確認(Fig.1a,b)により2次スクリーニングを行った。 CDNA subjected to primary screening using E. coli was introduced into Arabidopsis thaliana by the Agrobacterium method, and secondary screening was performed by confirming the expression of PaIspS gene and isoprene release by Northern analysis (FIG. 1a, b).
播種後約4週間のシロイヌナズナにおいて、通常生育条件下での表現型解析を行った。その結果、高発現植物体の方が野生株と比較して葉の大きさや数が増大している傾向が見られた(Fig.2a)。実際に測定した結果、イソプレン合成酵素高発現植物体のロゼット葉の数は、野生株よりも平均で1.3〜1.5倍増大していた(Fig.2b)。さらに葉の大きさも長さ、幅ともに高発現植物体の方が野生株よりも1.3〜1.4倍増大していた(Fig.2c,d)。その結果、植物体のロゼット葉の新鮮重の総量は、高発現植物体の方が1.9〜2.2倍増大していた(Fig.2e)。花茎の出る時期に差は見られなかった。 In Arabidopsis thaliana about 4 weeks after sowing, phenotypic analysis was performed under normal growth conditions. As a result, the high-expressing plant body tended to have an increased leaf size and number compared to the wild type (Fig. 2a). As a result of the actual measurement, the number of rosette leaves of the plant body that highly expressed isoprene synthase was increased 1.3 to 1.5 times on average as compared to the wild type (Fig. 2b). Furthermore, the size of the leaf was also increased 1.3 to 1.4 times in the plants with high expression in both length and width (Fig. 2c, d). As a result, the total amount of fresh weight of the rosette leaves in the plant body was increased 1.9 to 2.2 times in the highly expressing plant body (FIG. 2e). There was no difference in the timing of flower stems.
ロゼット葉の数や大きさには、細胞数の増大又は細胞サイズの増大のいずれか、或いは、細胞数の増大と細胞サイズの増大の両方が寄与していると考えられる。 It is considered that either the increase in the number of cells or the increase in the cell size, or both the increase in the number of cells and the increase in the cell size contribute to the number and size of the rosette leaves.
そこで、高発現植物体でロゼット葉の大きさや数が増大している原因を調べるために、ロゼット葉の表皮細胞の大きさを検定した。検定には、発芽後直後のロゼット葉と、播種後約4週間のロゼット葉を用いた。 Therefore, in order to investigate the cause of the increase in the size and number of rosette leaves in high-expressing plants, the size of the epidermal cells in the rosette leaves was tested. For the test, rosette leaves immediately after germination and rosette leaves about 4 weeks after sowing were used.
発芽後直後のロゼット葉の表皮細胞の大きさを検定した。同じ大きさの葉を比較した場合、高発現植物体の方が野生株よりも細胞のサイズは小さく、数が多いことが分かった。このことから、同じ大きさの葉の中にある細胞数は高発現植物体の方が多いことがわかり、この細胞数の増大が最終的にはロゼット葉の大きさや数の増大に繋がっている可能性が示唆された。細胞数が増大していることに対しては、細胞分裂の速度が高まっている可能性も示唆される。 The size of the rosette leaf epidermal cells immediately after germination was examined. When comparing leaves of the same size, it was found that the high-expressing plant body had a smaller cell size and a larger number than the wild strain. This shows that the number of cells in leaves of the same size is higher in high-expressing plants, and this increase in the number of cells ultimately leads to an increase in the size and number of rosette leaves. The possibility was suggested. The increase in the number of cells suggests that the rate of cell division may be increased.
一方、播種後約4週間のロゼット葉の表皮細胞の大きさを検定した。同じ面積の葉を比較した場合、高発現植物体の方が野生株よりも細胞のサイズは大きく、数が少ないことが分かった。このことから、同じ面積の葉の中にある細胞数は高発現植物体の方が少ないことがわかり、この細胞サイズの増大が最終的にはロゼット葉の大きさや数の増大に繋がっている可能性が示唆された。細胞サイズが増大していることに対しては、細胞の肥大化が高まっている可能性も示唆される。 On the other hand, the size of the epidermal cells of rosette leaves about 4 weeks after sowing was examined. When comparing leaves of the same area, it was found that the high-expressing plant body had a larger cell size and a smaller number than the wild strain. This indicates that the number of cells in leaves of the same area is less in high-expressing plants, and this increase in cell size may eventually lead to an increase in the size and number of rosette leaves. Sex was suggested. The increase in cell size suggests the possibility of increased cell enlargement.
このように発芽後直後のロゼット葉では細胞数の増大が確認されたのに対し、播種後約4週間のロゼット葉では細胞サイズの増大が確認された。 Thus, an increase in cell number was confirmed in rosette leaves immediately after germination, whereas an increase in cell size was confirmed in rosette leaves about 4 weeks after sowing.
このような現象が起こる理由としては、イソプレンがIPPやDMAPPから生合成されることに関係している可能性が考えられる。すなわち、DMAPPやIPPから生合成される様々な植物ホルモン、例えばジベレリンやサイトカイニン、ブラシノステロイド等のバランスが改変され、細胞分裂、肥大化等に影響を及ぼしたという可能性がある。つまり、イソプレン自身が細胞数や細胞サイズに直接影響を及ぼしたのではなく、間接的な原因であるという可能性である。また、今までに報告はないがイソプレン自身が何かのシグナルとなり、細胞分裂や肥大化を促進したりする可能性も考えられる。 The reason why such a phenomenon occurs may be related to the biosynthesis of isoprene from IPP or DMAPP. That is, there is a possibility that the balance of various plant hormones biosynthesized from DMAPP or IPP, such as gibberellin, cytokinin, brassinosteroid, etc. has been altered, affecting cell division, hypertrophy and the like. In other words, it is possible that isoprene itself does not directly affect the cell number or cell size, but indirectly. Although not reported so far, isoprene itself may be a signal that may promote cell division and hypertrophy.
近年、農業人口の減少、農地の減少、人口増加等による食糧不足の問題が深刻化している。本発明によれば、植物の食用部分の収量を高めることができ、食糧を効率的に生産することができるため、食糧不足の問題を改善することができる。 In recent years, the problem of food shortages due to a decrease in the agricultural population, a decrease in farmland, and an increase in the population has become serious. According to the present invention, the yield of the edible part of the plant can be increased, and food can be efficiently produced, so that the problem of food shortage can be improved.
また、近年、天然資源の枯渇の問題が深刻化している。本発明によれば、工業製品や燃料の原料を多量に含む有用部分の収量を高めることができ、工業製品や燃料(例えば、石油代替燃料として利用可能なバイオマスエタノール)を植物から効率的に製造することができるため、天然資源の枯渇の問題を改善することができる。 In recent years, the problem of depletion of natural resources has become serious. According to the present invention, the yield of useful parts containing a large amount of industrial products and fuel raw materials can be increased, and industrial products and fuels (for example, biomass ethanol that can be used as petroleum substitute fuel) are efficiently produced from plants. This can improve the problem of depletion of natural resources.
配列番号1はプライマーである。
配列番号2はプライマーである。
SEQ ID NO: 1 is a primer.
SEQ ID NO: 2 is a primer.
Claims (14)
(b)5−ホスホメバロン酸キナーゼをコードするポリヌクレオチド、及び、
(c)ジホスホメバロン酸デカルボキシラーゼをコードするポリヌクレオチド、
からなる群より選択される少なくとも1種で形質転換され、且つ、有用部分の生産性が高められた、形質転換植物。 (A) a polynucleotide encoding isoprene synthase,
(B) a polynucleotide encoding 5-phosphomevalonate kinase, and
(C) a polynucleotide encoding diphosphomevalonate decarboxylase,
A transformed plant that has been transformed with at least one selected from the group consisting of and improved the productivity of useful parts.
(1)イソプレン合成酵素、5−ホスホメバロン酸キナーゼ、及び、ジホスホメバロン酸デカルボキシラーゼからなる群より選択される少なくとも1種の発現量が野生型よりも高い、
(2)イソプレン合成酵素、5−ホスホメバロン酸キナーゼ、及び、ジホスホメバロン酸デカルボキシラーゼからなる群より選択される少なくとも1種のmRNAの発現量が野生型よりも高い、並びに、
(3)イソプレンの放出量が野生型よりも多い。 The transformed plant according to claim 1, having at least one characteristic selected from the group consisting of the following (1) to (3):
(1) The expression level of at least one selected from the group consisting of isoprene synthase, 5-phosphomevalonate kinase, and diphosphomevalonate decarboxylase is higher than that of the wild type,
(2) the expression level of at least one mRNA selected from the group consisting of isoprene synthase, 5-phosphomevalonate kinase, and diphosphomevalonate decarboxylase is higher than that of the wild type, and
(3) The amount of isoprene released is greater than that of the wild type.
(A)農薬耐性が野生型よりも高い、
(B)重金属耐性が野生型よりも高い、
(C)病害虫耐性が野生型よりも高い、
(D)低温耐性が野生型よりも高い、
(E)塩耐性が野生型よりも高い、
(F)乾燥耐性が野生型よりも高い、及び、
(G)弱光耐性が野生型よりも高い。 Furthermore, the transformed plant in any one of Claims 1-4 which has at least 1 characteristic selected from the group which consists of following (A)-(G):
(A) Pesticide resistance is higher than wild type,
(B) Heavy metal resistance is higher than wild type,
(C) pest resistance is higher than wild type,
(D) low temperature tolerance is higher than wild type,
(E) salt tolerance is higher than wild type,
(F) Dry tolerance is higher than wild type and
(G) The weak light resistance is higher than the wild type.
(b)5−ホスホメバロン酸キナーゼをコードするポリヌクレオチド、及び、
(c)ジホスホメバロン酸デカルボキシラーゼをコードするポリヌクレオチド、
からなる群より選択される少なくとも1種がホモ接合型で細胞染色体に組み込まれている、請求項1〜7のいずれかに記載の形質転換植物。 (A) a polynucleotide encoding isoprene synthase,
(B) a polynucleotide encoding 5-phosphomevalonate kinase, and
(C) a polynucleotide encoding diphosphomevalonate decarboxylase,
The transformed plant according to any one of claims 1 to 7, wherein at least one selected from the group consisting of is homozygous and integrated in a cell chromosome.
(b)5−ホスホメバロン酸キナーゼをコードするポリヌクレオチド、及び、
(c)ジホスホメバロン酸デカルボキシラーゼをコードするポリヌクレオチド、
からなる群より選択される少なくとも1種を植物細胞に導入することにより、形質転換体を得る工程を包含する、有用部分の生産性が高められた植物を作製する方法。 (I) (a) a polynucleotide encoding isoprene synthase,
(B) a polynucleotide encoding 5-phosphomevalonate kinase, and
(C) a polynucleotide encoding diphosphomevalonate decarboxylase,
A method for producing a plant with enhanced productivity of useful parts, comprising the step of obtaining a transformant by introducing at least one selected from the group consisting of:
(i) 有用部分の重量、大きさ及び数の少なくとも1について、前記工程(I)で得られた形質転換体と野生型とを比較し、該有用部分の重量、大きさ及び数の少なくとも1が野生型よりも大きい形質転換体を選択すること、
(ii)イソプレン合成酵素、5−ホスホメバロン酸キナーゼ、及び、ジホスホメバロン酸デカルボキシラーゼからなる群より選択される少なくとも1種の発現量について、前記工程(I)で得られた形質転換体と野生型とを比較し、発現量が野生型よりも高い形質転換体を選択すること、
(iii)イソプレン合成酵素、5−ホスホメバロン酸キナーゼ、及び、ジホスホメバロン酸デカルボキシラーゼからなる群より選択される少なくとも1種のmRNAの発現量について、前記工程(I)で得られた形質転換体と野生型とを比較し、該mRNAの発現量が野生型よりも高い形質転換体を選択すること、並びに、
(iv)イソプレン放出量について、前記工程(I)で得られた形質転換体と野生型とを比較し、該イソプレン放出量が野生型よりも多い形質転換体を選択すること、
を包含する、請求項9に記載の有用部分の生産性が高められた植物を作製する方法。 Furthermore, (II) a step of performing at least one selected from the group consisting of the following (i) to (iv):
(I) For at least one of the weight, size and number of useful parts, the transformant obtained in step (I) is compared with the wild type, and at least one of the weight, size and number of useful parts is Selecting a transformant with a larger than wild type,
(Ii) For at least one expression level selected from the group consisting of isoprene synthase, 5-phosphomevalonate kinase, and diphosphomevalonate decarboxylase, the transformant obtained in the step (I) and the wild type And selecting a transformant whose expression level is higher than that of the wild type,
(Iii) For the expression level of at least one mRNA selected from the group consisting of isoprene synthase, 5-phosphomevalonate kinase, and diphosphomevalonate decarboxylase, the transformant obtained in the step (I) and the wild type Comparing the type and selecting a transformant in which the expression level of the mRNA is higher than that of the wild type, and
(Iv) For the amount of isoprene released, the transformant obtained in the step (I) is compared with the wild type, and a transformant having a larger amount of isoprene released than the wild type is selected.
A method for producing a plant with enhanced productivity of a useful part according to claim 9.
(b)5−ホスホメバロン酸キナーゼをコードするポリヌクレオチド、及び、
(c)ジホスホメバロン酸デカルボキシラーゼをコードするポリヌクレオチド、
からなる群より選択される少なくとも1種を植物細胞に導入する工程を包含する、植物の有用部分の生産性を高める方法。 (A) a polynucleotide encoding isoprene synthase,
(B) a polynucleotide encoding 5-phosphomevalonate kinase, and
(C) a polynucleotide encoding diphosphomevalonate decarboxylase,
A method for increasing the productivity of a useful part of a plant, comprising a step of introducing at least one selected from the group consisting of:
(b)5−ホスホメバロン酸キナーゼをコードするポリヌクレオチド、及び、
(c)ジホスホメバロン酸デカルボキシラーゼをコードするポリヌクレオチド、
からなる群より選択される少なくとも1種を有する植物発現用プラスミドを備える、有用部分の生産性が高められた植物を作製するためのキット。 (A) a polynucleotide encoding isoprene synthase,
(B) a polynucleotide encoding 5-phosphomevalonate kinase, and
(C) a polynucleotide encoding diphosphomevalonate decarboxylase,
A kit for producing a plant with an enhanced productivity of useful parts, comprising a plant expression plasmid having at least one selected from the group consisting of:
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