JP2008295454A - Seed-specific promoter and use thereof - Google Patents

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Fumio Takaiwa
文雄 高岩
Leqing Qu
楽慶 曲
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a promoter having seed-specific activity and to provide a method for expressing a foreign protein in a seed. <P>SOLUTION: A plurality of promoters of rice seed expression genes are isolated; a binary vector is prepared by inserting each promoter to the upstream of GUS reporter gene and rice is transformed by an Agrobacterium method. An expression site by each promoter, an expression in a seed maturation process and an expression strength in a seed are examined by using an expression amount of GUS as an index and thereby a promoter that has specific expression activity at a specific site of seed and higher activity than those of a constant promoter and a known seed-specific promoter has been found. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、種子特異的プロモーターおよびその利用に関する。   The present invention relates to a seed-specific promoter and use thereof.

植物の品種改良の一手法として、遺伝子組み換え技術が応用されている。すでに、除草剤耐性や害虫耐性などの機能が付加された植物が遺伝子組み換え技術により作出され、実用化が進んでいる。しかし、遺伝子組み換え技術による植物の品種改良は植物への機能付加等にとどまらず、植物に外来遺伝子を導入し有用タンパク質を植物中に発現させるという、いわば植物を有用タンパク質の工場として用いる研究開発がなされている。   Genetic recombination technology has been applied as a method for improving plant varieties. Plants to which functions such as herbicide resistance and pest resistance have been added have already been created by genetic recombination technology and are being put to practical use. However, plant varieties improvement by genetic recombination technology is not limited to adding functions to plants, but R & D using plants as useful protein factories, in other words, introducing foreign genes into plants and expressing useful proteins in plants. Has been made.

組換えタンパク質の植物による生産には多くの利点があり、最も際立ったものとしては、動物トランスジェニック系に比べてコストが削減されること、市場規模に応じた生産規模の調節が容易なこと、ウイルスおよびプリオンなどの動物由来病原体が混入する恐れがないことがある(Daniellら;Trends Plant Sci. 6, 219-226(2001)、FischerおよびEmans;Transgenic Research 9,279-299(2000)、Giddingsら;Nature Biotech. 18, 1151-1156(2000))。   Plant production of recombinant proteins has many advantages, most notably the cost savings compared to animal transgenic lines and the ease of adjusting the production scale according to the market scale, May not be contaminated with animal-derived pathogens such as viruses and prions (Daniell et al .; Trends Plant Sci. 6, 219-226 (2001), Fischer and Emans; Transgenic Research 9,279-299 (2000), Giddings et al .; Nature Biotech. 18, 1151-1156 (2000)).

植物における組換えタンパク質の生産に関して、種子系は葉または根を用いる系よりも有利であることが最近明らかにされている(Delaney, 2002;Plants as Factories for Protein Production (Hood, E.E. and Howard, J.A) pp. 139-158(2002). Netherlands: Kluwer Academic 、HowardおよびHood;Plants as Factories for Protein Production (Hood, E.E. and Howard, J.A) pp. vii-x(2002). Netherlands: Kluwer Academic)。種子は貯蔵器官であり、その内部には、タンパク粒と呼ばれる特殊なオルガネラ内に少数の貯蔵タンパク質が大量かつ安定的に蓄積されている。これらの性質を利用して、種子は組換えタンパク質の生産のための理想的なバイオリアクターとして用いられてきた。種子内に蓄積された組換えタンパク質は非常に安定性が高く、加工処理または精製を必要とせずに、そのまま経口送達が可能である。抗体またはワクチンを種子内で発現させた場合には、その安定性が高く、室温で保存しても何年間も分解しないことが報告されている。さらに、種子を介して送達されるワクチンは、精製および加工処理を行わなくとも粘膜免疫系による抗体産生を誘導すると考えられている(WalmsleyおよびArntzen; Curr. Opin. Biotech. 11, 126-129 (2000))。   It has recently been shown that seed systems have advantages over leaf or root systems for the production of recombinant proteins in plants (Delaney, 2002; Plants as Factories for Protein Production (Hood, EE and Howard, EN pp. 139-158 (2002). Netherlands: Kluwer Academic, Howard and Hood; Plants as Factories for Protein Production (Hood, EE and Howard, JA) pp. vii-x (2002). Netherlands: Kluwer Academic). Seeds are storage organs, in which a small number of storage proteins are stably accumulated in a special organelle called protein granules. Utilizing these properties, seed has been used as an ideal bioreactor for the production of recombinant proteins. Recombinant proteins accumulated in seeds are very stable and can be delivered orally as they are without the need for processing or purification. It has been reported that when an antibody or vaccine is expressed in seeds, it is highly stable and does not degrade for many years when stored at room temperature. Furthermore, vaccines delivered through seeds are believed to induce antibody production by the mucosal immune system without purification and processing (Walmsley and Arntzen; Curr. Opin. Biotech. 11, 126-129 ( 2000)).

ところで、遺伝子組換えによるタンパク質生産において、目的とするタンパク質の生産量は、転写因子等の多くの因子により影響を受ける。そのうちもっとも重要であり制御しやすい因子は、プロモーターの選択である。イネ種子を組換えタンパク質の生産のためのプラットホームとして利用するためには、プロモーターが発現の時期および場所だけでなくそのレベルも制御することから、個々のタンパク質およびバイオテクノロジー用途の必要条件に合わせたプロモーターを用いることが重要である。   By the way, in the protein production by gene recombination, the production amount of the target protein is influenced by many factors such as transcription factors. The most important and easy to control factor is the choice of promoter. In order to use rice seed as a platform for the production of recombinant proteins, the promoter controls not only the time and place of expression but also its level, so it is tailored to the requirements of individual proteins and biotechnology applications. It is important to use a promoter.

しかしながら、胚乳特異的発現に関与するシス調節因子の分析は、異種トランスジェニックタバコおよび同種トランスジェニックイネを用いた少数のグルテリン遺伝子に限定されている(Croissant-SychおよびOkita;Plant Sci. 116, 27-35 (1996)、Takaiwaら;Plant Mol. Biol. 16, 49-58 (1991a) 、Takaiwaら;Plant Mol. Biol. 30, 1207-1221(1996)、Wuら;Plant J. 14, 673-983(1998a)、Wuら;Plant J. 23, 415-421(2000)、Yoshiharaら;FEBS Lett. 383, 213-218(1996)、Zhaoら;Plant Mol. Biol. 25, 429-436(1994)、Zhengら;Plant J. 4, 357-366(1993))。他の少数のイネ貯蔵タンパク質プロモーターに関しては、空間的な発現パターンが観察されているに過ぎない(Wuら;Plant Cell Physiol., 39, 885-889(1998b))   However, analysis of cis-regulators involved in endosperm-specific expression is limited to a few glutelin genes using heterologous transgenic tobacco and allogeneic transgenic rice (Croissant-Sych and Okita; Plant Sci. 116, 27 -35 (1996), Takaiwa et al .; Plant Mol. Biol. 16, 49-58 (1991a), Takaiwa et al .; Plant Mol. Biol. 30, 1207-1221 (1996), Wu et al .; Plant J. 14, 673- 983 (1998a), Wu et al .; Plant J. 23, 415-421 (2000), Yoshihara et al .; FEBS Lett. 383, 213-218 (1996), Zhao et al .; Plant Mol. Biol. 25, 429-436 (1994) ), Zheng et al .; Plant J. 4, 357-366 (1993)). For a few other rice storage protein promoters, only a spatial expression pattern has been observed (Wu et al .; Plant Cell Physiol., 39, 885-889 (1998b)).

特開2002-058492JP2002-058492 Trends Plant Sci. 6, 219-226(2001)Trends Plant Sci. 6, 219-226 (2001) Transgenic Research 9, 279-299 (2000)Transgenic Research 9, 279-299 (2000) Nature Biotech. 18, 1151-1156(2000)Nature Biotech. 18, 1151-1156 (2000) Plants as Factories for Protein Production (Hood, E.E. and Howard, J.A) pp. 139-158(2002). Netherlands: Kluwer AcademicPlants as Factories for Protein Production (Hood, E.E. and Howard, J.A) pp. 139-158 (2002). Netherlands: Kluwer Academic Plants as Factories for Protein Production (Hood, E.E. and Howard, J.A) pp. vii-x(2002). Netherlands: Kluwer AcademicPlants as Factories for Protein Production (Hood, E.E. and Howard, J.A) pp. Vii-x (2002). Netherlands: Kluwer Academic Curr. Opin. Biotech. 11, 126-129(2000)Curr. Opin. Biotech. 11, 126-129 (2000) Plant Sci. 116, 27-35 (1996)Plant Sci. 116, 27-35 (1996) Plant Mol. Biol. 16, 49-58 (1991a)Plant Mol. Biol. 16, 49-58 (1991a) Plant Mol. Biol. 30, 1207-1221(1996)Plant Mol. Biol. 30, 1207-1221 (1996) Plant J. 14, 673-983(1998a)Plant J. 14, 673-983 (1998a) Plant J. 23, 415-421(2000)Plant J. 23, 415-421 (2000) FEBS Lett. 383, 213-218(1996)FEBS Lett. 383, 213-218 (1996) Plant Mol. Biol. 25, 429-436(1994)Plant Mol. Biol. 25, 429-436 (1994) Plant J. 4, 357-366(1993)Plant J. 4, 357-366 (1993) Plant Cell Physiol., 39, 885-889(1998b)Plant Cell Physiol., 39, 885-889 (1998b)

本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、その目的は種子に特異的活性を有するプロモーターおよび種子に外来タンパク質を発現させる方法を提供することにある。さらには、種子の胚乳、胚、アリューロン組織といった特定部位に特異的活性を有するプロモーターを提供することをも目的とする。   The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide a promoter having specific activity in seeds and a method for expressing foreign proteins in seeds. It is another object of the present invention to provide a promoter having specific activity at a specific site such as seed endosperm, embryo, or aleurone tissue.

本発明者らは、上記課題を解決すべく、複数のイネ種子発現遺伝子のプロモーターを単離し、GUSレポーター遺伝子の上流に各プロモーターを挿入したバイナリーベクターをそれぞれ作製し、アグロバクテリウム法によりイネを形質転換した。GUS発現量を指標として、各プロモーターによる発現部位、種子成熟過程での発現、さらに種子での発現強度を検討したところ、種子の特定部位に特異的発現活性を有し、恒常的プロモーターや既知の種子特異的プロモーターと比較して高い活性をもつプロモーターを見出した。外来遺伝子産物を発現した種子が食品として摂取されることの有用性は上述したとおりであるが、そのためには外来遺伝子が種子の可食部で発現する必要がある。例えば、主要穀物の一つであるイネは胚乳が通常の可食部であり、よって、イネについては胚乳特異的プロモーターによって上記目的が実現される。さらに、種子特定部位に特異的なプロモーターは、種子の任意の場所に外来遺伝子の発現を可能にし、種子を利用した代謝工学を行う上において、重要なツールとなりうる。たとえば、アリューロン組織や胚で発現するプロモーターを用いて、脂肪酸代謝の制御が可能となる。   In order to solve the above-mentioned problems, the present inventors have isolated a plurality of rice seed expression promoters, prepared binary vectors in which the respective promoters are inserted upstream of the GUS reporter gene, and obtained rice by the Agrobacterium method. Transformed. Using the expression level of GUS as an index, we examined the expression site by each promoter, the expression during seed maturation, and the expression intensity in seeds. We found a promoter with higher activity compared to the seed-specific promoter. The usefulness of ingesting seeds expressing a foreign gene product as food is as described above. For this purpose, it is necessary that the foreign gene is expressed in the edible part of the seed. For example, in rice, which is one of the main cereals, endosperm is a normal edible part. Therefore, for rice, the above purpose is realized by an endosperm-specific promoter. Furthermore, a promoter specific to a seed specific site enables expression of a foreign gene at an arbitrary place of the seed, and can be an important tool in performing metabolic engineering using the seed. For example, fatty acid metabolism can be controlled using a promoter expressed in aleurone tissue or embryo.

すなわち、本発明者らは種子特定部位特異的なプロモーターおよびその利用に関し、より具体的には、
(1)下記(a)から(c)のいずれかに記載の、種子においてプロモーター活性を有するDNA
(a)配列番号:1から配列番号:7のいずれかに記載された塩基配列からなるDNA
(b)配列番号:1から配列番号:7のいずれかに記載された塩基配列に1または複数個の塩基が付加、欠失、置換、または挿入された配列からなるDNA
(c)配列番号:1から配列番号:7のいずれかに記載された配列からなるDNAとストリンジェントな条件でハイブリダイズするDNA、
(2)上記(1)に記載されたDNAの下流に任意の遺伝子が機能的に結合されているDNA
(3)上記(1)または(2)に記載されたDNAを含むベクター、
(4)上記(2)に記載されたDNAを保持した形質転換植物細胞、
(5)上記(3)に記載されたベクターが導入された形質転換植物細胞、
(6)上記(4)または(5)に記載された細胞を保持した形質転換植物体
(7)上記(6)に記載された植物体の繁殖材料
(8)種子である、上記(7)に記載された繁殖材料
(9)下記(a)および(b)の工程を含む、任意の遺伝子を植物細胞の種子において発現させる方法
(a)上記(2)に記載されたDNAまたは上記(3)に記載されたベクターを植物細胞に導入する工程
(b)該植物細胞から植物体を再生させる工程
を提供するものである。
That is, the present inventors relate to a seed-specific site-specific promoter and use thereof, more specifically,
(1) DNA having promoter activity in seeds according to any one of (a) to (c) below
(A) DNA comprising the base sequence described in any one of SEQ ID NO: 1 to SEQ ID NO: 7
(B) DNA comprising a sequence in which one or more bases are added, deleted, substituted or inserted into the base sequence described in any one of SEQ ID NO: 1 to SEQ ID NO: 7.
(C) DNA that hybridizes under stringent conditions with DNA comprising the sequence described in any of SEQ ID NO: 1 to SEQ ID NO: 7,
(2) DNA in which any gene is functionally linked downstream of the DNA described in (1) above
(3) a vector comprising the DNA described in (1) or (2) above,
(4) A transformed plant cell retaining the DNA described in (2) above,
(5) A transformed plant cell introduced with the vector described in (3) above,
(6) Transformed plant holding the cells described in (4) or (5) (7) Propagating material of the plant described in (6) (8) The seed (7) (9) A method for expressing an arbitrary gene in seeds of plant cells, comprising the following steps (a) and (b): (a) the DNA described in (2) above or (3) (B) A step of regenerating a plant from the plant cell is provided.

種子は本来貯蔵組織であり、外来遺伝子産物を蓄積するスペースを広く有している。また種子に蓄積させた酵素や抗体などは室温に保存しても1年以上安定である。食べるものならば精製する必要がない。極めて安価に有用物質を生産できる。特別な施設を必要とせず圃場のみで物質生産ができ、動物のウイルス等の混入もなく安全である。   Seeds are essentially storage tissues and have a large space for accumulating foreign gene products. Enzymes and antibodies accumulated in seeds are stable for more than one year even when stored at room temperature. There is no need to refine if you eat. Useful substances can be produced at extremely low cost. Substances can be produced only in the field without the need for special facilities, and there is no contamination with animal viruses.

これらプロモーターの利用は種子を利用した有用物質生産のためのプロモーターとして極めて有用である。たとえば医薬品(ワクチンや抗体、血液製剤、インターフェロンなど)や工業酵素の大量生産を種子中で可能にする。またアレルゲンのエピトープを発現させることにより、食べることで花粉症やハウスダストアレルギーなどを治療できるアレルギー治療作物の開発に利用できる。また栄養性の高い外来遺伝子を種子中で発現させることで種子の栄養性の改善を可能にする。また高血圧や血清コレステロールや血糖値などの低下作用を有する機能性ペプチドや機能性タンパク質を上記プロモーターで種子中に高発現させることで機能性種子の作出を可能にする。   Use of these promoters is extremely useful as a promoter for producing useful substances using seeds. For example, it enables mass production of pharmaceuticals (vaccines, antibodies, blood products, interferons, etc.) and industrial enzymes in seeds. In addition, by expressing the allergen epitope, it can be used for the development of allergy treatment crops that can treat hay fever and house dust allergy by eating. In addition, it is possible to improve seed nutrition by expressing a highly nutritious foreign gene in the seed. Moreover, functional seeds can be produced by highly expressing functional peptides and functional proteins having a lowering effect on hypertension, serum cholesterol, blood sugar level, etc. in the seeds using the above promoter.

また、本発明による種子の任意の場所や種子発現時期での発現を可能にするプロモーターセットは、種子を利用した代謝工学を行う上においても重要なツールとして利用することができる。たとえば、脂肪酸の代謝ではアリューロンや胚で発現するプロモーターを用いて、目的の代謝過程を制御することが可能になる。   In addition, the promoter set that enables the expression of the seed according to the present invention at an arbitrary place and at the seed expression time can be used as an important tool in performing metabolic engineering using the seed. For example, in the metabolism of fatty acids, a target metabolic process can be controlled using a promoter expressed in aleurone or embryo.

本発明は、種子においてプロモーター活性を有する新規なDNAを提供する。本発明は、上述のとおり、本発明者らによって種子の特定部位に特異的発現活性を有し、恒常的プロモーターや既知の種子特異的プロモーターと比較して高い活性をもつプロモーターが見出されたことに基づくものである。   The present invention provides a novel DNA having promoter activity in seeds. In the present invention, as described above, the present inventors have found a promoter having a specific expression activity at a specific site of seeds and a higher activity compared to a constitutive promoter or a known seed-specific promoter. It is based on.

本発明の上記DNAとしては、具体的には、配列番号:1から7のいずれかに記載された配列からなるプロモーター活性を有するDNAを挙げることができる。該DNAは本発明者らにより、イネ由来のプロモーター活性を有するDNAとして新規に見出されたものであり、次の3つのグループに分類することができる。
(A)胚乳特異的プロモーターDNAグループ(各DNAの塩基配列を配列番号:1〜4に記載)
(B)胚またはアリューロン組織特異的プロモーターDNAグループ(各DNAの塩基配列を配列番号:5および6に記載)
(C)種子全体で発現するプロモーターDNAグループ(各DNAの塩基配列を配列番号:7に記載)
Specific examples of the DNA of the present invention include DNA having promoter activity comprising the sequence described in any one of SEQ ID NOs: 1 to 7. The DNA was newly found by the present inventors as rice-derived DNA having promoter activity, and can be classified into the following three groups.
(A) Endosperm-specific promoter DNA group (the base sequence of each DNA is described in SEQ ID NOs: 1 to 4)
(B) Embryo or aleurone tissue-specific promoter DNA group (the base sequence of each DNA is described in SEQ ID NOs: 5 and 6)
(C) Promoter DNA group expressed in the whole seed (the base sequence of each DNA is described in SEQ ID NO: 7)

(A)の胚乳特異的プロモーターDNAグループは、イネグルテリン遺伝子GluB-1のプロモーター(配列番号:1)、イネグルテリン遺伝子GluB-4のプロモーター(配列番号:2)、10kDaプロラミンプロモーター(配列番号:3)、16kDaプロラミンプロモーター(配列番号:4)から構成される。このグループの発現部位はアリューロンやサブアリューロン組織で開花後7日目ですでに見られ、登熟過程で内胚乳部位に広がっていく。この発現パターンは登熟過程を通じて変わらない。   The endosperm-specific promoter DNA group of (A) includes the rice glutelin gene GluB-1 promoter (SEQ ID NO: 1), the rice glutelin gene GluB-4 promoter (SEQ ID NO: 2), and the 10 kDa prolamin promoter (SEQ ID NO: 3). ), 16 kDa prolamin promoter (SEQ ID NO: 4). The expression sites of this group are already found on the 7th day after flowering in the aleurone and subaleurone tissues, and spread to the endosperm site during the ripening process. This expression pattern does not change throughout the ripening process.

(B)の胚またはアリューロン組織特異的プロモーターDNAグループとして挙げたプロモーターは、イネ胚グロブリン遺伝子のプロモーター(配列番号:5)、イネのオレオシンプロモーター(配列番号:6)である。このグループは、登熟期初期(7日目)ではアリューロン組織で発現が見られ、登熟過程でアリューロ組織、胚へと発現が広がるが、胚乳部位での発現は見られない。   The promoters listed as the embryo or aleurone tissue-specific promoter DNA group in (B) are the rice embryoglobulin gene promoter (SEQ ID NO: 5) and the rice oleosin promoter (SEQ ID NO: 6). In this group, expression is observed in the aleurone tissue at the early stage of ripening (7th day), and the expression spreads to the aleurone tissue and embryo during the ripening process, but no expression is observed in the endosperm site.

(C)の種子全体で発現するプロモーターとして挙げたプロモーターは、イネADPグルコースピロリン酸酵素遺伝子のプロモーター(配列番号:7)である。このプロモーターは、登熟期初期では胚でまず発現が見られ、登熟過程で種子全体での発現がみられる(登熟後期でも胚での発現が最も高い)   The promoter mentioned as the promoter expressed in the whole seed of (C) is the promoter of the rice ADP glucose pyrophosphate enzyme gene (SEQ ID NO: 7). This promoter is first expressed in the embryo at the early stage of ripening and is expressed in the whole seed during the ripening process (highest expression in the embryo even in the late ripening stage)

(A)から(C)のこれら種子特異的プロモーターであるDNA(以下、「本発明のDNA」と省略)の調整は、当業者にとって常套手段を利用して行うことが可能である。例えば、配列番号:1から7のいずれかに記載の塩基配列から適当なプライマー対(例えば、配列番号:9から22)を設計して、イネゲノムDNAを鋳型にPCRを行い、得られる増幅DNA断片をプローブとしてゲノミックライブラリーをスクリーニングすることによって調製することができる。さらに市販のDNA合成機を用いれば、目的のDNAを合成により調製することも可能である。   Preparation of these seed-specific promoter DNAs (hereinafter abbreviated as “DNA of the present invention”) of (A) to (C) can be carried out by those skilled in the art using conventional means. For example, a suitable primer pair (for example, SEQ ID NOs: 9 to 22) is designed from the nucleotide sequence set forth in any one of SEQ ID NOs: 1 to 7, and PCR is performed using rice genomic DNA as a template. Can be prepared by screening a genomic library. Furthermore, if a commercially available DNA synthesizer is used, the target DNA can be prepared by synthesis.

本発明のDNAは、プロモーター活性を有するDNAの取得(単離)に利用することも可能である。このDNAの単離においてはまず、本発明のDNAもしくはその一部をプローブとして、または、本発明のDNAに特異的にハイブリダイズするオリゴヌクレオチドをプライマーとして、所望の生物から上記DNAと高い相同性を有するDNAを単離することができる。一般的なハイブリダイゼーション技術(Southern, EM., J Mol Biol, 1975, 98, 503.)、またはPCR技術(Saiki, RK. et al., Science, 1985, 230, 1350.、Saiki, RK. et al., Science, 1988, 239, 487.)によって単離可能な、配列番号:1から7のいずれかに記載の塩基配列からなるDNAとハイブリダイズするDNAもまた、本発明のDNAに含まれる。すなわち、配列番号:1から7のいずれかに記載の塩基配列からなるDNA、もしくはその一部をプローブとして、また配列番号:1から7のいずれかに記載の塩基配列からなるDNAに特異的にハイブリダイズするオリゴヌクレオチドをプライマーとして、所望の生物から配列番号:1から7のいずれかに記載の塩基配列からなるDNAと高い相同性を有するDNAを単離することは、当業者にとって通常行い得ることである。このようなDNAを単離するためには、好ましくはストリンジェントな条件下でハイブリダイゼーション反応を行う。本発明においてストリンジェントなハイブリダイゼーション条件としては、6M 尿素、0.4% SDS、0.5×SSCの条件、または0.1% SDS(60℃、0.3mol NaCl、0.03M クエン酸ソーダ)のハイブリダイゼーション条件、あるいはこれらと同等のストリンジェンシーのハイブリダイゼーション条件を指す。よりストリンジェンシーの高い条件、例えば、6M 尿素、0.4%SDS、0.1×SSCの条件下では、より相同性の高いDNAを単離できることが期待される。高い相同性とは、塩基配列全体で好ましくは50%以上、さらに好ましくは70%以上、最も好ましくは90%以上(例えば、95,96,97,98,99%)の配列の同一性を指す。   The DNA of the present invention can also be used for obtaining (isolating) DNA having promoter activity. In this DNA isolation, first, the DNA of the present invention or a part thereof is used as a probe, or an oligonucleotide that specifically hybridizes to the DNA of the present invention is used as a primer, and high homology with the above DNA from a desired organism. Can be isolated. General hybridization techniques (Southern, EM., J Mol Biol, 1975, 98, 503.) or PCR techniques (Saiki, RK. Et al., Science, 1985, 230, 1350., Saiki, RK. Et. al., Science, 1988, 239, 487.), which is hybridizable to DNA consisting of the nucleotide sequence of any one of SEQ ID NOs: 1 to 7 is also included in the DNA of the present invention. . Specifically, the DNA consisting of the base sequence described in any one of SEQ ID NOs: 1 to 7 or a part thereof as a probe, and specifically to the DNA consisting of the base sequence described in any one of SEQ ID NOs: 1 to 7 Isolation of DNA having high homology with the DNA consisting of the nucleotide sequence of any one of SEQ ID NOs: 1 to 7 from a desired organism using a hybridizing oligonucleotide as a primer can be usually performed by those skilled in the art. That is. In order to isolate such DNA, the hybridization reaction is preferably carried out under stringent conditions. As stringent hybridization conditions in the present invention, hybridization conditions of 6M urea, 0.4% SDS, 0.5 × SSC, or 0.1% SDS (60 ° C., 0.3 mol NaCl, 0.03M sodium citrate), or these Refers to hybridization conditions of the same stringency. It is expected that DNA with higher homology can be isolated under conditions of higher stringency, for example, conditions of 6M urea, 0.4% SDS, 0.1 × SSC. High homology refers to sequence identity that is preferably 50% or more, more preferably 70% or more, and most preferably 90% or more (for example, 95, 96, 97, 98, 99%) over the entire base sequence. .

塩基配列の同一性は、カーリンおよびアルチュールによるアルゴリズムBLAST(Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 1990, 87, 2264-2268.、Karlin, S. & Altschul, SF., Proc NatlAcad Sci USA, 90, 5873.)を用いて決定できる。BLASTのアルゴリズムに基づいたBLASTNと呼ばれるプログラムが開発されている(Altschul, SF. et al., J Mol Biol, 1990, 215, 403.)。BLASTNを用いて塩基配列を解析する場合は、パラメーターは、例えばscore=100、wordlength=12とする。BLASTとGapped BLASTプログラムを用いる場合は、各プログラムのデフォルトパラメーターを用いる。これらの解析方法の具体的な手法は公知である(https://www.ncbi.nlm.nih.gov/)。   The identity of the nucleotide sequence is determined by the algorithm BLAST (Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 1990, 87, 2264-2268., Karlin, S. & Altschul, SF., Proc NatlAcad Sci USA, 90 , 5873.). A program called BLASTN based on the BLAST algorithm has been developed (Altschul, SF. Et al., J Mol Biol, 1990, 215, 403.). When analyzing a base sequence using BLASTN, parameters are set to, for example, score = 100 and wordlength = 12. When using BLAST and Gapped BLAST programs, the default parameters of each program are used. Specific methods of these analysis methods are known (https://www.ncbi.nlm.nih.gov/).

本発明のDNAは、通常植物由来であり、好ましくは単子葉植物由来、より好ましくはイネ科由来であるが、種子特異的プロモーター活性を有するDNAであれば、特にその由来は制限されない。   The DNA of the present invention is usually derived from a plant, preferably from a monocotyledonous plant, more preferably from a grass family, but the origin thereof is not particularly limited as long as it has seed-specific promoter activity.

また、本発明は、上記のDNAと構造的に類似しており、かつプロモーター活性を有するDNAを提供する。このようなDNAとしては、例えば、配列番号:1から7のいずれかに記載の塩基配列において、1または複数の塩基が置換、欠失、付加、および/または挿入された塩基配列からなり、種子特異的プロモーター活性を有するDNAを挙げることができる。このようなDNAもまた、本発明のプロモーター活性を有するDNAの単離に使用することができる。このようなDNAを調製するために当業者によく知られた方法としては、例えば、上記ハイブリダイゼーション技術、およびポリメラーゼ連鎖反応(PCR)技術等が挙げられる。さらに上記DNAは、例えば、配列番号:1から7のいずれかに記載の塩基配列からなるDNAに対して、site-directed mutagenesis法(Kramer, W. & Fritz, HJ., Methods Enzymol,1987, 154, 350.)により変異を導入することにより調製することもできる。   The present invention also provides DNA that is structurally similar to the above DNA and has promoter activity. Examples of such DNA include a base sequence in which one or more bases are substituted, deleted, added, and / or inserted in the base sequence described in any one of SEQ ID NOs: 1 to 7, and seeds Mention may be made of DNA having specific promoter activity. Such DNA can also be used for isolation of DNA having promoter activity of the present invention. Methods well known to those skilled in the art for preparing such DNA include, for example, the above-described hybridization technique, polymerase chain reaction (PCR) technique, and the like. Furthermore, the above DNA is obtained by, for example, site-directed mutagenesis method (Kramer, W. & Fritz, HJ., Methods Enzymol, 1987, 154) , 350.) can also be prepared by introducing mutations.

また、上記のようにして調製されたDNAがプロモーター活性を有するか否かは、当業者においてはレポーター遺伝子を用いた周知のレポーターアッセイ等により検討することが可能である。該レポーター遺伝子としては、その発現が検出可能なものであれば特に制限されず、例えば、当業者において一般的に使用されるCAT遺伝子、lacZ遺伝子、ルシフェラーゼ遺伝子、β-グルクロニダーゼ(以下、GUS)遺伝子、およびGFP遺伝子等を挙げることができる。   Whether or not the DNA prepared as described above has promoter activity can be examined by those skilled in the art by a well-known reporter assay using a reporter gene. The reporter gene is not particularly limited as long as its expression can be detected. For example, a CAT gene, a lacZ gene, a luciferase gene, a β-glucuronidase (hereinafter, GUS) gene generally used by those skilled in the art. And the GFP gene.

レポーター遺伝子の発現レベルは、該レポーター遺伝子の種類に応じて、当業者に公知の方法により測定することができる。例えば、レポーター遺伝子がCAT遺伝子である場合には、該遺伝子産物によるクロラムフェニコールのアセチル化を検出することによって、レポーター遺伝子の発現レベルを測定することができる。レポーター遺伝子がlacZ遺伝子である場合には、該遺伝子発現産物の触媒作用による色素化合物の発色を検出することにより、また、ルシフェラーゼ遺伝子である場合には、該遺伝子発現産物の触媒作用による蛍光化合物の蛍光を検出することにより、また、GUS遺伝子である場合には、該遺伝子発現産物の触媒作用によるGlucuron(ICN社)の発光や5-ブロモ-4-クロロ-3-インドリル-β-グルクロニド(X-Gluc)の発色を検出することにより、さらに、GFP遺伝子である場合には、GFPタンパク質による蛍光を検出することにより、レポーター遺伝子の発現レベルを測定することができる。   The expression level of the reporter gene can be measured by methods known to those skilled in the art depending on the type of the reporter gene. For example, when the reporter gene is a CAT gene, the expression level of the reporter gene can be measured by detecting acetylation of chloramphenicol by the gene product. When the reporter gene is a lacZ gene, by detecting the color development of the dye compound catalyzed by the gene expression product, and when the reporter gene is a luciferase gene, the fluorescent compound catalyzed by the gene expression product By detecting fluorescence, and in the case of the GUS gene, Glucuron (ICN) luminescence or 5-bromo-4-chloro-3-indolyl-β-glucuronide (X In the case of a GFP gene, the expression level of the reporter gene can be measured by detecting the fluorescence of GFP protein.

また、上記以外の遺伝子をレポーターとする場合、該遺伝子の発現レベルの測定は、当業者に公知の方法によって行うことができる。例えば、該遺伝子のmRNAを定法に従って抽出し、このmRNAを鋳型としたノーザンハイブリダイゼーション法、またはRT-PCR法を実施することによって該遺伝子の転写レベルの測定を行うことができる。さらに、DNAアレイ技術を用いて、該遺伝子の転写レベルを測定することも可能である。また、該遺伝子からコードされるタンパク質を含む画分を定法に従って回収し、本発明のタンパク質の発現をSDS-PAGE等の電気泳動法で検出することにより、遺伝子の翻訳レベルの測定を行うこともできる。さらに、該遺伝子からコードされるタンパク質に対する抗体を用いて、ウェスタンブロッティング法を実施し、該タンパク質の発現を検出することにより、遺伝子の翻訳レベルの測定を行うことも可能である。該遺伝子からコードされるタンパク質の検出に用いる抗体としては、検出可能な抗体であれば、特に制限はないが、例えばモノクローナル抗体、またはポリクローナル抗体の両方を利用することができる。該抗体は、当業者に公知の方法により調製することが可能である。   When a gene other than the above is used as a reporter, the expression level of the gene can be measured by methods known to those skilled in the art. For example, the level of transcription of the gene can be measured by extracting the mRNA of the gene according to a standard method and performing Northern hybridization or RT-PCR using the mRNA as a template. Furthermore, it is also possible to measure the transcription level of the gene using DNA array technology. In addition, a fraction containing a protein encoded by the gene may be collected according to a standard method, and the expression level of the protein of the present invention may be detected by electrophoresis such as SDS-PAGE to measure the translation level of the gene. it can. Furthermore, it is also possible to measure the translation level of a gene by performing Western blotting using an antibody against the protein encoded by the gene and detecting the expression of the protein. The antibody used for detection of the protein encoded by the gene is not particularly limited as long as it is a detectable antibody. For example, both a monoclonal antibody and a polyclonal antibody can be used. The antibody can be prepared by methods known to those skilled in the art.

また、本発明は上記プロモーターDNAの下流に任意の遺伝子が機能的に結合されているDNAを提供する。本発明のDNAは、上記プロモーターDNAの活性化を通じて、該任意遺伝子がコードする所望のタンパク質やペプチドを種子特異的に発現させることができる。   The present invention also provides DNA in which any gene is functionally linked downstream of the promoter DNA. The DNA of the present invention can seed-specifically express a desired protein or peptide encoded by the arbitrary gene through activation of the promoter DNA.

本発明において、「機能的に結合した」とは、本発明のプロモーター活性を有するDNAに転写因子が結合することにより、下流の遺伝子の発現が誘導されるように、本発明のDNAと該遺伝子とが結合していることをいう。従って、該遺伝子が他の遺伝子と結合しており、他の遺伝子産物との融合タンパク質を形成する場合であっても、本発明のDNAに転写因子が結合することによって、該融合タンパク質の発現が誘導されるものであれば、上記「機能的に結合した」の意に含まれる。   In the present invention, “functionally linked” means that the DNA of the present invention and the gene can be expressed so that expression of a downstream gene is induced by binding of a transcription factor to the DNA having the promoter activity of the present invention. And are connected. Therefore, even when the gene is bound to another gene and forms a fusion protein with another gene product, the expression of the fusion protein is caused by binding of the transcription factor to the DNA of the present invention. Anything that is induced is included in the meaning of “functionally linked”.

本発明は、上記プロモーターDNAまたは上記プロモーターDNAの下流に任意の遺伝子が機能的に結合されているDNA(以後、これらを上記DNAと略す)を含むベクターを提供する。本発明のベクターは、宿主細胞内において上記DNAを保持したり、所望のタンパク質等を発現させるために植物体を形質転換したりするのに有用である。   The present invention provides a vector comprising the above promoter DNA or DNA to which an arbitrary gene is operably linked downstream (hereinafter, abbreviated as the above DNA). The vector of the present invention is useful for retaining the DNA in a host cell or transforming a plant to express a desired protein or the like.

上記DNAを挿入するベクターは、植物細胞内で挿入遺伝子を発現させることが可能なものであれば特に制限はない。例えば、植物細胞内での恒常的な遺伝子発現を行うためのプロモーター(例えば、カリフラワーモザイクウイルスの35Sプロモーター)を有するベクターや外的な刺激により誘導的に活性化されるプロモーターを有するベクターを用いることも可能である。上記DNAが挿入されたベクターは、例えば、ポリエチレングリコール法、電気穿孔法(エレクトロポーレーション)、アグロバクテリウムを介する方法、パーティクルガン法等の当業者に公知の方法によって、植物細胞に導入することができる。アグロバクテリウムを介する方法においては、例えばNagelらの方法(Microbiol.Lett.,67:325(1990))にしたがって、上記DNAが挿入された発現ベクターをアグロバクテリウムに導入し、このアグロバクテリウムを直接感染法やリーフディスク法で植物細胞に感染させることにより、上記DNAを植物細胞に導入することができる。   The vector for inserting the DNA is not particularly limited as long as the inserted gene can be expressed in plant cells. For example, using a vector having a promoter (eg, cauliflower mosaic virus 35S promoter) for constitutive gene expression in plant cells or a vector having a promoter that is inducibly activated by external stimuli Is also possible. The vector into which the DNA is inserted may be introduced into plant cells by methods known to those skilled in the art, such as polyethylene glycol method, electroporation (electroporation), Agrobacterium-mediated method, particle gun method, etc. Can do. In the method using Agrobacterium, for example, according to the method of Nagel et al. (Microbiol. Lett., 67: 325 (1990)), the expression vector into which the DNA is inserted is introduced into Agrobacterium, and this Agrobacterium is introduced. The above DNA can be introduced into plant cells by infecting plant cells with a direct infection method or leaf disk method.

また本発明は、上記DNAやベクターが導入された形質転換植物細胞を提供する。本発明における形質転換植物細胞は、上記DNAやベクターが導入された植物の細胞または細胞の集合であって植物体を再生しうるものであれば、その形態を問わない。例えば、懸濁培養細胞、プロトプラスト、葉の切片、カルスなどは本発明における植物細胞に含まれる。   The present invention also provides a transformed plant cell into which the above DNA or vector has been introduced. The transformed plant cell in the present invention may be in any form as long as it is a plant cell or a collection of cells introduced with the DNA or vector and can regenerate the plant body. For example, suspension culture cells, protoplasts, leaf sections, callus and the like are included in the plant cells of the present invention.

植物細胞へのベクターの導入は、ポリエチレングリコール法、電気穿孔法(エレクトロポーレーション)、アグロバクテリウムを介する方法、パーティクルガン法など当業者に公知の種々の方法を用いることができる。   For introduction of a vector into a plant cell, various methods known to those skilled in the art such as polyethylene glycol method, electroporation (electroporation), Agrobacterium-mediated method, and particle gun method can be used.

さらに、本発明は上述した細胞を保持した形質転換植物体を提供する。本発明植物体は、所望の遺伝子産物の産生系として利用できる。   Furthermore, this invention provides the transformed plant body which hold | maintained the cell mentioned above. The plant of the present invention can be used as a production system for a desired gene product.

形質転換植物細胞からの植物体の再生は、植物の種類に応じて当業者に公知の方法で行うことが可能である。イネであればFujimuraら(Plant Tissue Culture Lett. 2:74 (1995))の方法が挙げられ、トウモロコシであればShillitoら(Bio/Technology 7:581 (1989))の方法やGorden-Kammら(Plant Cell 2:603(1990))の方法が挙げられ、ジャガイモであればVisserら(Theor.Appl.Genet 78:594 (1989))の方法が挙げられ、シロイヌナズナであればAkamaら(Plant Cell Reports12:7-11 (1992))の方法が挙げられ、ユーカリであれば土肥ら(特開平8-89113号公報)の方法が挙げられる。   Regeneration of plant bodies from transformed plant cells can be performed by methods known to those skilled in the art depending on the type of plant. For rice, the method of Fujimura et al. (Plant Tissue Culture Lett. 2:74 (1995)) can be mentioned, and for corn, the method of Shillito et al. (Bio / Technology 7: 581 (1989)) or Gorden-Kamm et al. ( Plant Cell 2: 603 (1990)), for potato, Visser et al. (Theor. Appl. Genet 78: 594 (1989)), for Arabidopsis, Akama et al. (Plant Cell Reports 12). : 7-11 (1992)), and for Eucalyptus, the method of Toi et al. (JP-A-8-89113) can be used.

また本発明は、上記DNAが導入された細胞を保持する植物体のみならず、その繁殖材料をも提供する。一旦、ゲノム内に上記DNAやベクターが導入された形質転換植物体が得られれば、繁殖材料(例えば、種子、果実、切穂、塊茎、塊根、株、カルス、プロトプラスト等)を得て、それらを基に該植物体を量産することも可能である。特に、種子は繁殖材料であると同時に、導入された上記プロモーターにより外来遺伝子産物が高度に蓄積された部位である。   In addition, the present invention provides not only a plant body that holds cells into which the DNA has been introduced, but also a propagation material thereof. Once transformed plants with the above DNA or vector introduced into the genome are obtained, breeding materials (eg, seeds, fruits, cuttings, tubers, tuberous roots, strains, callus, protoplasts, etc.) are obtained, It is also possible to mass-produce the plant based on the above. In particular, the seed is a propagation material, and at the same time a site where foreign gene products are highly accumulated by the introduced promoter.

さらに本発明は、任意の遺伝子を植物細胞の種子において発現させる方法を提供する。本発明の方法は、本発明の上記プロモーターDNAの下流に任意の遺伝子が機能的に結合されているDNAまたは上述の本発明ベクターを植物細胞に導入する工程および該植物細胞から植物体を再生させる工程を含む。植物細胞への導入工程、植物体の再生工程は上述の方法によることができる。本発明の方法は、植物から所望の遺伝子産物を得る目的で、あるいは、所望の遺伝子産物を蓄積した種子を得る目的で使用することができる。本発明の方法により所望の遺伝子を用いて再生された植物体は、該所望遺伝子産物を蓄積している種子を結実するため、該所望遺伝子産物は、種子から精製する等によって得ることができる。また、該所望産物が医薬品等である場合は、種子のまま摂取可能なことから、遺伝子産物の精製工程を省略し、種子を最終形態として使用することもできる。   Furthermore, the present invention provides a method for expressing any gene in the seed of a plant cell. The method of the present invention comprises a step of introducing a DNA in which an arbitrary gene is functionally linked downstream of the promoter DNA of the present invention or the vector of the present invention into a plant cell, and regenerating a plant from the plant cell. Process. The introduction step into the plant cell and the regeneration step of the plant body can be performed by the above-described methods. The method of the present invention can be used for the purpose of obtaining a desired gene product from a plant or for the purpose of obtaining seeds in which the desired gene product has been accumulated. Since the plant body regenerated using the desired gene by the method of the present invention bears seeds accumulating the desired gene product, the desired gene product can be obtained by purifying the seed. In addition, when the desired product is a pharmaceutical or the like, the seed can be ingested as it is, so that the purification step of the gene product can be omitted and the seed can be used as a final form.

本発明者らが単離したプロモーターのうち、10kDaイネプロラミンプロモーターについては、興味ある知見が得られた。種子特異的プロモーター活性を検討する過程において、10kDaプロラミンプロモーターの下流にNosターミネターが結合された場合は種子のみならず、根、茎等の師部にも発現が見られるにもかかわらず、本来の3'非翻訳領域(0.3kb;配列番号:8)が結合された場合は、種子以外での発現が抑えられることが明らかになった。すなわち、本発明者らは、イネの10kDaプロラミンプロモーターの3'非翻訳領域配列が胚乳以外の部位における発現を抑制し、胚乳特異的発現には3'側の非翻訳領域の配列が必要であることを見出した。これまでに、本発明者らにより、5'側非翻訳領域を種子中での発現を保証するプロモーターと外来遺伝子との間に挿入することにより、外来遺伝子産物を種子中に高度に発現できることが明らかにされているが(特開2002-58492)、種子特異的発現に5'側のみならず3'側配列が必要であることが明らかになったのは、種子貯蔵タンパク質遺伝子では初めてである。   Among the promoters isolated by the present inventors, an interesting finding was obtained for the 10 kDa rice prolamin promoter. In the process of studying seed-specific promoter activity, when a Nos terminator is bound downstream of the 10 kDa prolamin promoter, expression is observed not only in the seed but also in the phloem of the root, stem, etc. When the 3 ′ untranslated region (0.3 kb; SEQ ID NO: 8) was bound, it was revealed that expression other than seeds was suppressed. That is, the present inventors suppress the expression of the 3′-untranslated region sequence of the rice 10 kDa prolamin promoter at sites other than endosperm, and the sequence of the 3′-side untranslated region is required for endosperm-specific expression. I found out. Previously, the present inventors have been able to highly express foreign gene products in seeds by inserting a 5 ′ untranslated region between a promoter that ensures expression in seeds and a foreign gene. Although it has been clarified (Japanese Patent Laid-Open No. 2002-58492), the seed storage protein gene is the first to reveal that not only the 5 ′ side but also the 3 ′ side sequence is necessary for seed-specific expression. .

該3'非翻訳領域は、胚乳に加えて他の組織でも活性を有するプロモーターの下流に結合することで、胚乳以外での発現を抑制し、胚乳特異的発現を可能にさせるために利用することが考えられる。   The 3 'untranslated region should be used to bind to the downstream of a promoter that is active in other tissues in addition to endosperm, thereby suppressing expression outside the endosperm and enabling endosperm-specific expression. Can be considered.

従って、本発明は、(1) 配列番号:8に記載の3'非翻訳領域のDNA、(2) 該3'非翻訳領域を含むベクター、(3) 任意のプロモーターおよび該3'非翻訳領域を含むベクター、(4) 任意のプロモータ、任意の遺伝子、および該3'非翻訳領域を含むベクター、(5) (4)のベクターを保持する細胞および形質転換植物体、(6)該形質転換植物体の繁殖材料、並びに(7)該3'非翻訳領域をを利用した胚乳特異的発現の誘導方法をも提供するものである。   Therefore, the present invention provides (1) DNA of 3 ′ untranslated region described in SEQ ID NO: 8, (2) vector containing the 3 ′ untranslated region, (3) arbitrary promoter and the 3 ′ untranslated region (4) a vector containing any promoter, any gene, and the 3 ′ untranslated region, (5) a cell and a transformed plant carrying the vector of (4), and (6) the transformation The present invention also provides a plant propagation material and (7) a method for inducing endosperm-specific expression using the 3 ′ untranslated region.

以下、実施例によりさらに本発明を詳細に説明するが、本発明は、これら実施例に制限されるものではない。
[実施例1] プロモーター-GUSキメラ遺伝子の構築およびトランスジェニック植物の単離
調節因子と推定されるものを調べることではなく、種子で発現される複数の遺伝子の発現パターンおよびプロモーター活性を特徴付けることとした。サイズが0.8〜2.4kbの範囲にわたる15種のプロモーターを、ゲノムDNAまたはゲノムクローンをテンプレートとして用いるPCRによって単離した。
EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention further in detail, this invention is not restrict | limited to these Examples.
[Example 1] Characterizing the expression patterns and promoter activities of multiple genes expressed in seeds, rather than investigating the construction of promoter-GUS chimeric genes and presumed isolation regulators of transgenic plants did. Fifteen promoters ranging in size from 0.8 to 2.4 kb were isolated by PCR using genomic DNA or genomic clones as templates.

遺伝子および対応するプロモーターのサイズは以下の通りである:イネ10kDaプロラミン、0.8kb;イネ13kDaプロラミン(PG5a)、0.9kb;イネ16kDaプロラミン、0.9kb;イネグルテリンGluB-4、1.4kb;イネ胚グロブリン(REG2)、1.3kb;イネ18kDaオレオシン(Ole18)、1.3kb;イネグルタミン酸合成酵素遺伝子(GOGAT)、0.8kb;イネピルビン酸、正リン酸ジキナーゼ(PPDK)、0.8kb;イネADP-グルコースピロホスホリラーゼ(AGPアーゼ)、2.0kb;イネデンプン分枝酵素(SBE1)、2.0kb;およびダイズβ-コングリシニン、1.0kb。イネグルテリン GluB-1:1.3kb、2.3kb、イネグルテリン GluB-2;2.4kbおよびイネアラニンアミノトランスフェラーゼ(AlaAT);1kb、 イネ26kDaグロブリン(Glb-1);1.0kb、トウモロコシユビキチンプロモーター:2kb。   The size of the gene and the corresponding promoter is as follows: rice 10 kDa prolamin, 0.8 kb; rice 13 kDa prolamin (PG5a), 0.9 kb; rice 16 kDa prolamin, 0.9 kb; rice glutelin GluB-4, 1.4 kb; rice embryo globulin (REG2), 1.3 kb; rice 18 kDa oleosin (Ole18), 1.3 kb; rice glutamate synthase gene (GOGAT), 0.8 kb; rice pyruvate, normal phosphate dikinase (PPDK), 0.8 kb; rice ADP-glucose pyrophosphorylase ( AGPase), 2.0 kb; rice starch branching enzyme (SBE1), 2.0 kb; and soybean β-conglycinin, 1.0 kb. Rice glutelin GluB-1: 1.3 kb, 2.3 kb, rice glutelin GluB-2; 2.4 kb and rice alanine aminotransferase (AlaAT); 1 kb, rice 26 kDa globulin (Glb-1); 1.0 kb, maize ubiquitin promoter: 2 kb.

このうち、2.3kb GluB-1、GluB-4、10kDaプロラミン、16kDaプロラミン、イネ胚グロブリン、イネのオレオシン、イネADPグルコースピロホスホリラーゼのプロモーターの配列をそれぞれ配列番号:1から7に、これらプロモーターを単離するために用いたプライマー対の配列を配列番号:9から22に示した)。   Among these, 2.3 kb GluB-1, GluB-4, 10 kDa prolamin, 16 kDa prolamin, rice embryo globulin, rice oleosin, rice ADP glucose pyrophosphorylase promoter sequences are represented by SEQ ID NOs: 1 to 7, respectively. The sequence of the primer pair used to release was shown in SEQ ID NOs: 9 to 22).

種々のプロモーター断片を、ハイグロマイシンホスホトランスフェラーゼ(HPT)遺伝子を選択マーカーとして含む改変バイナリーベクターpGPTV-35S-HPTに挿入した(図1)。改変ベクターはpGPTV-HPTバイナリーベクター(Beckerら1992)から、Nosプロモーターを0.8kb CaMV 35Sプロモーターの代わりにHPT遺伝子のプロモーターとして用いることによって構築した。検討する種子プロモーターを、改変バイナリーベクター中でβ-グルクロニダーゼ(GUS)をコードするUdiA遺伝子の上流に導入した。   Various promoter fragments were inserted into a modified binary vector pGPTV-35S-HPT containing the hygromycin phosphotransferase (HPT) gene as a selection marker (FIG. 1). The modified vector was constructed from the pGPTV-HPT binary vector (Becker et al. 1992) using the Nos promoter as the HPT gene promoter instead of the 0.8 kb CaMV 35S promoter. The seed promoter to be studied was introduced upstream of the UdiA gene encoding β-glucuronidase (GUS) in a modified binary vector.

トランスジェニックイネ植物体(Oryza sativa cv Kitaake)は、アグロバクテリウムを介した形質転換によって作出した。上記の通りに構築したプラスミドを、電気穿孔によってアグロバクテリウム・ツメファシエンス(Agrobacterium tumefaciens)EHA105株に導入した。イネ成熟種子に由来する5週齡カルスを、形質転換したA. tumefaciensによって3日間にわたり処理した。感染カルスのそれぞれを、ハイグロマイシンを含むN6選択培地およびMS再生培地中で4週間にわたって連続培養した。再生した実生を温室に移した(Gotoら、Nature Biotech. 17, 282-286(1999))。   Transgenic rice plants (Oryza sativa cv Kitaake) were produced by Agrobacterium-mediated transformation. The plasmid constructed as described above was introduced into Agrobacterium tumefaciens EHA105 strain by electroporation. Five week callus callus derived from mature rice seeds was treated for 3 days with transformed A. tumefaciens. Each of the infected calli was continuously cultured for 4 weeks in N6 selection medium and MS regeneration medium containing hygromycin. The regenerated seedlings were transferred to the greenhouse (Goto et al., Nature Biotech. 17, 282-286 (1999)).

各構築物に対して、20種を上回る独立したトランスジェニック植物を作出した。所望のプロモーター融合物の存在を、独立したトランスジェニックイネ系統の葉から単離したゲノムDNAを用いるPCRによって確認し、陽性系統をプロモーター特性の分析に用いた。   For each construct, over 20 independent transgenic plants were created. The presence of the desired promoter fusion was confirmed by PCR using genomic DNA isolated from leaves of an independent transgenic rice line, and positive lines were used for analysis of promoter properties.

[実施例2] 種子貯蔵タンパク質遺伝子のプロモーターの種子における活性
種子貯蔵タンパク質プロモーターによって導かれるGUSレポーター遺伝子発現の部位を明らかにするために、トランスジェニックイネの種子を組織化学染色によって検査した。組織化学的分析のために、開花後(DAF)17日の段階にある成熟中の種子をカミソリ刃で長軸方向に切片化した上で、0.5mM X-Gluc(5-ブロモ-4-クロロ-3-インドイルグルクロニド)および20%メタノールを含む50mMリン酸ナトリウム緩衝液(pH 7.0)中にて37℃でインキュベートした。染色反応のための至適インキュベーション時間は、GUS活性の程度に応じて30分から一晩までさまざまであった。
Example 2 To identify the site of GUS reporter gene expression guided by the active seed storage protein promoter in the seed of the seed storage protein gene promoter , transgenic rice seeds were examined by histochemical staining. For histochemical analysis, mature seeds at the 17th day after flowering (DAF) were sectioned longitudinally with a razor blade and 0.5 mM X-Gluc (5-bromo-4-chloro) -3-Indoylglucuronide) and 20% methanol in 50 mM sodium phosphate buffer (pH 7.0) at 37 ° C. The optimal incubation time for the staining reaction varied from 30 minutes to overnight depending on the extent of GUS activity.

検出した発現パターンを図2に示す。イネのグルテリンプロモーター(1.3kbおよび2.3kbのGluB-1、GluB-2ならびにGluB-4、図2-a〜d)およびプロラミンプロモーター(10kDa、13kDaおよび16kDa、図2-e〜g)は胚乳におけるGUS遺伝子の発現を導いた。グルテリンプロモーターおよびプロラミンプロモーターからのGUS発現はアリューロンおよびサブアリューロンで観察されたが、胚には認められなかった。グルテリンプロモーターおよびプロラミンプロモーターを含むトランスジェニックイネの成熟中の種子をさらに詳しく調べたところ、GUS活性は胚乳の外側部で最も高く、内部では弱いことが判明した。GluB-1プロモーター(1.3kbおよび2.3kbの両方)は、胚付近の胚乳領域ではるかに高い活性を示した。13kDaプロラミンプロモーター(PG5a)によって導かれたGUS発現は胚乳の外側部に厳密に限定されていた。26kDaグロブリンGlb-1プロモーターは内部のデンプン質胚乳組織におけるGUS発現を導いた(図2-h)。胚貯蔵タンパク質プロモーター(REG 2、Ole18およびβ-コングリシニン、図2-i〜k)によって生じたGUS発現は胚およびアリューロンに限局され、胚乳では全く発現がみられなかった。これらの胚貯蔵タンパク質プロモーターによって媒介されるGUSの発現パターンの間にはほとんど違いが認められなかった。興味深いことに、双子葉植物と単子葉植物との間の発現の違いに関しては数多くの報告があるにもかかかわらず(Chowdhuryら、Plant Cell Rep. 16, 277-281(1997)、Rathaousら、Plant Mol. Biol. 23, 613-618(1993))、双子葉植物であるダイズ由来のβ-コングリシニンプロモーターは単子葉植物であるイネでも胚特異的発現を保った。β-コングリシニンプロモーターによって導かれたGUS発現はイネでは極めて弱いことも注目され、同じプロモーターを双子葉植物であるタバコに導入した場合に胚および子葉で高発現がみられたことと著しく対照的であった。   The detected expression pattern is shown in FIG. Rice glutelin promoters (1.3 kb and 2.3 kb GluB-1, GluB-2 and GluB-4, FIGS. 2-a-d) and prolamin promoters (10 kDa, 13 kDa and 16 kDa, FIGS. 2-e-g) in endosperm Guided the expression of GUS gene. GUS expression from the glutelin and prolamin promoters was observed in aleurone and suballeurone but not in embryos. Further examination of the maturing seeds of transgenic rice containing the glutelin and prolamin promoters revealed that GUS activity was highest in the outer part of the endosperm and weak inside. The GluB-1 promoter (both 1.3 kb and 2.3 kb) showed much higher activity in the endosperm region near the embryo. GUS expression guided by the 13kDa prolamin promoter (PG5a) was strictly restricted to the outer part of the endosperm. The 26 kDa globulin Glb-1 promoter led to GUS expression in internal starchy endosperm tissue (FIG. 2-h). GUS expression produced by the embryo storage protein promoter (REG2, Ole18 and β-conglycinin, Fig. 2-i-k) was confined to the embryo and aleurone, and no expression was seen in the endosperm. Little difference was observed between the expression patterns of GUS mediated by these embryo storage protein promoters. Interestingly, despite the many reports on the expression difference between dicotyledonous and monocotyledonous plants (Chowdhury et al., Plant Cell Rep. 16, 277-281 (1997), Rathaous et al., Plant Mol. Biol. 23, 613-618 (1993)), β-conglycinin promoter derived from soybean, a dicotyledonous plant, maintained embryo-specific expression even in rice, a monocotyledonous plant. It is also noted that the GUS expression induced by the β-conglycinin promoter is extremely weak in rice, in contrast to the high expression in embryos and cotyledons when the same promoter was introduced into tobacco, a dicotyledonous plant. there were.

全体的には、種子貯蔵タンパク質プロモーターとの融合物を有するトランスジェニックイネでは葉、葉鞘、茎および根のいずれにもGUS活性は検出されなかった(非提示データ)。唯一の例外は10kDaプロラミンプロモーターであり、これは栄養器官である程度発現が認められた(図3)。これらの結果は、胚乳貯蔵タンパク質遺伝子(10kDaプロラミンを除く)は胚乳特異的な様式で発現され、胚貯蔵タンパク質遺伝子の発現は胚およびアリューロン層に限定されるという結論を裏付けるものである。   Overall, no GUS activity was detected in any of the leaves, leaf sheaths, stems and roots in transgenic rice with a fusion with the seed storage protein promoter (data not shown). The only exception is the 10 kDa prolamin promoter, which was expressed to some degree in vegetative organs (Figure 3). These results support the conclusion that endosperm storage protein genes (except for 10 kDa prolamin) are expressed in an endosperm-specific manner, and expression of embryo storage protein genes is restricted to the embryo and aleurone layers.

種子貯蔵タンパク質プロモーターは胚乳または胚のいずれかに特異的な発現を示したものの、非貯蔵タンパク質のプロモーターは異なる発現パターンを呈した(図2)。AlaATプロモーターによる指令を受けるGUS遺伝子はデンプン質胚乳の中心部で発現され、胚付近の胚乳ほど活性が高かった(図2-l)。PPDK-GUS導入遺伝子の発現パターンは胚乳貯蔵タンパク質のものと類似していた(図2-o)。AGPアーゼプロモーターによる指令を受けるGUS遺伝子は果皮を含む種子全体で発現されたが、特に内部のデンプン質胚乳および胚で高度であった(図2-n)。これに対して、GOGATプロモーターおよびSBEプロモーターは、主として胚盤(胚と胚乳との境界部)におけるGUS遺伝子の発現を導いた(図2-mおよび2-p)。   Although the seed storage protein promoter showed specific expression in either endosperm or embryo, the non-storage protein promoter exhibited a different expression pattern (Figure 2). The GUS gene under the direction of the AlaAT promoter was expressed in the central part of starchy endosperm, and the activity was higher in the endosperm near the embryo (Fig. 2-l). The expression pattern of PPDK-GUS transgene was similar to that of endosperm storage protein (Fig. 2-o). The GUS gene directed by the AGPase promoter was expressed throughout the seed, including the pericarp, but was particularly high in internal starchy endosperm and embryos (Fig. 2-n). In contrast, the GOGAT promoter and the SBE promoter led to the expression of the GUS gene mainly in the scutellum (embryo-endosperm boundary) (FIGS. 2-m and 2-p).

[実施例3] 栄養器官におけるGUS発現パターン
検討したプロモーターのほとんどが、GUS遺伝子の胚乳特異的または胚特異的な発現を示した。しかし、GUS活性は、10kDaプロラミン、PPDKおよびAGPアーゼのプロモーター(図3)、さらにはAlaATプロモーター(Kikuchiら、Plant Mol. Biol. 39, 149-159(1999))を有するトランスジェニックイネの栄養組織中でも検出された。これらのトランスジェニックイネでは、胚乳または種子全体に加えて、葉、葉鞘および茎における維管束の師部でもGUS活性が検出された(図3-a〜c)。これらのトランスジェニックイネでは根の内皮にもGUS活性が検出された。しかし、AGPアーゼプロモーターによって生じた発現パターンはPPDKおよび10kDaプロラミンのプロモーターによるものとは幾分異なり、特に前者のプロモーターは頂端分裂組織におけるGUSの高発現を生じさせたが、一方、後者の2つのプロモーターは根組織の均一な染色をもたらした。さらに、根でのGUS活性も異なり、AGPアーゼプロモーターはPPDKプロモーターおよび10kDaプロラミンプロモーターよりも強力であった。
[Example 3] GUS expression pattern in vegetative organs Most promoters examined showed endosperm-specific or embryo-specific expression of the GUS gene. However, GUS activity is observed in the vegetative tissues of transgenic rice with 10 kDa prolamin, PPDK and AGPase promoters (Fig. 3), as well as the AlaAT promoter (Kikuchi et al., Plant Mol. Biol. 39, 149-159 (1999)). It was detected among them. In these transgenic rice, GUS activity was detected not only in the endosperm or whole seed, but also in the phloem of the vascular bundle in leaves, leaf sheaths and stems (FIGS. 3-ac). In these transgenic rice plants, GUS activity was also detected in the root endothelium. However, the expression pattern produced by the AGPase promoter was somewhat different from that of the PPDK and 10 kDa prolamin promoters, especially the former promoter caused high expression of GUS in the apical meristem, whereas the latter two The promoter resulted in uniform staining of root tissue. Furthermore, GUS activity in the roots was also different, and the AGPase promoter was stronger than the PPDK promoter and the 10 kDa prolamin promoter.

天然型の10kDaプロラミン遺伝子は通常は成熟中の胚乳で発現され、栄養組織では検出されない。今回観察されたGUS融合物の異所性発現は、Nosターミネーターを天然型10kDaプロラミン遺伝子の停止コドンの下流にある0.3kb領域に置き換えることにより、正常な胚乳特異的発現に戻すことができた(非提示データ)。3'転写終結領域のこの置換はプロモーター活性にほとんど影響を及ぼさなかったことが注目される。これらの結果は、10kDaプロラミン遺伝子の胚乳特異的発現には5'隣接領域と3'隣接領域の両方が必要なことを示している。
なお、3'転写終結領域の単離に用いたプライマー対を配列番号:23および24に示す。
The native 10 kDa prolamin gene is normally expressed in mature endosperm and is not detected in vegetative tissue. The observed ectopic expression of the GUS fusion could be restored to normal endosperm-specific expression by replacing the Nos terminator with a 0.3 kb region downstream of the stop codon of the native 10 kDa prolamin gene ( Unpresented data). Note that this substitution of the 3 'transcription termination region had little effect on promoter activity. These results indicate that the endosperm-specific expression of the 10 kDa prolamin gene requires both 5 'and 3' flanking regions.
The primer pairs used for isolation of the 3 ′ transcription termination region are shown in SEQ ID NOs: 23 and 24.

[実施例4] 種子発生過程におけるプロモーター活性
発生過程にある種子における導入遺伝子発現の分布を、7、12および17 DAFに採取した種子の縦断切片の組織染色によって検討した。具体的には、開花後(DAF)7、12および17日の段階にある成熟中の種子をカミソリ刃で長軸方向に切片化した上で、0.5mM X-Gluc(5-ブロモ-4-クロロ-3-インドイルグルクロニド)および20%メタノールを含む50mMリン酸ナトリウム緩衝液(pH 7.0)中にて37℃でインキュベートした。染色反応のための至適インキュベーション時間は、GUS活性の程度に応じて30分から一晩までさまざまであった。
[Example 4] The distribution of transgene expression in seeds in the process of generating promoter activity during seed development was examined by tissue staining of longitudinal sections of seeds collected in 7, 12 and 17 DAF. Specifically, mature seeds at 7th, 12th, and 17th days after flowering (DAF) were sectioned with a razor blade in the longitudinal direction, and 0.5 mM X-Gluc (5-bromo-4- Chloro-3-indoyl glucuronide) and 20% methanol in 50 mM sodium phosphate buffer (pH 7.0) at 37 ° C. The optimal incubation time for the staining reaction varied from 30 minutes to overnight depending on the extent of GUS activity.

種子成熟過程における発現パターンをすべてのトランスジェニック系統で検討し、各種子プロモーターに関して代表的な1つの系統の結果を図4および図5に示した。興味深いことに、GUS発現が最初に検出された部位は構築物毎に異なっていた。グルテリンプロモーターおよびプロラミンプロモーターの場合は、青色のGUS染色が胚乳の周辺領域、すなわちアリューロンおよびサブアリューロンで最初に観察された。グルテリンプロモーターおよび16kDaプロラミンプロモーターに関してはその後、種子の成熟に伴って(17 DAF)染色が内部のデンプン質胚乳にも広がったが、10kDaおよび13kDaプロラミンプロモーターではこれはみられなかった(図4-a〜g)。この発現パターンは、青色のGUS染色が胚付近の内部デンプン胚乳細胞で最初に観察され、発現パターンが種子発生過程中に変化しなかった26kDa Glb-1プロモーターとは著しく対照的であった(図4-h)。   The expression pattern in the seed maturation process was examined in all transgenic lines, and the results of one representative line with respect to various offspring promoters are shown in FIG. 4 and FIG. Interestingly, the site where GUS expression was first detected varied from construct to construct. In the case of the glutelin and prolamin promoters, blue GUS staining was first observed in the peripheral region of the endosperm, ie, aleurone and subaleurone. For the glutelin and 16kDa prolamin promoters, staining with seed maturation (17 DAF) subsequently spread to the internal starchy endosperm, but this was not seen with the 10kDa and 13kDa prolamin promoters (Figure 4-a). ~ G). This expression pattern was in stark contrast to the 26 kDa Glb-1 promoter, where blue GUS staining was first observed in internal starch endosperm cells near the embryo and the expression pattern did not change during the seed development process (Fig. 4-h).

REG2、Ole18およびβ-コングリシニン遺伝子のプロモーターによって導かれるGUS遺伝子の発現は7 DAFまでに観察された。この活性はアリューロン層でまず生じた後に、胚で発現される傾向がみられた。これらのプロモーターの発現はアリューロンおよび胚に限局していた(図4-i,jおよび図5-k)。   Expression of the GUS gene guided by the promoters of REG2, Ole18 and β-conglycinin genes was observed by 7 DAF. This activity first occurred in the aleurone layer and then tended to be expressed in the embryo. Expression of these promoters was restricted to aleurone and embryos (Figs. 4-i, j and Fig. 5-k).

非貯蔵タンパク質のプロモーターの代表的なトランスジェニック系統の種子成熟過程における時間的パターンを図5-l〜pに示す。AlaATプロモーターからのGUS発現は最初に内部のデンプン質胚乳組織に現れ、最終的には胚乳全体に広がったが、胚は染色されないままであった(図5-l)。SBE1プロモーターによって生じたGUS活性も内部デンプン質胚乳組織、特に胚付近の組織に限局していた(図5-p)。しかし、GUS活性が極めて低いため、青色の染色は12 DAFまで検出することができなかった。これに対して、AGPアーゼ遺伝子プロモーター融合物を導入した場合には、GUS染色は胚から始まり、その後に胚乳の中央部にも広がった。青色のGUS染色は最終的には成熟に向かう種子組織全体で観察され、胚における染色が強かった(図5-n)。種子発生過程におけるこの発現プロファイルは、ユビキチンプロモーターで観察されたものと非常に類似していた(図5-q)。これに対して、PPDKプロモーターはグルテリンプロモーターおよびプロラミン遺伝子プロモーターのものに類似した発現パターンを示した(図5-o)。GOGATプロモーターによって導かれるGUS活性は胚盤に限局しており、GUS活性が7 DAFの時点で検出されなかったことを除いて種子発生過程における変化はほとんどなかった(図5-m)。   The temporal patterns during seed maturation of representative transgenic lines of non-storage protein promoters are shown in FIGS. GUS expression from the AlaAT promoter first appeared in internal starchy endosperm tissue and eventually spread throughout the endosperm, but the embryo remained unstained (FIG. 5-l). The GUS activity produced by the SBE1 promoter was also limited to internal starchy endosperm tissues, especially tissues near the embryo (Fig. 5-p). However, due to the very low GUS activity, blue staining could not be detected up to 12 DAF. In contrast, when the AGPase gene promoter fusion was introduced, GUS staining started from the embryo and then spread to the central part of the endosperm. Blue GUS staining was eventually observed throughout the seed tissue toward maturation, with strong staining in the embryo (FIG. 5-n). This expression profile during seed development was very similar to that observed with the ubiquitin promoter (Figure 5-q). In contrast, the PPDK promoter showed an expression pattern similar to that of the glutelin promoter and the prolamin gene promoter (FIG. 5-o). The GUS activity induced by the GOGAT promoter was confined to the scutellum and there was little change in the seed development process except that GUS activity was not detected at 7 DAF (FIG. 5-m).

[実施例5] プロモーター強度の定量分析
種々のプロモーターの強度を評価するために、GUS活性の蛍光分析アッセイをJefferson(1987)に従って行った。17 DAFの成熟中の種子をGUS抽出バッファー(50mM NaPO4、pH 7.0、10mM 2-メルカプトエタノール、10mM Na2-EDTA、0.1%SDS、0.1%Triton X-100)中でホモジネート化した。遠心処理の後に、上清の10μlを、1mM 4-メチルウンベリフェリルβ-D-グルクロニド(MUG)を含むアッセイ用バッファー90μlと混合した。37℃で1時間インキュベートした後に、0.2M Na2CO3 900μlを添加することによって反応を停止させた。蛍光光度計の値を4-メチルウンベリフェロン(4MU)希釈系列の値と比較した。タンパク質含量は、Bio-Rad Protein Assayキットを用い、血清アルブミンを標準物質として用いて評価した。各トランスジェニック植物から種子を3個ずつアッセイした。
Example 5: Quantitative analysis of promoter strength To assess the strength of various promoters, a fluorometric assay for GUS activity was performed according to Jefferson (1987). 17 DAF maturing seeds were homogenized in GUS extraction buffer (50 mM NaPO 4 , pH 7.0, 10 mM 2-mercaptoethanol, 10 mM Na 2 -EDTA, 0.1% SDS, 0.1% Triton X-100). After centrifugation, 10 μl of the supernatant was mixed with 90 μl of assay buffer containing 1 mM 4-methylumbelliferyl β-D-glucuronide (MUG). After 1 hour incubation at 37 ° C., the reaction was stopped by adding 900 μl of 0.2M Na 2 CO 3 . The fluorometer value was compared with the 4-methylumbelliferone (4MU) dilution series. The protein content was evaluated using the Bio-Rad Protein Assay kit and serum albumin as a standard substance. Three seeds from each transgenic plant were assayed.

図6に示す通り、プロモーター活性には大きな差異があった。今回分析した種子プロモーターはプロモーター強度に基づいて4つの群に分類することができる。高GUS活性群には以下の4つが属する:GluB-4、10kDaプロラミン、16kDaプロラミンおよびGlb-1の各プロモーター。これらのプロモーターの平均GUS活性はそれぞれ44.8±16.5、38.8±10.8、27.1±12.7および28.6±11.8pmol 4MU/分/μgタンパク質であった。中等度GUS活性群には以下の2つが属する:2.3kb GluB-1およびAGPアーゼ遺伝子の各プロモーター。それらのGUS活性は高活性群で観察されるものよりも低いが、他のものよりははるかに高い。2.3kb GluB-1プロモーターおよびAGPアーゼプロモーターの平均GUS活性はそれぞれ21.3±7.0および10±4.7pmol 4MU/分/μgタンパク質であった。7種のプロモーター、すなわち1.3kb GluB-1、GluB-2、13kDプロラミン、REG-2、Ole18、AlaATおよびPPDKの各プロモーターは暫定的に、比較的低いGUS活性群に分類した。これらのプロモーターの平均GUS活性はそれぞれ2.1±1.2、5.5±2.2、7.4±5.5、2.4±1.2, 2±4.6、5.9±4.0および4.0±3.0pmol 4MU/分/μgタンパク質であった。残る3種のプロモーターであるGOGAT、SBE1およびβ-コングリシニン遺伝子の各プロモーターは低GUS活性群に分類した。これらのプロモーターによって導かれるGUS発現は極めてわずかであり、活性は1pmol 4MU/分/μgタンパク質未満であった。対照として用いたユビキチンプロモーターからのGUS活性は、平均7.4±8.5pmol 4MU/分/μgタンパク質(成熟中の種子内)であった。ユビキチンプロモーターは汎用プロモーターとして多くの用途に用いられているものの、このレベルは比較的低いGUS活性群のプロモーターから得られたものと同程度であった。   As shown in FIG. 6, there was a large difference in promoter activity. The seed promoters analyzed this time can be classified into four groups based on promoter strength. The following four groups belong to the high GUS activity group: GluB-4, 10 kDa prolamin, 16 kDa prolamin and Glb-1. The average GUS activities of these promoters were 44.8 ± 16.5, 38.8 ± 10.8, 27.1 ± 12.7 and 28.6 ± 11.8 pmol 4 MU / min / μg protein, respectively. The moderate GUS activity group includes the following two: 2.3 kb GluB-1 and AGPase gene promoters. Their GUS activity is lower than that observed in the high activity group, but much higher than others. The average GUS activity of the 2.3 kb GluB-1 promoter and AGPase promoter was 21.3 ± 7.0 and 10 ± 4.7 pmol 4MU / min / μg protein, respectively. Seven promoters, namely 1.3 kb GluB-1, GluB-2, 13 kD prolamin, REG-2, Ole18, AlaAT and PPDK, were provisionally classified into relatively low GUS activity groups. The average GUS activities of these promoters were 2.1 ± 1.2, 5.5 ± 2.2, 7.4 ± 5.5, 2.4 ± 1.2, 2 ± 4.6, 5.9 ± 4.0 and 4.0 ± 3.0 pmol 4 MU / min / μg protein, respectively. The remaining three promoters, GOGAT, SBE1, and β-conglycinin gene promoters were classified into low GUS activity groups. The GUS expression guided by these promoters was negligible and the activity was less than 1 pmol 4 MU / min / μg protein. The GUS activity from the ubiquitin promoter used as a control averaged 7.4 ± 8.5 pmol 4 MU / min / μg protein (in mature seeds). Although the ubiquitin promoter is used as a general-purpose promoter for many purposes, this level was comparable to that obtained from a promoter of a relatively low GUS activity group.

比較のために、PPDKプロモーターおよびAGPアーゼプロモーターの栄養組織中での活性も検討した。葉、茎および鞘における平均GUS活性は、PPDKについてはそれぞれ8.7±6.8、3.7±3.6および16.3±13.9pmol 4MU/分/μgタンパク質であり、AGPアーゼについてはそれぞれ12.5±5.0、40.2±28.5および23.2±16.6pmol 4MU/分/μgタンパク質であった。これらのプロモーター活性は成熟中の種子から得られたものと同程度であるかそれよりも高かった。これに対して、10kDaプロラミンプロモーターに関しては栄養組織での発現が観察されたものの、GUS活性(葉3.1±1.1;茎6.0±2.9;鞘2.3±1.0pmol 4MU/分/μgタンパク質)は成熟中の種子で観察されたものよりもはるかに低かった。PPDK、AGPアーゼおよび10kDaプロラミン遺伝子は構成性に発現されるが、種々の組織における発現レベルは遺伝子によってさまざまであった。   For comparison, the activities of PPDK promoter and AGPase promoter in vegetative tissues were also examined. Mean GUS activity in leaves, stems and sheaths is 8.7 ± 6.8, 3.7 ± 3.6 and 16.3 ± 13.9 pmol 4 MU / min / μg protein for PPDK, respectively, and 12.5 ± 5.0, 40.2 ± 28.5 and 23.2 for AGPase, respectively. The protein was ± 16.6 pmol 4 MU / min / μg protein. These promoter activities were similar to or higher than those obtained from mature seeds. In contrast, for the 10 kDa prolamin promoter, although expression in vegetative tissue was observed, GUS activity (leaf 3.1 ± 1.1; stem 6.0 ± 2.9; sheath 2.3 ± 1.0 pmol 4 MU / min / μg protein) is still mature It was much lower than that observed in seeds. PPDK, AGPase and 10 kDa prolamin genes were constitutively expressed, but expression levels in different tissues varied from gene to gene.

イネ形質転換のためのキメラ遺伝子の構築に関する概略図である。種々のイネ種子貯蔵タンパク質および非貯蔵タンパク質の遺伝子の5'隣接領域を、3種の制限部位Hind III、Sal IおよびSma Iのうち2つの間で融合させた後、GUSレポーター遺伝子およびNosターミネーターを融合させた。プロモーターは、1.3kb GluB-1、2.3kb GluB-1、GluB-2、GluB-4、10kDaプロラミン、13kDaプロラミン(PG5)、16kDaプロラミン、26kDa Glb-1、REG2、Ole18、ダイズβ-コングリシニン、AlaAT、GOGAT、PPDK、AGPアーゼおよびSBE1の遺伝子のものを指す。It is the schematic regarding the construction of a chimeric gene for rice transformation. The 5 'flanking regions of various rice seed storage protein and non-storage protein genes were fused between two of the three restriction sites, Hind III, Sal I and Sma I, followed by the GUS reporter gene and Nos terminator. Fused. The promoters are 1.3 kb GluB-1, 2.3 kb GluB-1, GluB-2, GluB-4, 10 kDa prolamin, 13 kDa prolamin (PG5), 16 kDa prolamin, 26 kDa Glb-1, REG2, Ole18, soybean β-conglycinin, AlaAT , GOGAT, PPDK, AGPase and SBE1 genes. 種々の種子貯蔵タンパク質および非貯蔵タンパク質の遺伝子プロモーターによって導かれるGUS発現の組織化学的分析の結果を示す写真である。GUSタンパク質は、トランスジェニック種子の手作業による縦断切片をX-Gluc溶液中でインキュベートすることによって検出した。a、1.3kb GluB-1プロモーター;b、2.3kb GluB-1プロモーター;c、GluB-2プロモーター;d、GluB-4プロモーター;e、10kDaプロラミンプロモーター;f、13kDaプロラミン(PG5a)プロモーター;g、16kDaプロラミンプロモーター;h、26kDa Glb-1プロモーター;i、REG2プロモーター;j、Ole18プロモーター;k、β-コングリシニンプロモーター;l、AlaATプロモーター;m、GOGATプロモーター;n、AGPアーゼプロモーター;o、PPDKプロモーター;p、SBE1プロモーター。FIG. 3 is a photograph showing the results of histochemical analysis of GUS expression guided by gene promoters of various seed storage proteins and non-storage proteins. GUS protein was detected by incubating a manual longitudinal section of the transgenic seed in X-Gluc solution. a, 1.3 kb GluB-1 promoter; b, 2.3 kb GluB-1 promoter; c, GluB-2 promoter; d, GluB-4 promoter; e, 10 kDa prolamin promoter; f, 13 kDa prolamin (PG5a) promoter; g, 16 kDa H, 26 kDa Glb-1 promoter; i, REG2 promoter; j, Ole18 promoter; k, β-conglycinin promoter; l, AlaAT promoter; m, GOGAT promoter; n, AGPase promoter; o, PPDK promoter; p , SBE1 promoter. 栄養組織における組織化学的GUSアッセイの結果を示す写真である.lf、葉;ls、葉鞘;sk、茎;rt、根;ed、ユードダーシス(eudodersis)、a、10kDaプロラミンプロモーター;b、PPDKプロモーター;c、AGPPプロモーター。This is a photograph showing the results of histochemical GUS assay in vegetative tissues. lf, leaf; ls, leaf sheath; sk, stem; rt, root; ed, eudodersis, a, 10 kDa prolamin promoter; b, PPDK promoter; c, AGPP promoter. 種子成熟過程において種子プロモーターによって導かれるGUS活性の発生上の経時的推移を示す写真である。7、12および17 DAFのトランスジェニックイネ種子の縦断切片のX-Gluc組織化学染色.a、1.3kb GluB-1プロモーター;b、2.3kb GluB-1プロモーター;c、GluB-2プロモーター;d、GluB-4プロモーター;e、10kDaプロラミンプロモーター;f、13kDプロラミンプロモーター(RG5a);g、16kDaプロラミンプロモーター;h、26kDa Glb-1プロモーター;i、REG2プロモーター;j、Ole18プロモーター。It is a photograph showing the time course of development of GUS activity induced by the seed promoter during the seed maturation process. X-Gluc histochemical staining of longitudinal sections of 7, 12 and 17 DAF transgenic rice seeds. a, 1.3 kb GluB-1 promoter; b, 2.3 kb GluB-1 promoter; c, GluB-2 promoter; d, GluB-4 promoter; e, 10 kDa prolamin promoter; f, 13 kD prolamin promoter (RG5a); g, 16 kDa Prolamin promoter; h, 26 kDa Glb-1 promoter; i, REG2 promoter; j, Ole18 promoter. 図4の続きを示す写真である。k、β-コングリシニンプロモーター;l、AlaATプロモーター;m、GOGATプロモーター;n、AGPアーゼプロモーター;o、PPDKプロモーター;p、SBE1プロモーター;q、ユビキチンプロモーター。It is a photograph which shows the continuation of FIG. k, β-conglycinin promoter; l, AlaAT promoter; m, GOGAT promoter; n, AGPase promoter; o, PPDK promoter; p, SBE1 promoter; q, ubiquitin promoter. 17 DAFの成熟中の種子において種々のプロモーターから発現されたGUS活性の結果を示す図である。GUS活性はpmol 4MU/分/μgタンパク質単位で表した。17 shows the results of GUS activity expressed from various promoters in mature seeds of DAF. FIG. GUS activity was expressed in pmol 4 MU / min / μg protein unit.

Claims (9)

下記(a)から(c)のいずれかに記載の、種子においてプロモーター活性を有するDNA。
(a)配列番号:1から配列番号:7のいずれかに記載された塩基配列からなるDNA
(b)配列番号:1から配列番号:7のいずれかに記載された塩基配列に1または複数個の塩基が付加、欠失、置換、または挿入された配列からなるDNA
(c)配列番号:1から配列番号:7のいずれかに記載された配列からなるDNAとストリンジェントな条件でハイブリダイズするDNA
The DNA having promoter activity in seeds according to any one of (a) to (c) below.
(A) DNA comprising the base sequence described in any one of SEQ ID NO: 1 to SEQ ID NO: 7
(B) DNA comprising a sequence in which one or more bases are added, deleted, substituted or inserted into the base sequence described in any one of SEQ ID NO: 1 to SEQ ID NO: 7.
(C) DNA that hybridizes under stringent conditions with DNA comprising the sequence described in any one of SEQ ID NO: 1 to SEQ ID NO: 7.
請求項1に記載されたDNAの下流に任意の遺伝子が機能的に結合されているDNA。 A DNA in which an arbitrary gene is operably linked downstream of the DNA of claim 1. 請求項1または2に記載されたDNAを含むベクター。 A vector comprising the DNA according to claim 1 or 2. 請求項2に記載されたDNAを保持した形質転換植物細胞。 A transformed plant cell retaining the DNA according to claim 2. 請求項3に記載されたベクターが導入された形質転換植物細胞。 A transformed plant cell into which the vector according to claim 3 has been introduced. 請求項4または請求項5に記載された細胞を保持した形質転換植物体。 A transformed plant body, which holds the cell according to claim 4 or 5. 請求項6に記載された植物体の繁殖材料。 The propagation material of the plant body described in Claim 6. 種子である、請求項7に記載された繁殖材料。 The propagation material according to claim 7, which is a seed. 下記(a)および(b)の工程を含む、任意の遺伝子を植物細胞の種子において発現させる方法
(a)請求項2に記載されたDNAまたは請求項3に記載されたベクターを植物細胞に導入する工程
(b)該植物細胞から植物体を再生させる工程。
A method of expressing an arbitrary gene in plant cell seeds comprising the following steps (a) and (b): (a) introducing the DNA described in claim 2 or the vector described in claim 3 into a plant cell; (B) regenerating the plant body from the plant cell.
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