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JP2004290064A - Gene inducing formation of lateral branch and protein encoded by the same - Google Patents

Gene inducing formation of lateral branch and protein encoded by the same Download PDF

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JP2004290064A
JP2004290064A JP2003086079A JP2003086079A JP2004290064A JP 2004290064 A JP2004290064 A JP 2004290064A JP 2003086079 A JP2003086079 A JP 2003086079A JP 2003086079 A JP2003086079 A JP 2003086079A JP 2004290064 A JP2004290064 A JP 2004290064A
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JP
Japan
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plant
dna
nucleotide sequence
gene
amino acid
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Application number
JP2003086079A
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Japanese (ja)
Inventor
Masao Tasaka
昌生 田坂
Kenichiro Hibara
健一郎 檜原
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Nara Institute of Science and Technology NUC
Original Assignee
Nara Institute of Science and Technology NUC
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Publication date
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  • Breeding Of Plants And Reproduction By Means Of Culturing (AREA)
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To elucidate a molecular biological mechanism for the differentiation of a lateral bud into a stem to develop a technique for uniformly, stably and safely controlling the lateral branch formation of a plant, and to develop a technique by which an adventitious bud can generally, stably, uniformly and easily be induced from a cultured cell. <P>SOLUTION: A DNA containing a specific nucleotide sequence, a protein containing a specific amino acid sequence, a recombinant DNA structure containing the DNA, and a plant cell, tissue, organ, plant or its posterity transformed with the same are provided. A method for increasing or decreasing the lateral bud formation of a plant comprises increasing or decreasing the expression level of the DNA. A method for forming an adventitious bud from a cultured plant cell comprises transforming the cultured plant cell with a recombinant DNA structure. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、植物DNA、タンパク質およびそれらの用途に関する。
【0002】
【従来の技術】
農業および林業の実際生産現場では、側芽の制御、例えば、枝打ち、腋芽かきは、機械化が困難で労働力を要する作業である。植物成長調節物質などによって、化学的処理によりこれを制御することは部分的に試みられてきた。しかし、未だ画一的、安定的、安全にこれを達成できる技術とはなっていない。
【0003】
同一種内でも、側芽発生の多い系統、少ない系統、またはほとんどない系統がある。しかし、その遺伝的背景は依然として不明である。そして側芽形成特性について、望まれる形質を有する系統の育成は、明確な育種手段によっては困難なままである。また、側芽がどのようにして茎から分化するのか、その分子生物学的機構は依然として不明である。
【0004】
同一遺伝子型のクローンを、安定的かつ大量に取得するために、細胞培養系が利用されてきた。この系において、培養細胞から不定芽を形成させることは、培養細胞から植物を再生するためには必須のプロセスであり、これは培養培地中の植物調節物質の選択によって可能な種もある。しかし、カルスから不定芽ができない、または誘導し難い植物が、依然として存在する。一般的、画一的、安定的、容易な手段でこれを達成することは、依然として困難である。
【0005】
したがって、植物の側芽を、一般的、安定的、画一的に制御できるアプローチの必要性が、依然として存在する。また、育種計画において、側芽の制御に関係する遺伝子を特定することは、明確な育種目標に基づく植物育種を可能とする。さらに、遺伝的に均一なクローンを効率よく多量に生産可能とするために、培養細胞から不定芽を、一般的、安定的、画一的、容易に誘導できるシステムの開発が待望される。
【0006】
従来より、発明者らは、シロイヌナズナを用いて胚発生過程における茎頂分裂組織の形成および器官の分離に関与するCUC1(CUP−SHAPED COTYLEDON 1)(配列番号2参照)、CUC2遺伝子(配列番号3または4参照、いずれも当該遺伝子の多型性遺伝子である)を解析している(図1参照)。cuc1もしくはcuc2単独変異体はごく低頻度で子葉の融合が観察される。一方、cuc1 cuc2二重変異体は子葉の境界部が盛り上がることで1つのカップ状の子葉を形成し、また茎頂分裂組織が形成されないため、seedling lethalである。CUC1および2はどちらもNAC ドメインをもつタンパクをコードしており、転写因子として機能すると考えられている。
【0007】
Aidaら(1997)は、一連のcuc突然変異株を調査し、CUC1およびCUC2を単離している(非特許文献1)。これらの二重突然変異株は、胚性成長点分裂組織の形成が完全に阻害され、この二重突然変異株由来のカルスのシュート再生中に不定芽形成が部分的に阻害されていることが記載されている。さらに、CUC1およびCUC2遺伝子が、胚発生性成長転分裂組織の形成およびシュート再生における成長点分裂組織の形成に関与するようであることを記載する。しかし、この二重突然変異株は胚性成長点分裂組織が完全に欠損していることと、この二重突然変異株由来のカルスは不定芽を形成し得ることとを、矛盾なく説明し得る機構については依然として不明である。さらに、CUC1およびCUC2遺伝子の、側芽形成ヘの関与については何ら開示も示唆もされていない。CUC1遺伝子の弱い機能欠失を持つ変異体(cuc1−6)とCUC2変異体(cuc2−1)との二重変異体では、茎頂分裂組織が形成される。また、この二重変異体では側枝が正常に形成される(桧原、未発表データ)。これらの結果は、CUC3遺伝子は、CUC1、CUC2遺伝子とは異なり、側芽形成機構に関与することが強く示唆される。
【0008】
また、Aidaら(1997)は、CUC1およびCUC2遺伝子が、機能的に重複する遺伝子であるようであり、いずれか一方の遺伝子の突然変異体は、表現型的に互いに類似し、かつ野生型と比較して弱い変異しか示さないことを記載する(非特許文献1参照)。しかし、Aida(1997)らは、本発明のCUC3遺伝子について、何ら開示も示唆もするところがない。さらに、Aidaら(1997)は、一連のcuc突然変異株について、何ら有用な特性を開示も示唆もするところがない。
【0009】
Takadaらは、CUC1遺伝子およびCUC2遺伝子が高い相同性を有することを記載する(非特許文献2参照)。しかし、Takedaらは、本発明のCUC3遺伝子を何ら記載しない。
【0010】
さらに、Takadaらは、CaMV 35SプロモーターによるCUC1遺伝子の過剰発現が、異所的不定芽形成を強く促進することを記載する(非特許文献2参照)。また、この不定芽は、おもに子葉上、まれにロゼット葉上に形成されることが記載されている。しかし、Takadaらは一連の突然変異株の側芽形成特性について、何ら開示も示唆もするところがない。
【0011】
Daimonらは、CUC1またはCUC2遺伝子の過剰発現が、野生型シロイヌナズナの胚軸由来のカルスにおいて、不定芽形成を促進することを開示している(非特許文献3参照)。
【0012】
また、Daimonらは、CUC1とCUC2遺伝子による形質転換が、カルスからのシュート形成を促進することを記載する(非特許文献3参照)。しかしDaimonらは、CUC3遺伝子を開示も示唆もしていない。
【0013】
【非特許文献1】
Mitsuhiro Aida et al., ’’Genes involved in Organ Separation in Arabidopsis: An Analysis of the cup−shaped cotyledon Mutant’’, The Plant Cell, Vol. 9, pp.841−857 (1997)。
【非特許文献2】
Shinobu Takada et al., ’’The CUP−SHAPED COTYLEDON1 gene of Arabidopsis regulates shoot apical meristem formation’’, Development, Vol. 128, pp.1127−1135 (2001)。
【非特許文献3】
Yasufumi Daimon et al.,’’The CUP−SHAPED COTYLEDON Genes Promoe Adventitious Shoot Formation on Calli’’, Plant Cell Physiol. Vol.44, pp.113−121(2003)。
【非特許文献4】
Mitsuhiro Aida et al., ’’Shoot apical meristem and cotyledon formation during Arabidopsis embryogenesis: interaction among the CUP−SHAPED COTYLEDON and SHOOT MERISTEMLESS genes’’, Development Vol.126, pp.1563−1570(1999)。
【0014】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、植物の側芽形成を制御する遺伝子、それによってコードされるタンパク質、およびそれらの用途を提供することである。
【0015】
【課題を解決するための手段】
発明者らは、子葉の境界部や茎頂分裂組織の形成に関与する新しい遺伝子を単離するため、cuc2変異体をEMS処理し、芽生えにおいてカップ型の子葉を形成するものや茎頂分裂組織を欠失するcuc2エンハンサー変異体の単離を行ってきた。しかし、得られたcuc2エンハンサー変異体を遺伝学的に調べたところ、ほとんどはCUC1の新規のアリルであった。
【0016】
発明者らは残りの変異体に対して鋭意検討の結果、CUC1やCUC2と同一のファミリーに属するNACボックス遺伝子内に変異を発見した。今回、本発明者らは、この新規遺伝子を単離することに成功した。この新規遺伝子をCUC3と命名する(配列番号1、図2参照)。CUC1とCUC2の二重突然変異株は、cuc表現型を示すが、CUC1とCUC2のいずれかのみの突然変異株は、cuc変異表現型を示さない(非特許文献1、前掲参照)。しかし、このCUC3遺伝子とCUC1遺伝子が変異した変異株は、cuc変異を示す。このCUC3遺伝子とCUC2遺伝子が変異した変異株もまた、cuc変異を示す。
【0017】
CUC1とCUC3の二重突然変異株またはCUC2とCUC3の二重突然変異株は、子葉の(胚性の)成長点分裂組織が阻害されることに加えて、発明者らは、これら変異株は、側枝形成、特に側枝成長点形成が実質的に阻害されることを発見した(図3参照)。従来、側枝成長点形成に影響する遺伝子は全く単離されていなかった事実に鑑みると、これらの知見は驚くべき発見である。
【0018】
よって本発明は:
・(a)配列番号1のヌクレオチド配列、
(b)配列番号5のアミノ酸配列またはその1ないし10個のアミノ酸が置換、欠失若しくは付加されたアミノ酸配列をコードするヌクレオチド配列、
(c)(a)または(b)の相補的配列、および
(d)ストリンジェントなハイブリダイゼーション条件で、(a)ないし(c)のヌクレオチド配列のいずれかにハイブリダイズし得るヌクレオチド配列、
からなる群より選択されるヌクレオチド配列を含むDNA;
【0019】
・(a)配列番号1の1ないし205位、338ないし612位、1283ないし1807位、64ないし205位、338ないし612位、338ないし612位、1283ないし1315位、1ないし23位、1786ないし1807位または1345ないし1364位で示されるヌクレオチド配列、
(b)配列番号5の22ないし171位のアミノ酸配列、またはその1ないし10個のアミノ酸が置換、欠失若しくは付加されたアミノ酸配列をコードするヌクレオチド配列、
(c)(a)または(b)の相補的配列、および
(d)ストリンジェントなハイブリダイゼーション条件で、(a)ないし(c)のヌクレオチド配列のいずれかにハイブリダイズし得るヌクレオチド配列、
からなる群より選択されるヌクレオチド配列を含むDNA;
【0020】
・配列番号5のアミノ酸配列、またはその中の1ないし10個のアミノ酸が置換、欠失、もしくは付加されているアミノ酸配列を含むタンパク質;
・配列番号5の22ないし171位のアミノ酸配列、またはその1ないし10個のアミノ酸が置換、欠失若しくは付加されたアミノ酸配列を含むタンパク質;
・前記DNAを含む組換えDNA構築物;
・前記組換えDNA構築物で形質転換された植物細胞、組織、器官、植物またはその後代;
・植物の側芽形成を、コントロール植物と比較して実質的に増加または減少させる方法であって、前記のDNAの発現レベルをコントロール植物と比較して、実質的に増加または減少させることを特徴とする方法;
【0021】
・前記DNAと、それに機能可能に連結されたプロモーター、および所望の適当な転写ターミネーターとを含む組換えDNA構築物で、植物を形質転換することをさらに含む前記の方法;
・前記のDNAの発現を減少させる配列、それに機能可能に連結されたプロモーター、および所望の適当な転写ターミネーターを含む組換えDNA構築物で、植物を形質転換することをさらに含む前記の方法;
・培養植物細胞を、前記の組換えDNA構築物で形質転換することによって、該培養植物細胞から不定芽を形成させる方法;
【0022】
・培養植物細胞を、前記の組換えDNA構築物で形質転換することによって、該培養植物細胞から不定芽を形成させることを含む、植物の生産方法;
・前記の生産方法によって得られる、植物細胞、組織、器官、植物またはその後代;
を提供する。
【0023】
上記タンパク質は、NACドメイン領域である配列番号5の22−171位のアミノ酸配列を含むものが好ましい。
上記タンパク質の好ましい変異体は例えば、配列番号5の69位のグルタミン酸がアスパラギン酸、アスパラギン、イソロイシン、ロイシン、チロシン、またはセリンに変化したものを含む。
【0024】
上記タンパク質の好ましい変異体は例えば、配列番号5の30位のプロリンがセリンに変異したものを含む。
上記タンパク質の好ましい変異体は、例えば、配列番号5の103位のトリプトファンを含んでトリプトファン以降が欠失したものを含む。
上記タンパク質の好ましい変異体は、例えば、配列番号5の25位のグリシンがアスパラギン酸に変異したものを含む。
上記好ましい変異体タンパク質をコードするヌクレオチド配列を含むDNAもまた、本発明に含まれる。
【0025】
本発明のDNA(CUC3遺伝子)は、その発現レベルの増加または減少によって、植物の側枝形成を、コントロール植物と比較して、実質的に変化、例えば増加または減少させる機能を有することを特徴とする。
本発明のDNAは、好ましくは、配列番号2のヌクレオチド配列で示されるDNA(CUC1遺伝子)または配列番号3のヌクレオチド配列で示されるDNA(CUC2遺伝子)の発現レベルが増加または減少するとき、それに対応して本発明のDNAの発現レベルを増加または減少することによって、植物の側枝形成がコントロール植物と比較して、実質的に変化、例えば、増加または減少する機能を有することを特徴とする。
【0026】
本発明のDNAは、より好ましくは、配列番号2のヌクレオチド配列で示されるDNAの発現レベルが増加または減少するとき、それに対応して本発明のDNAの発現レベルを増加または減少することによって、植物の側枝形成がコントロール植物と比較して、実質的に変化、例えば、増加または減少する機能を有することを特徴とする。
本発明のDNAは、最も好ましくは、配列番号3のヌクレオチド配列で示されるDNAの発現レベルが増加または減少するとき、それに対応して本発明のDNAの発現レベルを増加または減少することによって、植物の側枝形成がコントロール植物と比較して、実質的に変化、例えば、増加または減少する機能を有することを特徴とする。
本発明のDNAの発現レベルを変化、例えば増加または減少させることは、シロイヌナズナのみならず、他の植物、例えば、双子葉植物、単子葉植物、裸子植物、被子植物の側芽形成を変化、たとえば増加または減少させることが可能であるといえる。
【0027】
実施例4に記載するように、本発明のDNAを、真核細胞コウボに導入したところ、GUS活性が増加した。このことは、本発明のDNAによってコードされるタンパク質が、転写制御因子として機能し得ることを指摘している。
【0028】
「1ないし10数個のアミノ酸が置換、付加または欠失している」という用語は、タンパク質のアミノ酸配列について使用するとき、1、2、3、4、5、6、7、8、9、または10個のアミノ酸が、置換、付加または欠失していることを意味する。1または数個のアミノ酸が置換、付加または欠失している」アミノ酸配列を有するタンパク質は、配列番号5のアミノ酸配列のタンパク質と実質的に相同な機能を有するものが好ましい。
【0029】
「ストリンジェントなハイブリダイゼーション条件」および「ストリンジェントハイブリダイゼーション洗浄条件」は、核酸ハイブリダイゼーション実験、例えば、サザンおよびノーザンハイブリダイゼーションについては、配列に依存し、そして異なる環境パラメーター下で異なる。より長い配列は、より高い温度で特異的にハイブリダイズする。
【0030】
核酸のハイブリダイゼーションへの詳細な案内は、Tijissen(1993)Laboratory Techniques in Biotechemistry and Molecular Biology−Hybridization with Nucleic Acid Probes part I chapter 2’’Overview of principles of hybridization and the strategy of nucleic acid probe assays’’ Elsevier, New Yorkを参照されたい。一般に、高度にストリンジェントなハイブリダイゼーションおよび洗浄条件は、規定のイオン強度およびpHで具体的配列についての熱融解点(T)よりも約5℃より低いように選択される。典型的には、「ストリンジェント条件」下で、プローブはその標的配列にハイブリダイズするが他の配列にハイブリダイズしない。
【0031】
は、標的配列の50%が完全にマッチするプローブにハイブリダイズする(定義されたイオン強度およびpHでの)温度である。非常にストリンジェントな条件は、特定のプローブのためのTに同等であるように選択される。サザンまたはノーザンブロットでのフィルター上で100より多い相補的残基を有する、相補的核酸のハイブリダイゼーションのためのストリンジェントハイブリダイゼーション条件の例は、終夜実施されるハイブリダイゼーションで、50%ホルムアミドと、1mgのヘパリンで42℃である。高度にストリンジェントなハイブリダイゼーション洗浄条件の例は、0.15M NaCl、72℃、約15分である。ストリンジェント洗浄条件の例は、0.2xSSC洗浄、65℃、15分間である(SSCバッファーの記載のために、Sambrook,前掲参照)。
【0032】
しばしば、バックグラウンドプローブシグナルを除去するため、高ストリンジェント洗浄の前に、低ストリンジェンシー洗浄を実施する。例えば100より多いヌクレオチドの2重らせんのための、中度ストリンジェンシー洗浄の例は、4−6xSSC、40℃、15分間である。短いプローブ(例えば、約10ないし50ヌクレオチド)について、ストリンジェント条件は典型的には、約1.0MNaイオンより低い塩濃度、典型的には約0.01ないし1.0M Naイオン濃度(または他の塩)、pH7.0ないし8.3であり、そして温度は典型的には、少なくとも約30℃である。ストリンジェントは条件はまた、脱安定化剤、例えば、ホルムアミドの添加で達成することができる。一般に、特定のハイブリダイゼーションアッセイでの関連のないプローブについて観察されるものより2x(またはより高い)のシグナル対ノイズ比率は、特異的ハイブリダイゼーションの検出を指摘する。ストリンジェント条件下で互いにハイブリダイズしない核酸は、もしそれらがコードするタンパク質が実質的に同一であるならば、なお実質的に同一である。これは例えば、あるコピーの核酸が、遺伝的コードによって許容される最大コドン縮重を使用して創出されるとき起こる。
【0033】
以下は、本発明の引用ヌクレオチド配列に実質的に同一である相同ヌクレオチド配列をクローニングするために使用し得る、ハイブリダイゼーション/洗浄条件のセットの例である:ある引用ヌクレオチド配列は該引用配列に好ましくは、該引用ヌクレオチド配列に、7% ドデシル硫酸ナトリウム(SDS)、0.5M NaPO、1mM EDTA、50℃中と、洗浄は2xSSC、0.1%SDS、50℃で、より望ましくは7% ドデシル硫酸ナトリウム(SDS)、0.5M NaPO、1mM EDTA、50℃中と、洗浄は1xSSC、0.1% SDS、50℃で、より望ましくはなお7% ドデシル硫酸ナトリウム(SDS)、0.5M NaPO、1mM EDTA、50℃中と、洗浄は0.5xSSC、0.1% SDS、50℃で、好ましくは7% ドデシル硫酸ナトリウム(SDS)、0.5M NaPO、1mM EDTA、50℃中と、洗浄は0.1xSSC、0.1% SDS、50℃で、より好ましくは7% ドデシル硫酸ナトリウム(SDS)、0.5M NaPO、1mM EDTA、50℃中と、洗浄は0.1xSSC、0.1% SDS、65℃でハイブリダイズする。
【0034】
組換えDNA構築物は、適当な宿主細胞において、特定のヌクレオチド配列の発現を指示することのできる核酸配列であって、所望により終結シグナルに機能可能に連結される所望のヌクレオチド配列に、所望により機能可能に連結されるプロモーターを含む配列を意味する。それは典型的にはまた、ヌクレオチド配列の正しい翻訳に要する配列を含む。所望のヌクレオチド配列を含む組換えDNA構築物は、キメラであり得、その構成要素の少なくとも一つがその他の構成要素の少なくとも1つについて異種性であることを意味する。組換えDNA構築物はまた、天然に存在するが異種性発現のために有用な組換え形態で取得したものであり得る。典型的にはしかし、組換えDNA構築物は宿主について異種性であり、すなわち組換えDNA構築物の特定の核酸配列は、宿主に天然に存在せず、そして形質転換事象によって宿主細胞または宿主細胞の祖先に導入されたに違いない。
【0035】
組換えDNA構築物のヌクレオチド配列の発現は、構成的ロモーターの、または宿主細胞がある特定の外部刺激に曝露されるときにのみ転写を開始する誘導的プロモーターの制御下であり得る。多細胞生物、例えば植物の場合には、プロモーターはまた特定組織、または器官、または発達の段階に特異的であることができる。
【0036】
本発明のDNAを、本発明のDNAを適当なベクターに挿入して、これを植物細胞に導入し、その後形質転換植物細胞を植物組織、器官、植物に再生する。形質転換される植物細胞は、植物組織、器官、植物に再生可能なものが好ましい。
【0037】
本発明のDNAを植物細胞に取り込ませるプロセスは、慣行の組換えDNA技術を使用して実施できる。このような技術は例えば、秀潤社、植物細胞工学シリーズ4『モデル植物の実験プロトコール』に見出される。一般に、これは、当業界で既知である標準的クローニング手法を使用して、該DNAが異種性である(すなわち通常存在しない)発現系に本発明のDNA配列を挿入することを含む。この組換えDNA構築物は、挿入されるタンパク質コード配列の転写および翻訳のため必要なエレメントを含む。多数の当業界で既知のベクター系、例えば、プラスミド、バクテリオファージウイルス、および他の修飾ウイルスを使用できる。好適なベクターは、ウイルスベクター、例えば、ラムダベクター系、λgt11、λgt10、およびシャロン4;プラスミドベクター、例えば、pBI121、pBR322、pACYC177、pACYC184、pARシリーズ、pKK233−3、pUC8、pUC9、pUC18、pUC19、pLG339、pRK290、pKC37、pKC101、pCDNAII;および他の類似系を含み得るがこれらに限定されない。形質転換された細胞を、全植物体に再生し、その結果本発明のDNAの発現レベルの変化によってトランスジェニック植物の側芽形成特性が変化、例えば増加または減少する。
【0038】
本発明にしたがって形質転換の対象となる植物は、単子葉または双子葉植物である、トウモロコシ、コムギ、オオムギ、ライムギ、カンショ、インゲンマメ、エンドウマメ、チコリ、レタス、キャベツ、カリフラワー、ブロコッリー、カブ、ダイコン、ホウレンソウ、アスパラガス、タマネギ、ニンニク、トウガラシ、セルリー、カボチャ、アサ、ズッキーニ、リンゴ、ナシ、マルメロ、メロン、スイカ、スモモ、サクランボ、モモ、ネクタリン、アンズ、イチゴ、ブドウ、ラズベリー、ブラックベリー、パイナップル、アボカド、パパイヤ、マンゴ、バナナ、ダイズ、トマト、ソルガム、サトウキビ、テンサイ、ヒマワリ、ナタネ、クローバー、タバコ、ニンジン、ワタ、アルファルファ、イネ、ジャガイモ、ナス、キュウリ、シロイヌナズナ、および樹木植物、例えば、針葉樹、例えば、スギ、ヒノキ、広葉樹、常緑樹および落葉樹を含み得るがこれらに限定されない。ひとたび望まれるヌクレオチド配列が特定植物種に形質転換されると、その種中で増殖し、または伝統的育種技法を使用して同じ種、とくに商業的変種/品種の他の変種/品種に移し得る。
【0039】
好ましい実施態様では、本発明のDNAのトランスジェニック植物における発現のために、本発明のDNAを植物で機能しうるように適当なプロモーターに連結された、組換えDNA構築物を構築し得る。プロモーターの選択は、発現についての時間的および場所的要求に依存して、およびまた標的種に依存して変化する。こうして、本発明のヌクレオチド配列の、葉、穂、花序(例えば、穂状花序、円錐花序、穂軸など)、根、および/または実生での発現が好ましい。双子葉植物からの多くのプロモーターが単子葉植物で機能性で、そしてその逆であると示されたが、理想的には、双子葉植物プロモーターを双子葉植物での発現のために、そして単子葉植物プロモーターを単子葉植物での発現のために選択する。しかし、選択されたプロモーターの起源に制限はなく;望まれる細胞でのヌクレオチド配列の発現を駆動するのに機能的であることで十分である。
【0040】
構成的発現に好ましいプロモーターは、アクチンまたはユビキチンをコードするDNAからのプロモーターおよびCaMV 35Sおよび19Sプロモーターを含み得る。他のプロモーター配列は、限定されないが例えば、化学的に調節されるプロモーター、傷誘導可能なプロモーター、緑色組織特異的プロモーター、根特異的プロモーター、茎特異的プロモーター、および花特異的プロモーターを含み得る。
【0041】
好適なプロモーターの選択に加えて、植物での本発明のDNAの発現のための構築物は、所望により、異種性ヌクレオチド配列の下流に付着されるべき適当な転写ターミネーターを要する。いくつかのそのようなターミネーターが利用可能かつ当業界で既知である(例えば、CaMVからのtml、rbcSからのE9)。植物で機能すると知られる任意の利用可能なターミネーターを本発明の内容で使用し得る。
【0042】
多くの他の配列を、本発明で記載の組換えDNA構築物中に取り込むことができる。これらは、発現を増強すると知られた配列、例えばイントロン配列(例えば、Adhlおよびbronze1からの)およびウイルスリーダー配列(例えば、TMV、MCMVおよびAMVからの)配列を含む。
【0043】
植物形質転換に好適なベクターは、この明細書の他所に記載される。アグロバクテリウムに仲介される形質転換のために、少なくとも1つのT−DNAボーダー配列を有するバイナリーベクターまたはベクターが好適であり、一方直接遺伝子導入法のために、任意のベクターが好適であり、そして所望の構築物のみを含む線形DNAが好ましくあり得る。直接遺伝子導入法の場合に、単一DNA種または共形質転換での形質転換を使用することができる(Schocher et al., Biotechnology 4: 1093−1096(1986))。直接遺伝子導入法およびアグロバクテリウムに仲介される形質転換の両方のために、形質転換は通常(しかし必須ではない)、抗生物質(カナマイシン、ハイグロマイシン、またはメトトレキセート)へ、または除草剤(バスタ)への抵抗性を提供し得る選択マーカーで企図される。
【0044】
そのようなマーカーの例は、ネオマイシンアホスホトランスフェラーゼ、ハイグロマイシンホルホトランスフェラーゼ、ジヒドロ葉酸レダクターゼ、ホスヒノスリシンアセチルトランスフェラーゼ、2,2−ジクロロプロピオン酸デハロゲナーゼ、アセトヒドロキシ酸シンターゼ、5−エノールピルビル−シキメート−ホスフェートシンターゼ、ハロアリールニトリラーゼ、プロトポルヒリノーゲンオキシダーゼ、アセチル補酵素Aカルボキシラーゼ、ジヒドロプテロエートシンターゼ、クロラムフェニコールアセチルトランスフェラーゼ、およびβグルクロニダーゼである。しかし、植物形質転換のための選択またはスクリーニングマーカーの選択は、本発明に重要の点ではない。
【0045】
双子葉植物の形質転換
双子葉植物の形質転換技法は当分野でよく知られており、アグロバクテリウムに基づく技法及びアグロバクテリウムを必要としない技法を含む。非アグロバクテリウム技法は、プロトプラスト又は細胞による外生遺伝的物質の直接取り込みを含むものである。これは、PEG又はエレクトロポレーションにより仲介される取り込み、パーティクルボンバードメント(粒子衝突)により仲介される送達、又はマイクロインジェクションによって達成できる。これらの技法の例は、Paszkowski et al., EMBO J3: 2717−2722(1984);Potrykus et al., Mol. Gen. Genet: 199:169−177(1985);Reich et al., Bioteshnology 4:1001−1004(1986);及びKlein et al., Nature 327: 70−73(1987)により記載されている。それぞれの場合において、形質転換された細胞は、当分野で既知の標準技術を用いて全植物体に再生される。
【0046】
アグロバクテリウムにより仲介される形質転換は、その高い形質転換効率及び多くの異なる種に対する広範な用途の故に、双子葉植物の形質転換のための好ましい技術である。アグロバクテリウム形質転換は、典型的には、興味の持たれる外来DNAを有するバイナリーベクター(例えばpCIB200又はpCIB2001)を、共存するTiプラスミド上又は染色体のいずれかに宿主アグロバクテリウム菌株(例えば、pCIB200及びpCIB2001のための菌株CIB542(Uknes et al., Plant Cell 5: 159−169(1993))が持っているvir遺伝子の補完に依存するかも知れない適当なアグロバクテリウム菌株に、移入させることを含む。アグロバクテリウムへの組換えバイナリーベクターの移入は、組換えバイナリーベクターを有するE.coliであって、pRK2013のようなプラスミドを持ち、組換えバイナリーベクターを標的アグロバクテリウム菌株に移動させることのできるヘルパーE.coli菌株を使用する、三元交配法によって達成する。別法として、この組換えバイナリーベクターは、DNA形質転換によってアグロバクテリウムに移入させることができる(Hoefgen and Willmitzer, Nucl. Acids Res. 16: 9877(1988))。
【0047】
組換えアグロバクテリウムによる標的植物種の形質転換は、通常、アグロバクテリウムをその植物由来の外植体と共培養することを含み、当分野で周知のプロトコルに従うものである。形質転換された組織は、該バイナリープラスミドT−DNAボーダーの間に存在する抗生物質又は除草剤抵抗性マーカーを有する選択培地上で再生する。
【0048】
或るDNAで植物細胞を形質転換するもう一つのアプローチは、不活性又は生物活性の粒子を植物組織及び細胞に推進させることを含む。この技術はすべてSanfordの米国特許第4945050、5036006、及び5100792号に開示されている。一般に、この方法は、不活性又は生物活性粒子を、当該細胞の外表面を貫通させその内部への取り込みをもたらすのに有効な条件の下で、細胞へと推進させることを含む。不活性粒子を利用する場合、所望のDNAを含むベクターで当該粒子を被覆することによって、このベクターを細胞内に導入することができる。別法として、ベクターによって標的細胞を取り巻き、その結果、該粒子の通り跡によってベクターを細胞内に運び入れることもできる。生物活性粒子(例えば、導入したいDNAをそれぞれ含んでいる乾燥コウボ細胞、乾燥細菌又はバクテリオファージ)もまた植物細胞組織中に推進させることができる。
【0049】
単子葉植物の形質転換
殆どの単子葉植物種の形質転換もまた、現在では常法となっている。好ましい技術は、PEG又はエレクトロポレーション技法を用いるプロトプラスト中への直接導入法、及びカルス組織中へのパーティクルボンバードメント(粒子衝突)を含む。形質転換は単一DNA種又は多重DNA種(即ち共形質転換)で企図することができ、これらの技術は共に本発明での使用に好適である。共形質転換は、完全なベクター構築を回避し、そして、所望の及び選択マーカーの遺伝子について連鎖していない遺伝子座を有するトランスジェニック植物を作出する利点を持ち得、それにより、もしそれが望ましいとされるならば、以後の世代で選択マーカーを除去することが可能となる。しかしながら、共形質転換を使用することの不利な点は、別々のDNA種が当該ゲノム中に組み込まれる頻度が100%未満であることである(Schocher et al. Biotechnology 4: 1093−1096(1986))。
【0050】
特許出願EP0292435、EP0392225、及びWO93/07278は、選抜された近交系トウモロコシからのカルス及びプロトプラストの調製、PEG又はエレクトロポレーションを用いるプロトプラストの形質転換、及び形質転換されたプロトプラストからのトウモロコシ植物の再生のための技術を記載している。Gordon−Kamm et al.(Plant Cell 2: 603−618(1990))およびFromm et al.(Biotechnology 8:833−839(1990))は、パーティクルボンバードメントを用いるA188に由来するトウモロコシ系統の形質転換のための技術を公表している。さらに、WO93/07278及びKoziel et al.(Biotechnology 11: 194−200(1993))は、パーティクルボンバードメントによる選抜近交系トウモロコシの形質転換の技術を記載している。この技術は、授粉の14−15日後のトウモロコシ雌穂から切り取った1.5−2.5mm長の未熟なトウモロコシ胚、及びボンバードメントのためのPDS−1000He Biolistics装置を利用するものである。
【0051】
イネの形質転換もまた、プロトプラスト又はパーティクルボンバードメントを利用する直接遺伝子導入法技法によって実施することができる。プロトプラストにより仲介される形質転換が、Japonica型及びIndica型について記載されている(Zhang et al. Plant Cell Rep 7: 379−384(1988);Shimamoto et al.Nature 338: 274−277(1989); Datta et al. Biotechnology 8; 736−740(1990))。いずれの型もパーティクルボンバードメントを使用して常法により形質転換可能である(Christou et al. Biotechnology 9: 957−962(1991))。さらに、WO93/21335は、エレクトロポレーションによるイネの形質転換技法を記載している。
【0052】
特許出願EP0332581は、Pooideaeプロトプラストの生成、形質転換及び再生のための技術を記載している。これらの技術によりDactylis及びコムギの形質転換が可能となる。さらに、C型長期再生可能カルスの細胞へのパーティクルボンバードメントを用いるコムギの形質転換が、Vasil et al.(Biotechnology 11:1553−1558(1993))によって、また、未熟な胚及び未熟な胚に由来するカルスのパーティクルボンバードメントを用いるコムギの形質転換がVasil et al.(Biotechnology 10:667−674(1992))及びWeeks et al.(Plant Physiol. 102: 1077−1084(1993))により記載されている。しかしながらコムギの形質転換のための好ましい技術は、未熟な胚のパーティクルボンバードメントによるコムギの形質転換を含むものであって、遺伝子送達前の高シュクロース又は高マルトース段階のいずれかを含んでいる。ボンバードメントに先立ち、体細胞胚の誘導のため、3%シュクロース及び3mg/Lの2,4−Dを含有するMS培地(Murashiga and Skoog, Physiologia Plantarum 15: 473−497(1962))に任意の数の胚(長さ0.75−1mm)を平板培養し、これを暗所で進める。選択されたボンバードメントの日に、胚を誘導培地から取り、浸透調節物質(即ち、所望濃度、典型的には15%のシュクロース又はマルトースを含有する誘導培地)上に配置する。
【0053】
この胚を2−3時間原形質分離させ、次いでボンバードメントさせる。標的プレート当たり20個の胚が典型的であるが、それが重要という訳ではない。適当な遺伝子を持つプラスミド(例えばpCIB3064又はpSG35)を、標準法を用いてマイクロメーターサイズの金粒子上に沈殿させる。胚の各プレートを、〜1000psiの爆発圧、標準80メッシュスクリーンを用いるDuPont Biolistics(商標)ヘリウム装置で撃つ。ボンバードメント後、この胚を暗所に戻し、約24時間回復させる(依然として浸透調節物質上で)。24時間後、胚を浸透調節物質から取り、誘導培地上に戻し、ここで再生の前に約1ヶ月間保持する。およそ1ヶ月後、発達しつつある胚形成性カルスを発達させる胚の外植体を、適当な選択剤(pCIB3064の場合10mg/L basta、そしてpSOG35の場合2mg/Lのメソトレキサート)をさらに含有する再生培地(MS + 1mg/L NAA、5mg/L GA)に移す。およそ1ヶ月後、発達した苗条を、半分の強度のMS、2%シュクロース、及び同濃度の選択剤を入れた、「GA7」として知られる、より大きな無菌容器に移す。
アグロバクテリウムを使用する単子葉植物の遺伝子導入もまた、今日では常法となっている。アグロバクテリウムを使用する単子葉植物の形質転換の開示は、引用によりここに含めるWO94/00977及び米国特許第5591616号を参照されたい。
【0054】
プラスチドの形質転換
Nicotiana tabacum c.v.’Xanthi nb’の種子を、Tアガー上で1インチ円配列でプレートあたり7本発芽させ、そして本質的に記載のとおり(Svab, Z. and Maliga, P. (1993)PANS 90, 913−917)、プラスミドpPH143およびpPH145からのDNAでコートされた1μmタングステン粒子(M10, Biorad, Hecules, CA)で、播種12−14日後にボンバードする。ボンバードした実生を、2日間T培地上でインキュベートし、その後、葉を切除しそして明光(350−500μmol光量子/m/s)中で背軸側を上にして、500μg/ml スペクチノマイシンジヒドロクロリド(Sigma, Wt. Louis, MO)を含むRMOP培地(Svab, Z., Hajdukiewicz, P. and Maliga, P. (1990)PNAS 87, 8526−8530のプレート上に置く。ボンバードメント3ないし8週後に白化した葉の下に現れる抵抗性シュートを、同じ選択培地上にサブクローン化し、カルスを形成させるままにし、そして二次シュートを単離およびサブクローン化する。独立サブクローにおける形質転換したプラスチドゲノムコピーの完全な分離(ホモプラスミシティー)を、サザンブロッティングの標準的技法によって評価する(Sambrook et al., (1989)Molecular Cloning:A Laboratory Manual, Cold Spring Harbor Laboratory, Cold Spring Harbor)。
【0055】
BamHI/EcoRI消化した総細胞性DNA(Mettler, I. J. (1987)Plant Mol Biol Reporter 5, 346−349)を、1%トリスボレート(TBE)アガロースゲル上に分離し、ナイロン膜(Amersham)に移し、そしてrps7/12プラスチドターゲティング配列の一部を含むpC8からの0.7kb BamHI/HindIIIDNAフラグメントに対応する、32P標識したランダムプライマー化ヌクレオチド配列で探索する。ホモプラスミックシュートをスペクチノマイシン含有MS/IBA培地(McBride, K.E.et al., (1994)PNAS 91, 7301−7305)上で無菌的に発根させ、そして温室に移す。
【0056】
本発明の核酸配列で形質転換して取得した植物は、単子葉および双子葉植物を含む任意の広範囲の植物種であることができ、しかし、本発明の方法で使用される植物は好ましくは、前記した農業的に重要な標的作物のリストから選択される。生産および品質について重要な他の特性と組み合わせた、本発明のDNAの発現を、育種を通して後代植物に取りこませる。育種アプローチおよび技法は、当業界で既知である。例えば、Welsh J. R. Fudamentals of Plant Genetics and Breeding, John Wiley & Sons, NY(1981); Crop Breeding, Wood D. R.(Ed.)American Society of Agronomy Madison, Wisconsin(1981); Mayo O., The Theory of Plant Breeding, 2nd Edition, Clarendon Press, Oxford(1987); Singh, D.P., Breeding for Resistance to Diseases and Insect Pests, Springer−Verlag, NY(1986); Wricke and Weber, Quantitative Genetics and Selection Plant Breeding, Water de Gruyter and Co., Berlin(1986)参照。
【0057】
本発明の組換えDNA構築物で形質転換された植物組織、器官、植物、またはその後代は、側芽形成特性、特に側芽成長点形成がコントロール植物と比較して実質的に変化、たとえば増加または減少しているものが好ましい。
【0058】
本発明のDNA(CUC3遺伝子)の発現レベルを増加または減少させることは、好ましくは、それに対応して、CUC1遺伝子および/またはCUC2遺伝子の発現レベルを増加または減少させる得る。植物における特定のDNAの発現レベルを増加または減少させることは、当業界で既知の手段を使用して実施し得る。特定のDNAの発現レベルを増加させるための手段は、構成的プロモーターの使用、該DNAのコピー数の増加を含み得るがこれらに限定されない。
【0059】
植物における特定のDNAの発現を増加する方法は、別個の組換えDNA構築物による植物細胞の形質転換、例えば、該遺伝子の転写を強力に駆動し得る構成的プロモーターと、該遺伝子をセンス方向で融合したキメラ遺伝子を作製し、これを発現カセット中で標的植物細胞において発現させることを含み得る。該別個の組換えDNA構築物は、所望により複数コピーの該遺伝子を含み得る。植物での発現に好適な構成的プロモーターには、アクチンまたはユビキチンをコードする遺伝子からのプロモーターおよびCaMV 35Sおよび19Sプロモーターを含み得るがこれらに限定されない。
【0060】
植物における特定の遺伝子の発現レベルを減少させるための手段は、内生CUC3遺伝子それ自体の突然変異誘発、例えば、突然変異原による処理、部位特異的突然変異誘発、ミスマッチ修復、インビトロ突然変異誘発によって内生CUC3遺伝子それ自体を変異させること、および別個の組換えDNA構築物による植物細胞の形質転換、例えば、特定の遺伝子の発現レベルを減少させる配列を含む組換えDNA構築物による植物細胞の形質転換を含み得るがこれらに限定されない。
【0061】
植物における特定の遺伝子の発現を減少する方法は、該遺伝子の発現レベルを減少させる配列、例えばアンチセンス配列を使用するアンチセンス技術、センス配列を使用するコサプレッション技術、およびリボザイムをコードする配列を使用するリボザイムアプローチを含み得る。アンチセンス効果は、エッカーらが一過性遺伝子発現法を用いて、電気穿孔法で導入したアンチセンスRNAが植物においてアンチセンス効果を発揮することで、初めて実証した(J. R. Ecker and R. W. Davis, (1986) Proc. Natl. Acad.USA.83:5372)。その後、タバコ、ペチュニアおよびトマトでアンチセンスRNAの発現によって標的遺伝子の発現が低下されることが報告されており、現在では植物における遺伝子発現を抑制する手段として確立されている。
【0062】
コサプレッション技術は、標的遺伝子配列と同一または類似した配列を有するDNAの形質転換によってもたらされる現象を利用する。コサプレッションは、植物に標的遺伝子と同一または類似の配列を有する遺伝子を、形質転換により導入すると、導入する外来遺伝子および標的遺伝子の両方の遺伝子の発現が抑制される現象のことをいう。コサプレッションの機構の詳細は明らかではないが、植物においてはしばしば観察される効果である(Curr. Biol.7:R793, 1997; Cuur. Biol.6:810, 1996)。
【0063】
リボザイムとは、触媒活性を有するRNA分子である。リボザイムには種々の活性を有するものがあるが、中でも、RNAを切断する酵素としてのリボザイムの研究により、RNAの部位特異的な切断を目的とするリボザイムの設計が可能となった。リボザイムには、グループIイントロン型や、RNasePに含まれるM1RNAのように400ヌクレオチド以上の大きさのものもあるが、ハンマーヘッド型やヘアピン型と呼ばれる40ヌクレオチド程度の活性ドメインを有するものもある(小泉誠および大塚栄子, (1990) 蛋白質核酸酵素,35:2191)。このようなリボザイムを用いて本発明で標的遺伝子の転写産物を特異的に切断し、該遺伝子の発現を抑制することができる。
【0064】
植物細胞に突然変異を誘発する方法は、当業界で既知の任意の技術にしたがって実施できる。該方法は、化学物質、例えば、メタンスルホン酸エチル(EMS)、メチル−N−ニトロソ尿素(MNU)、およびブレオマイシン類よりなる群から選択される化学突然変異誘発物質を使用し得る。また、当該方法は、UV、γ線、X線、および高速ニュートロンよりなる群から選択される放射線を照射することによっても実施し得る。
【0065】
本明細書で使用する用語の定義は以下の通りである。
【0066】
遺伝子:用語「遺伝子」は、生物学的機能と関連した任意のDNAのセグメントを意味するために広く使用する。こうして、遺伝子は、コード配列および/またはそれらの発現に要する調節配列を含む。遺伝子はまた、例えば、他のタンパク質の認識配列を形成する予測できないDNAセグメントを含む。遺伝子は、所望の源からのクローニングまたは既知のまたは予測される配列情報からの合成を含む種々の源から取得することができる。
遺伝子の「発現」は、内生遺伝子または外来性、異種性遺伝子および/または導入遺伝子の転写及び/または翻訳を意味する。アンチセンス構築物の場合、例えば、発現は、アンチセンスDNAの転写のみを意味し得る。
【0067】
「植物」は、任意の発達段階の任意の植物、特に種子植物、例えば、単子葉または双子葉植物である。「植物」はまた、植物の一部、例えば、葉、茎、根、花または花部分、果実、花粉、卵細胞、接合子、種子、挿し木、細胞、または組織培養物または任意の他の植物の部分または産物を含み得る。
その「後代」は、ある植物から有性生殖または無性生殖によって生産される任意の植物、例えば種子、苗、シュート、球根、塊茎、根茎、またはある植物から伝統的増殖法および/または育種法の適用によって得られる任意の植物を含み得る。
「植物細胞」は、植物の構造的、および生理学的単位であり、プロトプラストおよび細胞壁を含む。植物細胞は、単離単一細胞または培養細胞の形態で、または高度に組織化された単位、例えば、植物組織、植物器官、または全植物体の一部としての形態であり得る。
【0068】
「培養植物細胞」は、植物単位の培養(物)、例えば、種々の発達段階の、プロトプラスト、細胞培養細胞、植物組織の細胞、花粉、花粉管、胚珠、胚のう、接合子および胚の培養物を意味する。
【0069】
「植物器官」は、植物の明瞭かつ可視的に構成されたおよび分化した部分、例えば、根、茎、葉、花芽、または胚である。
本明細所で使用する用語「不定芽」は、植物の定芽を除くすべての芽を意味する。例えば、植物の葉、茎またはカルス上に形成される芽は不定芽である。ここで、用語「定芽」は、頂芽、腋芽、副芽などのように、一定の部位に生ずる芽を意味する。
本明細書で使用する用語「不定根」は、根以外の器官、例えばカルスから二次的に形成される根を意味する。
本明細書で使用する用語「側芽」は、茎軸の側方へ発生する芽、例えば、限定するものではないが、腋芽、主芽、および副芽を含み得る。
「側芽を形成する」は、当初は目視的または顕微鏡的に側芽を視認し得なかった側芽が、視認し得る状態となることをいう。
「側芽形成を、コントロール植物と比較して実質的に増加または減少させる」は、コントロール植物の側芽形成と比較して、慣行の統計学的手法、例えば、t−検定、分散分析、多変量解析、ダンカンの多重検定等によって統計学的に、例えば、10%、5%、3%、1%、0.05%、0.01%の有意水準で有意に側芽形成、特に側芽成長点形成が増加または減少していることを意味する。
【0070】
「プロモーター」は、RNAポリメラーゼIIの結合部位を含むコード領域の上流の非翻訳ヌクレオチド配列であり、そしてDNAの転写を開始する。該プロモーター領域はまた、遺伝子発現のレギュレーターとして作用する他のエレメントを含み得る。
「プロトプラスト」は、細胞壁を欠く、または細胞壁の一部のみを有する単離植物細胞である。
【0071】
「遺伝子の変異」は、DNAのヌクレオチド配列中の検出可能なすべての変化を含む。遺伝子の変異の例は、点変異、欠失、重複、逆位、挿入、および転座等を含み得るがこれらに限定されない。
【0072】
「形質転換」は、宿主細胞または生物に異種性核酸を導入するためのプロセスである。特に、「形質転換」は、所望の生物のゲノムへのDNA分子の安定的組みこみを意味する。形質転換された細胞、組織または植物は、形質転換プロセスの最終産物のみならず、またそのトランスジェニック後代を含むと理解される。
【0073】
なお、本明細書の用語の意味は突起した用語以外、本発明の属する技術分野の当業者が通常用い得る意味に解釈すべきである。また、遺伝子導入、突然変異処理、塩基配列の決定および植物の発芽、育成、管理は、本発明の属する技術分野の当業者の任意に既知の方法により実施し得る(Sambrook et al., Moleculae Cloning : A Lboratory Manual, 2nd ed. Cold Spring harbor (1989)等)。
【0074】
【実施例】
実施例1:突然変異株の誘発
シロイヌナズナ(Arabidopsis thaliana)エコタイプLer系統のcuc2−1突然変異株を、本質的にAidaら、1997、前掲の記載にしたがって取得する。得られたcuc2−1突然変異株を、Fukaki, H. et al., Plant Physiol. 110, 933−943(1991)に記載のように、一定の白色光下で、23℃の制御条件下で成長させる。このcuc2−1突然変異体の種子にエチルメタンスルホン酸(EMS)処理する事により新しい変異(cuc3−1,−2,−3,−4)を誘発する。EMS処理は以下の手順でドラフト内において行う。15mlファルコンチューブに2mlのB5(3.3g/l ガンボーグB5培地用混合塩類)溶液以下に組成を示す)に8μlのEMS溶液を加え、よく撹拌する。cuc2変異体の種子約5000粒を加え、8時間常温で放置する。その後、B5溶液で種子を10回洗浄する。
【0075】
実施例2:CUC3遺伝子の単離
CUC3遺伝子はポジショナルクローニング法によって単離する。具体的には、秀潤社植物細胞工学シリーズ14『植物のゲノム研究プロトコール』2−5−b「シロイヌナズナのマップベースクローニング法」(p95−102)に従って実施する。
【0076】
「マッピング」
野生型がLerのcuc3−1,cuc2−1と野生型のColを交配して、F2世代でcucu2cuc3表現型を示したものを選び出し、各個体から独立に通常の方法でDNAを抽出する。最初のマッピングでは、約40本の染色体についてColとLerでポリモルフィズムを示すDNAマーカーを用いて調べると、第1染色体上のNGA692と強い連鎖が見られCUC3が第1染色体に座上する事が解る。続いてさらに染色体約40本について調べると、At1g76420に変異があることが明らかになる。
塩基配列の決定は、本質的に製造者の指示にしたがってパーキンエルマー社のABI3100 DNAシークエンサーを用いて行なう。結果は以下の通りである。
CUC3遺伝子の構造
【表1】

Figure 2004290064
【0077】
CUC3遺伝子の特徴的な構造部分は、以下の通りである。
Figure 2004290064
【0078】
実施例3:突然変異部位の決定
上記で得られるCUC3遺伝子内の突然変異部位の決定は、本質的に製造者の指示にしたがって、パーキンエルマー社のABI3100 DNAシークエンサーを用いて、cuc3変異体におけるCUC3遺伝子内の塩基配列が野生型のものと異なる部位を決定した。
cuc3−1 第一イントロンと第一エキソンの境目のAG:GT−>AG:ATに変異、イントロンの切り出しができないと推定
cuc3−2 1塩基置換により30番目のプロリンがセリンに変化
cuc3−3 1塩基置換により103番目のトリプトファンがストップコドンに変化cuc3−4 1塩基置換により25番目のグリシンがアスパラギン酸に変化
塩基配列の決定は、本質的に製造者の指示にしたがって、パーキンエルマー社のABI3100 DNAシークエンサーを用いて行う。
【0079】
実施例4:酵母を使った転写活性化の検定
フォワードプライマー:5’−GGAATTCATGCTTGCGGTGGAAGATGT−3’(配列番号6)および
リバースプライマー5’−CCGCTCGAGCTACAGCTGGAATCCTAAAGG−3’(配列番号7)
をプライマーとして、Pyrobest(宝酒造)を用いてPCRでCUC3のORFを増幅する。鋳型には発芽7日目のシロイヌナズナの芽生え由来の全RNAを逆転写して得られるcDNAを用いる。PCR産物をEcoRI/XhoIで切断後、pBluescriptIIKS(−)のEcoRI/XhoI部位にクローニングする。再びそのEcoRI/XhoI断片をpGBT9のEcoRI/SalI部位にリクローニングし、CLONTECH社のyeast protocol handbookに従って、酵母Y187株に形質転換を行い、β−ガラクトシダーゼの活性を測定する。結果は、CUC3が転写因子として機能することを指摘する。
【0080】
【表2】
Figure 2004290064
【0081】
実施例5:形質転換カルスを使った不定芽形成能の検定
滅菌したシロイヌナズナの種子をGM培地上に蒔き、発芽後寒冷紗の下で、弱光により胚軸を徒長させる。7日間培養の後、胚軸を切り出し、6日間CIM培地上で培養しカルス化させる。このカルスをアグロバクテリウムをOD600= 0.2と成るよう懸濁したB5−MESに浸しその後、CIMプレート上でアグロバクテリウムと2日間共培養する。次にカルスを洗浄液で10回以上洗い、その後抗菌用の抗生物質の入ったSIM選択培地上で培養しシュート形成を誘導する。
上記のpBluescriptIIKS(−)にクローニングしたCUC3 cDNAをSpeI/XhoI断片として切り出し、pDH123のSpeI/XhoI部位にリクローニングし、アグロバクテリウムGV3101::pMP90に形質転換する。
【0082】
GMプレート
ムラシゲ−Skoog塩 4.3 g/L
スクロース 10.0 g/L
ミオイノシトール 0.1 g/L
0.05% (w/v) MES−KOH(pH5.7) 5.0 ml/l
チアミン塩酸塩 20.0 μg/L
ニコチン酸 1.0 μg/L
ピリドキシン塩酸塩 1.0 μg/L
ビオチン 1.0 μg/L
ゲランガム 5.0 g/l
【0083】
カルス誘導培地(CIM)
ガンボルグのB5塩 3.3g/L
グルコース 20g/L
ミオイノシトール 0.1g/L
MES KOH 0.5g/L
チアミン塩酸塩 20.0 μg/L
ニコチン酸 1.0 μg/L
ピリドキシン塩酸塩 1.0 μg/L
ビオチン 1.0 μg/L
2,4−D 0.5mg/L
カイネチン 0.1mg/L
ゲランガム 7.5 g/L
【0084】
シュート誘導培地(SIM)
ガンボルグのB5塩塩 3.3g/L
グルコース 20g/L
ミオイノシトール 0.1g/L
MES KOH 0.5g/L
チアミン塩酸塩 20.0 μg/L
ニコチン酸 1.0 μg/L
ピリドキシン塩酸塩 1.0 μg/L
ビオチン 1.0 μg/L
IAA 0.15 mg/L
2iP 0.5 mg/L
ゲランガム 7.5 g/L
【0085】
B5−MES
ガンボルグのB5塩 3.3 g/L
MES KOH 0.5 g/L洗浄液
B5−MESに200mg/L バンコマイシン, 200mg/L claforan(セフォタキシム ナトリウム)を加えた。
選択培地はSIMに100mg/L augpenin(カリウム clavulanate : ticarcillin ナトリウム = 1:15), 20mg/L ハイグロマイシンBを加えた。
結果はCUC3 cDNAによる形質転換が、カルスから不定芽を誘導することを示している。
【表3】
Figure 2004290064
【0086】
【発明の効果】
本発明に記載の新規遺伝子を使用して、植物の側枝形成を制御する、分子生物学的手段が得られる。そしてこの手段により、植物育種において側枝形成特性が変化した植物系統を取得することが可能となると言う顕著な効果がもたらされる。また本発明の新規遺伝子を使用して、培養植物細胞から不定芽/不定根を安定的かつ容易に誘導することによって、同一遺伝子型のクローンを大量増殖することが可能となるという顕著な効果がもたらされる。
【0087】
【配列表】
Figure 2004290064
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Figure 2004290064
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Figure 2004290064
Figure 2004290064

【図面の簡単な説明】
【図1】図1は、cuc1cuc2、cuc1cuc3およびcuc2cuc3突然変異株のカップ形状子葉(cup shaped cotyledon)を示す。
【図2−1】図2−1は、CUC3のヌクレオチド配列を示す。
【図2−2】図2−2は、CUC3のヌクレオチド配列を示す。
【図2−3】図2−3は、CUC3のヌクレオチド配列を示す。
【図2−4】図2−4は、CUC3のヌクレオチド配列を示す。
【図3】図3は、野生型およびcuc2cuc3の2サブタイプの突然変異株シロイヌナズナを示す。野生型は正常に側芽を形成するのに対し、cuc2−1cuc3−2は側芽形成が抑制され、cuc2−1cuc3−1は側芽形成が完全に阻害された。
【図4】図4は、CUC3タンパク質のアミノ酸配列を示す。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to plant DNA, proteins and their uses.
[0002]
[Prior art]
In actual agricultural and forestry production sites, control of side buds, such as pruning and axillary bud removal, are difficult and labor intensive operations. Some attempts have been made to control this by chemical treatment, such as with plant growth regulators. However, it is not yet a technology that can achieve this uniformly, stably, and safely.
[0003]
Even within the same species, there are lines with high, few, or few side bud development. However, its genetic background remains unknown. And with regard to side bud formation characteristics, the breeding of lines with the desired trait remains difficult by means of clear breeding. Moreover, how the lateral buds differentiate from the stem is still unknown.
[0004]
Cell culture systems have been used to stably obtain large numbers of clones of the same genotype. In this system, the formation of adventitious buds from cultured cells is an essential process for regenerating plants from cultured cells, which is possible for some species by selecting plant regulators in the culture medium. However, there are still plants that cannot or do not induce adventitious buds from callus. It is still difficult to achieve this by general, uniform, stable and easy means.
[0005]
Thus, there is still a need for an approach that can control plant side buds in a general, stable and uniform manner. In the breeding plan, specifying genes related to the control of side buds enables plant breeding based on clear breeding goals. Furthermore, in order to efficiently produce large amounts of genetically uniform clones, it is desired to develop a system that can generally, stably, uniformly and easily induce adventitious buds from cultured cells.
[0006]
Conventionally, the present inventors have used CUC1 (CUP-SHAPED COTYLEDON 1) (see SEQ ID NO: 2) and CUC2 gene (SEQ ID NO: 3) that are involved in the formation of shoot apical meristem and the separation of organs during embryonic development using Arabidopsis thaliana. Or 4), all of which are polymorphic genes of the gene (see FIG. 1). In the case of the cuc1 or cuc2 single mutant, cotyledon fusion is observed at a very low frequency. On the other hand, the cuc1 cuc2 double mutant forms one cup-shaped cotyledon by raising the border of the cotyledon, and does not form a shoot apical meristem, and thus is a seedling lethal. CUC1 and 2 both encode proteins having a NAC domain and are thought to function as transcription factors.
[0007]
Aida et al. (1997) investigated a series of cuc mutants and isolated CUC1 and CUC2. These double mutants show complete inhibition of embryonic meristem meristem formation and partial inhibition of adventitious bud formation during shoot regeneration of calli from this double mutant. Has been described. In addition, it describes that the CUC1 and CUC2 genes appear to be involved in the formation of embryonic growth metastatic tissue and meristem in shoot regeneration. However, this double mutant can consistently explain that embryonic meristem meristems are completely deficient and that calli from this double mutant can form adventitious buds The mechanism is still unknown. Furthermore, there is no disclosure or suggestion of the involvement of the CUC1 and CUC2 genes in lateral bud formation. In a double mutant of a mutant (cuc1-6) and a CUC2 mutant (cuc2-1) having a weak functional deletion of the CUC1 gene, shoot apical meristem is formed. In this double mutant, side branches are formed normally (Hinohara, unpublished data). These results strongly suggest that the CUC3 gene, unlike the CUC1 and CUC2 genes, is involved in the lateral bud formation mechanism.
[0008]
Also, Aida et al. (1997) suggest that the CUC1 and CUC2 genes appear to be functionally overlapping genes, with mutants of either gene being phenotypically similar to each other and wild-type. It describes that it shows only a weak mutation in comparison (see Non-Patent Document 1). However, Aida (1997) does not disclose or suggest the CUC3 gene of the present invention. Furthermore, Aida et al. (1997) do not disclose or suggest any useful properties for a series of cuc mutants.
[0009]
Takada et al. Describe that the CUC1 gene and the CUC2 gene have high homology (see Non-Patent Document 2). However, Takeda et al. Do not describe the CUC3 gene of the present invention at all.
[0010]
Furthermore, Takada et al. Describe that overexpression of the CUC1 gene by the CaMV 35S promoter strongly promotes ectopic adventitious bud formation (see Non-Patent Document 2). In addition, it is described that the adventitious bud is mainly formed on cotyledons, and rarely on rosette leaves. However, Takada et al. Does not disclose or suggest any side bud formation properties of a series of mutant strains.
[0011]
Daimon et al. Disclose that overexpression of the CUC1 or CUC2 gene promotes adventitious bud formation in calli derived from hypocotyls of wild-type Arabidopsis thaliana (see Non-Patent Document 3).
[0012]
Also, Daimon et al. Describe that transformation with CUC1 and CUC2 genes promotes shoot formation from callus (see Non-Patent Document 3). However, Daimon et al. Do not disclose or suggest the CUC3 gene.
[0013]
[Non-patent document 1]
Mitsuhiro Aida et al. , "Genes Involved in Organ Separation in Arabidopsis: An Analysis of the Cup-Shaped Coiledon Mutant", The Plant Cell, Vol. 9, pp. 841-857 (1997).
[Non-patent document 2]
Shinobu Takada et al. , "The CUP-SHAPEED COTYLEDON1 gene of Arabidopsis regu- lates short applica- tional product formation", Development, Vol. 128, pp. 1127-1135 (2001).
[Non-Patent Document 3]
Yasufumi Daimon et al. , "The CUP-SHAPED COTYLEDON Genes Promote Adventious Shot Formation on Calli", Plant Cell Physiol. Vol. 44, pp. 113-121 (2003).
[Non-patent document 4]
Mitsuhiro Aida et al. , "Shoot apical meristem and cotyledon formation dur- ing Arabidopsis embryogenesis: interaction ammonia the CUP-SHAPED COTYLEDONSME STOREV and SHOEMOVESMESHOTESV. 126, pp. 1563-1570 (1999).
[0014]
[Problems to be solved by the invention]
It is an object of the present invention to provide genes that regulate lateral bud formation in plants, proteins encoded thereby, and their uses.
[0015]
[Means for Solving the Problems]
The inventors treated the cuc2 mutant with EMS to isolate new genes involved in the formation of cotyledon borders and shoot apical meristems. Has been isolated. However, when the obtained cuc2 enhancer mutant was examined genetically, it was found to be mostly new alleles of CUC1.
[0016]
As a result of intensive studies on the remaining mutants, the inventors have found a mutation in the NAC box gene belonging to the same family as CUC1 and CUC2. The present inventors have now succeeded in isolating this novel gene. This new gene is named CUC3 (SEQ ID NO: 1, see FIG. 2). A double mutant of CUC1 and CUC2 shows a cuc phenotype, whereas a mutant of only CUC1 and CUC2 does not show a cuc mutant phenotype (see Non-Patent Document 1, supra). However, the mutant strain in which the CUC3 gene and the CUC1 gene are mutated shows a cuc mutation. The mutant strain in which the CUC3 gene and the CUC2 gene are mutated also shows a cuc mutation.
[0017]
CUC1 and CUC3 double mutants or CUC2 and CUC3 double mutants, in addition to inhibiting cotyledon (embryonic) meristems, also show that these mutants It was found that side branch formation, especially side branch growth point formation, was substantially inhibited (see FIG. 3). These findings are surprising in view of the fact that no genes affecting the formation of side branch meristems have been isolated.
[0018]
Thus, the present invention:
(A) the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1,
(B) a nucleotide sequence encoding the amino acid sequence of SEQ ID NO: 5 or an amino acid sequence in which 1 to 10 amino acids have been substituted, deleted or added,
(C) the complementary sequence of (a) or (b), and
(D) a nucleotide sequence capable of hybridizing to any of the nucleotide sequences (a) to (c) under stringent hybridization conditions;
A DNA comprising a nucleotide sequence selected from the group consisting of:
[0019]
(A) SEQ ID NO: 1 positions 1 to 205, 338 to 612, 1283 to 1807, 64 to 205, 338 to 612, 338 to 612, 1283 to 1315, 1 to 23, 1786 to A nucleotide sequence represented by position 1807 or 1345-1364;
(B) a nucleotide sequence encoding the amino acid sequence of positions 22 to 171 of SEQ ID NO: 5, or an amino acid sequence in which 1 to 10 amino acids have been substituted, deleted or added,
(C) the complementary sequence of (a) or (b), and
(D) a nucleotide sequence capable of hybridizing to any of the nucleotide sequences (a) to (c) under stringent hybridization conditions;
A DNA comprising a nucleotide sequence selected from the group consisting of:
[0020]
A protein comprising the amino acid sequence of SEQ ID NO: 5, or an amino acid sequence in which 1 to 10 amino acids have been substituted, deleted or added;
A protein comprising the amino acid sequence of positions 22 to 171 of SEQ ID NO: 5, or the amino acid sequence in which 1 to 10 amino acids have been substituted, deleted or added;
A recombinant DNA construct comprising the DNA;
A plant cell, tissue, organ, plant or progeny transformed with said recombinant DNA construct;
A method for substantially increasing or decreasing lateral bud formation of a plant as compared to a control plant, wherein the expression level of the DNA is substantially increased or decreased as compared to a control plant. how to;
[0021]
The method further comprising transforming a plant with a recombinant DNA construct comprising the DNA, a promoter operably linked thereto, and a suitable transcription terminator as desired;
The method further comprising transforming a plant with a recombinant DNA construct comprising a sequence that reduces the expression of said DNA, a promoter operably linked thereto, and a suitable transcription terminator as desired;
A method of forming adventitious buds from the cultured plant cells by transforming the cultured plant cells with the above-mentioned recombinant DNA construct;
[0022]
A method for producing a plant, comprising transforming a cultured plant cell with the recombinant DNA construct to form an adventitious bud from the cultured plant cell;
A plant cell, tissue, organ, plant or progeny obtained by the above-mentioned production method;
I will provide a.
[0023]
The protein preferably contains the amino acid sequence at positions 22 to 171 of SEQ ID NO: 5, which is a NAC domain region.
Preferred variants of the above proteins include, for example, those in which glutamic acid at position 69 of SEQ ID NO: 5 has been changed to aspartic acid, asparagine, isoleucine, leucine, tyrosine, or serine.
[0024]
Preferred variants of the above proteins include, for example, those in which proline at position 30 of SEQ ID NO: 5 has been mutated to serine.
Preferred mutants of the above protein include, for example, those containing tryptophan at position 103 of SEQ ID NO: 5 and deletions after tryptophan.
Preferred variants of the above proteins include, for example, those in which glycine at position 25 of SEQ ID NO: 5 has been mutated to aspartic acid.
DNA comprising a nucleotide sequence encoding the preferred mutant protein is also included in the present invention.
[0025]
The DNA (CUC3 gene) of the present invention has a function of substantially changing, for example, increasing or decreasing the formation of side branches of a plant as compared with a control plant by increasing or decreasing its expression level. .
The DNA of the present invention preferably corresponds to the case where the expression level of the DNA represented by the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 2 (CUC1 gene) or the DNA represented by the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 3 (CUC2 gene) increases or decreases. By increasing or decreasing the expression level of the DNA of the present invention, side branch formation of the plant has a function of substantially changing, for example, increasing or decreasing, as compared with the control plant.
[0026]
More preferably, the DNA of the present invention is obtained by increasing or decreasing the expression level of the DNA represented by the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 2, thereby increasing or decreasing the expression level of the DNA of the present invention. Has a function of substantially changing, for example, increasing or decreasing, as compared to a control plant.
The DNA of the present invention is most preferably obtained by increasing or decreasing the expression level of the DNA represented by the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 3, thereby increasing or decreasing the expression level of the DNA of the present invention. Has a function of substantially changing, for example, increasing or decreasing, as compared to a control plant.
Altering, eg, increasing or decreasing the expression level of the DNA of the present invention alters, eg, increases, lateral bud formation of not only Arabidopsis but also other plants, such as dicotyledonous plants, monocotyledonous plants, gymnosperms, angiosperms. Or it can be said that it can be reduced.
[0027]
As described in Example 4, when the DNA of the present invention was introduced into eukaryotic cell yeast, GUS activity was increased. This indicates that the protein encoded by the DNA of the present invention can function as a transcription factor.
[0028]
The term "one to ten or more amino acids are substituted, added or deleted" when used in reference to the amino acid sequence of a protein is 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, Alternatively, it means that 10 amino acids have been substituted, added or deleted. The protein having an amino acid sequence in which one or several amino acids are substituted, added or deleted "preferably has a function substantially similar to the protein having the amino acid sequence of SEQ ID NO: 5.
[0029]
"Stringent hybridization conditions" and "stringent hybridization wash conditions" are nucleic acid hybridization experiments, such as Southern and Northern hybridizations, that are sequence dependent and will be different under different environmental parameters. Longer sequences hybridize specifically at higher temperatures.
[0030]
Detailed guide to the hybridization of nucleic acids, Tijissen (1993) Laboratory Techniques in Biotechemistry and Molecular Biology-Hybridization with Nucleic Acid Probes part I chapter 2''Overview of principles of hybridization and the strategy of nucleic acid probe assays '' Elsevier , New York. In general, highly stringent hybridization and washing conditions are determined by the thermal melting point (T.sub.T) for a particular sequence at a defined ionic strength and pH. m ) Is selected to be less than about 5 ° C. Typically, under "stringent conditions", a probe will hybridize to its target sequence but not to other sequences.
[0031]
T m Is the temperature (at a defined ionic strength and pH) at which 50% of the target sequence hybridizes to a perfectly matched probe. The very stringent conditions are the T m Is chosen to be equivalent to Examples of stringent hybridization conditions for hybridization of complementary nucleic acids, having more than 100 complementary residues on a filter in a Southern or Northern blot, are hybridizations performed overnight, 50% formamide, 42 ° C. with 1 mg of heparin. An example of highly stringent hybridization wash conditions is 0.15 M NaCl, 72 ° C. for about 15 minutes. An example of stringent wash conditions is 0.2 × SSC wash, 65 ° C., 15 minutes (see Sambrook, supra for description of SSC buffer).
[0032]
Often, a low stringency wash is performed before a high stringency wash to remove background probe signals. An example of a moderate stringency wash, eg, for a double helix of more than 100 nucleotides, is 4-6 × SSC, 40 ° C., 15 minutes. For short probes (eg, about 10 to 50 nucleotides), stringent conditions typically include salt concentrations below about 1.0 M Na ion, typically about 0.01 to 1.0 M Na ion concentration (or other Salt), pH 7.0 to 8.3, and the temperature is typically at least about 30 ° C. Stringent conditions can also be achieved with the addition of destabilizing agents such as formamide. In general, a signal to noise ratio of 2x (or higher) than that observed for an unrelated probe in a particular hybridization assay indicates the detection of a specific hybridization. Nucleic acids that do not hybridize to each other under stringent conditions are still substantially identical if the proteins they encode are substantially identical. This occurs, for example, when a copy of a nucleic acid is created using the maximum codon degeneracy permitted by the genetic code.
[0033]
The following is an example of a set of hybridization / wash conditions that can be used to clone a homologous nucleotide sequence that is substantially identical to a reference nucleotide sequence of the present invention: Indicates that the reference nucleotide sequence contains 7% sodium dodecyl sulfate (SDS), 0.5 M NaPO 4 In 1 mM EDTA, 50 ° C., wash with 2 × SSC, 0.1% SDS, 50 ° C., more preferably 7% sodium dodecyl sulfate (SDS), 0.5 M NaPO 4 In 1 mM EDTA, 50 ° C., wash with 1 × SSC, 0.1% SDS, 50 ° C., more preferably still 7% sodium dodecyl sulfate (SDS), 0.5 M NaPO 4 In 1 mM EDTA, 50 ° C., wash at 0.5 × SSC, 0.1% SDS, 50 ° C., preferably 7% sodium dodecyl sulfate (SDS), 0.5 M NaPO 4 In 1 mM EDTA, 50 ° C., wash with 0.1 × SSC, 0.1% SDS, 50 ° C., more preferably 7% sodium dodecyl sulfate (SDS), 0.5 M NaPO 4 Washing is performed in 1 mM EDTA at 50 ° C. at 0.1 × SSC, 0.1% SDS at 65 ° C.
[0034]
A recombinant DNA construct is a nucleic acid sequence capable of directing the expression of a particular nucleotide sequence in a suitable host cell, optionally functionally linked to a desired nucleotide sequence operably linked to a termination signal. Means a sequence containing a promoter that is operably linked. It typically also contains the sequences required for the correct translation of the nucleotide sequence. The recombinant DNA construct containing the desired nucleotide sequence can be chimeric, meaning that at least one of its components is heterologous with respect to at least one of the other components. Recombinant DNA constructs can also be obtained in naturally occurring but useful recombinant form for heterologous expression. Typically, however, the recombinant DNA construct is heterologous to the host, i.e., the particular nucleic acid sequence of the recombinant DNA construct is not naturally present in the host, and upon transformation events, the host cell or ancestors of the host cell. Must have been introduced in
[0035]
Expression of the nucleotide sequence of the recombinant DNA construct may be under the control of a constitutive promoter, or of an inducible promoter that initiates transcription only when the host cell is exposed to certain external stimuli. In the case of a multicellular organism, such as a plant, the promoter can also be specific for a particular tissue, or organ, or stage of development.
[0036]
The DNA of the present invention is inserted into a suitable vector by inserting the DNA of the present invention into a plant cell, and then the transformed plant cells are regenerated into plant tissues, organs, and plants. The transformed plant cells are preferably those that can be regenerated into plant tissues, organs, and plants.
[0037]
The process of incorporating the DNA of the present invention into plant cells can be performed using conventional recombinant DNA technology. Such a technique is found, for example, in Shujunsha, Plant Cell Engineering Series 4, “Model Plant Experimental Protocol”. Generally, this involves inserting the DNA sequence of the invention into an expression system in which the DNA is heterologous (ie, not normally present) using standard cloning techniques known in the art. This recombinant DNA construct contains the necessary elements for the transcription and translation of the inserted protein coding sequence. Many art-known vector systems can be used, for example, plasmids, bacteriophage viruses, and other modified viruses. Suitable vectors are viral vectors, for example, the lambda vector system, λgt11, λgt10, and Sharon4; plasmid vectors, for example, pBI121, pBR322, pACYC177, pACYC184, pAR series, pKK233-3, pUC8, pUC9, pUC18, pUC19, pLG339, pRK290, pKC37, pKC101, pCDNAII; and other similar systems. The transformed cells are regenerated into whole plants, such that a change in the level of expression of the DNA of the present invention results in a change, eg, an increase or decrease, in the lateral bud formation properties of the transgenic plant.
[0038]
Plants to be transformed according to the present invention are monocotyledonous or dicotyledonous plants, maize, wheat, barley, rye, sweet potato, kidney bean, pea, chicory, lettuce, cabbage, cauliflower, broccoli, turnip, radish. , Spinach, asparagus, onion, garlic, capsicum, celery, pumpkin, hemp, zucchini, apple, pear, quince, melon, watermelon, plum, cherry, peach, nectarine, apricot, strawberry, grape, raspberry, blackberry, pineapple , Avocado, papaya, mango, banana, soybean, tomato, sorghum, sugar cane, sugar beet, sunflower, rapeseed, clover, tobacco, carrot, cotton, alfalfa, rice, potato, eggplant, cucumber, Arabidopsis Na and trees plants, for example, softwood, for example, cedar, cypress, hardwood, but may include evergreen and deciduous without limitation. Once the desired nucleotide sequence has been transformed into a particular plant species, it can be propagated in that species or transferred to other varieties / breeds of the same species, especially commercial varieties / breeds, using traditional breeding techniques. .
[0039]
In a preferred embodiment, for expression of a DNA of the present invention in a transgenic plant, a recombinant DNA construct can be constructed in which the DNA of the present invention is linked to a suitable promoter so as to function in the plant. The choice of promoter will vary depending on the time and location requirements for expression, and also on the target species. Thus, expression of the nucleotide sequences of the present invention in leaves, ears, inflorescences (eg, spikes, panicles, cobs, etc.), roots, and / or seedlings is preferred. Although many promoters from dicots have been shown to be functional in monocots and vice versa, ideally, dicot promoters should be used for expression in dicots, and A cotyledon promoter is selected for expression in monocotyledonous plants. However, there is no limitation on the origin of the selected promoter; it is sufficient that it be functional to drive expression of the nucleotide sequence in the desired cell.
[0040]
Preferred promoters for constitutive expression may include promoters from actin or ubiquitin encoding DNA and the CaMV 35S and 19S promoters. Other promoter sequences can include, but are not limited to, for example, chemically regulated promoters, wound-inducible promoters, green tissue-specific promoters, root-specific promoters, stem-specific promoters, and flower-specific promoters.
[0041]
In addition to selecting a suitable promoter, the constructs for expression of the DNA of the present invention in plants require an appropriate transcription terminator to be attached downstream of the heterologous nucleotide sequence, if desired. Several such terminators are available and known in the art (eg, tml from CaMV, E9 from rbcS). Any available terminator known to function in plants can be used in the context of the present invention.
[0042]
Many other sequences can be incorporated into the recombinant DNA constructs described in the present invention. These include sequences known to enhance expression, such as intron sequences (eg, from Adhl and bronze1) and viral leader sequences (eg, from TMV, MCMV and AMV).
[0043]
Vectors suitable for plant transformation are described elsewhere in this specification. For Agrobacterium-mediated transformation, a binary vector or vector having at least one T-DNA border sequence is suitable, while for direct gene transfer methods any vector is suitable, and Linear DNA containing only the desired construct may be preferred. For direct gene transfer methods, transformation with a single DNA species or co-transformation can be used (Schocher et al., Biotechnology 4: 1093-1096 (1986)). For both direct gene transfer and Agrobacterium-mediated transformation, transformation is usually (but not necessarily) performed with an antibiotic (kanamycin, hygromycin, or methotrexate), or a herbicide (Vasta). A selectable marker that can provide resistance to is contemplated.
[0044]
Examples of such markers include neomycin aphosphotransferase, hygromycin phorphotransferase, dihydrofolate reductase, phosphinothricin acetyltransferase, 2,2-dichloropropionate dehalogenase, acetohydroxyacid synthase, 5-enolpyruvir-shikimate. -Phosphate synthase, haloaryl nitrilase, protoporphyrinogen oxidase, acetyl coenzyme A carboxylase, dihydropteroate synthase, chloramphenicol acetyltransferase, and β-glucuronidase. However, selection for plant transformation or selection of screening markers is not critical to the invention.
[0045]
Transformation of dicotyledonous plants
Techniques for transforming dicots are well known in the art and include Agrobacterium-based techniques and techniques that do not require Agrobacterium. Non-Agrobacterium techniques involve direct uptake of exogenous genetic material by protoplasts or cells. This can be achieved by PEG or electroporation mediated uptake, particle bombardment mediated delivery, or microinjection. Examples of these techniques are described in Paszkowski et al. , EMBO J3: 2717-2722 (1984); Potrykus et al. , Mol. Gen. Genet: 199: 169-177 (1985); Reich et al. , Biotology 4: 1001-1004 (1986); and Klein et al. , Nature 327: 70-73 (1987). In each case, the transformed cells are regenerated into whole plants using standard techniques known in the art.
[0046]
Agrobacterium-mediated transformation is a preferred technique for the transformation of dicotyledons due to its high transformation efficiency and widespread use for many different species. Agrobacterium transformation typically involves transferring a binary vector (eg, pCIB200 or pCIB2001) with the foreign DNA of interest into a host Agrobacterium strain (eg, pCIB200) either on the co-located Ti plasmid or on the chromosome. And transfer to a suitable Agrobacterium strain which may depend on complementation of the vir gene carried by strain CIB542 (Uknes et al., Plant Cell 5: 159-169 (1993)) for pCIB2001. The transfer of the recombinant binary vector into Agrobacterium is carried out in E. coli having the recombinant binary vector, having a plasmid such as pRK2013, and using the recombinant binary vector as a target Agrobacterium strain. Achieved by a three-way crossover method using a transferable helper E. coli strain, or alternatively, the recombinant binary vector can be transferred to Agrobacterium by DNA transformation (Hoefgen and Willmitzer). , Nucl. Acids Res. 16: 9877 (1988)).
[0047]
Transformation of a target plant species with a recombinant Agrobacterium usually involves co-culturing Agrobacterium with explants derived from the plant and follows protocols well known in the art. The transformed tissue is regenerated on a selective medium having an antibiotic or herbicide resistance marker present between the binary plasmid T-DNA borders.
[0048]
Another approach to transforming plant cells with certain DNA involves forcing inert or biologically active particles into plant tissues and cells. All of this technology is disclosed in Sanford U.S. Patent Nos. 4,945,050, 5,360,006, and 5,100,792. Generally, the method involves driving the inert or bioactive particles into the cell under conditions effective to penetrate the outer surface of the cell and effect internalization. When using inert particles, the vector can be introduced into cells by coating the particles with a vector containing the desired DNA. Alternatively, the target cell may be surrounded by the vector so that the trace of the particle carries the vector into the cell. Bioactive particles (eg, dried yeast cells, dried bacteria or bacteriophage, each containing the DNA to be introduced) can also be driven into the plant cell tissue.
[0049]
Transform monocotyledonous plants
Transformation of most monocotyledonous species is also now routine. Preferred techniques include direct introduction into protoplasts using PEG or electroporation techniques, and particle bombardment into callus tissue. Transformation can be contemplated with a single DNA species or multiple DNA species (ie, co-transformation), both of which are suitable for use in the present invention. Co-transformation may have the advantage of avoiding complete vector construction and creating transgenic plants having loci that are not linked for the desired and selectable marker genes, thereby providing If so, it becomes possible to remove the selectable marker in subsequent generations. However, a disadvantage of using co-transformation is that the frequency of separate DNA species being integrated into the genome is less than 100% (Schocher et al. Biotechnology 4: 1093-1096 (1986)). ).
[0050]
Patent applications EP 0292435, EP 0392225, and WO 93/07278 disclose the preparation of callus and protoplasts from selected inbred maize, transformation of protoplasts using PEG or electroporation, and transformation of maize plants from the transformed protoplasts. Describes techniques for regeneration. Gordon-Kamm et al. (Plant Cell 2: 603-618 (1990)) and Fromm et al. (Biotechnology 8: 833-839 (1990)) discloses a technique for the transformation of a corn line derived from A188 using particle bombardment. Further, WO93 / 07278 and Koziel et al. (Biotechnology 11: 194-200 (1993)) describes a technique for transforming selected inbred maize by particle bombardment. This technique utilizes a 1.5-2.5 mm long immature corn embryo cut from corn ears 14-15 days after pollination and a PDS-1000 He Biolytics device for bombardment.
[0051]
Transformation of rice can also be performed by direct gene transfer techniques utilizing protoplasts or particle bombardment. Transformations mediated by protoplasts have been described for the Japonica and Indica types (Zhang et al. Plant Cell Rep 7: 379-384 (1988); Shimamoto et al. Nature 338: 274-277 (1989); Data, et al., Biotechnology 8, 736-740 (1990)). Both types can be transformed by a conventional method using particle bombardment (Christou et al. Biotechnology 9: 957-962 (1991)). Further, WO 93/21335 describes a technique for transforming rice by electroporation.
[0052]
Patent application EP0332581 describes techniques for the production, transformation and regeneration of Poideae protoplasts. These techniques allow the transformation of Dactylis and wheat. Furthermore, the transformation of wheat using particle bombardment into cells of type C long-term renewable callus has been described by Vasil et al. (Biotechnology 11: 1553-1558 (1993)), and the transformation of wheat using particle bombardment of immature embryos and calli derived from immature embryos was performed by Vasil et al. (Biotechnology 10: 667-674 (1992)) and Weeks et al. (Plant Physiol. 102: 1077-1084 (1993)). However, a preferred technique for wheat transformation involves the transformation of wheat by particle bombardment of immature embryos and involves either a high sucrose or high maltose stage prior to gene delivery. Prior to bombardment, for induction of somatic embryos, MS medium containing 3% sucrose and 3 mg / L of 2,4-D (Murashiga and Skoog, Physiological Plantarum 15: 473-497 (1962)) is optional. Number of embryos (0.75-1 mm long) are plated and allowed to proceed in the dark. On the day of the selected bombardment, the embryos are removed from the induction medium and placed on a osmotic modulator (ie, an induction medium containing the desired concentration, typically 15% sucrose or maltose).
[0053]
The embryos are protoplasmically separated for 2-3 hours and then bombarded. Twenty embryos per target plate are typical, but not critical. Plasmids containing the appropriate gene (eg, pCIB3064 or pSG35) are precipitated on micrometer-sized gold particles using standard methods. Each plate of embryos is shot with a DuPont Biolytics ™ helium device using a burst pressure of 〜1000 psi, a standard 80 mesh screen. After bombardment, the embryos are returned to the dark and allowed to recover for approximately 24 hours (still on the osmotic modulator). After 24 hours, the embryos are removed from the osmotic modulator and returned to the induction medium, where they are held for about one month before regeneration. Approximately one month later, the explants of the embryos that develop the developing embryogenic calli further contain the appropriate selection agents (10 mg / L basta for pCIB3064 and 2 mg / L methotrexate for pSOG35). Transfer to regeneration medium (MS + 1 mg / L NAA, 5 mg / L GA). After approximately one month, the developed shoots are transferred to a larger sterile container known as "GA7" containing half strength MS, 2% sucrose, and the same concentration of selective agent.
Gene transfer of monocotyledonous plants using Agrobacterium is also common practice today. For a disclosure of the transformation of monocotyledonous plants using Agrobacterium see WO 94/00977 and US Pat. No. 5,591,616, which are incorporated herein by reference.
[0054]
Plastid transformation
Nicotiana tabacum c. v. 'Xanthinb' seeds were germinated seven per plate in a 1 inch circular array on T agar and essentially as described (Svab, Z. and Maliga, P. (1993) PANS 90, 913-917). ), 1 μm tungsten particles (M10, Biorad, Hecules, Calif.) Coated with DNA from plasmids pPH143 and pPH145, bombarded 12-14 days after seeding. Bombarded seedlings were incubated on T medium for 2 days, after which the leaves were excised and lighted (350-500 μmol photons / m 2 / S) with the abscissa side up, RMOP medium containing 500 μg / ml spectinomycin dihydrochloride (Sigma, Wt. Louis, MO) (Svab, Z., Hajdukiewiczz, P. and Maliga, P .; 1990) Place on a plate of PNAS 87, 8526-8530. Resistant shoots that appear under blanched leaves after 3 to 8 weeks of bombardment are subcloned on the same selection medium, allowing callus to form, and Secondary shoots are isolated and subcloned: Complete isolation (homoplasmicity) of the transformed plastid genomic copy in independent subclones is assessed by standard techniques of Southern blotting (Sambrook et al., (1989)). Molecula Cloning: A Laboratory Manual, Cold Spring Harbor Laboratory, Cold Spring Harbor).
[0055]
BamHI / EcoRI digested total cellular DNA (Mettler, IJ (1987) Plant Mol Biol Reporter 5, 346-349) was separated on a 1% trisborate (TBE) agarose gel and nylon membrane (Amersham). And corresponding to a 0.7 kb BamHI / HindIII DNA fragment from pC8 containing part of the rps7 / 12 plastid targeting sequence. 32 Search with P-labeled random primed nucleotide sequence. Homoplasmic shoots are aseptically rooted on MS / IBA medium containing spectinomycin (McBride, KE et al., (1994) PNAS 91, 7301-7305) and transferred to a greenhouse.
[0056]
The plants obtained by transformation with the nucleic acid sequences of the present invention can be any of a wide variety of plant species, including monocotyledonous and dicotyledonous plants, but the plants used in the methods of the present invention are preferably It is selected from the list of target crops of agricultural importance mentioned above. Expression of the DNA of the present invention, combined with other properties important for production and quality, is incorporated into progeny plants through breeding. Breeding approaches and techniques are known in the art. For example, Welsh J. et al. R. See Fudamentals of Plant Genetics and Breeding, John Wiley & Sons, NY (1981); Crop Breeding, Wood D. R. (Ed.) American Society of Agronomy Madison, Wisconsin (1981); Singh, D., The Theory of Plant Breeding, 2nd Edition, Clarendon Press, Oxford (1987); P. , Breeding for Resistance to Diseases and Insect Pests, Springer-Verlag, NY (1986); Wricke and Weber, Quantitative Departures from the Governance and the Future. , Berlin (1986).
[0057]
A plant tissue, organ, plant, or progeny transformed with a recombinant DNA construct of the present invention has a substantially altered, such as increased or decreased, side bud formation property, particularly side bud meristem formation, as compared to a control plant. Are preferred.
[0058]
Increasing or decreasing the expression level of the DNA (CUC3 gene) of the present invention may preferably correspondingly increase or decrease the expression level of the CUC1 gene and / or CUC2 gene. Increasing or decreasing the level of expression of a particular DNA in a plant can be performed using means known in the art. Means for increasing the expression level of a particular DNA can include, but are not limited to, the use of a constitutive promoter, increasing the copy number of the DNA.
[0059]
Methods for increasing the expression of a particular DNA in a plant include transforming a plant cell with a separate recombinant DNA construct, eg, fusing the gene in a sense orientation with a constitutive promoter capable of strongly driving transcription of the gene. Generating a chimeric gene, which is expressed in a target plant cell in an expression cassette. The separate recombinant DNA construct may optionally contain multiple copies of the gene. Constitutive promoters suitable for expression in plants can include, but are not limited to, promoters from genes encoding actin or ubiquitin and the CaMV 35S and 19S promoters.
[0060]
Means for reducing the expression level of a particular gene in a plant include mutagenesis of the endogenous CUC3 gene itself, eg, treatment with a mutagen, site-directed mutagenesis, mismatch repair, in vitro mutagenesis. Mutating the endogenous CUC3 gene itself and transforming plant cells with a separate recombinant DNA construct, such as transforming a plant cell with a recombinant DNA construct that contains sequences that reduce the level of expression of a particular gene, It may include, but is not limited to.
[0061]
Methods for reducing the expression of a particular gene in a plant include sequences that reduce the level of expression of the gene, e.g., antisense technology using antisense sequences, cosuppression technology using sense sequences, and ribozyme-encoding sequences. It may include the ribozyme approach used. The antisense effect was first demonstrated by Ecker et al. Using a transient gene expression method, in which antisense RNA introduced by electroporation exhibited an antisense effect in plants (JR Ecker and R). W. Davis, (1986) Proc. Natl. Acad. USA. 83: 5372). Thereafter, it has been reported that the expression of the target gene is reduced by the expression of antisense RNA in tobacco, petunia, and tomato, and is now established as a means of suppressing gene expression in plants.
[0062]
Cosuppression techniques take advantage of the phenomena caused by transformation of DNA having a sequence identical or similar to the target gene sequence. Cosuppression refers to a phenomenon in which when a gene having the same or similar sequence as a target gene is introduced into a plant by transformation, the expression of both the foreign gene and the target gene to be introduced is suppressed. Although the details of the mechanism of cosuppression are not clear, it is an effect often observed in plants (Curr. Biol. 7: R793, 1997; Cuur. Biol. 6: 810, 1996).
[0063]
Ribozymes are RNA molecules having catalytic activity. There are ribozymes having various activities. Among them, studies on ribozymes as RNA-cleaving enzymes have made it possible to design ribozymes for site-specific cleavage of RNA. Ribozymes include those having a size of 400 nucleotides or more, such as the group I intron type and M1 RNA contained in RNaseP, and those having an active domain of about 40 nucleotides called hammerhead type or hairpin type ( Makoto Koizumi and Eiko Otsuka, (1990) Protein nucleic acid enzyme, 35: 2191). In the present invention, the transcript of the target gene can be specifically cleaved using such a ribozyme to suppress the expression of the gene.
[0064]
Methods for mutagenizing plant cells can be performed according to any technique known in the art. The method may use a chemical, for example, a chemical mutagen selected from the group consisting of ethyl methanesulfonate (EMS), methyl-N-nitrosourea (MNU), and bleomycins. The method can also be practiced by irradiating radiation selected from the group consisting of UV, γ-ray, X-ray, and fast neutron.
[0065]
The definitions of terms used in this specification are as follows.
[0066]
Gene: The term "gene" is used broadly to mean any segment of DNA associated with a biological function. Thus, genes include coding sequences and / or regulatory sequences required for their expression. Genes also include, for example, unpredictable segments of DNA that form recognition sequences for other proteins. Genes can be obtained from a variety of sources, including cloning from a desired source or synthesis from known or predicted sequence information.
"Expression" of a gene means the transcription and / or translation of an endogenous gene or an exogenous, heterologous gene and / or a transgene. In the case of an antisense construct, for example, expression may mean only transcription of the antisense DNA.
[0067]
A "plant" is any plant at any stage of development, especially a seed plant, for example, a monocot or dicot. "Plant" also refers to a part of a plant, such as a leaf, stem, root, flower or flower part, fruit, pollen, egg cell, zygote, seed, cutting, cell, or tissue culture or any other plant. It can include parts or products.
The "progeny" refers to any plant produced by sexual or asexual reproduction from a plant, such as seeds, seedlings, shoots, bulbs, tubers, rhizomes, or a traditional propagation and / or breeding method from a plant. And any plant obtained by the application of
"Plant cells" are the structural and physiological units of plants, including protoplasts and cell walls. Plant cells can be in the form of isolated single cells or cultured cells, or as a highly organized unit, such as a plant tissue, plant organ, or part of a whole plant.
[0068]
"Cultured plant cells" refers to cultures of plant units, for example, protoplasts, cell culture cells, cells of plant tissues, pollen, pollen tubes, ovules, embryo sac, zygotes, and embryos at various stages of development Means culture.
[0069]
A "plant organ" is a distinct and visually composed and differentiated part of a plant, such as a root, stem, leaf, flower bud, or embryo.
As used herein, the term "adventitious bud" means all but the shoots of a plant. For example, shoots formed on leaves, stems or callus of plants are adventitious shoots. Here, the term “sprouts” refers to shoots that occur at certain sites, such as apical buds, axillary buds, and accessory buds.
As used herein, the term "adventitious root" means a root that is formed secondary from organs other than the root, such as callus.
As used herein, the term "side bud" may include buds that develop lateral to the stem axis, such as, but not limited to, axillary buds, primary buds, and accessory buds.
“To form side buds” means that the side buds, which could not be visually or microscopically visible at first, become visible.
"Substantially increase or decrease side bud formation as compared to control plants" refers to conventional statistical techniques, such as t-test, analysis of variance, multivariate analysis, as compared to side bud formation of control plants. For example, the lateral bud formation, especially the lateral bud growth point formation, was significantly detected at a significance level of 10%, 5%, 3%, 1%, 0.05%, and 0.01% by Duncan's multiple test. Means increasing or decreasing.
[0070]
A "promoter" is an untranslated nucleotide sequence upstream of the coding region that contains the binding site for RNA polymerase II and initiates transcription of DNA. The promoter region can also include other elements that act as regulators of gene expression.
"Protoplasts" are isolated plant cells that lack the cell wall or have only a portion of the cell wall.
[0071]
"Gene mutation" includes any detectable change in the nucleotide sequence of DNA. Examples of gene mutations can include, but are not limited to, point mutations, deletions, duplications, inversions, insertions, translocations, and the like.
[0072]
“Transformation” is a process for introducing a heterologous nucleic acid into a host cell or organism. In particular, "transformation" refers to the stable incorporation of a DNA molecule into the genome of a desired organism. A transformed cell, tissue or plant is understood to include not only the end product of the transformation process, but also its transgenic progeny.
[0073]
In addition, the meanings of the terms in this specification should be interpreted as meanings that can be generally used by those skilled in the art to which the present invention pertains, except for the prominent terms. In addition, gene introduction, mutation treatment, determination of a base sequence, and germination, growth, and management of a plant can be performed by any method known to those skilled in the art to which the present invention belongs (Sambrook et al., Molecular Cloning). : A Laboratory Manual, 2nd ed. Cold Spring Harbor (1989)).
[0074]
【Example】
Example 1 Induction of Mutants
A cuc2-1 mutant of the Arabidopsis thaliana ecotype Ler strain is obtained essentially as described by Aida et al., 1997, supra. The resulting cuc2-1 mutant was purified from Fukiki, H .; et al. , Plant Physiol. 110, 933-943 (1991), under constant white light and under controlled conditions of 23 ° C. A new mutation (cuc3-1, -2, -3, -4) is induced by treating the seeds of this cuc2-1 mutant with ethyl methanesulfonic acid (EMS). The EMS process is performed in the draft according to the following procedure. To a 15 ml Falcon tube, 8 μl of EMS solution is added to 2 ml of B5 (3.3 g / l mixed salt for Gamborg B5 medium) and the composition is shown below, and the mixture is stirred well. About 5000 seeds of the cuc2 mutant are added and left at room temperature for 8 hours. Thereafter, the seeds are washed 10 times with the B5 solution.
[0075]
Example 2: Isolation of CUC3 gene
The CUC3 gene is isolated by the positional cloning method. Specifically, it is carried out in accordance with Shujunsha Plant Cell Engineering Series 14 “Plant Genome Research Protocol” 2-5-b “Map-Based Cloning of Arabidopsis” (p95-102).
[0076]
"mapping"
The wild-type Cuc3-1 and cuc2-1 of Ler are crossed with the wild-type Col to select those showing the cucu2cuc3 phenotype in the F2 generation, and the DNA is independently extracted from each individual by an ordinary method. In the first mapping, when about 40 chromosomes were examined using DNA markers showing polymorphism in Col and Ler, it was found that NGA692 on chromosome 1 was strongly linked and CUC3 was located on chromosome 1. . Subsequently, further examination of about 40 chromosomes reveals that At1g76420 has a mutation.
The nucleotide sequence is determined using a Perkin Elmer ABI3100 DNA sequencer essentially according to the manufacturer's instructions. The results are as follows.
Structure of CUC3 gene
[Table 1]
Figure 2004290064
[0077]
The characteristic structural parts of the CUC3 gene are as follows.
Figure 2004290064
[0078]
Example 3: Determination of mutation site
The determination of the mutation site in the CUC3 gene obtained above was carried out essentially using the Perkin Elmer ABI3100 DNA sequencer according to the manufacturer's instructions, in which the nucleotide sequence in the CUC3 gene in the cuc3 mutant was wild-type. A different site was determined.
cuc3-1 Mutation of AG: GT-> AG: AT at the boundary between the first intron and the first exon, presumed that the intron cannot be cut out
cuc3-2 proline at position 30 changed to serine by single base substitution
cuc3-3 Tryptophan at position 103 changed to stop codon by 1 base substitution cuc3-4 Glycine at position 25 changed to aspartic acid by 1 base substitution
The nucleotide sequence is determined using an ABI3100 DNA sequencer manufactured by PerkinElmer essentially according to the manufacturer's instructions.
[0079]
Example 4: Assay for transcriptional activation using yeast
Forward primer: 5'-GGAATTCATGCTTGGCGGTGGAAAGATGT-3 '(SEQ ID NO: 6) and
Reverse primer 5'-CCGCCTCGAGCTACAGCTGGAATCCTAAAGG-3 '(SEQ ID NO: 7)
Is used to amplify the CUC3 ORF by PCR using Pyrobest (Takara Shuzo). As a template, cDNA obtained by reverse transcription of total RNA derived from seedlings of Arabidopsis thaliana on the 7th day of germination is used. After cutting the PCR product with EcoRI / XhoI, it is cloned into the EcoRI / XhoI site of pBluescriptIIKS (-). The EcoRI / XhoI fragment is again cloned into the EcoRI / SalI site of pGBT9, transformed into yeast strain Y187 according to yeast protocol handbook of CLONTECH, and β-galactosidase activity is measured. The results indicate that CUC3 functions as a transcription factor.
[0080]
[Table 2]
Figure 2004290064
[0081]
Example 5: Assay of adventitious bud formation ability using transformed callus
Sterile Arabidopsis seeds are sown on a GM medium, and after germination, the hypocotyl is prolonged by low light under a cold gauze. After culturing for 7 days, the hypocotyl is cut out and cultured on CIM medium for 6 days to form a callus. This callus is immersed in B5-MES in which Agrobacterium is suspended to an OD600 of 0.2, and then co-cultured with Agrobacterium on a CIM plate for 2 days. Next, the callus is washed 10 times or more with a washing solution, and then cultured on a SIM selective medium containing an antibacterial antibiotic to induce shoot formation.
The CUC3 cDNA cloned into the above-described pBluescriptIIKS (-) is cut out as a SpeI / XhoI fragment, recloned into the SpeI / XhoI site of pDH123, and transformed into Agrobacterium GV3101 :: pMP90.
[0082]
GM plate
Murashige-Skoog salt 4.3 g / L
Sucrose 10.0 g / L
Myo-inositol 0.1 g / L
0.05% (w / v) MES-KOH (pH 5.7) 5.0 ml / l
Thiamine hydrochloride 20.0 μg / L
Nicotinic acid 1.0 μg / L
Pyridoxine hydrochloride 1.0 μg / L
Biotin 1.0 μg / L
Gellan gum 5.0 g / l
[0083]
Callus induction medium (CIM)
3.3 g / L Gamborg B5 salt
Glucose 20g / L
Myo-inositol 0.1g / L
MES KOH 0.5g / L
Thiamine hydrochloride 20.0 μg / L
Nicotinic acid 1.0 μg / L
Pyridoxine hydrochloride 1.0 μg / L
Biotin 1.0 μg / L
2,4-D 0.5mg / L
Kinetin 0.1mg / L
Gellan gum 7.5 g / L
[0084]
Shoot induction medium (SIM)
3.3 g / L of Gamborg B5 salt
Glucose 20g / L
Myo-inositol 0.1g / L
MES KOH 0.5g / L
Thiamine hydrochloride 20.0 μg / L
Nicotinic acid 1.0 μg / L
Pyridoxine hydrochloride 1.0 μg / L
Biotin 1.0 μg / L
IAA 0.15 mg / L
2iP 0.5 mg / L
Gellan gum 7.5 g / L
[0085]
B5-MES
Gamborg B5 3.3 g / L
MES KOH 0.5 g / L cleaning solution
To B5-MES, 200 mg / L vancomycin and 200 mg / L claforan (cefotaxime sodium) were added.
As a selection medium, SIM was supplemented with 100 mg / L augpenin (potassium clavulanate: ticarcillin sodium = 1: 15) and 20 mg / L hygromycin B.
The results show that transformation with CUC3 cDNA induces adventitious shoots from callus.
[Table 3]
Figure 2004290064
[0086]
【The invention's effect】
The novel genes according to the invention can be used to provide molecular biological means for controlling side branch formation in plants. By this means, a remarkable effect is obtained that it is possible to obtain a plant line having a changed side branch formation characteristic in plant breeding. Further, by stably and easily inducing adventitious buds / adventitious roots from cultured plant cells using the novel gene of the present invention, a remarkable effect that a clone of the same genotype can be mass-proliferated is brought about. It is.
[0087]
[Sequence list]
Figure 2004290064
Figure 2004290064
Figure 2004290064
Figure 2004290064
Figure 2004290064
Figure 2004290064
Figure 2004290064
Figure 2004290064
Figure 2004290064
Figure 2004290064
Figure 2004290064
Figure 2004290064

[Brief description of the drawings]
FIG. 1 shows cup shaped cotyledons of cuc1cuc2, cuc1cuc3 and cuc2cuc3 mutants.
FIG. 2-1 shows the nucleotide sequence of CUC3.
FIG. 2-2 shows the nucleotide sequence of CUC3.
FIG. 2-3 shows the nucleotide sequence of CUC3.
FIG. 2-4 shows the nucleotide sequence of CUC3.
FIG. 3 shows two subtype mutants of Arabidopsis thaliana, wild-type and cuc2cuc3. While wild-type normally formed side buds, cuc2-1cuc3-2 inhibited side bud formation and cuc2-1cuc3-1 completely inhibited side bud formation.
FIG. 4 shows the amino acid sequence of CUC3 protein.

Claims (12)

(a)配列番号1のヌクレオチド配列、
(b)配列番号5のアミノ酸配列またはその1ないし10個のアミノ酸が置換、欠失若しくは付加されたアミノ酸配列をコードするヌクレオチド配列、
(c)(a)または(b)の相補的配列、および
(d)ストリンジェントなハイブリダイゼーション条件で、(a)ないし(c)のヌクレオチド配列のいずれかにハイブリダイズし得るヌクレオチド配列、
からなる群より選択されるヌクレオチド配列を含むDNA。
(A) the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1,
(B) a nucleotide sequence encoding the amino acid sequence of SEQ ID NO: 5 or an amino acid sequence in which 1 to 10 amino acids have been substituted, deleted or added,
(C) a complementary sequence of (a) or (b), and (d) a nucleotide sequence capable of hybridizing to any of the nucleotide sequences of (a) to (c) under stringent hybridization conditions;
A DNA comprising a nucleotide sequence selected from the group consisting of:
(a)配列番号1の1ないし205位、338ないし612位、1283ないし1807位、64ないし205位、338ないし612位、1283ないし1315位、1ないし23位、1786ないし1807位または1345ないし1364位で示されるヌクレオチド配列、
(b)配列番号5の22ないし171位のアミノ酸配列、またはその1ないし10個のアミノ酸が置換、欠失若しくは付加されたアミノ酸配列をコードするヌクレオチド配列、
(c)(a)または(b)の相補的配列、および
(d)ストリンジェントなハイブリダイゼーション条件で、(a)ないし(c)のヌクレオチド配列のいずれかにハイブリダイズし得るヌクレオチド配列、
からなる群より選択されるヌクレオチド配列を含むDNA。
(A) positions 1 to 205, 338 to 612, 1283 to 1807, 64 to 205, 338 to 612, 1283 to 1315, 1 to 23, 1786 to 1807 or 1345 to 1364 of SEQ ID NO: 1 A nucleotide sequence indicated by a position,
(B) a nucleotide sequence encoding the amino acid sequence of positions 22 to 171 of SEQ ID NO: 5, or an amino acid sequence in which 1 to 10 amino acids have been substituted, deleted or added,
(C) a complementary sequence of (a) or (b), and (d) a nucleotide sequence capable of hybridizing to any of the nucleotide sequences of (a) to (c) under stringent hybridization conditions;
A DNA comprising a nucleotide sequence selected from the group consisting of:
配列番号5のアミノ酸配列、またはその中の1ないし10個のアミノ酸が置換、欠失、もしくは付加されているアミノ酸配列を含むタンパク質。A protein comprising the amino acid sequence of SEQ ID NO: 5, or an amino acid sequence in which 1 to 10 amino acids have been substituted, deleted or added. 配列番号5の22ないし171位のアミノ酸配列、またはその1ないし10個のアミノ酸が置換、欠失若しくは付加されたアミノ酸配列を含むタンパク質。A protein comprising the amino acid sequence at positions 22 to 171 of SEQ ID NO: 5, or an amino acid sequence in which 1 to 10 amino acids have been substituted, deleted or added. 請求項1または2のDNAを含む組換えDNA構築物。A recombinant DNA construct comprising the DNA of claim 1. 請求項5の組換えDNA構築物で形質転換された植物細胞、組織、器官、植物またはその後代。A plant cell, tissue, organ, plant or progeny transformed with the recombinant DNA construct of claim 5. 植物の側芽形成を、コントロール植物と比較して実質的に増加または減少させる方法であって、請求項1または2のDNAの発現レベルをコントロール植物と比較して、実質的に増加または減少させることを特徴とする方法。A method for substantially increasing or decreasing lateral bud formation of a plant as compared to a control plant, wherein the expression level of the DNA of claim 1 or 2 is substantially increased or decreased as compared to a control plant. The method characterized by the above. 請求項1または2のDNAと、それに機能可能に連結されたプロモーターとを含む組換えDNA構築物で、植物を形質転換することをさらに含む請求項7の方法。The method of claim 7, further comprising transforming a plant with a recombinant DNA construct comprising the DNA of claim 1 or 2 and a promoter operably linked thereto. 請求項1または2のDNAの発現を減少させる配列と、それに機能可能に連結されたプロモーターとを含む組換えDNA構築物で、植物を形質転換することをさらに含む請求項7の方法。8. The method of claim 7, further comprising transforming a plant with a recombinant DNA construct comprising a sequence that reduces expression of the DNA of claim 1 or 2 and a promoter operably linked thereto. 培養植物細胞を、請求項5の組換えDNA構築物で形質転換することによって、該培養植物細胞から不定芽を形成させる方法。A method for forming adventitious buds from cultured plant cells by transforming the cultured plant cells with the recombinant DNA construct of claim 5. 培養植物細胞を、請求項5の組換えDNA構築物で形質転換することによって、該培養植物細胞から不定芽を形成させることを含む、植物の生産方法。A method for producing a plant, comprising transforming a cultured plant cell with the recombinant DNA construct of claim 5 to form an adventitious bud from the cultured plant cell. 請求項11の生産方法によって得られる、植物細胞、組織、器官、植物またはその後代。A plant cell, tissue, organ, plant or progeny obtained by the production method of claim 11.
JP2003086079A 2003-03-26 2003-03-26 Gene inducing formation of lateral branch and protein encoded by the same Pending JP2004290064A (en)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN113186200A (en) * 2021-06-07 2021-07-30 河南农业大学 A pair of genes ClTFL/Cltfl1 for controlling existence and lateral branch of watermelon tendril and application thereof
CN118064454A (en) * 2024-04-22 2024-05-24 中国农业科学院生物技术研究所 Gene separated from medicago truncatula, encoding protein thereof and application thereof in regulating and controlling collateral development

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