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JP4374236B2 - Transformant using rubber tree culture system and evaluation method thereof - Google Patents
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JP4374236B2 - Transformant using rubber tree culture system and evaluation method thereof - Google Patents

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Description

本件発明は、ゴムノキの遺伝子組み換え育種、及びその評価技術の分野に属する。   The present invention belongs to the field of genetically modified breeding of rubber tree and its evaluation technology.

天然ゴムは、ゴムノキの分泌するラテックスという乳液から製造される。工業用ゴム原料を目的として栽培されているゴムノキとしては、トウダイグサ科のパラゴムノキHavea brasiliensisが特に重要であるが、ラテックスを産生するゴムノキとしては、他に、セアラゴムノキ(Manihot glaziovii)、桑科植物のインドゴムノキ(Ficus elastica)等がある。   Natural rubber is manufactured from latex called rubber latex. As rubber tree cultivated for the purpose of industrial rubber raw material, the rubber tree of the family Euphorbiaceae, Havea brasiliensis, is particularly important, but as rubber tree that produces latex, there are other rubber tree (Manihot glaziovii), mulberry plant Indian rubber tree (Ficus elastica).

ゴムノキの苗を植えてから、ラテックスを採取できる程度に成長するまでには、5〜7年かかり、採取期間は、およそ20−30年である。   It takes 5 to 7 years from planting rubber tree seedlings to growing to the extent that latex can be collected, and the collection period is approximately 20-30 years.

また、パラゴムノキの産出するラテックス中にはおよそ35%のゴム成分のほか、タンパク質、イノシトール、ケブラキトールなどの糖類、ビタミンEの一種であり天然の老化防止剤としても効果のあるトコトリエノールなど多くの有用物質が含まれている(非特許文献1)。   In addition, about 35% of the rubber component in the latex produced by Para rubber tree, there are many useful substances such as protein, inositol, saccharides such as ketebraquitol, a kind of vitamin E, and tocotrienol which is also effective as a natural anti-aging agent. (Non-patent Document 1).

又、草本類については、遺伝子改変植物の作出の研究が進んでいるが、木本類については、細胞からの再分化が困難な上、植物体を得るまでに長期を要しすぎるために、現在までのところ、研究は極めて限られたものにすぎない。   In addition, for herbs, research on the production of genetically modified plants is progressing, but for trees, it is difficult to redifferentiate from cells, and it takes too long to obtain a plant, To date, research has been extremely limited.

ゴムノキについても、遺伝子組み換え育種を試みているものはあるが、胚様体への再生に3ヶ月、小植物に至るまでに更に60日掛け、その後に、植物体で遺伝子が発現しているか確認されているため、育種に相当の期間を要している。(特許文献1)   Some rubber trees are also being tried for genetically modified breeding, but it takes 3 months to regenerate into embryoid bodies, 60 more days to reach plantlets, and then check whether the gene is expressed in the plants. Therefore, it takes considerable time for breeding. (Patent Document 1)

特許第3289021号Japanese Patent No. 3289021 応用ゴム化学12講 金子秀夫著 52−53頁 大成社Applied Rubber Chemistry 12 Lecture by Hideo Kaneko 52-53 Taiseisha

ラテックスス、または他のゴムノキ由来の有用物質を増産するため、更にはゴムノキの環境適応性を改善するため等、ゴムノキの形質・特性を更に改良することが望まれている。   In order to increase the production of useful substances derived from latex or other rubber trees, and to improve the environmental adaptability of rubber trees, it is desired to further improve the characteristics and properties of rubber trees.

パラゴムなどのゴムノキを、遺伝子導入により形質を改良するには、葯、未熟種子又は形成層などから誘導したカルスに遺伝子を導入し、カルスを再分化させ、植物を再生させてから、遺伝子改変の効果を評価すことになる。カルスを再分化させ、植物を再生させるのは、非常に時間がかかるので、その評価が非常に遅れ、改良を繰り返し、育種するには、多大の時間が必要となる。   In order to improve the traits of rubber trees such as para rubber by gene introduction, the gene is introduced into callus derived from pods, immature seeds or formation layers, the callus is redifferentiated, the plant is regenerated, The effect will be evaluated. It takes a very long time to regenerate callus and regenerate a plant. Therefore, the evaluation is very delayed, and it takes a lot of time to repeat improvement and breed.

そこで、本願発明は、遺伝子組み換え植物の育種において、できるだけ早い段階で組み換え植物の評価をすることにより、目的の特性を有する遺伝子改変植物の育種を短期間で行うことを課題とする。   Therefore, the object of the present invention is to breed a genetically modified plant having a desired characteristic in a short period of time by breeding a genetically modified plant by evaluating the recombinant plant as early as possible.

本件発明者らは、ゴムノキの葯、未熟種子又は形成層などから誘導したカルスに標的遺伝子を導入し、その後カルスから不定根を効率よく再生する条件を見出した。そして、遺伝子改変されたゴムノキの不定根を培養することにより、導入遺伝子の植物内での機能を不定根の段階で評価検定できることを見出して本件発明を完成させたものである。   The present inventors have found a condition for introducing a target gene into callus derived from rubber tree pods, immature seeds, or a formation layer, and then efficiently regenerating adventitious roots from callus. Then, the present invention has been completed by finding that by culturing genetically modified rubber tree adventitious roots, the function of the transgene in the plant can be evaluated and tested at the adventitious root stage.

本件発明により、遺伝子改変されたゴムノキの不定根を培養することにより、不定根の段階で遺伝子改変ゴムノキの評価検定が可能となるので、遺伝子改変技術によるゴムノキ植物の育種期間を大幅に削減でき、新たな、目的の特性を有する遺伝子改変ゴムノキを効率的に育種できるようになった。   According to the present invention, by culturing genetically modified rubber tree adventitious roots, it becomes possible to evaluate genetically modified rubber tree at the stage of adventitious roots, so that it is possible to greatly reduce the breeding period of rubber tree plants by genetic modification technology, a new Thus, genetically modified rubber trees having the desired characteristics can be bred efficiently.

特に、形質転換により、(1)ゴムの重合反応を制御させることにより、ラテックス中のゴムの分子量又は分子量分布の変更、(2)ゴムの生合成反応の促進することによりゴムのゴム重量の増加、又は(3)有用成分合成を促進することにより、当アルコール、トコトリエノール、有用タンパク質の増加を狙った場合に、その狙い通りの育種ができたか否かを、不定根の段階で、それぞれ、(1)分子量分析、(2)ゴム量の定量、(3)各成分の定量(液体クロマトグラフィー)などによりスクリーニングでき、育種効率の向上を図れるものである。   In particular, by transformation, (1) by controlling the polymerization reaction of rubber, by changing the molecular weight or molecular weight distribution of the rubber in the latex, (2) by increasing the rubber biosynthesis reaction, by increasing the rubber weight of the rubber Or (3) When the synthesis of useful components is promoted to increase the alcohol, tocotrienol, and useful proteins, whether or not breeding as intended has been achieved at the adventitious root stage (1 It can be screened by molecular weight analysis, (2) quantification of rubber amount, (3) quantification of each component (liquid chromatography), etc., and can improve breeding efficiency.

本願発明は、ゴムノキの葯、未熟種子又は形成層などから誘導したカルス又は未熟胚に遺伝子を導入し、その後カルス又は未熟胚から不定根に分化させ、遺伝子改変されたゴムノキの不定根を培養する、ゴムノキの遺伝子改変不定根を包含する。   The invention of the present application introduces a gene into a callus or immature embryo derived from a moth, immature seed, or formation layer of rubber tree, then differentiates the callus or immature embryo into an adventitious root, and cultures the adventitious root of the genetically modified rubber tree. Of genetically modified adventitious roots.

更に本願発明は、ゴムノキの遺伝子改変された不定根を用いて、不定根の段階で導入された標的遺伝子による形質転換を評価検定する方法をも包含する。   Furthermore, the present invention also includes a method for evaluating and assaying transformation by a target gene introduced at the adventitious root stage, using adventitious roots modified with rubber tree.

組織培養の対象となるゴムノキとしては、特に好適には、パラゴムノキが挙げられるが、これ以外に、セアラゴムノキ、インドゴムノキ、パナマゴムノキ、グアユールゴムノキ、ゴムタンポポ、ラゴスゴムノキ、グッタペルガノキ、パラタゴムノキ、シス・チクルが挙げられる。   Particularly preferred examples of the rubber tree to be subjected to tissue culture include Para rubber tree, but besides this, Cela rubber tree, Indian rubber tree, Panama rubber tree, guayule rubber tree, rubber dandelion, Lagos rubber tree, gutta pergano tree, parata rubber tree, cis Chicle.

以下、パラゴムノキを例として説明するが、それ以外のゴムノキについても同様の方法で実施できる。   Hereinafter, para rubber trees will be described as an example, but other rubber trees can be implemented by the same method.

組織培養に用いる材料としては、パラゴムノキの根、茎、葉又は花等の種々の部分を適宜の大きさに切断して用いることができるが、好適には、つぼみ、未熟果実又は茎を利用し、つぼみから取り出した葯、又は未熟果実から取り出した未熟種子又は茎から取り出した形成層を材料とすることができる。   As materials used for tissue culture, various parts such as para rubber tree roots, stems, leaves or flowers can be cut into appropriate sizes, but preferably buds, immature fruits or stems are used. The formation layer taken out from the bud taken out from the bud or from the immature seed taken from the immature fruit or the stem can be used as the material.

まず、パラゴムノキの材料の表面を洗浄する。材料として植物内部を利用する場合は、例えば、磨き粉で洗っても良いが、界面活性剤を約0.1%含む水で洗浄することもできる。葉などを利用する場合は、軟らかいスポンジで表面を洗う。   First, the surface of the para rubber tree material is washed. When using the inside of a plant as a material, for example, it may be washed with a scouring powder, but it can also be washed with water containing about 0.1% of a surfactant. When using leaves, wash the surface with a soft sponge.

次に、材料を殺菌又は滅菌する。殺菌又は滅菌は、周知の殺菌剤・滅菌剤を用いて行うことができるが、エタノール、塩酸ベンザコルニウム、次亜塩素酸ナトリウム水溶液が好適である。   The material is then sterilized or sterilized. Sterilization or sterilization can be performed using a well-known disinfectant / sterilant, and ethanol, benzaconium hydrochloride, and sodium hypochlorite aqueous solution are preferable.

パラゴムノキから取り出した材料からカルスを誘導し、カルスから不定根を誘導する、又は、パラゴムから採取した材料から直接無菌根を誘導することもできる。   Callus can be derived from material taken from para rubber tree, adventitious roots can be derived from callus, or sterile roots can be derived directly from material collected from para rubber.

I.カルスの誘導方法
材料として、好適には、葯、未熟種子又は形成層を用いる。カルスを誘導するには、培地にサイトカイニン系植物ホルモン及び/又はオーキシン系植物ホルモンを、低濃度で加える。培地としては、Whiteの培地、Hellerの培地、SH培地(SchenkとHildebrandtの培地)、MS培地(MurashigeとSkoogの培地)、LS培地(LinsmaierとSkoogの培地)、Gamborg、B5、MB培地等があるが、MS培地又はその組成に変更を加えた又はMS改変培地が好適である。
I. Callus induction method Preferably, cocoons, immature seeds or formed layers are used as the material. To induce callus, cytokinin plant hormones and / or auxin plant hormones are added to the medium at a low concentration. Medium includes White medium, Heller medium, SH medium (Schenk and Hildebrandt medium), MS medium (Murashige and Skoog medium), LS medium (Linsmaier and Skoog medium), Gamborg, B5, MB medium, etc. However, MS medium or its modified or MS modified medium is preferred.

サイトカイニン系植物ホルモンとしては、BAP(ベンジルアミノプリン)、2iP(イソペンチニルアミノプリン)、カイネチン(6−フルフリルアミノプリン)、ゼアチン、を用いることができるが、好適には、BAP(ベンジルアミノプリン)又はKIN(カイネチン)を1〜3ppmで用いることができる。   As the cytokinin plant hormone, BAP (benzylaminopurine), 2iP (isopentinylaminopurine), kinetin (6-furfurylaminopurine), and zeatin can be used. Preferably, BAP (benzylaminopurine) is used. Purine) or KIN (Kinetin) can be used at 1 to 3 ppm.

オーキシン系植物ホルモンとしては、pCPA(クロロフェノキシ酢酸)、2,4-D(ジクロロフェノキシ酢酸)、IAA(インドール酢酸)、IBA(インドール酪酸)、NAA(ナフタレン酢酸)、NOA(ナフトキシ酢酸)を用いることができる。好適には、2,4-D(ジクロロフェノキシ酢酸)を0.3〜1.0ppm、及びIAA(インドール酢酸)を約1ppm若しくはNAA(ナフタレン酢酸)を約1ppmを組み合わせて用いることができる。   As auxinic plant hormones, pCPA (chlorophenoxyacetic acid), 2,4-D (dichlorophenoxyacetic acid), IAA (indoleacetic acid), IBA (indolebutyric acid), NAA (naphthaleneacetic acid), NOA (naphthoxyacetic acid) are used. be able to. Preferably, a combination of 0.3 to 1.0 ppm of 2,4-D (dichlorophenoxyacetic acid) and about 1 ppm of IAA (indoleacetic acid) or about 1 ppm of NAA (naphthaleneacetic acid) can be used.

更に好適には、サイトカイニン系植物ホルモンとオーキシン系植物ホルモンとを組み合わせて用いることができ、例えば、BAP若しくはKIN、2,4−D、及びIAA若しくはNAAの3種類を組み合わせて用いることができる。   More preferably, a cytokinin plant hormone and an auxin plant hormone can be used in combination. For example, BAP or KIN, 2,4-D, and IAA or NAA can be used in combination.

更に、カルス誘導を促進するために、スクロースを6〜7wt%の高濃度で添加し、ココナッツウォーターを加えても良い。好適には、PHを5.6〜5.8に調整し、培養温度は、26〜28℃、暗所にてカルス誘導する。カルスの支持体としてはゲルライトあるいは寒天を用いることができる。   Furthermore, in order to promote callus induction, sucrose may be added at a high concentration of 6 to 7 wt%, and coconut water may be added. Preferably, the pH is adjusted to 5.6 to 5.8, the culture temperature is 26 to 28 ° C., and callus is induced in the dark. As the callus support, gellite or agar can be used.

誘導したカルスを、1〜2ヶ月間同じ組成の培地で暗所、培養温度は、26〜28℃で培養し、カルスを増殖させる。6−7週間で好適なカルスが得られる。   The induced callus is cultured in a dark medium at the same composition for 1 to 2 months at a culture temperature of 26 to 28 ° C. to grow the callus. Suitable callus is obtained in 6-7 weeks.

II.未熟胚の調製法
好ましくは、外果皮が硬化する前の段階の未熟な緑色の果実を利用する。未熟果実の表面を、周知の滅菌剤、例えば、エタノール、塩酸ベンザコルニウム、次亜塩素酸ナトリウム好適には、エタノールで滅菌する。滅菌した後、果実の内部の種子をとりだす。未熟種子の胚に成長する部分を摘出する。
II. Preparation method of immature embryo Preferably, an immature green fruit at a stage before the outer pericarp is hardened is used. The surface of the immature fruit is sterilized with well-known sterilizing agents such as ethanol, benzaconium hydrochloride, sodium hypochlorite, preferably ethanol. After sterilization, the seeds inside the fruit are removed. The part that grows into an immature seed embryo is removed.

摘出した未熟胚は、培地で成長させる。培地としては、Whiteの培地、Hellerの培地、SH培地、MS培地、LS培地等があるが、MS培地又はその組成に変更を加えたMS改変培地が好適である。   The extracted immature embryo is grown in a medium. Examples of the medium include a White medium, a Heller medium, an SH medium, an MS medium, an LS medium, and the like, and an MS medium or an MS modified medium obtained by changing the composition thereof is preferable.

III.遺伝子導入法
III-1 標的遺伝子組み換えベクターの調製
ゴムノキに導入する標的遺伝子としては、例えば、ゴムの生合成機構やポリイソプレン鎖延長反応に関与し、ラテックスの産生量や分子量に対して機能する遺伝子、並びに、ラテックス中に含まれる、タンパク質、イノシトール、ケブラキトールなどの糖類、ビタミンEの一種であり天然の老化防止剤としても効果のあるトコトリエノールの生合成に関与し、その生産量に対して影響を与える遺伝子、さらには、これらのタンパク質、糖類、トコトリエノールの変異体を生ずる遺伝子などを挙がることができるが、これらに限定されず、任意の遺伝子を導入することができる。上記標的遺伝子は、ゴムノキで機能するプロモーターに連結してベクターに載せられる。ゴムノキで機能するプロモーターとしては、ゴムノキ由来のプロモーターであっても、異種以来のものであっても、ゴムノキにおいて機能する限り使用することができる、異種プロモーターとしては、例えば、CaMV35、NOS promoter等を使用することができる。
III. Gene transfer method
III-1 Preparation of target gene recombination vector Target genes to be introduced into rubber trees include, for example, genes involved in the biosynthesis mechanism of rubber and polyisoprene chain extension reaction, which function on latex production and molecular weight, and A protein that is involved in the biosynthesis of tocotrienol, which is a kind of vitamin E, which is a kind of saccharides such as protein, inositol, and quebrakitol, and is also effective as a natural anti-aging agent, contained in latex, In addition, genes that produce mutants of these proteins, saccharides, and tocotrienols can be mentioned, but the present invention is not limited to these, and any gene can be introduced. The target gene is placed on a vector linked to a promoter that functions in rubber tree. As a promoter that functions in rubber tree, it can be used as long as it functions in rubber tree, whether it is a promoter derived from rubber tree or from a different species. For example, CaMV35, NOS promoter, etc. Can be used.

標的遺伝子は、好適には、マーカー遺伝子、場合により、レポーター遺伝子とともにベクターに組み込まれる。   The target gene is preferably incorporated into the vector together with a marker gene and optionally a reporter gene.

選抜用マーカーとしては、カナマイシン耐性遺伝子(nptII)、ヒエグロマイシン耐性遺伝子(hptI)、ブレオマイシン耐性遺伝子等を挙げることができる。植物体での発現位置を確認するためのレポーター遺伝子としてルシフェラーゼ、GUS(βグルクロニダーゼ)遺伝子などを挙げることができる。   Examples of the selection marker include kanamycin resistance gene (nptII), hygromycin resistance gene (hptI), bleomycin resistance gene and the like. Examples of reporter genes for confirming the expression position in the plant include luciferase and GUS (β-glucuronidase) gene.

III-2 標的遺伝子のカルス又は未熟胚への導入方法
標的遺伝子組み換えベクターは、周知の手段、例えば、エレクトロポレーション法、アグロバクテリウム法、パーティクルガン法等により、カルス又は未熟胚に導入される。
III-2 Method of introducing target gene into callus or immature embryo Target recombinant vector is introduced into callus or immature embryo by well-known means such as electroporation method, Agrobacterium method, particle gun method, etc. .

III-2-1 パーティクルガン法を利用する場合は、次のように行う。まず、金粒子(好適には直径1−2μm)に調製された標的遺伝子組み換えベクターでコーティングし、マイクロキャリアーに接着させる。カルス又は未熟胚をプレートに並べ、パーティクルガン装置で、2回打ち込む。 III-2-1 When using the particle gun method, proceed as follows. First, gold particles (preferably having a diameter of 1-2 μm) are coated with a target gene recombination vector and adhered to a microcarrier. Callus or immature embryos are arranged on a plate and driven twice with a particle gun device.

III-2-2 アグロバクテリウム法では次のように行う。
上記III-1で調製した標的遺伝子組み換え中間ベクターをアグロバクテリウムツメファシエンス中のTiプラスミドと相同組み換えされるか、又は標的遺伝子バイナリーベクターを、アグロバクテリウムツメファシエンスに導入する。
形質転換されたアグロバクテリウムを、カルスに感染させることにより、標的遺伝子をカルスに導入することができる。
III-2-2 The Agrobacterium method is as follows.
The target gene recombination intermediate vector prepared in III-1 above is homologously recombined with the Ti plasmid in Agrobacterium tumefaciens, or the target gene binary vector is introduced into Agrobacterium tumefaciens.
The target gene can be introduced into the callus by infecting the callus with the transformed Agrobacterium.

III-3 エレクトロポレーション法
III-1で調製したカルスより、プロトプラストを調製する。調製したプロトプラストをIII-1で調製した標的遺伝子組み換えベクターの共存下、溶液中で、高圧電場を掛け、標的遺伝子をプロトプラストに導入する。
III-3 Electroporation method
Protoplasts are prepared from the callus prepared in III-1. In the presence of the target gene recombination vector prepared in III-1, the prepared protoplast is subjected to a high piezoelectric field in the solution to introduce the target gene into the protoplast.

IV.カルスから不定根を誘導する方法
遺伝子導入されたカルス又はプロトプラストは、培地中で増殖させる。
増殖させたカルスから、不定根を誘導する。不定根誘導には、好適には、MS基本培地にIBA(インドール酪酸)を3〜10ppm添加した培地を用いる。更に好適には、スクロースを6〜7wt%添加する。IAA,NAA等のオーキシン類は添加しても、添加しなくても良い。
IV. Method for Inducing Adventitious Roots from Callus Transgenic callus or protoplasts are grown in a medium.
Adventitious roots are induced from the grown callus. For the induction of adventitious roots, a medium in which 3 to 10 ppm of IBA (indolebutyric acid) is added to the MS basic medium is preferably used. More preferably, 6-7 wt% of sucrose is added. Auxins such as IAA and NAA may or may not be added.

V.未熟胚からの無菌根の誘導
遺伝子導入された未熟胚は、培地で成長させる。培地としては、Whiteの培地、Hellerの培地、SH培地、MS培地、LS培地等があるが、MS培地又はその組成に変更を加えたMS改変培地が好適である。
V. Induction of sterile roots from immature embryos Transgenic immature embryos are grown in medium. Examples of the medium include a White medium, a Heller medium, an SH medium, an MS medium, an LS medium, and the like, and an MS medium or an MS modified medium obtained by changing the composition thereof is preferable.

約30日程度培養し比較的成長した未熟胚から、MS基本培地をベースにスクロースを添加すれば、ホルモン種にあまり影響されることなしに根を誘導することができる。   If immature embryos cultured for about 30 days and relatively grown are added with sucrose on the basis of the MS basic medium, roots can be induced without much influence by the hormone species.

VII.根の大量増殖
上記1.又は2.で誘導された不定根又は無菌根を、適宜の大きさ、好適には、2〜3cm角の小片に切り分ける。適宜の培地、例えば、Whiteの培地、Hellerの培地、SH培地、MS培地、LS培地又はMB培地を用いることができ、好適には、MS培地を用い、培地中にIBA3〜10ppmを加えて、培養することにより、根の増殖を行うことができる。培地は固体でも液体でも良い。固体培地で行う場合は、適当な大きさに根が成長すると、根の一部を切断し、更に移植して、増殖する。好適には、液体培地を用いて、振トウ培養を、ジャーファーメンター等を用いて行う。液体培養することで、いっそう効率のよい増殖が可能で、移植操作も容易となる。
VII. Mass growth of roots Or 2. The adventitious or sterile roots induced in step 1 are cut into small pieces having an appropriate size, preferably 2 to 3 cm square. An appropriate medium, for example, White medium, Heller medium, SH medium, MS medium, LS medium, or MB medium can be used, and preferably MS medium is used, and IBA 3 to 10 ppm is added to the medium. By culturing, roots can be propagated. The medium may be solid or liquid. When using a solid medium, when a root grows to an appropriate size, a part of the root is cut and further transplanted to proliferate. Preferably, shake tow culture is performed using a liquid medium and a jar fermenter or the like. By culturing in liquid, more efficient growth is possible and the transplantation operation is facilitated.

VIII.根から標的遺伝子の発現の確認
大量培養して、増殖させた根培養物から、標的遺伝子産物を抽出する。
VIII. Confirmation of target gene expression from roots A target gene product is extracted from a large-scale cultured and grown root culture.

さらに、微量の抽出物は熱分解GC/MS、FT-IR、又はNMRなどの手法で分析することにより、成分を確認できる。   Furthermore, a trace amount extract can analyze a component by analyzing by methods, such as pyrolysis GC / MS, FT-IR, or NMR.

また、大量に増殖した根より、ラテックスを抽出し、さらにゴム成分を遠心分離などの手法によって分離後、標的遺伝子の産物である、たんぱく質、糖、トコトリエノールなどの有用物質を検出する。   Also, latex is extracted from a large amount of grown roots, and rubber components are separated by a technique such as centrifugation, and then useful substances such as proteins, sugars, and tocotrienols, which are products of target genes, are detected.

[実施例1]カルスの誘導 組織培養によるラテックスの産生方法
(1)葯・未熟種子・形成層からカルスを経由して不定根を得る方法
外植体として用いる雄花の葯は蕾の状態のものをパラゴムノキから採取し、希釈した次亜鉛素酸ソーダ溶液で消毒後、蕾を開いて取り出した。未熟種子は外皮が緑色の軟らかい果実から採取した。形成層は若い枝を採取し、表面をエタノールで洗浄後、サンプリングした。
[Example 1] Induction of callus Latex production method by tissue culture (1) Method of obtaining adventitious roots from calli, immature seeds, and formation layers via callus Male flower buds used as explants are in a cocoon state It was collected from para rubber tree, disinfected with a diluted sodium hypozinc acid solution, and then opened and taken out. Immature seeds were collected from soft fruits with a green outer skin. In the formation layer, young branches were collected, and the surface was washed with ethanol and then sampled.

カルス誘導にはMS基本培地に、1〜3ppmのBAP若しくはKINと、0.3〜1ppmの2,4-D、さらに1ppmのNAA若しくはIAAを添加、さらに6〜7%のスクロースおよび5%程度のココナッツウォータを加えた培地を調整した。pHは5.6〜5.8に調製し、支持体としては、ゲルライトあるいは寒天粉末を使用した。   For callus induction, add 1 to 3 ppm of BAP or KIN, 0.3 to 1 ppm of 2,4-D, and 1 ppm of NAA or IAA to the MS basic medium, and then add 6 to 7% sucrose and about 5% coconut. The medium to which water was added was prepared. The pH was adjusted to 5.6 to 5.8, and gellite or agar powder was used as the support.

27〜28℃の暗所で1〜2ヶ月培養することにより、カルスの増殖が確認された。
増殖されたカルスはホルモン組成のみ3〜10ppmに変えた、カルス誘導と同一組成の培地に移植した。IAA、NAAなどのオーキシンは加えても加えなくてもよい。IBAを加え、16時間光照射した27〜28℃の環境で1〜数ヶ月培養することにより不定根を誘導することができた。形成した発根を図1に示す。
Growth of callus was confirmed by culturing for 1-2 months in the dark at 27-28 ° C.
The grown callus was transplanted to a medium having the same composition as the callus induction, in which only the hormone composition was changed to 3 to 10 ppm. Auxins such as IAA and NAA may or may not be added. Adventitious roots could be induced by adding IBA and culturing for 1 to several months in an environment of 27 to 28 ° C. irradiated with light for 16 hours. The formed root is shown in FIG.

(2)未熟胚から無菌根を誘導する方法
比較的成長した未熟胚を種子からサンプリングし、MS基本培地に6〜7%のスクロースを加えた培地で培養することにより、ホルモン種にはあまり影響されることなしに、無菌根を誘導することができた。
(2) Method for inducing sterile roots from immature embryos By sampling relatively grown immature embryos from seeds and culturing them in a medium containing 6-7% sucrose in an MS basic medium, there is little effect on hormone species. Without being able to induce sterile roots.

(3)根の大量増殖
上記(1)、(2)の培養で得た根を2〜3cm以上の小片に切り分け、IBA 3〜10ppmを加えた培地で根を増殖させた。培地は個体でも液体でも良い結果を得た。(図2参照。)
(3) Mass growth of roots The roots obtained in the cultures (1) and (2) were cut into small pieces of 2 to 3 cm and the roots were grown in a medium supplemented with 3 to 10 ppm of IBA. Good results were obtained with either solid or liquid medium. (See Figure 2.)

(4)<培養根中のラテックスの確認>
増殖が進んだ根の培養物においては、移植操作時の切断により、ラテックスの浸出が黙示で確認できた。さらにその組成を分析するために、培養根を有機溶媒(クロロホルムなど)でソクスレー抽出を行い、抽出部分を熱分解GC/MS,FT-IR,NMRなどの手法で分析した。
例えば、NMRでCDC13を溶媒として測定したところ、135.24ppm、125.08ppm、32.25ppm、26.44ppm、及び23.44ppmの位置に高いピークが見られ、これ以外に、128.0ppm、120.4ppm、29.7ppm、22.7ppm及び14.1ppmの位置に低いピークが見られた。
(4) <Confirmation of latex in cultured roots>
In the grown root culture, latex exudation was implicitly confirmed by cutting during transplantation. In order to further analyze the composition, Soxhlet extraction was performed on the cultured roots with an organic solvent (such as chloroform), and the extracted portion was analyzed by techniques such as pyrolysis GC / MS, FT-IR, and NMR.
For example, when CDC13 was measured by NMR using a solvent as a solvent, high peaks were observed at positions of 135.24 ppm, 125.08 ppm, 32.25 ppm, 26.44 ppm, and 23.44 ppm. In addition, 128.0 ppm, 120 Low peaks were observed at positions of .4 ppm, 29.7 ppm, 22.7 ppm and 14.1 ppm.

その結果、天然ゴムの主成分である、シスポリイソプレンが多量に存在することが確認されたほか、糖類、アミノ酸、タンパク質、高級脂肪酸などの有用成分が同定された。(図3 NMRスペクトル 参照)   As a result, it was confirmed that cis polyisoprene, which is a main component of natural rubber, was present in large quantities, and useful components such as sugars, amino acids, proteins, and higher fatty acids were identified. (See Fig. 3 NMR spectrum)

[実施例2] カルスへの遺伝子導入
(1)カルスへ導入するプラスミドの調製
ここではβ-glucuronidase(通称:GUS)をレポータータンパク質として用いる。GUSは、D-グルクロン酸のβ型配糖体に作用してそのグルクロニド結合を加水分解する酵素であり、ゴムノキには存在しない。そこで、GUS遺伝子と、コローニー選抜用の抗生物質抵抗性遺伝子を有するプラスミドを次のように設計した。
[Example 2] Gene introduction into callus (1) Preparation of plasmid to be introduced into callus Here, β-glucuronidase (common name: GUS) is used as a reporter protein. GUS is an enzyme that acts on the β-type glycoside of D-glucuronic acid to hydrolyze its glucuronide bond, and does not exist in rubber tree. Therefore, a plasmid having a GUS gene and an antibiotic resistance gene for selecting colony was designed as follows.

GUS遺伝子と、ハイグロイマイシン抵抗性遺伝子(hygr)をCaMV35Sのプロモータの下流になるようにpUC19のマルチクローニングサイトに組み込んで、pU19―GUSを調製する。   A GUS gene and a hygromycin resistance gene (hygr) are incorporated into the multicloning site of pUC19 so as to be downstream of the promoter of CaMV35S to prepare pU19-GUS.

(2)プラスミドのカルスへの導入
遺伝子導入にはパーティクルガン(BIORAD PDS 1000/He)を用いる。ラプチャーディスクは1100psi(7.58Mpa)を用いる。マイクロキャリーからストッピングスクリーンまでの距離は、1.0cm、ストッピングスクリーンから打ち込み対象のカルス試料までの距離は9.5cmとする。撃ち込みには上記のpCU19−GUSプラスミドをコーティングした1.6μmの金粒子を用いる。
(2) Introduction of plasmid into callus A particle gun (BIORAD PDS 1000 / He) is used for gene introduction. The rupture disk uses 1100 psi (7.58 Mpa). The distance from the micro carry to the stopping screen is 1.0 cm, and the distance from the stopping screen to the callus sample to be driven is 9.5 cm. For the shot, 1.6 μm gold particles coated with the above-mentioned pCU19-GUS plasmid are used.

(3)1次選抜
カルスは遺伝子導入2日後にハイグロマイシンを含む選抜培地に移し、培養し、生長してきたカルスを1次選抜する。
(3) Primary selection Callus is transferred to a selection medium containing hygromycin two days after gene transfer, cultured, and the callus that has grown is primarily selected.

(4)根の誘導
遺伝子導入されたカルス又はプロトプラストは、培地中で増殖させる。
増殖させたカルスから、不定根を誘導する。不定根誘導には、好適には、MS基本培地にIBA(インドール酪酸)を3〜10ppm添加した培地を用いる。更に好適には、スクロースを6〜7wt%添加する。
(4) Induction of root The gene-introduced callus or protoplast is grown in a medium.
Adventitious roots are induced from the grown callus. For the induction of adventitious roots, a medium in which 3 to 10 ppm of IBA (indolebutyric acid) is added to the MS basic medium is preferably used. More preferably, 6-7 wt% of sucrose is added.

(5)根の大量培養
上記(4)で誘導された不定根を、約1cm角の小片に切り分ける。MS培地培地中にIBA3〜10ppmを加えて、ジャーファーメンターを用いて、培養することにより、根の増殖を行うことができる。
(5) Mass cultivation of roots The adventitious roots induced in (4) above are cut into small pieces of about 1 cm square. Root growth can be performed by adding 3-10 ppm of IBA in MS medium and culturing using a jar fermenter.

(6)GUSの発現確認
大量増殖された根の組織(0.1g)を採取し、GUS抽出バッファー(50mM リン酸ナトリウムバッファー,10mM EDTA,0.1% Triton X-100,0.1%サルコシル,10mM 2-ME)を0.5ml加えてよくホモジナイズし、全量をエッペンドルフチューブに移し、5分間遠心する。上清を新しいエッペンドルフチューブに移し、ここから、10μlを採取し、別のエッペンドフルチューブに移し、これをGUS含有サンプルとする。次に、上記GUS含有サンプルにGUS基質溶液(1mM 4-MUG(4-methyl-umbelliferyl-β-D-glucuronide、50mM リン酸ナトリウムバッファー,10mM EDTA,0.1% Triton X-100,0.1%サルコシル,10mM 2-ME)90μlを加え、37℃で1時間保温後、900μlの反応停止液(0.2% Na2CO3)を加え、反応を停止する。蛍光分光光度計(励起365nm、蛍光455nm)により蛍光強度を定量的に測定する。
これにより、遺伝子導入された、根をスクリーニングすることができる。
(6) Confirmation of GUS expression Mass tissue (0.1 g) grown in large quantities was collected, and GUS extraction buffer (50 mM sodium phosphate buffer, 10 mM EDTA, 0.1% Triton X-100, 0.1% sarkosyl, 10 mM 2-ME) Add 0.5 ml) and homogenize well. Transfer the entire volume to an Eppendorf tube and centrifuge for 5 minutes. The supernatant is transferred to a new Eppendorf tube, from which 10 μl is taken and transferred to another Eppendorf full tube, which is used as a GUS-containing sample. Next, GUS substrate solution (1 mM 4-MUG (4-methyl-umbelliferyl-β-D-glucuronide, 50 mM sodium phosphate buffer, 10 mM EDTA, 0.1% Triton X-100, 0.1% sarkosyl, 10 mM) 2-ME) Add 90μl and incubate at 37 ℃ for 1 hour, then add 900μl of reaction stop solution (0.2% Na2CO3) to stop the reaction.Quantify fluorescence intensity with a fluorescence spectrophotometer (excitation 365nm, fluorescence 455nm). Measure automatically.
As a result, it is possible to screen the gene-introduced root.

IBA含有培地でのカルスの発根Callus rooting in medium containing IBA 伸長した培養根Elongated cultured root 培養根からクロロホルム抽出した抽出物の13C-NMRスペクトル13C-NMR spectra of extracts extracted from cultured roots with chloroform

Claims (4)

ゴムノキの葯、未熟種子又は形成層から誘導したカルスに標的遺伝子を導入し、該カルスから、3〜10ppmIBA(インドール酪酸)及び6〜7wt%スクロースを添加した培地を用いて不定根又は無菌根を誘導させ、該根を切り分けた小片とし、IBAを含有する培地で培養することを含む、ゴムノキの形質転換された根の培養方法。 Rubber tree anther, by introducing a target gene into callus derived from immature seeds or forming layer, from the callus using a medium supplemented with 3~10ppm IBA (indole butyric acid) and 6~7Wt% sucrose, adventitious roots or sterile roots A method for cultivating transformed roots of rubber tree, which comprises cultivating the roots into small pieces and culturing them in a medium containing IBA. ゴムノキの未熟胚の組織培養物に標的遺伝子を導入し、該組織培養物から6〜7wt%スクロースを添加した培地を用いて不定根又は無菌根を誘導させ、該根を切り分け小片とし、IBAを含有する培地で培養することを含む、ゴムノキの形質転換された根の培養方法。 A target gene is introduced into a tissue culture of immature embryos of rubber tree, and adventitious or sterile roots are induced from the tissue culture using a medium supplemented with 6 to 7 wt% sucrose, and the roots are cut into small pieces containing IBA A method for cultivating transformed roots of rubber tree, comprising culturing in a culture medium. ゴムノキが、パラゴムノキである請求項1又は2記載のゴムノキの形質転換された根の培養方法。 The method for cultivating transformed roots of rubber tree according to claim 1 or 2 , wherein the rubber tree is para rubber tree. 標的遺伝子が、ゴムの生合成機構又はポリイソプレン鎖延長反応に関与する遺伝子、若しくは、ラテックス中に含まれる、タンパク質、イノシトール、ケブラキトール等の糖類、又はトコトリエノールの生合成に関与する遺伝子である請求項1〜いずれか1項記載のゴムノキの形質転換された根の培養方法。 The target gene is a gene involved in the biosynthesis mechanism of rubber or polyisoprene chain extension reaction, or a gene involved in the biosynthesis of protein, saccharides such as inositol and quebrachitol, or tocotrienol contained in latex. 1-3 . A method for cultivating a transformed root of rubber tree according to any one of claims 1 to 3 .
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