JP7345760B2 - How to introduce substances into pollen - Google Patents
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Description
本発明は、花粉への物質導入方法に関し、より詳しくは、パーティクルボンバードメント法による花粉への物質導入方法に関する。 The present invention relates to a method for introducing a substance into pollen, and more particularly, to a method for introducing a substance into pollen using a particle bombardment method.
核酸、タンパク質等の物質を、細胞内に導入することは、基礎研究のみならず、様々な産業用途においても非常に意義のあることである。しかしながら、植物は固い細胞壁を持ち、動物等に比べ、外部から物質を導入するのが困難である。このような、植物細胞への物質導入に関し、細胞壁を取り除いたプロトプラストの貪食作用を利用する方法(ポリエチレングリコール法)、微細なシリンジを用いて細胞内に物質を導入する方法(マイクロインジェクション法)、電気的に細胞膜に孔を開け、物質を細胞内に流入させる方法(エレクトロポレーション法)、微粒子を物質で覆って、それを細胞内に撃ち込む方法(パーティクルボンバードメント法)が試みられている。このうち、パーティクルボンバードメント法は、簡便で広範な植物に適用可能なことから、植物細胞への物質導入方法として、一般的に用いられている(非特許文献1)。しかも、この方法は、特に固い細胞壁を持つ成熟花粉等に有効であることが、様々な被子植物で報告されている(非特許文献2)。 Introduction of substances such as nucleic acids and proteins into cells is of great significance not only in basic research but also in various industrial applications. However, plants have hard cell walls, making it difficult to introduce substances from the outside compared to animals. Regarding the introduction of substances into plant cells, there are methods that utilize the phagocytosis of protoplasts whose cell walls have been removed (polyethylene glycol method), methods that introduce substances into cells using a fine syringe (microinjection method), Attempts have been made to create a hole in the cell membrane electrically and allow a substance to flow into the cell (electroporation method), and to cover microparticles with a substance and shoot it into the cell (particle bombardment method). Among these, the particle bombardment method is generally used as a method for introducing substances into plant cells because it is simple and applicable to a wide range of plants (Non-Patent Document 1). Furthermore, it has been reported that this method is particularly effective for various angiosperms, such as mature pollen having a hard cell wall (Non-Patent Document 2).
パーティクルボンバードメント法では、通常、花粉管伸長(培養)用の液体培地等に成熟花粉を懸濁し、花粉に吸水させた状態で、バキュームポンプで吸引しながらろ紙やナイロンメンブレン等の支持体上に花粉を集約し、導入する方法が主に用いられている(非特許文献3、非特許文献4)。また、寒天培地を支持体として用いる方法も用いられている(非特許文献5、6)。 In the particle bombardment method, mature pollen is usually suspended in a liquid medium for pollen tube elongation (cultivation), and with the pollen absorbing water, it is placed on a support such as filter paper or nylon membrane while being suctioned with a vacuum pump. A method of collecting and introducing pollen is mainly used (Non-Patent Document 3, Non-Patent Document 4). Additionally, a method using an agar medium as a support has also been used (Non-Patent Documents 5 and 6).
しかしながら、これらを支持体として用いたパーティクルボンバードメント法では、花粉への物質導入効率が低く、また正常に花粉管を発芽しない花粉も多い(すなわち導入処理後の生存率が低い)という問題点があった。 However, the particle bombardment method using these as a support has the problem that the efficiency of introducing substances into pollen is low, and many pollen do not germinate pollen tubes normally (that is, the survival rate after introduction treatment is low). there were.
本発明は、前記従来技術の有する課題に鑑みてなされたものであり、導入効率及び生存率高く、花粉に物質を導入することが可能なパーティクルボンバードメント法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the problems of the prior art, and aims to provide a particle bombardment method capable of introducing substances into pollen with high introduction efficiency and high survival rate.
本発明者らは、前記目的を達成すべく、様々な人工膜を、花粉を載せるための支持体として用い、当該花粉に対し、パーティクルボンバードメント法による物質導入を行なった。その結果、親水性ポリテトラフルオロエチレン(親水性PTFE)又は親水性混合セルロースエステル(親水性MCE、すなわち、ニトロセルロース及びセルロースアセテートの混合物)を支持体として用いた場合には、物質が導入され、かつ生存して花粉管を発芽している花粉数が、他の支持体よりも顕著に多くなるということが明らかになった。 In order to achieve the above object, the present inventors used various artificial membranes as supports on which pollen was placed, and introduced substances into the pollen by a particle bombardment method. As a result, when hydrophilic polytetrafluoroethylene (hydrophilic PTFE) or hydrophilic mixed cellulose esters (hydrophilic MCE, i.e., a mixture of nitrocellulose and cellulose acetate) are used as supports, substances are introduced; It was also revealed that the number of pollen grains that survived and germinated into pollen tubes was significantly higher than on other supports.
一方、PTFEであっても、疎水性PTFEを支持体として用いた場合は、親水性のそれよりも、前記花粉数は少なかった。また、ニトロセルロース又はセルロースアセテートのみを支持体として用いた場合は、それらによって構成される親水性MCEよりも、前記花粉数は顕著に少なかった。また、従前より支持体として用いられている、ろ紙、ナイロン、寒天培地も、親水性PTFE又は親水性MCEと比して、物質が導入され、かつ生存して花粉管を発芽している花粉数は少なかった。さらに、親水性PTFEを支持体として用いた場合に、花粉の中にある雄原細胞にまで、高い効率と生存率にて物質を導入できることを見出した。 On the other hand, even when using PTFE, when hydrophobic PTFE was used as a support, the number of pollen particles was smaller than that of hydrophilic PTFE. Furthermore, when only nitrocellulose or cellulose acetate was used as a support, the number of pollen grains was significantly lower than that of hydrophilic MCE composed of them. In addition, compared to hydrophilic PTFE or hydrophilic MCE, filter paper, nylon, and agar media, which have been used as supports, have a higher number of pollen particles that have been introduced with substances and have survived and germinated pollen tubes. There were few. Furthermore, we have found that when hydrophilic PTFE is used as a support, it is possible to introduce substances into the ostogen cells in pollen with high efficiency and survival rate.
すなわち、本発明は、花粉への物質導入方法に関し、より詳しくは、以下に記載の、パーティクルボンバードメント法による花粉への物質導入方法を提供する。
<1> 花粉に物質を導入する方法であって、
パーティクルボンバードメント法により、物質で被覆した微粒子を支持体に載せた花粉に撃ち込む工程を含み、かつ
前記支持体が、親水性ポリテトラフルオロエチレン及び親水性混合セルロースエステルのうちの少なくとも1の高分子を含む支持体である、方法。
<2> 前記物質が、ヌクレオチド及び/又はペプチドである、<1>に記載の方法。
<3> 前記微粒子が金属微粒子である、<1>又は<2>に記載の方法。
<4> 親水性ポリテトラフルオロエチレン及び親水性混合セルロースエステルのうちの少なくとも1の高分子を含む、パーティクルボンバードメント用花粉支持材。
<5> <4>に記載のパーティクルボンバードメント用花粉支持材を備える、パーティクルボンバードメント用装置。
That is, the present invention relates to a method for introducing a substance into pollen, and more specifically provides a method for introducing a substance into pollen using a particle bombardment method, as described below.
<1> A method of introducing a substance into pollen,
the step of bombarding pollen on a support with fine particles coated with a substance by a particle bombardment method, and the support is a polymer of at least one of hydrophilic polytetrafluoroethylene and hydrophilic mixed cellulose ester. A method comprising a support comprising:
<2> The method according to <1>, wherein the substance is a nucleotide and/or a peptide.
<3> The method according to <1> or <2>, wherein the fine particles are metal fine particles.
<4> A pollen support material for particle bombardment, comprising at least one polymer selected from hydrophilic polytetrafluoroethylene and hydrophilic mixed cellulose ester.
<5> A device for particle bombardment, comprising the pollen supporting material for particle bombardment according to <4>.
本発明によれば、導入効率及び生存率高く、花粉に物質を導入することが可能となる。 According to the present invention, it is possible to introduce substances into pollen with high introduction efficiency and high survival rate.
本発明の花粉に物質を導入する方法は、パーティクルボンバードメント法により、物質で被覆した微粒子を支持体に載せた花粉に撃ち込む工程を含み、かつ前記支持体が、親水性ポリテトラフルオロエチレン及び親水性混合セルロースエステルのうちの少なくとも1の高分子を含む支持体である、方法である。 The method of introducing a substance into pollen of the present invention includes the step of bombarding pollen covered with a substance by a particle bombardment method, and wherein the support is made of hydrophilic polytetrafluoroethylene and hydrophilic polytetrafluoroethylene. A support comprising at least one polymer of mixed cellulose esters.
本発明において、「花粉」は、植物の雄性配偶子を意味し、成熟花粉のみならず、未成熟花粉も含まれる。未成熟花粉には、花粉母細胞、四分子(花粉四分子)、小胞子、2核の未熟花粉も含まれる。また、花粉を構成する細胞(雄原細胞、精細胞、花粉管細胞(栄養細胞)等)も、本発明の物質導入の対象となる花粉に含まれる。花粉の由来となる「植物」については特に制限はなく、例えば、双子葉植物及び単子葉植物を含む被子植物、裸子植物、草本植物、並びに木本植物が挙げられる。植物のより具体的な例としては、トマト、タバコ、ピーマン、トウガラシ、ナス等のナス類;キュウリ、カボチャ、スイカ等のウリ類;キャベツ、ブロッコリー、ハクサイ、シロイヌナズナ等の菜類;セルリ一、パセリ一、レタス等の生菜・香辛菜類;ネギ、タマネギ、ニンニク等のネギ類;ダイズ、ラッカセイ、インゲン、エンドウ、アズキ、リョクトウ、ササゲ、ソラマメ等の豆類;イチゴ、メロン等のその他果菜類;ダイコン、カブ、ニンジン、ゴボウ等の直根類;サトイモ、キャッサバ、ジャガイモ、サツマイモ、ナガイモ等のイモ類;イネ、トウモロコシ、コムギ、ソルガム、オオムギ、ライムギ、ミナトカモジグサ、ソバ等の穀類;アスパラガス、ホウレンソウ、ミツバ等の柔菜類;ユリ、トルコギキョウ、ストック、カーネーション、キク等の花弁類;ベントグラス、コウライシバ等の芝類;ナタネ、ラッカセイ、セイヨウアブラナ、ナンヨウアブラギリ等の油料作物類;ワ夕、イグサ等の繊維料作物類;クローバー、デントコーン、タルウマゴヤシ等の飼料作物類;リンゴ、ナシ、ブドウ、モモ、キウイフルーツ等の落葉性果樹類;ウンシュウミカン、オレンジ、レモン、グレープフルーツ等の柑橘類;サツキ、ツツジ、スギ、ポプラ、パラゴムノキ、イチョウ、マツ等の木本類等が挙げられる。 In the present invention, "pollen" means male gametes of plants, and includes not only mature pollen but also immature pollen. Immature pollen also includes pollen mother cells, tetrads (pollen tetrads), microspores, and 2-nucleated immature pollen. In addition, cells constituting pollen (androgen cells, sperm cells, pollen tube cells (vegetative cells), etc.) are also included in the pollen to which the substance of the present invention is introduced. The "plant" from which the pollen is derived is not particularly limited, and includes, for example, angiosperms including dicotyledons and monocots, gymnosperms, herbaceous plants, and woody plants. More specific examples of plants include tomatoes, tobacco, green peppers, chili peppers, eggplants such as eggplants; cucurbits such as cucumbers, pumpkins, and watermelons; vegetables such as cabbage, broccoli, Chinese cabbage, and Arabidopsis; celery and parsley. 1. Raw vegetables and spicy vegetables such as lettuce; Alliums such as green onions, onions, and garlic; Legumes such as soybeans, groundnuts, green beans, peas, azuki beans, mung beans, cowpeas, and fava beans; Other fruit vegetables such as strawberries and melons; Japanese radish , turnips, carrots, burdock, and other taproots; taro, cassava, potato, sweet potato, and other potatoes; rice, corn, wheat, sorghum, barley, rye, minatomojigusa, buckwheat, and other cereals; asparagus, spinach, etc. Petals such as lilies, lisianthus, stock, carnations, chrysanthemums; Lawns such as bentgrass and orifolia; Oil crops such as rapeseed, peanuts, rapeseed, oilseed rape; Japanese rushes, rushes, etc. Fiber crops; Forage crops such as clover, dent corn, and alfalfa; Deciduous fruit trees such as apples, pears, grapes, peaches, and kiwifruit; Citrus fruits such as mandarin oranges, oranges, lemons, and grapefruit; Satsuki and azaleas , cedar, poplar, para rubber tree, ginkgo, pine, and other woody plants.
前記の花粉に導入される「物質」としては特に制限はなく、例えば、ヌクレオチド(DNA、RNA)、ペプチド、糖、脂質等の生体高分子、蛍光色素等の低分子化合物が挙げられる。ヌクレオチドには、オリゴヌクレオチド、ポリヌクレオチド及び核酸が含まれ、ペプチドには、オリゴペプチド、ポリペプチド及びタンパク質が含まれ、糖には、オリゴ糖及び糖鎖が含まれる。また、本発明に係る「生体高分子」には、天然に存在するもののみならず、それらの誘導体(例えば、架橋型ヌクレオチド、非天然型アミノ酸)も含まれ、さらにそれらの複合体(例えば、糖タンパク質、糖脂質、RNA-タンパク質複合体)も含まれる。 The "substance" introduced into the pollen is not particularly limited, and includes, for example, biopolymers such as nucleotides (DNA, RNA), peptides, sugars, and lipids, and low-molecular compounds such as fluorescent dyes. Nucleotides include oligonucleotides, polynucleotides, and nucleic acids, peptides include oligopeptides, polypeptides, and proteins, and sugars include oligosaccharides and sugar chains. Furthermore, the "biopolymer" according to the present invention includes not only naturally occurring ones, but also their derivatives (e.g., cross-linked nucleotides, non-natural amino acids), and complexes thereof (e.g., Also included are glycoproteins, glycolipids, RNA-protein complexes).
本発明の花粉への物質導入方法においては、上記のとおり、パーティクルボンバードメント法により、前記物質で被覆した微粒子を支持体に載せた対象(本発明においては、花粉)に撃ち込む方法が用いられる。なお、「パーティクルボンバードメント法」は、パーティクルガン法、遺伝子銃法、微粒子銃法、微粒子射出法、パーティクルデリバリー法とも称される方法であり、DNA等の物質で被覆した微粒子を高速で射出して対象の細胞内に導入する方法を意味する。以下、図1A及び1Bを参照しながら本発明のパーティクルボンバードメント法の実施態様の例について説明する。 In the method of introducing a substance into pollen of the present invention, as described above, a method is used in which fine particles coated with the substance are shot into an object (in the present invention, pollen) placed on a support by the particle bombardment method. The "particle bombardment method" is also known as the particle gun method, gene gun method, microparticle gun method, microparticle injection method, or particle delivery method, and is a method in which microparticles coated with a substance such as DNA are injected at high speed. This refers to a method of introducing into target cells. Hereinafter, an example of an embodiment of the particle bombardment method of the present invention will be described with reference to FIGS. 1A and 1B.
パーティクルボンバードメント法においては、例えば、物質を撃ち込む前に、パーティクルボンバードメント装置1内を陰圧にした上で、ガス加速管2にガスをラプチャーディスク3が破壊圧力に達するまで供給される。次いで、図1Bに示すとおり、ラプチャーディスク3が破裂すること(破裂後のラプチャーディスク3a及び3b)によって発生するガス衝撃圧力により、前記物質で被覆した微粒子5が下面に付着しているマクロキャリア4が、対象(花粉7)の方向に移動することとなる。そして、マクロキャリア4がストッピングスクリーン6で停止し、付着していた前記微粒子5のみが、支持体8に載せた対象(花粉7)へ撃ち込まれることとなる。 In the particle bombardment method, for example, before injecting a substance, the inside of the particle bombardment device 1 is made negative pressure, and then gas is supplied to the gas acceleration tube 2 until the rupture disk 3 reaches a bursting pressure. Next, as shown in FIG. 1B, due to the gas impact pressure generated by the rupture of the rupture disk 3 (the rupture disks 3a and 3b after rupture), the macrocarrier 4 has the fine particles 5 coated with the substance attached to its lower surface. will move in the direction of the object (pollen 7). Then, the macro carrier 4 stops at the stopping screen 6, and only the attached fine particles 5 are shot into the object (pollen 7) placed on the support 8.
本発明のパーティクルボンバードメント法において、花粉を載せるための支持体(「パーティクルボンバードメント用花粉支持材」とも称する)は、後記の実施例において示すとおり、花粉への物質の導入効率、及び該導入後の花粉の生存率が高いという観点から、親水性ポリテトラフルオロエチレン及び親水性混合セルロースエステルのうちの少なくとも1の高分子を含む支持体である。 In the particle bombardment method of the present invention, the support on which pollen is placed (also referred to as "pollen support material for particle bombardment") is designed to From the viewpoint of high pollen survival rate, the support contains at least one polymer selected from hydrophilic polytetrafluoroethylene and hydrophilic mixed cellulose ester.
本発明において、「親水性」とは、水接触角度が90度未満であることを意味する(なお、水接触角度とは、大気中、室温における水滴に対する静的接触角度のことである)。「親水性ポリテトラフルオロエチレン」は、疎水性であるポリテトラフルオロエチレン(PTFE)に親水処理を施すことによって調製される。「親水処理」としては、特に制限はなく、例えば、水酸基等の置換基を導入する方法、ポリビニルアルコール(PVA)等の親水性樹脂を含浸させた後、これを架橋する方法、膜の表面にヒドロキシプロピルアクリル酸、テトラエチレングリコールアクリル酸、ポリエチレングリコールジアクリレート等で表面処理する方法、メタノール、エタノール、2-プロパノール等のアルコール類又はその他の表面張力の低い液体に浸漬する方法、電子線等のエネルギー線を照射することにより改質する方法、アルカリ金属材料による表面改質法が挙げられる。「親水性混合セルロースエステル(親水性MCE)」は、ニトロセルロースとセルロースアセテートとの混合物であり、そもそも親水性である。 In the present invention, "hydrophilic" means that the water contact angle is less than 90 degrees (the water contact angle is the static contact angle with respect to water droplets in the atmosphere at room temperature). "Hydrophilic polytetrafluoroethylene" is prepared by subjecting hydrophobic polytetrafluoroethylene (PTFE) to hydrophilic treatment. There are no particular restrictions on the "hydrophilic treatment," and examples include a method of introducing a substituent such as a hydroxyl group, a method of impregnating a hydrophilic resin such as polyvinyl alcohol (PVA) and then crosslinking it, and a method of crosslinking the membrane surface. Methods of surface treatment with hydroxypropyl acrylic acid, tetraethylene glycol acrylic acid, polyethylene glycol diacrylate, etc., methods of immersion in alcohols such as methanol, ethanol, 2-propanol, or other liquids with low surface tension, methods of surface treatment with electron beams, etc. Examples include a method of modifying by irradiating energy rays and a method of surface modification using an alkali metal material. "Hydrophilic mixed cellulose ester (hydrophilic MCE)" is a mixture of nitrocellulose and cellulose acetate, and is inherently hydrophilic.
これら親水性高分子は、当業者であれば公知の製造方法により適宜調製することができる。また、多々市販もされているので、それらを購入することによっても用意することができる。例えば、親水性PTFEは、MERCK社から「製品名:Omnipore(登録商標)」が市販されており、ADVANTEC社から「製品名:親水性PTFEメンブレンフィルタ」が市販されている。親水性MCEは、MERCK社から「製品名:MF-Millipore(登録商標)」が市販されており、ADVANTEC社から「製品名:セルロース混合エステルタイプ メンブレンフィルター」が市販されており、Cytiva社(旧:GEヘルスケア社)から「製品名:セルロース混合エステルメンブレン」が市販されている。 These hydrophilic polymers can be appropriately prepared by those skilled in the art using known manufacturing methods. Moreover, since many are commercially available, they can also be prepared by purchasing them. For example, hydrophilic PTFE is commercially available as "Product name: Omnipore (registered trademark)" from MERCK, and "Product name: Hydrophilic PTFE membrane filter" is available from ADVANTEC. Hydrophilic MCE is commercially available as "Product name: MF-Millipore (registered trademark)" from MERCK, "Product name: Cellulose mixed ester type membrane filter" is commercially available from ADVANTEC, and Cytiva (formerly "Product name: Cellulose mixed ester membrane" is commercially available from GE Healthcare Corporation.
本発明に係る「支持体」は、緻密質であっても、多孔質であってもよいが、花粉が発芽するのに適した水分量を安定的に保つ観点から、多孔質であることが好ましい。「支持体」の形状は、特に制限されず、メンブレン状、フィルム状、シート状、板状であってもよいが、花粉の置床や、ボンバードメント後の培養が容易であるといった観点から、メンブレン状であることが好ましい。また、その形状にもよるが、図1Aに例示するように、花粉は通常、支持体の一方の表面上に載せられる。本発明に係る「支持体」としては、花粉を載せるその表面の少なくとも一部が親水性PTFE及び/又は親水性MCEとなっていることが望ましく、他の素材を含んでいてもよい。ここで「一部」としては、支持体の一方の全表面の50%以上、好ましくは70%以上、より好ましくは85%以上である。また、かかる他の素材としては、親水性PTFE及び/又は親水性MCEを裏打ちするための、プラスチック板(材質:ポリスチレン等)、親水性MCE及び親水性PTFE以外の高分子からなるメンブレン(例えば、表1~3に記載のメンブレン)、ろ紙、寒天培地、ガラス板、金属板(アルミ板、ステンレス板等)、シリコーン樹脂(PDMS等)等が挙げられる。 The "support" according to the present invention may be dense or porous, but from the viewpoint of stably maintaining a moisture content suitable for pollen germination, it is preferably porous. preferable. The shape of the "support" is not particularly limited and may be in the form of a membrane, film, sheet, or plate, but from the viewpoint of ease of placing pollen and culturing after bombardment, Preferably, the shape is Although it also depends on its shape, the pollen is usually placed on one surface of the support, as illustrated in FIG. 1A. As for the "support" according to the present invention, it is desirable that at least a part of the surface on which pollen is placed is made of hydrophilic PTFE and/or hydrophilic MCE, and may contain other materials. Here, "part" means 50% or more, preferably 70% or more, and more preferably 85% or more of the entire surface of one side of the support. In addition, such other materials include a plastic plate (material: polystyrene, etc.) for lining hydrophilic PTFE and/or hydrophilic MCE, a membrane made of a polymer other than hydrophilic MCE and hydrophilic PTFE (for example, Examples include membranes listed in Tables 1 to 3), filter paper, agar medium, glass plates, metal plates (aluminum plates, stainless steel plates, etc.), silicone resins (PDMS, etc.), and the like.
支持体が多孔質メンブレン状の親水性PTFE及び/又は親水性MCEを含む場合には、親水性PTFE及び/又は親水性MCEの孔径が、通常0.1~100μmであり、好ましくは0.2~50μmであり、より好ましくは0.8~10μmである。さらに、支持体における親水性PTFE及び/又は親水性MCEの厚さは、通常10~500μmであり、好ましくは15~300μmであり、より好ましくは19~150μmである。 When the support contains a porous membrane of hydrophilic PTFE and/or hydrophilic MCE, the pore size of the hydrophilic PTFE and/or hydrophilic MCE is usually 0.1 to 100 μm, preferably 0.2 μm. ~50 μm, more preferably 0.8 ~ 10 μm. Further, the thickness of the hydrophilic PTFE and/or hydrophilic MCE in the support is usually 10 to 500 μm, preferably 15 to 300 μm, and more preferably 19 to 150 μm.
また、花粉の生存に適した水分量を安定的に保つ観点から、支持体において親水性PTFE及び/又は親水性MCEは、液体を含んでいることが望ましい。かかる液体としては、例えば、花粉維持用培地(花粉管伸長培地、雄性配偶子初期培地等)、生理食塩水、リン酸緩衝液(PBS)等の緩衝液が挙げられる。また、液体の含有率は、対象(花粉)の種類等によって当業者であれば適宜調整され得、特に制限されないが、例えば、0.01~10μL/mm3(1~3μL/mm3等)が挙げられる。 Furthermore, from the viewpoint of stably maintaining a moisture content suitable for the survival of pollen, it is desirable that the hydrophilic PTFE and/or hydrophilic MCE in the support contain a liquid. Examples of such liquids include pollen maintenance media (pollen tube elongation media, male gamete initial media, etc.), physiological saline, and buffers such as phosphate buffered saline (PBS). In addition, the content rate of the liquid can be appropriately adjusted by those skilled in the art depending on the type of target (pollen), etc., and is not particularly limited, but for example, 0.01 to 10 μL/mm 3 (1 to 3 μL/mm 3 etc.) can be mentioned.
本発明のパーティクルボンバードメント法において、前記物質によって被覆される「微粒子」の素材は、特に制限されず、例えば、金、タングステン、磁性粒子(四酸化三鉄等)等の金属からなる微粒子(金属微粒子)が挙げられる。これらの中でも、金粒子が好ましい。微粒子の粒子径は、特に制限されないが、例えば0.05~5μmであり、好ましくは0.1~3μmであり、より好ましくは0.2~l.5μmであり、さらに好ましくは0.4~0.8μmである。 In the particle bombardment method of the present invention, the material of the "fine particles" coated with the substance is not particularly limited, and examples thereof include fine particles (metal fine particles). Among these, gold particles are preferred. The particle diameter of the fine particles is not particularly limited, but is, for example, 0.05 to 5 μm, preferably 0.1 to 3 μm, and more preferably 0.2 to 1.1 μm. It is 5 μm, more preferably 0.4 to 0.8 μm.
本発明に係る「被覆」には、微粒子表面の全部が前記物質によって覆われていることのみならず、その一部が覆われている〈微粒子表面の一部に前記物質が付着している)状態も含まれる。ここで「一部」としては、微粒子表面の50%以上、好ましくは85%以上、より好ましくは90%以上、さらに好ましくはほぼ全面(例えば、95%以上)である。また「物質で被覆した微粒子」は、物質と微粒子との混合物の形態であってもよい。 "Coating" according to the present invention does not mean that the entire surface of the fine particle is covered with the substance, but also that a part of the surface is covered (the substance is attached to a part of the surface of the fine particle). It also includes the state. Here, "part" means 50% or more of the surface of the fine particles, preferably 85% or more, more preferably 90% or more, and still more preferably almost the entire surface (for example, 95% or more). Furthermore, "fine particles coated with a substance" may be in the form of a mixture of a substance and fine particles.
微粒子への前記物質の被覆方法は、特に制限されず、公知の方法に従った方法を採用することができる。例えば、微粒子と導入物を接触させることにより被覆することができる。この際に、プラスミドベクター等の立体構造解消のためにプラスチャージの物質(例えば、スペルミジン等のポリアミン)や、導入物の微粒子への付着や微粒子の沈殿を促進する物質(例えば、塩化カルシウム等の塩)を添加することによって、より効率的に被覆することができる。 The method for coating the fine particles with the substance is not particularly limited, and any known method may be employed. For example, coating can be achieved by bringing the fine particles into contact with the introduced material. At this time, positively charged substances (e.g., polyamines such as spermidine) are used to dissolve the three-dimensional structure of plasmid vectors, and substances that promote adhesion of introduced substances to fine particles or precipitation of fine particles (e.g., calcium chloride, etc.) are used. By adding salt), more efficient coating can be achieved.
物質で被覆した微粒子は、通常、マイクロピペット等を用いてマクロキャリアに可能な限り均一に塗布した後、クリーンベンチ等の無菌環境中で乾燥させることによって、前記物質で被覆した微粒子が下面に付着しているマクロキャリアは調製される。 The fine particles coated with the substance are usually applied to the macrocarrier as uniformly as possible using a micropipette, etc., and then dried in a sterile environment such as a clean bench, so that the fine particles coated with the substance adhere to the bottom surface. A macrocarrier is prepared.
前記物質で被覆した微粒子を撃ち込む方法は特に制限されないが、上記のとおり、通常、一定の圧力に設定されたガスにより射出する方法が採られる。ガスは、不活性ガスが好ましく用いられ、例えばヘリウムガスが採用される。 The method of injecting the fine particles coated with the substance is not particularly limited, but as described above, a method of injecting the particles with a gas set at a constant pressure is usually adopted. As the gas, an inert gas is preferably used, and for example, helium gas is used.
ガス圧としては、好ましくは30~2200psi、より好ましくは450~1200psiである。なお、ガス圧は、微粒子の種類、対象(花粉)の種類、対象との距離等に応じて、一過的発現実験等により、適宜最適な圧力を決定することができる。 The gas pressure is preferably 30 to 2200 psi, more preferably 450 to 1200 psi. Note that the optimal gas pressure can be appropriately determined by a transient expression experiment or the like, depending on the type of fine particles, the type of target (pollen), the distance to the target, and the like.
ラプチャーディスクとマクロキャリアとの距離としては、好ましくは2~12cm、より好ましくは2~4cmである。また、マクロキャリアと対象(花粉)との距離としては、好ましくは2~12cm、より好ましくは3~6cmである。なお、これらの距離は、微粒子の種類、対象(花粉)の種類等に応じて、一過的発現実験等により、適宜最適な圧力を決定することができる。 The distance between the rupture disk and the macro carrier is preferably 2 to 12 cm, more preferably 2 to 4 cm. Further, the distance between the macrocarrier and the object (pollen) is preferably 2 to 12 cm, more preferably 3 to 6 cm. Note that the optimum pressure for these distances can be determined as appropriate by a transient expression experiment or the like, depending on the type of fine particles, the type of object (pollen), etc.
花粉に微粒子を撃ち込む回数としては、少なくとも1回(例えば、1回、2回)あれば良い。なお、撃ち込む回数についても、一過的発現実験等により、適宜最適な回数を決定することができる。 The number of times fine particles are shot into pollen may be at least once (for example, once or twice). Note that the optimum number of shots can be appropriately determined by a transient expression experiment or the like.
以上、本発明のパーティクルボンバードメント法の好適な実施形態について、図1A及びBに示した概略図に沿って説明したが、本発明は、当該図に示した形態のパーティクルボンバードメント装置に限定されることなく、物質を被覆した微粒子を高速で射出できる装置(所謂、遺伝子銃、パーティクルデリバリーシステム)であれば、その形態、射出形式等を問わず、利用することができる。より具体的には、チャンバー式、据え置き型、箱型又は設置型の遺伝子銃等(例えば、BIO-RAD社製 PDS-1000/Heシステム)に限定されることなく、ハンドヘルド型の遺伝子銃等(例えば、BIO-RAD社製 Helios Gene Gunシステム)であっても、当業者であれば、適宜その装置に合わせた条件等を設定し、本発明を実施し得る。 The preferred embodiment of the particle bombardment method of the present invention has been described above with reference to the schematic diagrams shown in FIGS. Any device (so-called gene gun, particle delivery system) that can eject fine particles coated with a substance at high speed without causing any damage can be used regardless of its form or injection method. More specifically, it is not limited to chamber-type, stationary-type, box-type, or installation-type gene guns (for example, BIO-RAD PDS-1000/He system), but also handheld gene guns, etc. ( For example, even with the Helios Gene Gun system manufactured by BIO-RAD, those skilled in the art can implement the present invention by appropriately setting conditions suitable for the device.
以下、実施例に基づいて本発明をより具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。 EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be described in more detail based on Examples, but the present invention is not limited to the following Examples.
(実施例1)
パーティクルボンバードメント法による花粉への物質導入において、適した花粉支持体を見出すべく、プラスミドDNAを金の微粒子表面に被覆して、各種支持体に載せたベンサミアナタバコの花粉に撃ち込んだ。そして、プラスミドDNAが導入され、生存していた花粉数を計測した。具体的には以下のようにして行なった。
(Example 1)
In order to find a suitable pollen support for the introduction of substances into pollen using the particle bombardment method, plasmid DNA was coated on the surface of fine gold particles and shot into N. benthamiana pollen placed on various supports. The plasmid DNA was then introduced and the number of viable pollen cells was counted. Specifically, it was performed as follows.
<プラスミドDNA>
花粉に導入するプラスミドDNAは、シロイヌナズナUBQ10(ポリユビキチン10;AT4G05320)遺伝子プロモーター下流にsGFP遺伝子をつないだ配列(AtUBQ10p::sGFP)を、ベンサミアナタバコ用のバイナリーベクター(Addgene社製、pGreen0029)に挿入し、調製した。当該プラスミドDNAが導入された花粉の細胞質(花粉及び花粉管)にて蛍光タンパク質(GFP)が発現することになるので、これを指標として、プラスミドDNA導入花粉を判別することができる。
<Plasmid DNA>
The plasmid DNA to be introduced into the pollen contains a sequence (AtUBQ10p::sGFP) that connects the sGFP gene downstream of the Arabidopsis UBQ10 (polyubiquitin 10; AT4G05320) gene promoter, and a binary vector for Nicotiana benthamiana (Addgene, pGreen0029). and prepared. Fluorescent protein (GFP) will be expressed in the cytoplasm (pollen and pollen tube) of the pollen into which the plasmid DNA has been introduced, so using this as an indicator, pollen into which the plasmid DNA has been introduced can be identified.
<プラスミドDNAによる金粒子のコーティング>
0.6μm径の金粒子(BIO-RAD社、#165-2262)を100%エタノールで洗浄し、滅菌水で懸濁して30mg/mL金粒子含有水を調製した。後記のDNA被覆金粒子含有エタノールを1回の撃ち込みにつき10μL使用することとし、当該エタノール中のプラスミドDNAが1回の撃ち込みにつき500ngになるよう混合して加え、撹拌した。この金粒子及びプラスミドDNAの混合液に対し、4μLの0.1Mスペルミジンと10μLの2.5M塩化カルシウムとを撹拌しながら加え、スピンダウンによりプラスミドDNAがコーティングされた金粒子を沈殿させた。その後、上清を除き、20μLの70%エタノールで洗浄したのち、10μLの100%エタノールで再懸濁し、DNA被覆金粒子含有エタノールを調製した。
<Coating of gold particles with plasmid DNA>
Gold particles with a diameter of 0.6 μm (BIO-RAD, #165-2262) were washed with 100% ethanol and suspended in sterile water to prepare water containing 30 mg/mL gold particles. 10 μL of DNA-coated gold particle-containing ethanol (described below) was used for each injection, and the plasmid DNA in the ethanol was mixed and added to a concentration of 500 ng per injection, followed by stirring. To this mixed solution of gold particles and plasmid DNA, 4 μL of 0.1 M spermidine and 10 μL of 2.5 M calcium chloride were added with stirring, and the gold particles coated with plasmid DNA were precipitated by spindown. Thereafter, the supernatant was removed, washed with 20 μL of 70% ethanol, and then resuspended in 10 μL of 100% ethanol to prepare DNA-coated gold particle-containing ethanol.
<パーティクルボンバードメント法>
パーティクルボンバードメントによる導入に用いるマクロキャリア1枚につき、前記DNA被覆金粒子含有エタノールを10μL使用した。当該エタノールをマクロキャリア上に滴下し、風乾した後に、導入装置(PDS-1000/He、BIO-RAD社、#165-2257 J1)本体の最上段、すなわちラプチャーディスクからの距離が3cmの位置となるようマクロキャリアを配置した。生育しているベンサミアナタバコの花から成熟花粉(葯3個分、開葯後の葯から採取した雄原細胞を持つ花粉)を採取し、各種支持体上に花粉を散布し、マクロキャリアからの距離が3cm又は6cmの位置に配置した。
<Particle bombardment method>
10 μL of the DNA-coated gold particle-containing ethanol was used for each macrocarrier used for introduction by particle bombardment. After dropping the ethanol onto the macrocarrier and air-drying it, place the introduction device (PDS-1000/He, BIO-RAD, #165-2257 J1) at the top of the main body, that is, at a position 3 cm away from the rupture disk. Macro carriers were placed so that Collect mature pollen (3 anthers, pollen with male progenitor cells collected from anthers after anther opening) from a growing N. benthamiana flower, scatter the pollen on various supports, and use it as a macrocarrier. It was placed at a distance of 3 cm or 6 cm from the
支持体としては、下記表1~3に示す、花粉管伸長培地で湿らせた各種人工膜及びろ紙、並びに1%アガロースを加えた花粉管伸長培地を用いた。 As supports, various artificial membranes and filter papers moistened with pollen tube elongation medium and pollen tube elongation medium supplemented with 1% agarose were used as shown in Tables 1 to 3 below.
なお、人工膜及びろ紙については、裏打ちするためにプラスチック板を敷いた。また、各種人工膜への単位体積あたりの培地滴下量は、1.35μL/mm3とした。また、花粉管伸長培地の組成は以下のとおりである。
花粉管伸長培地の組成:0.01w/v% ホウ酸、1mM 塩化カルシウム、1mM 硝酸カルシウム、1mM 硫酸マグネシウム、10w/v% スクロース(水酸化カリウムにてpH6.5に調整)(Hao Wang & Liwen Jiang、Nature protocols、2011年、6巻、419~426ページ 参照のほど)。
In addition, for the artificial membrane and filter paper, a plastic plate was laid to back them. In addition, the amount of culture medium dropped per unit volume onto various artificial membranes was 1.35 μL/mm 3 . Furthermore, the composition of the pollen tube elongation medium is as follows.
Composition of pollen tube elongation medium: 0.01w/v% boric acid, 1mM calcium chloride, 1mM calcium nitrate, 1mM magnesium sulfate, 10w/v% sucrose (adjusted to pH 6.5 with potassium hydroxide) (Hao Wang & Liwen Jiang, Nature protocols, 2011, vol. 6, pp. 419-426).
1,100psi用のラプチャーディスクを用い、ヘリウムガス圧1,100psi,減圧-25~27inHgで1回ずつ撃ち込みを行なった。その後、人工膜上で撃ち込みを行なったものについては、人工膜ごと花粉を1%アガロースを加えた花粉管伸長培地上に移し、保湿、遮光して室温にて約20時間培養した。 Using a rupture disk for 1,100 psi, each shot was performed once at a helium gas pressure of 1,100 psi and a vacuum of -25 to 27 inHg. Thereafter, for those that were injected onto the artificial membrane, the pollen together with the artificial membrane was transferred onto a pollen tube elongation medium containing 1% agarose, and cultured at room temperature for about 20 hours under moisturizing conditions and shielding from light.
そして、蛍光顕微鏡下で花粉及び花粉管のGFP蛍光の発現を観察した。蛍光タンパク質を発現している花粉管を、プラスミドDNAが導入され、かつ生存して花粉管を発芽している花粉として計測し、支持体間にてその数を比較した。得られた結果を図2に示す。 Then, the expression of GFP fluorescence in pollen and pollen tubes was observed under a fluorescence microscope. Pollen tubes expressing the fluorescent protein were counted as pollen into which plasmid DNA had been introduced and were surviving and germinating pollen tubes, and the numbers were compared between the supports. The results obtained are shown in FIG. 2.
図2に示した結果から明らかなように、親水性ポリテトラフルオロエチレン(親水性PTFE)又は親水性混合セルロースエステル(親水性MCE)を支持体として用いた場合には、プラスミドDNAが導入され、かつ生存して花粉管を発芽している花粉数が、他の支持体よりも顕著に多かった(図2の1.、2.及び5. 参照)。 As is clear from the results shown in Figure 2, when hydrophilic polytetrafluoroethylene (hydrophilic PTFE) or hydrophilic mixed cellulose ester (hydrophilic MCE) is used as a support, plasmid DNA is introduced. Moreover, the number of pollen grains that survived and germinated into pollen tubes was significantly higher than that of other supports (see 1., 2., and 5. in FIG. 2).
一方、PTFEであっても、疎水性PTFEは、親水性のそれよりも、前記花粉数は少なかった(図2の3.及び4. 参照)。また、ニトロセルロース又はセルロースアセテートのみでは、それらによって構成される混合セルロースエステルよりも、前記花粉数は顕著に少なかった(図2の6.~9. 参照)。また、従前より支持体として用いられている、ろ紙、ナイロン、寒天培地(1%アガロース)も、親水性PTFE又は混合セルロースエステルと比して、プラスミドDNAが導入され、かつ生存して花粉管を発芽している花粉数は少なかった。 On the other hand, even when using PTFE, the number of pollen particles was smaller in hydrophobic PTFE than in hydrophilic PTFE (see 3. and 4. in FIG. 2). Furthermore, when using only nitrocellulose or cellulose acetate, the number of pollen particles was significantly lower than when using mixed cellulose ester composed of them (see 6. to 9. in FIG. 2). Furthermore, compared to hydrophilic PTFE or mixed cellulose ester, filter paper, nylon, and agar medium (1% agarose), which have been used as supports for a long time, allow plasmid DNA to be introduced and survive to form pollen tubes. The number of germinated pollen grains was small.
(実施例2)
実施例1にて花粉(細胞質)への導入数が一番良かった親水性PTFEを用い、花粉内の雄原細胞に対しても効率良く物質を導入できるかにつき、上記AtUBQ10p::sGFPを有するプラスミドDNAの代わりに、花粉の核を標識可能な下記35Sp::H2B-tdTomatoを有するプラスミドDNAを用いた。
(Example 2)
Using hydrophilic PTFE, which had the highest number of introductions into pollen (cytoplasm) in Example 1, we investigated whether the substance could be efficiently introduced into the ostogen cells within the pollen using AtUBQ10p::sGFP. Instead of plasmid DNA, plasmid DNA having the following 35Sp::H2B-tdTomato that can label pollen nuclei was used.
<プラスミドDNA>
カリフラワーモザイクウイルス(CaMV)の35Sプロモーター下流に、シロイヌナズナヒストンH2B(AT1G07790)由来の核移行シグナル及びtdTomatoからなる融合タンパク質をコードする遺伝子をつないだ配列(35Sp::H2B-tdTomato)を、SpUCベクターに挿入し、花粉に導入するプラスミドDNAを調製した。当該プラスミドDNAが導入された花粉の核(雄原細胞の核を含む)にて蛍光タンパク質(tdTomato)が発現することになる。
<Plasmid DNA>
A sequence (35Sp::H2B-tdTomato) that connects a gene encoding a fusion protein consisting of a nuclear export signal derived from Arabidopsis histone H2B (AT1G07790) and tdTomato downstream of the 35S promoter of cauliflower mosaic virus (CaMV) is inserted into a SpUC vector. Plasmid DNA to be inserted and introduced into pollen was prepared. A fluorescent protein (tdTomato) is expressed in the nucleus of the pollen (including the nucleus of the androgen cell) into which the plasmid DNA has been introduced.
さらに、支持体(親水性PTFE又は1%アガロース花粉管伸長培地)とマクロキャリアとの距離を3cmのみにした以外は、実施例1同様に、パーティクルボンバードメントを行ない、蛍光タンパク質を発現している花粉管内の雄原細胞の数を計測し、支持体として、親水性PTFEを用いた場合と、1%アガロース花粉管伸長培地を用いた場合とで比較した。得られた結果を図3に示す。 Furthermore, particle bombardment was carried out in the same manner as in Example 1, except that the distance between the support (hydrophilic PTFE or 1% agarose pollen tube elongation medium) and the macrocarrier was set to 3 cm, and fluorescent proteins were expressed. The number of androgen cells in the pollen tube was counted and compared between the cases where hydrophilic PTFE was used as a support and the case where a 1% agarose pollen tube elongation medium was used. The results obtained are shown in FIG.
図3に示した結果から明らかなように、親水性PTFEを支持体として用いた場合には、1%アガロースを用いた場合よりも、蛍光タンパク質を発現している花粉管内の雄原細胞の数は多かった。 As is clear from the results shown in Figure 3, when hydrophilic PTFE was used as a support, the number of oogen cells in pollen tubes expressing fluorescent proteins was higher than when using 1% agarose. There were many.
(実施例3)
本発明の方法が、特定の植物種を対象とするものではないことを確認すべく、実施例1に記載と同様の方法にて、トルコギキョウの花粉への物質導入を試みた。
(Example 3)
In order to confirm that the method of the present invention does not target a specific plant species, an attempt was made to introduce a substance into lisianthus pollen using a method similar to that described in Example 1.
具体的には、パーティクルボンバードメント法において、上記ベンサミアナタバコの花からの成熟花粉の代わりに、トルコギキョウの花からの成熟花粉(葯1個分、開葯後の葯から採取した雄原細胞を持つ花粉)を用いた。また、マクロキャリアと支持体との距離は3cmに統一した。さらに、各種人工膜に添加した、花粉管伸長培地の組成を、以下に変更した。
1.6mM ホウ酸、1.8mM 硝酸カルシウム、2mM 酢酸、15w/v% スクロース(水酸化カリウムにてpH5.7に調整)(Park Hee Sung、Journal of Life Science、2004年、14巻6号、1018~1022ページ.参照のほど)。
Specifically, in the particle bombardment method, mature pollen from Lisianthus flowers (one anther, and rogen cells collected from the anther after anther opening) is used instead of the mature pollen from Nicotiana benthamiana flowers. pollen) was used. Further, the distance between the macrocarrier and the support was unified to 3 cm. Furthermore, the composition of the pollen tube elongation medium added to various artificial membranes was changed as follows.
1.6mM boric acid, 1.8mM calcium nitrate, 2mM acetic acid, 15w/v% sucrose (adjusted to pH 5.7 with potassium hydroxide) (Park Hee Sung, Journal of Life Science, 2004, Vol. 14, No. 6, Pages 1018-1022 (please refer).
そして、以上の変更以外は、実施例1に記載の方法と同様にしてトルコギキョウの花粉への物質導入を試みた。得られた結果を表4に示す。 Then, an attempt was made to introduce substances into lisianthus pollen in the same manner as in Example 1 except for the above changes. The results obtained are shown in Table 4.
表4に示した結果から明らかなように、トルコギキョウの花粉を対象としても、支持体に親水性PTFE又は親水性MCEを用いた場合の方が、従前より支持体として用いられている寒天培地(1%アガロース)と比較して、プラスミドDNAが導入され、かつ生存して花粉管を発芽している花粉数は多かった(表4中の「蛍光」項目を参照のほど)。 As is clear from the results shown in Table 4, when using hydrophilic PTFE or hydrophilic MCE as a support, even for lisianthus pollen, agar medium (which has traditionally been used as a support) 1% agarose), the number of pollen particles into which plasmid DNA had been introduced and which survived and germinated pollen tubes was large (see the "Fluorescence" item in Table 4).
したがって、本発明の方法によれば、植物の種類によらず、生存率及び導入効率高く、花粉に物質を導入できることが確認された。 Therefore, it was confirmed that according to the method of the present invention, substances can be introduced into pollen with high survival rate and high introduction efficiency, regardless of the type of plant.
(実施例4)
本発明の方法が、成熟した花粉のみを対象とするものではないことを確認すべく、未成熟なステージにある雄性配偶子(四分子、小胞子、2核の未熟花粉)への物質導入を、以下に示す方法にて試みた。
(Example 4)
In order to confirm that the method of the present invention does not target only mature pollen, we introduced substances into male gametes at an immature stage (tetrads, microspores, immature pollen with two nuclei). , I tried using the method shown below.
<パーティクルボンバードメント法>
実施例1に記載と同様にして、前記DNA被覆金粒子が下面に付着しているマクロキャリアを調製し、導入装置において、ラプチャーディスクからの距離が3cmの位置となるよう配置した。
<Particle bombardment method>
A macrocarrier having the DNA-coated gold particles attached to its lower surface was prepared in the same manner as described in Example 1, and placed in an introduction device at a distance of 3 cm from the rupture disk.
物質導入の対象とする雄性配偶子のステージは以下のとおりであり、生育しているベンサミアナタバコの花からそれらの蕾の大きさを指標として調製した。
(1)四分子・小胞子が混在したステージ
(2)小胞子からなるステージ
(3)2核の未熟花粉からなるステージ
なお、(1)及び(2)においては、葯20個分の雄性配偶子を採取した。(3)においては、葯15個分の雄性配偶子を採取した。また、回収後、各雄性配偶子の一部を取り分け、DAPI染色することによって、雄性配偶子内の核の数を観察し、各ステージにあることを確認した。
The stages of male gametes to be introduced are as follows, and they were prepared from growing N. benthamiana flowers using the size of their buds as an index.
(1) Stage with a mixture of tetrads and microspores (2) Stage consisting of microspores (3) Stage consisting of immature pollen with two nuclei In addition, in (1) and (2), the male gametes of 20 anthers are The child was taken. In (3), male gametes from 15 anthers were collected. After collection, a portion of each male gamete was taken out and stained with DAPI to observe the number of nuclei within the male gamete and confirm that it was at each stage.
次に、このようにして調製した各雄性配偶子を、下記組成の雄性配偶子初期培地を1.35μL/mm3となるように加えた親水性PTFE支持体(MERCK社製、製品名:Omnipore)上に散布し、マクロキャリアからの距離が3cmの位置に配置した。
雄性配偶子初期培地の組成:0.016mM ホウ酸、1mM 硝酸カルシウム、1mM 硫酸マグネシウム、10mM 硝酸カリウム、1w/v% ペプトン、3mM グルタミン、1mM ウリジン、0.5mM シチジン、0.5M スクロース(20mM リン酸緩衝液(pH7.0)にて調整)(Jaroslav Tupy and Ludmila Rihova、Sexual Plant Reproduction、1991年、4巻、284~287ページ.参照のほど)。
Next, each of the male gametes thus prepared was placed on a hydrophilic PTFE support (manufactured by MERCK, product name: Omnipore) to which a male gamete initial medium having the following composition was added at a concentration of 1.35 μL/ mm3 . ) and placed at a distance of 3 cm from the macrocarrier.
Composition of male gamete initial medium: 0.016mM boric acid, 1mM calcium nitrate, 1mM magnesium sulfate, 10mM potassium nitrate, 1w/v% peptone, 3mM glutamine, 1mM uridine, 0.5mM cytidine, 0.5M sucrose (20mM phosphate) (adjusted with buffer solution (pH 7.0)) (Jaroslav Tupy and Ludmila Rihova, Sexual Plant Reproduction, 1991, Vol. 4, pp. 284-287. See).
そして、1,100psi用のラプチャーディスクを用い、ヘリウムガス圧1,100psi,減圧-25~27inHgで1回ずつ撃ち込みを行なった。次いで、親水性PTFE支持体上の花粉を雄性配偶子初期培地にて洗い流すように回収し、当該培地を用い、遮光して室温にて約20時間培養した。その後、蛍光顕微鏡下で各雄性配偶子におけるGFP蛍光の発現を観察した。 Then, using a rupture disk for 1,100 psi, each shot was performed once at a helium gas pressure of 1,100 psi and a reduced pressure of -25 to 27 inHg. Next, the pollen on the hydrophilic PTFE support was collected by washing with a male gamete initial medium, and cultured using the medium at room temperature in the dark for about 20 hours. Thereafter, the expression of GFP fluorescence in each male gamete was observed under a fluorescence microscope.
その結果、図4A~4Cに示すとおり、全てのステージにて、雄性配偶子におけるGFP蛍光が検出され、本発明によれば、成熟、未成熟問わず、花粉に物質を導入できることを確認することができた。 As a result, as shown in Figures 4A to 4C, GFP fluorescence was detected in male gametes at all stages, confirming that according to the present invention, substances can be introduced into pollen regardless of whether it is mature or immature. was completed.
(実施例5)
本発明の方法が、ヌクレオチドのみを対象とするものではないことを確認すべく、花粉へのその他の物質(RNAタンパク質複合体)の導入を、以下に示す方法にて試みた。
(Example 5)
In order to confirm that the method of the present invention does not target only nucleotides, attempts were made to introduce other substances (RNA-protein complexes) into pollen using the method described below.
<パーティクルボンバードメント法>
RNAタンパク質複合体(以下「RNP」とも称する)を花粉(成熟花粉)に導入させるために、以下の操作により、RNPを装填したパーティクルボンバードメント用マクロキャリアを調製した。
<Particle bombardment method>
In order to introduce an RNA protein complex (hereinafter also referred to as "RNP") into pollen (mature pollen), a macrocarrier for particle bombardment loaded with RNP was prepared by the following procedure.
市販品であるCas9タンパク質 3500ng、tracrRNA 467ng及びcrRNA 280ngを、30μlの溶液(20mM Tris-HCl,200mM KCl,2% スクロース)において混合し、RNPを調製した。なお、RNPの導入が検出できるよう、前記tracrRNAは、カルボキシフルオレセイン(FAM:緑色蛍光)で蛍光標識化された市販品(株式会社ファスマック製)を使用した。 RNP was prepared by mixing 3500 ng of commercially available Cas9 protein, 467 ng of tracrRNA, and 280 ng of crRNA in a 30 μl solution (20 mM Tris-HCl, 200 mM KCl, 2% sucrose). In order to detect the introduction of RNP, the tracrRNA used was a commercially available product (manufactured by Fasmac Co., Ltd.) that was fluorescently labeled with carboxyfluorescein (FAM: green fluorescence).
次いで、限外ろ過法により、前記RNP溶液を、20mM Tris及び2%スクロースからなる溶液に置換し、その後20mM Trisへの置換を行なった。一方、0.6μm径の金粒子(BIO-RAD社製)を100%エタノールで洗浄し、滅菌水で懸濁して30mg/ml金溶液を調製した。そして、前記緩衝液交換後のRNP溶液20μlへ、金溶液を1回の撃ち込みにつき10μlを加え、パーティクルボンバードメント用マクロキャリア(BioRad社製 PDS-1000/He 用マクロキャリア)1枚に、30μl分を装填した。装填したマクロキャリアを約100hPaの減圧下にて(1気圧の約1/10)、25℃、約20分で脱気乾燥してRNPを装填したパーティクルボンバードメント用マクロキャリアを作製した。 Next, by ultrafiltration, the RNP solution was replaced with a solution consisting of 20 mM Tris and 2% sucrose, and then replaced with 20 mM Tris. On the other hand, gold particles with a diameter of 0.6 μm (manufactured by BIO-RAD) were washed with 100% ethanol and suspended in sterile water to prepare a 30 mg/ml gold solution. Then, 10 μl of the gold solution was added per shot to 20 μl of the RNP solution after the buffer exchange, and 30 μl of the gold solution was added to one particle bombardment macro carrier (PDS-1000/He macro carrier manufactured by BioRad). was loaded. The loaded macrocarrier was degassed and dried at 25° C. for about 20 minutes under a reduced pressure of about 100 hPa (about 1/10 of 1 atm) to produce a macrocarrier for particle bombardment loaded with RNP.
次に、導入装置(PDS-1000/He、BIO-RAD社、#165-2257 J1)本体の最上段、すなわちラプチャーディスクからの距離が3cmの位置となるよう、前記マクロキャリアを配置した。生育しているベンサミアナタバコの花から成熟花粉(葯3個分、開葯後の葯から採取した雄原細胞を持つ花粉)を採取し、前記雄性配偶子初期培地を1.35μL/mm3となるように加えた親水性PTFE支持体(MERCK社製、製品名:Omnipore)上に散布し、マクロキャリアからの距離が3cmの位置に配置した。 Next, the macrocarrier was placed at the top of the introduction device (PDS-1000/He, BIO-RAD, #165-2257 J1), ie, at a distance of 3 cm from the rupture disk. Collect mature pollen (3 anthers, pollen with male progenitor cells collected from anthers after anther opening) from a growing N. benthamiana flower, and add 1.35 μL/mm of the above male gamete initial medium. 3 on a hydrophilic PTFE support (manufactured by MERCK, product name: Omnipore) and placed at a distance of 3 cm from the macrocarrier.
そして、1,100psi用のラプチャーディスクを用い、ヘリウムガス圧1,100psi,減圧-25~27inHgで1回ずつ撃ち込みを行なった。次いで、蛍光顕微鏡下で、前記支持体上の花粉におけるFAM蛍光の発現を観察した。 Then, using a rupture disk for 1,100 psi, each shot was performed once at a helium gas pressure of 1,100 psi and a reduced pressure of -25 to 27 inHg. Next, the expression of FAM fluorescence in the pollen on the support was observed under a fluorescence microscope.
その結果、図5に示すとおり、花粉においてFAM蛍光が検出され、本発明によれば、物質の種類を問わず、花粉に導入できることを確認することができた。 As a result, as shown in FIG. 5, FAM fluorescence was detected in pollen, confirming that the present invention can be introduced into pollen regardless of the type of substance.
以上説明したように、本発明によれば、生存率及び導入効率高く、花粉に物質を導入することが可能となる。 As explained above, according to the present invention, it is possible to introduce substances into pollen with high survival rate and high introduction efficiency.
例えば、体細胞を対象とする遺伝子組換え等による植物の作出においては、長期間の培養を要する。これに対し、本発明においては、花粉を対象とするため、遺伝子系等の物質を導入した花粉を受粉させることによって、より短期間かつ簡便に後代を得ることができる。したがって、生存率及び導入効率高く、花粉に遺伝子等の物質を導入することが可能となり、さらに、受粉法により後代を簡便かつ短期間に作出できることは、農業分野等において大きく貢献するものである。 For example, in the production of plants through genetic recombination of somatic cells, long-term cultivation is required. In contrast, in the present invention, since pollen is targeted, progeny can be obtained more easily and in a shorter period of time by pollinating pollen into which a substance such as a genetic material has been introduced. Therefore, it is possible to introduce substances such as genes into pollen with high survival rate and introduction efficiency, and furthermore, the ability to easily and quickly produce progeny using pollination methods will greatly contribute to the agricultural field.
1…パーティクルボンバードメント装置、2…ガス加速管、3…ラプチャーディスク、3a…破裂後のラプチャーディスク、3b…破裂後のラプチャーディスク、4…マクロキャリア、5…物質で被覆した微粒子、6…ストッピングスクリーン、7…花粉、8…支持体。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1...Particle bombardment device, 2...Gas acceleration tube, 3...Rupture disk, 3a...Rupture disk after rupture, 3b...Rupture disk after rupture, 4...Macro carrier, 5...Fine particles coated with substance, 6...Speed Topping screen, 7...Pollen, 8...Support.
Claims (1)
パーティクルボンバードメント法により、物質で被覆した微粒子を支持体に載せた花粉に撃ち込む工程を含み、
前記支持体が、親水性ポリテトラフルオロエチレン及び親水性混合セルロースエステルのうちの少なくとも1の高分子を含む支持体であり、
前記物質が、ヌクレオチド及び/又はペプチドであり、かつ
前記微粒子が金又はタングステンからなる微粒子である、方法。 A method of introducing a substance into pollen, the method comprising:
The particle bombardment method involves the process of bombarding pollen particles coated with a substance onto pollen particles placed on a support.
The support is a support containing at least one polymer selected from hydrophilic polytetrafluoroethylene and hydrophilic mixed cellulose ester,
the substance is a nucleotide and/or a peptide, and
The method , wherein the fine particles are fine particles made of gold or tungsten .
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