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JP4740567B2 - A method for transformation of chloroplasts of Asteraceae plants - Google Patents
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JP4740567B2 - A method for transformation of chloroplasts of Asteraceae plants - Google Patents

A method for transformation of chloroplasts of Asteraceae plants Download PDF

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Description

本発明は、キク科植物の葉緑体の形質転換方法に関するものである。   The present invention relates to a method for transforming chloroplasts of Asteraceae plants.

現在、タンパク質の工業的な生産方法については、既に、医薬として有用なタンパク質などを発現する遺伝子を大腸菌や植物の核染色体へ導入し、該遺伝子を発現させることによって医療用タンパク質などを製造する研究が各国で進んでいる。しかし、大腸菌など細菌を使った場合、最終製品への毒素の混入を防ぎきれない。また、植物の核ゲノムに遺伝子導入した形質転換植物によるタンパク質の生産方法が開発されてきたが、タンパク質の生産量が低いなど課題点が残されていた。また、植物の核への遺伝子導入の場合、花粉の飛散による自然界への遺伝子の伝播が問題視されている。そのような中、植物葉緑体ゲノムへの形質転換法がMaligaらによってタバコで実用化された。葉緑体形質転換はこれまで行われてきた植物の核ゲノムへの形質転換と比較して葉緑体が大量のタンパク質を生産、蓄積する能力を有することが大きな特徴となっている。葉緑体形質転換のその他の特徴として葉緑体の遺伝情報が一般に母性遺伝で、花粉を介した導入遺伝子の水平伝播の可能性が低いことや、葉緑体のポリシストロニックな制御を活かした多重遺伝子発現などの利点が挙げられる。このような利点から、形質転換した葉緑体はタンパク質などの物質生産を行うのに有用な系として注目され始めている。例えば、目的タンパク質をタバコ葉緑体において高度に発現させることができるベクターが知られている。このベクターは、psbAプロモーターと、タンパク質をコードする遺伝子の翻訳開始点の上流にリボゾーム結合部位を有することを特徴としている(特許文献1参照。)。本方法は、薬理活性を有するタンパク質、医薬品工業用材料などとして有用なタンパク質を、微生物による製造にかえて、タバコを使用して製造することを目的としたものである。しかし、この方法は、形質転換される植物がタバコであるため、タバコの二次代謝産物として体に有害な物質も生産することから医療用などの高度な精製が要求されるタンパク質生産には不向きであると言える。   Currently, with regard to industrial protein production methods, research has already been conducted on the production of medical proteins by introducing genes that express proteins useful as pharmaceuticals into the nuclear chromosomes of Escherichia coli and plants. Is progressing in each country. However, when bacteria such as E. coli are used, the toxin cannot be prevented from being mixed into the final product. In addition, protein production methods have been developed using transformed plants that have been introduced into the nuclear genome of the plant, but problems remain, such as low protein production. In addition, in the case of introducing a gene into the nucleus of a plant, the propagation of the gene to nature due to pollen scattering is regarded as a problem. Under such circumstances, a method for transformation into a plant chloroplast genome was put into practical use in tobacco by Mariga et al. A major feature of chloroplast transformation is that chloroplasts have the ability to produce and accumulate a large amount of protein as compared to transformation into the nuclear genome of plants. Other characteristics of chloroplast transformation are that the genetic information of chloroplasts is generally maternally inherited, taking advantage of the low possibility of horizontal transmission of transgenes through pollen and the polycistronic control of chloroplasts. Advantages such as multigene expression. Because of these advantages, transformed chloroplasts are beginning to attract attention as a useful system for producing substances such as proteins. For example, a vector capable of highly expressing a target protein in tobacco chloroplast is known. This vector is characterized by having a psbA promoter and a ribosome binding site upstream of the translation start point of the gene encoding the protein (see Patent Document 1). The purpose of this method is to produce a protein having pharmacological activity, a protein useful as a material for the pharmaceutical industry, etc. using tobacco instead of being produced by microorganisms. However, this method is not suitable for protein production that requires advanced purification for medical use because the plant to be transformed is tobacco, and it also produces substances harmful to the body as secondary metabolites of tobacco. It can be said that.

キク科植物の形質転換としては、例えば、レタスビッグベインウイルスタンパク質の産生や機能を抑制するDNAをレタス細胞に導入することによって得られるレタスビッグベインウイルス抵抗性レタス(特許文献1参照。)や、レタス感染性黄化ウイルス蛋白質の遺伝子または遺伝子の一部分を含む植物形質転換ベクターを用いて形質転換したレタス(特許文献2)などが知られている。しかし、これらいずれの形質転換レタスの場合も、遺伝子を用いて構築されたプラスミドをアグロバクテリウムに導入し、葉ディスクに感染させることによって、各遺伝子を葉の核ゲノムに導入されるものであり、葉緑体に直接遺伝子が導入されるものではなかった。
特開2002−272476号公報 国際公開第01/090362号パンフレット 国際公開第95/02056号パンフレット ゾラ・スバブ(Zora Svab)他2名、プロシーディング・オブ・ザ・ナショナル・アカデミー・オブ・サイエンス・オブ・ザ・ユナイテッド・ステート・オブ・アメリカ(Proc.Natl Acad.Sci.USA)、1990年、第87巻、p.8526−8530
As the transformation of Asteraceae plants, for example, lettuce big bain virus resistant lettuce (see Patent Document 1) obtained by introducing DNA that suppresses the production and function of lettuce big bain virus protein into lettuce cells. Known is lettuce transformed with a plant transformation vector containing a gene of a lettuce infectious yellowing virus protein or a part of the gene (Patent Document 2). However, in any of these transformed lettuce, each gene is introduced into the leaf nuclear genome by introducing a plasmid constructed using the gene into Agrobacterium and infecting the leaf disk. The gene was not directly introduced into the chloroplast.
JP 2002-272476 A International Publication No. 01/090362 Pamphlet International Publication No. 95/02056 Pamphlet Zora Svab and two others, Proceeding of the National Academy of Science of the United State of America (Proc. Natl Acad. Sci. USA), 1990 87, p. 8526-8530

本発明の課題は、有害な二次代謝物を生産することなく、キク科植物葉緑体に医療用タンパク質などの有用タンパク質を効率よく発現させることができる形質転換方法を提供するものである。   An object of the present invention is to provide a transformation method capable of efficiently expressing a useful protein such as a medical protein in a chloroplast of an Asteraceae plant without producing harmful secondary metabolites.

本発明者らは、生育が早く、有害な二次代謝物を生産する可能性の低い植物としてキク科植物のレタスに注目した。またレタスは水耕栽培を利用した植物工場での栽培も可能であることから、レタスを用いて天候や病虫害に左右されない安定したタンパク質の生産システムを構築することを試みた。このようなことから、本発明者らは、レタス葉緑体でのタンパク質の生産方法につき鋭意研究をおこなった。まずレタス葉緑体由来の塩基配列の取得および外来遺伝子を導入する位置の検討を行うためにレタス葉緑体の全塩基配列を決定した。決定したレタス葉緑体の塩基配列からレタス葉緑体ゲノムと効率的な相同組み換えを可能にする相同配列(リブロース−1,5−ビスカルボキシラーゼ/オキシゲナーゼ大サブユニット遺伝子とアセチルCoAカルボキシラーゼサブユニット遺伝子)と、レタス葉緑体において確実に導入遺伝子を発現させるためのレタス葉緑体ゲノム由来発現調節配列(rRNAオペロンのプロモーターとpsbA遺伝子のターミネーター)を有するベクターを構築した。本発明者らは、さらに構築したベクターを使用して、レタス葉緑体ゲノムへの遺伝子導入法についても検討を重ねた。また、本発明者らは、レタス葉緑体ゲノムへ遺伝子が導入されたレタスの葉細胞が植物個体へと再生するステップの重要性にも注目し、レタス葉緑体ゲノムへ遺伝子を導入したレタスの葉切片の再分化条件についても研究を進め、さらにこのようにして得られた植物固体の栽培方法についても検討し、本発明を完成した。   The present inventors have focused on the Asteraceae lettuce as a plant that grows quickly and has a low possibility of producing harmful secondary metabolites. Since lettuce can also be cultivated in a plant factory using hydroponics, we tried to construct a stable protein production system that is not affected by weather or pest damage using lettuce. In view of the above, the present inventors have conducted intensive research on protein production methods in lettuce chloroplasts. First, the base sequence of lettuce chloroplasts was determined in order to obtain the base sequence derived from lettuce chloroplasts and to examine the position where the foreign gene was introduced. Homologous sequences that enable efficient homologous recombination with the lettuce chloroplast genome from the determined base sequence of lettuce chloroplasts (ribulose-1,5-biscarboxylase / oxygenase large subunit gene and acetyl CoA carboxylase subunit gene) And a vector having a lettuce chloroplast genome-derived expression regulatory sequence (rRNA operon promoter and psbA gene terminator) for surely expressing the transgene in lettuce chloroplasts. The present inventors have also studied the method of gene transfer into the lettuce chloroplast genome using the constructed vector. In addition, the present inventors also paid attention to the importance of the step of regenerating lettuce leaf cells into which the gene has been introduced into the lettuce chloroplast genome into plant individuals, and lettuce that has introduced the gene into the lettuce chloroplast genome. The present inventors completed the present invention by studying the redifferentiation conditions of leaf slices and further examining the cultivation method of plant solids thus obtained.

すなわち、本発明は、
(1) キク科植物葉緑体ゲノム由来のDNAを含有することを特徴とするキク科植物の葉緑体形質転換用ベクター、
(2) キク科植物葉緑体ゲノム由来のDNAが、レタス葉緑体由来のDNAであることを特徴とする前記(1)に記載のベクター、
(3) キク科植物が、レタスであることを特徴とする前記(1)または(2)に記載のベクター、
(4) キク科植物葉緑体ゲノム由来のDNAを複数含有する前記(1)〜(3)のいずれかに記載のベクター、
(5) レタス葉緑体ゲノム由来のDNAが、リブロース−1,5−ビスカルボキシラーゼ/オキシゲナーゼ大サブユニット遺伝子およびアセチルCoAカルボキシラーゼサブユニット遺伝子であることを特徴とする前記(4)に記載のベクター、
(6) キク科植物葉緑体ゲノム由来のDNAの間に少なくとも1種の制限酵素切断部位を有することを特徴とする前記(1)〜(5)のいずれかに記載のベクター、
(7) キク科植物葉緑体ゲノム由来のDNA配列の間に葉緑体で機能するプロモーター、ターミネーターを有し、さらに前記プロモーターとターミネーターとの間に発現タンパク質をコードする塩基配列を有することを特徴とする前記(1)〜(6)のいずれかに記載のベクター、
(8) プロモーターが、レタス葉緑体ゲノム由来のrRNAオペロンのプロモーターであることを特徴とする前記(7)に記載のベクター、
(9) レタス葉緑体ゲノム由来のリブロース−1,5−ビスカルボキシラーゼ/オキシゲナーゼ大サブユニット遺伝子とアセチルCoAカルボキシラーゼサブユニット遺伝子の間に、レタス葉緑体ゲノム由来のrRNAオペロンのプロモーターおよびpsbA遺伝子のターミネーターを有し、さらに前記プロモーターおよびターミネーターとの間に発現タンパク質をコードする塩基配列を有するベクター、
(10) 前記(1)〜(9)のいずれかに記載のベクターを用いて形質転換されたキク科植物、
(11) 前記(1)〜(9)のいずれかに記載のベクターを用いて形質転換されたレタス、
(12) 前記(1)〜(9)のいずれかに記載のベクターを、キク科植物の葉細胞に導入することを特徴とするキク科植物葉緑体の形質転換方法、
(13) ベクターの導入が、パーティクルガンを用いることを特徴とする前記(12)に記載の形質転換方法、
(14) 前記(1)〜(9)のいずれかに記載のベクターを、キク科植物の葉細胞に導入し、前記キク科植物の葉細胞を植物培養用培地で培養することを特徴とする形質転換植物体の製造方法、
(15) 植物培養用培地が、ナフタレン酢酸、2−ナフトキシ酢酸、インドール酢酸、4−クロロインドール酢酸、インドール酪酸および2,4−ジクロロフェノキシ酢酸から選択されるオーキシン0.01〜1mg/L0.01〜1mg/L並びにカイネチン、ゼアチンまたはベンジルアデニンおよびイソペンテニルアデニンから選択されるサイトカイニン0.01〜1mg/Lを含有することを特徴とする前記(14)に記載の形質転換植物体の製造方法、
(16) オーキシンに対するサイトカイニンの重量比が1:0.8〜1.2であることを特徴とする前記(15)に記載の形質転換植物体の製造方法、
(17) 植物培養用培地が、さらにポリビニルピロリドンを100〜1000ppm含有することを特徴とする前記(15)または(16)に記載の形質転換植物体の製造方法、
(18) ナフタレン酢酸、2−ナフトキシ酢酸、インドール酢酸、4−クロロインドール酢酸、インドール酪酸および2,4−ジクロロフェノキシ酢酸から選択されるオーキシン0.01〜1mg/L、カイネチン、ゼアチンまたはベンジルアデニンおよびイソペンテニルアデニンから選択されるサイトカイニン0.01〜1mg/L、およびポリビニルピロリドン100〜1000ppmを含有することを特徴とする形質転換キク科植物の葉培養用培地、
(19) オーキシンに対するサイトカイニンの重量比が1:0.8〜1.2であることを特徴とする前記(18)に記載の培地、および
(20) キク科植物がレタスであることを特徴とする前記(18)または(19)に記載の培地、
に関する。
That is, the present invention
(1) A vector for chloroplast transformation of a asteraceae plant comprising DNA derived from the chloroplast genome of a asteraceae plant,
(2) The vector according to (1) above, wherein the DNA derived from the asteraceae chloroplast genome is DNA derived from lettuce chloroplasts,
(3) The vector according to (1) or (2), wherein the Asteraceae plant is lettuce,
(4) The vector according to any one of (1) to (3) above, which contains a plurality of DNAs derived from the chloroplast genome of Asteraceae
(5) The vector according to (4) above, wherein the DNA derived from the lettuce chloroplast genome is a ribulose-1,5-biscarboxylase / oxygenase large subunit gene and an acetyl CoA carboxylase subunit gene,
(6) The vector according to any one of (1) to (5) above, which has at least one restriction enzyme cleavage site between DNAs derived from the chloroplast genome of the Asteraceae plant,
(7) having a promoter and terminator that function in the chloroplast between DNA sequences derived from the chloroplast genome of the Asteraceae plant, and further having a base sequence encoding an expressed protein between the promoter and the terminator; The vector according to any one of (1) to (6) above,
(8) The vector according to (7), wherein the promoter is a promoter of rRNA operon derived from a lettuce chloroplast genome,
(9) The promoter of the rRNA operon derived from the lettuce chloroplast genome and the psbA gene between the ribulose-1,5-biscarboxylase / oxygenase large subunit gene and the acetyl CoA carboxylase subunit gene derived from the lettuce chloroplast genome A vector having a terminator and further having a base sequence encoding an expressed protein between the promoter and the terminator,
(10) Asteraceae plant transformed with the vector according to any one of (1) to (9),
(11) Lettuce transformed with the vector according to any one of (1) to (9),
(12) A method for transforming Asteraceae plant chloroplasts, which comprises introducing the vector according to any one of (1) to (9) into a leaf cell of an Asteraceae plant,
(13) The transformation method according to (12), wherein the introduction of the vector uses a particle gun.
(14) The vector according to any one of (1) to (9) is introduced into a leaf cell of an Asteraceae plant, and the leaf cell of the Asteraceae plant is cultured in a plant culture medium. A method for producing a transformed plant,
(15) Auxin 0.01 to 1 mg / L 0.01 wherein the plant culture medium is selected from naphthalene acetic acid, 2-naphthoxyacetic acid, indole acetic acid, 4-chloroindole acetic acid, indole butyric acid and 2,4-dichlorophenoxyacetic acid Containing 1 to 1 mg / L and 0.01 to 1 mg / L of cytokinin selected from kinetin, zeatin or benzyladenine and isopentenyladenine, the method for producing a transformed plant according to (14),
(16) The method for producing a transformed plant according to (15), wherein the weight ratio of cytokinin to auxin is 1: 0.8 to 1.2,
(17) The method for producing a transformed plant according to (15) or (16) above, wherein the plant culture medium further contains 100 to 1000 ppm of polyvinylpyrrolidone,
(18) Auxin 0.01-1 mg / L selected from naphthaleneacetic acid, 2-naphthoxyacetic acid, indoleacetic acid, 4-chloroindoleacetic acid, indolebutyric acid and 2,4-dichlorophenoxyacetic acid, kinetin, zeatin or benzyladenine and A medium for leaf culture of transformed asteraceae plants comprising 0.01-1 mg / L of cytokinin selected from isopentenyl adenine and 100-1000 ppm of polyvinylpyrrolidone;
(19) The medium according to (18) above, wherein the weight ratio of cytokinin to auxin is 1: 0.8 to 1.2, and (20) the asteraceae plant is lettuce, The medium according to (18) or (19),
About.

本発明のベクターは、確実にキク科植物の葉緑体へ、発現タンパク質をコードする遺伝子を導入できる。
キク科植物の葉緑体のうち特にレタス葉緑体の形質転換技術は、有害な二次代謝産物の含有量が少ないことなどからこれまでに作出されてきたタバコなどの葉緑体形質転換植物と比較して、これまでよりも安全に有用なタンパク質を生産できるシステムの構築が可能となる。また、レタスは水耕栽培法が確立されていることから、本発明により形質転換されるレタスは、植物工場を利用して工業的に大量生産ができるので、安全かつ安価にタンパク質を生産でき、かつ天候や病虫害に左右されないので、安定したタンパク質の生産システムを構築できる。
また、本発明の形質転換技術により、葉緑体にメタロチオネイン遺伝子(例.merA遺伝子など)を導入し形質転換されたキク科植物は、土壌などの環境中の有害重金属や水銀などを無害化または無毒化し得るので、ファイトレメディエーション(Phyto Remediation;植物を利用した環境浄化技術)に利用できる。また、本発明の形質転換技術により、葉緑体に病中害耐性遺伝子や除草剤耐性遺伝子などを導入することにより、害虫抵抗性や除草剤耐性のキク科植物を製造することができる。さらに、本発明の形質転換技術により、葉緑体に抗酸化作用を有するカロテノイドやビタミンEなどの生合成に関る遺伝子を導入することにより、キク科植物の例えばヒマワリや紅花などにおいて、該ヒマワリや紅花などが生成する油脂類中のカロテノイドやビタミンEなどの有用成分の含有量を上げることが可能となる。また、本発明のベクターを用いて光合成に関与する例えばフルクトース1,6−ビスホスファターゼ遺伝子やセドヘプツロース1,7−ビスホスファターゼ遺伝子を導入することにより、該遺伝子が導入されたキク科植物は、野生株に比べて、背丈が大きく、また葉の面積も大きく、早く生育し、かつ糖やデンプンの合成能力が増大し得る。
本発明によって形質転換されるキク科植物は、発現タンパク質をコードする遺伝子が核ゲノムではなく、葉緑体ゲノムに直接導入されるため、導入された遺伝子の花粉による拡散の予防が可能である。すなわち、例えば核に遺伝子が導入された植物のように、花粉が風や昆虫により広範囲に撒き散らされ、動植物界への悪影響を与えるなどの環境汚染を防止できる。
The vector of the present invention can reliably introduce a gene encoding an expressed protein into the chloroplast of a asteraceae plant.
Among the chloroplasts of asteraceae plants, lettuce chloroplast transformation technology is a chloroplast-transformed plant such as tobacco that has been produced so far due to its low content of harmful secondary metabolites. Compared to the above, it is possible to construct a system capable of producing useful proteins more safely than before. Since lettuce is established by hydroponics, lettuce transformed according to the present invention can be industrially mass-produced using a plant factory, and can produce protein safely and inexpensively. In addition, since it is not affected by weather or pest damage, a stable protein production system can be constructed.
In addition, the asteraceae plant transformed by introducing a metallothionein gene (eg, merA gene) into the chloroplast by the transformation technique of the present invention can be used to detoxify harmful heavy metals or mercury in the environment such as soil. Since it can be detoxified, it can be used for phyto remediation (environmental purification technology using plants). In addition, by introducing the disease damage resistance gene or the herbicide resistance gene into the chloroplast by the transformation technique of the present invention, it is possible to produce a pest resistance or herbicide resistance asteraceae plant. Further, by introducing genes related to biosynthesis such as carotenoids having antioxidative action and vitamin E into the chloroplasts by the transformation technique of the present invention, the sunflowers such as sunflowers and safflowers in the asteraceae plants can be obtained. It is possible to increase the content of useful components such as carotenoids and vitamin E in oils and fats produced by safflower and safflower. Further, by introducing, for example, a fructose 1,6-bisphosphatase gene or sedheptulose 1,7-bisphosphatase gene involved in photosynthesis using the vector of the present invention, a asteraceae plant into which the gene has been introduced is a wild strain. Compared to the above, the height is large, the leaf area is large, it grows quickly, and the ability to synthesize sugar and starch can be increased.
In the Asteraceae plants transformed by the present invention, since the gene encoding the expressed protein is directly introduced into the chloroplast genome instead of the nuclear genome, it is possible to prevent the introduced gene from spreading by pollen. That is, for example, as in a plant in which a gene is introduced into the nucleus, pollen is scattered by a wide range of winds and insects, and environmental pollution such as adverse effects on the animal and plant kingdoms can be prevented.

本発明に用いられるキク科植物葉緑体ゲノム由来のDNAとしては、例えばリブロース−1,5−ビスカルボキシラーゼ/オキシゲナーゼ大サブユニット遺伝子(以下、rbcL遺伝子と略記する。)またはアセチルCoAカルボキシラーゼサブユニット遺伝子(以下、accD遺伝子と略記する。)などが挙げられる。
rbcL遺伝子は、葉緑体ゲノムにコードされているRubiscoの遺伝子である。Rubiscoは、光合成CO固定反応回路(カルビンサイクル)において,初発段階であるCO固定反応(カルボキシラーゼ反応)を触媒し、前記回路における代謝回転の律速となる鍵酵素である。また、該酵素は酸素(O)を固定する反応(オキシゲナーゼ反応)も触媒する。rbcL遺伝子は、とりわけレタス葉緑体ゲノム由来のrbcL遺伝子が好ましい。
レタス葉緑体ゲノム由来のrbcL遺伝子は、例えばレタス葉緑体全ゲノム塩基配列から、既に明らかになっているタバコ葉緑体ゲノムのrbcLの塩基配列との相同性から決定される。このようにして決定されたレタス葉緑体ゲノム由来のrbcL遺伝子とその近傍の塩基配列は、配列表の配列番号1(1640bp)で示される。前記配列番号1の塩基配列中の1個または複数個の塩基、例えば、1〜150個の塩基が欠失されるか、または別の塩基に置換されるか、または1〜150個の別の塩基を付加されるかして改変されたDNAがrbcL遺伝子と相同的組換えし得る配列であれば好ましく用いることができる。
Examples of the DNA derived from the chloroplast genome of the Asteraceae plant used in the present invention include a ribulose-1,5-biscarboxylase / oxygenase large subunit gene (hereinafter abbreviated as rbcL gene) or an acetyl CoA carboxylase subunit gene. (Hereinafter abbreviated as accD gene).
The rbcL gene is a Rubisco gene encoded in the chloroplast genome. Rubisco is a key enzyme that catalyzes the CO 2 fixation reaction (carboxylase reaction), which is the initial stage, in the photosynthetic CO 2 fixation reaction circuit (calvin cycle), and controls the turnover in the circuit. The enzyme also catalyzes a reaction for fixing oxygen (O 2 ) (oxygenase reaction). The rbcL gene is particularly preferably an rbcL gene derived from a lettuce chloroplast genome.
The rbcL gene derived from the lettuce chloroplast genome is determined, for example, from the homology with the already determined base sequence of rbcL of the tobacco chloroplast genome from the whole genome sequence of the lettuce chloroplast. The rbcL gene derived from the lettuce chloroplast genome thus determined and the base sequence in the vicinity thereof are represented by SEQ ID NO: 1 (1640 bp) in the sequence listing. One or more bases in the base sequence of SEQ ID NO: 1, for example, 1 to 150 bases are deleted or replaced with another base, or 1 to 150 other bases Any DNA can be preferably used as long as the DNA modified by adding a base can be homologously recombined with the rbcL gene.

accD遺伝子は、葉緑体ゲノムにコードされているアセチルCoAカルボキシラーゼの遺伝子である。アセチルCoAカルボキシラーゼは、植物において脂肪酸合成に関与している酵素である。accD遺伝子としては、レタス葉緑体ゲノム由来のaccD遺伝子が好ましい。
レタス葉緑体ゲノム由来のaccD遺伝子は、例えばレタス葉緑体全ゲノム塩基配列から、すでに明らかになっているタバコ葉緑体ゲノムのaccDの塩基配列との相同性から決定される。このようにして決定されたレタス葉緑体ゲノム由来のaccD遺伝子とその近傍の塩基配列は、配列表の配列番号2(1057bp)で示される。前記配列番号2の塩基配列中の1個または複数個の塩基、例えば、1〜100個の塩基が欠失されるか、または別の塩基に置換されるか、または1〜100個の別の塩基を付加されるかして改変されたDNAがaccD遺伝子と相同的組換えし得る配列であれば好ましく用いることができる。
The accD gene is an acetyl CoA carboxylase gene encoded by the chloroplast genome. Acetyl CoA carboxylase is an enzyme involved in fatty acid synthesis in plants. The accD gene is preferably an accD gene derived from a lettuce chloroplast genome.
The accD gene derived from the lettuce chloroplast genome is determined, for example, from the homology with the accD base sequence of the tobacco chloroplast genome which has already been clarified from the entire genome sequence of the lettuce chloroplast. The accD gene derived from the lettuce chloroplast genome thus determined and the base sequence in the vicinity thereof are represented by SEQ ID NO: 2 (1057 bp) in the sequence listing. One or more bases in the base sequence of SEQ ID NO: 2, for example, 1 to 100 bases are deleted or replaced with another base, or 1 to 100 other bases Any DNA can be preferably used as long as the DNA modified by adding a base can homologously recombine with the accD gene.

本発明において、例えばレタス葉緑体ゲノム由来のrbcL遺伝子とaccD遺伝子とを用いることにより、ベクターに導入される発現タンパク質をコードする遺伝子が、相同組換えによりレタス葉緑体ゲノムに組み込まれやすくなり、さらにレタス葉緑体での発現タンパク質の発現量が多くなるという利点がある。
また、本発明において、葉緑体ゲノム由来のrbcL遺伝子とaccD遺伝子はそれらの全長を使う必要はない。例えばrbcL遺伝子とaccD遺伝子との間の非コード領域の、被導入遺伝子の導入位置からrbcL遺伝子側またはaccD遺伝子側にそれぞれ約1000〜1500程度の塩基対の長さを有し、rbcL遺伝子またはaccD遺伝子とそれぞれ相同的組換えし得る配列であればよい。
In the present invention, for example, by using the rbcL gene and the accD gene derived from the lettuce chloroplast genome, the gene encoding the expressed protein introduced into the vector is easily incorporated into the lettuce chloroplast genome by homologous recombination. Furthermore, there is an advantage that the expression level of the expressed protein in the lettuce chloroplast increases.
In the present invention, the rbcL gene and the accD gene derived from the chloroplast genome need not use their full length. For example, the noncoding region between the rbcL gene and the accD gene has a length of about 1000 to 1500 base pairs from the introduction position of the introduced gene to the rbcL gene side or the accD gene side, respectively. Any sequence that can homologously recombine with a gene may be used.

上記rbcL遺伝子とaccD遺伝子の間には、少なくとも1種、好ましくは2種以上の制限酵素切断部位(以下、制限酵素サイトとも言う。)を有することが好ましい。制限酵素サイトは、制限酵素で認識され切断される部位を含む配列であればいずれの配列も好ましく用いることができる。制限酵素サイトとしては、例えばPstIサイト、NotIサイト、SalIサイト、またはEco47IIIサイトなどが好ましく挙げられる。これら制限酵素サイトは、各々制限酵素PstI、NotI、SalI、またはEco47IIIで切断され得る。   It is preferable to have at least one, preferably two or more restriction enzyme cleavage sites (hereinafter also referred to as restriction enzyme sites) between the rbcL gene and the accD gene. As the restriction enzyme site, any sequence can be preferably used as long as it includes a site that is recognized and cleaved by the restriction enzyme. Preferred examples of the restriction enzyme site include a PstI site, a NotI site, a SalI site, and an Eco47III site. These restriction enzyme sites can be cleaved with restriction enzymes PstI, NotI, SalI, or Eco47III, respectively.

また、上記rbcL遺伝子とaccD遺伝子の間には、キク科植物(好ましくはレタス)葉緑体ゲノム由来のrRNAオペロンのプロモーター(以下、Prrnと略記する。)およびpsbA遺伝子のターミネーター(以下、TpsbAと略記する。)を有する。
上記したキク科植物(好ましくはレタス)のPrrnおよびTpsbAは、例えばレタス葉緑体全ゲノム塩基配列から、すでに明らかになっているタバコ葉緑体ゲノムのPrrnおよびTpsbAの塩基配列との相同性から決定される。このようにして決定された例えばレタス葉緑体ゲノム由来のPrrnは配列表の配列番号3(113bp)で示され、レタス葉緑体ゲノム由来のTpsbAは、配列表の配列番号4(339bp)で示される。前記配列番号3または4の塩基配列のうち、1個または複数個の塩基、例えば、1〜10個の塩基が欠失されるか、または別の塩基に置換されるか、または1〜10個の別の塩基を付加されるかして改変されたDNAであって、それぞれ発現タンパク質をコードする遺伝子の転写開始および転写終結を認識できる配列であればいずれも好ましく用いることができる。
In addition, between the rbcL gene and the accD gene, a promoter of an rRNA operon (hereinafter abbreviated as Prrn) derived from a chloroplast genome (preferably lettuce) chloroplast genome and a terminator (hereinafter referred to as TpsbA) of a psbA gene. Abbreviated).
For example, Prrn and TpsbA of the Asteraceae plant (preferably lettuce) are derived from homology with Prrn and TpsbA base sequences of tobacco chloroplast genome which has already been clarified from the whole genome sequence of lettuce chloroplasts. It is determined. For example, Prrn derived from the lettuce chloroplast genome thus determined is represented by SEQ ID NO: 3 (113 bp) in the sequence listing, and TpsbA derived from the lettuce chloroplast genome is represented by SEQ ID NO: 4 (339 bp) in the sequence listing. Indicated. In the base sequence of SEQ ID NO: 3 or 4, one or more bases, for example, 1 to 10 bases are deleted, replaced with another base, or 1 to 10 bases Any of the DNAs modified by adding other bases in the above sequence and capable of recognizing the transcription start and transcription termination of the gene encoding the expressed protein can be preferably used.

また、上記プロモーターおよびターミネーターは、発現タンパク質をコードする遺伝子の転写開始および転写終結を認識できるものであれば、上記プロモーターおよびターミネーターに限定されず、他のプロモーターおよびターミネーターであってもよい。このようなプロモーターとしては、例えばpsbAプロモーター、rbcLプロモーター、psbDプロモーターまたはatpBプロモーター等が挙げられる。これらプロモーターも、葉緑体ゲノム由来のプロモーターが好ましく、レタス葉緑体ゲノム由来のプロモーターがより好ましい。また該ターミネーターとしては、例えばrps16ターミネーターが挙げられる。   The promoter and terminator are not limited to the promoter and terminator as long as they can recognize the transcription start and transcription termination of the gene encoding the expressed protein, and may be other promoters and terminators. Examples of such a promoter include psbA promoter, rbcL promoter, psbD promoter, and atpB promoter. These promoters are also preferably promoters derived from the chloroplast genome, and more preferably promoters derived from the lettuce chloroplast genome. Examples of the terminator include rps16 terminator.

本発明において発現タンパク質とは、本発明に係る発現系を用いて発現させたいタンパク質であり、本発現系を用いて発現できるタンパク質であればその種類は特に限定されず、キク科植物固有のタンパク質でも、また外来遺伝子由来のタンパク質でもよい。このような発現タンパク質としては、例えば薬理活性を有する医療用タンパク質(例.インスリン、インターフェロン、エリスロポエチン、インターロイキン、ヒトソマトスタチン、ティッシュプラスミノーゲンアクチベーターなど)または工業用材料などとして有用なタンパク質を製造するのに必要な酵素(例.セルラーゼ、ニトリルヒドラターゼなど)等が挙げられる。
また上記発現タンパク質としては、植物自体が有する酵素、例えば光合成に関与する酵素(例.フルクトース−1,6−ビスホスファターゼ、セドヘプツロース−1,7−ビスホスファターゼ、トランスケトラーゼなど)や植物体で生産される有用成分の生合成に関わる酵素(例.カロテノイド生合成酵素など)、あるいは病虫害耐性タンパク質(例.バチルス・チューリンゲス毒素など)や除草剤耐性タンパク質(例.5−エノールピルビルシキミ酸−3−リン酸合成酵素など)等も挙げられる。
また、上記発現タンパク質としては、ファイトレメディエーションのための例えば有害重金属イオンと結合するメタロチオネインなども挙げることができる。
In the present invention, the expression protein is a protein that is desired to be expressed using the expression system according to the present invention, and the type is not particularly limited as long as it is a protein that can be expressed using the expression system. However, it may be a protein derived from a foreign gene. As such expressed proteins, for example, medical proteins having pharmacological activity (eg, insulin, interferon, erythropoietin, interleukin, human somatostatin, tissue plasminogen activator, etc.) or proteins useful as industrial materials are produced. Enzymes (eg, cellulase, nitrile hydratase, etc.) necessary to do so.
In addition, the expressed protein is produced by an enzyme possessed by the plant itself, such as an enzyme involved in photosynthesis (eg, fructose-1,6-bisphosphatase, sedheptulose-1,7-bisphosphatase, transketolase, etc.) or a plant body. Enzymes involved in biosynthesis of useful components (eg carotenoid biosynthetic enzymes), pest-resistant proteins (eg Bacillus thuringes toxin etc.) and herbicide resistant proteins (eg 5-enolpyruvylshikimic acid- And 3-phosphate synthase).
Examples of the expressed protein include metallothionein that binds to harmful heavy metal ions for phytoremediation.

本発明におけるベクターは、特開2002−272476号公報に記載のpLD6(配列番号17;4591bp)プラスミドおよびpLD200(配列番号18;5581bp)プラスミドを利用することにより構築できる。すなわち、pLD6プラスミドおよびpLD200プラスミドに導入されているタバコ葉緑体ゲノム由来のPrrn、TpsbA、rbcL遺伝子およびaccD遺伝子をキク科植物(好ましくはレタス)葉緑体ゲノム由来のPrrn、TpsbA、rbcL遺伝子およびaccD遺伝子に置き換えることにより作成することができる。遺伝子の置き換えは制限酵素でタバコ葉緑体ゲノム由来のPrrn、TpsbA、rbcL遺伝子またはaccD遺伝子を切り出し、その代わりにキク科植物(好ましくはレタス)葉緑体ゲノム由来のPrrn、TpsbA、rbcL遺伝子またはaccD遺伝子を導入することにより行われる。   The vector in the present invention can be constructed by using the pLD6 (SEQ ID NO: 17; 4591 bp) plasmid and pLD200 (SEQ ID NO: 18; 5581 bp) plasmid described in JP-A No. 2002-272476. That is, the Prrn, TpsbA, rbcL gene and accD gene derived from the tobacco chloroplast genome introduced into the pLD6 plasmid and the pLD200 plasmid are converted into Prrn, TpsbA, rbcL gene derived from the asteraceae (preferably lettuce) chloroplast genome and It can be created by replacing with the accD gene. For gene replacement, a Prrn, TpsbA, rbcL gene or accD gene derived from a tobacco chloroplast genome is excised with a restriction enzyme, and instead, a Prrn, TpsbA, rbcL gene derived from an Asteraceae (preferably lettuce) chloroplast genome or This is done by introducing the accD gene.

まず、pLD6のNotIおよびEco47IIIサイトが制限酵素NotIおよびEco47IIIを用いて切断される。次いで前記制限酵素切断部位で挟まれている領域(配列番号17に記載された配列のヌクレオチド2220〜2345の領域;タバコ葉緑体ゲノム由来のPrrnを含む領域)が例えばレタス葉緑体ゲノム由来のPrrn(配列番号3;113bp)に置き換えられる。
また、pLD6のPstIおよびSalIサイトは制限酵素PstIおよびSalIを用いて切断され、該制限酵素切断部位で挟まれている領域(配列番号17に記載された配列のヌクレオチド3174〜3913の領域;タバコ葉緑体ゲノム由来のTpsbAを含む領域)が、例えばレタス葉緑体ゲノム由来のTpsbA(配列番号4;339bp)に置き換えられる。このようにしてpLD6のタバコ葉緑体ゲノム由来のPrrnおよびTpsbA配列を除去し、レタス葉緑体ゲノム由来のPrrnおよびTpsbAの塩基配列に置き換えられたプラスミドを作成することができる。発現タンパク質をコードする塩基配列は上記レタス葉緑体ゲノム由来のPrrnおよびTpsbAの間に配される。
First, the NotI and Eco47III sites of pLD6 are cleaved using restriction enzymes NotI and Eco47III. Next, the region sandwiched between the restriction enzyme cleavage sites (the region of nucleotides 2220 to 2345 of the sequence described in SEQ ID NO: 17; the region containing Prrn from the tobacco chloroplast genome) is derived from, for example, the lettuce chloroplast genome Replaced with Prrn (SEQ ID NO: 3; 113 bp).
In addition, the PstI and SalI sites of pLD6 were cleaved using restriction enzymes PstI and SalI, and were sandwiched by the restriction enzyme cleavage sites (regions of nucleotides 3174-3913 of the sequence described in SEQ ID NO: 17; tobacco leaf The region containing TpsbA derived from the chloroplast genome) is replaced with, for example, TpsbA derived from the lettuce chloroplast genome (SEQ ID NO: 4; 339 bp). In this manner, a plasmid in which the Prrn and TpsbA sequences derived from the tobacco chloroplast genome of pLD6 are removed and replaced with the base sequences of Prrn and TpsbA derived from the lettuce chloroplast genome can be prepared. The base sequence encoding the expressed protein is arranged between Prrn and TpsbA derived from the lettuce chloroplast genome.

一方、pLD200のEcoRIおよびNotIサイトは制限酵素EcoRIおよびNotIで切断され、該制限酵素切断部位で挟まれている領域(配列番号18に記載された配列のヌクレオチド396〜2126の領域;タバコ葉緑体ゲノム由来のrbcLを含む領域)が、例えばレタス葉緑体ゲノム由来のrbcL(配列番号1;1640bp)に置き換えられる。また、pLD200のSalIおよびHindIIIサイトは制限酵素SalIおよびHindIIIで切断され、該制限酵素切断部位で挟まれている領域(配列番号18に記載された配列のヌクレオチド2141〜3342の領域;タバコ葉緑体ゲノム由来のaccDを含む領域)が、例えばレタス葉緑体ゲノム由来のaccD(配列番号2;1057bp)に置き換えられる。このようにしてpLD200のタバコ葉緑体ゲノム由来のrbcLおよびaccD配列を除去し、レタス葉緑体ゲノム由来のrbcLおよびaccDの塩基配列に置き換えたプラスミドを作成することができる。 On the other hand, the EcoRI and NotI sites of pLD200 are cleaved by restriction enzymes EcoRI and NotI, and are sandwiched by the restriction enzyme cleavage sites (regions of nucleotides 396 to 2126 of the sequence described in SEQ ID NO: 18; tobacco chloroplasts) The region containing rbcL derived from the genome) is replaced with, for example, rbcL derived from the lettuce chloroplast genome (SEQ ID NO: 1; 1640 bp). Further, the SalI and HindIII sites of pLD200 are cleaved by restriction enzymes SalI and HindIII, and are sandwiched by the restriction enzyme cleavage sites (regions of nucleotides 2141 to 3342 of the sequence described in SEQ ID NO: 18; tobacco chloroplasts) The region containing accD derived from the genome) is replaced with, for example, accD (SEQ ID NO: 2; 1057 bp) derived from the lettuce chloroplast genome. In this manner, a plasmid in which the rbcL and accD sequences derived from the tobacco chloroplast genome of pLD200 are removed and replaced with the base sequences of rbcL and accD derived from the lettuce chloroplast genome can be prepared.

次いで、レタス葉緑体ゲノム由来のPrrnとTpsbA配列に置き換えられたpLD6から制限酵素NotI、SalIを用いて発現タンパク質の発現に必要な塩基配列(配列番号17に記載された配列ではヌクレオチド2220〜3913に相当する領域)を切り出し、レタス葉緑体ゲノム由来のrbcLおよびaccD遺伝子に置き換えられたpLD200のNotI、SalIサイトに制限酵素NotI、SalIを用いて導入される。該導入される領域は、配列番号18に記載された配列ではヌクレオチド2127〜2141に相当する領域である。このようにして発現タンパク質の発現とレタス葉緑体ゲノムのrbcLとaccD遺伝子の領域での相同組み換えを生じさせるベクターを作成できる。   Next, the base sequence necessary for expression of the expressed protein using restriction enzymes NotI and SalI from pLD6 replaced with the Prrn and TpsbA sequences derived from the lettuce chloroplast genome (nucleotides 2220 to 3913 in the sequence described in SEQ ID NO: 17). Are cut out and introduced into the NotI and SalI sites of pLD200 replaced with the rbcL and accD genes derived from the lettuce chloroplast genome using restriction enzymes NotI and SalI. The region to be introduced is a region corresponding to nucleotides 2127 to 2141 in the sequence described in SEQ ID NO: 18. In this way, it is possible to prepare a vector that causes expression of the expressed protein and homologous recombination in the rbcL and accD gene regions of the lettuce chloroplast genome.

また、上記ベクターには、遺伝子組換え体を識別するための遺伝子を有することが好ましい。遺伝子組換え体を識別するための遺伝子としては、特に限定されず、自体公知のものを用いてよい。例えば、各種薬剤耐性遺伝子があげられる。より具体的には、カナマイシン耐性遺伝子(NPT)、スペクチノマイシン耐性遺伝子(aadA)、ベタインアルデヒド脱水素酵素遺伝子(BADH)等が挙げられる。また、該遺伝子の上流、下流には、それぞれ該遺伝子を発現制御するためのプロモーターおよびターミネーター配列を配することが好ましい。例えば、aadA遺伝子を葉緑体で発現させるためには、上記した植物由来のプロモーター及びターミネーターを好ましく使用できるが、rrnプロモーターおよびpsbAターミネーターが特に好適である。   Further, the vector preferably has a gene for identifying a gene recombinant. The gene for identifying the gene recombinant is not particularly limited, and a gene known per se may be used. For example, various drug resistance genes can be mentioned. More specifically, a kanamycin resistance gene (NPT), a spectinomycin resistance gene (aadA), a betaine aldehyde dehydrogenase gene (BADH), etc. are mentioned. Moreover, it is preferable to arrange a promoter and a terminator sequence for controlling the expression of the gene upstream and downstream of the gene, respectively. For example, in order to express the aadA gene in chloroplasts, the aforementioned plant-derived promoters and terminators can be preferably used, but the rrn promoter and the psbA terminator are particularly suitable.

このようにして作製されたベクターを宿主細胞に導入し、形質転換体を作製する。このとき、宿主細胞としては、キク科植物細胞が好ましく、キク科植物葉細胞がより好ましく、キク科植物の葉緑体がさらに好ましく、レタス葉緑体が特に好ましい。本発明のベクターを宿主細胞、特に葉緑体へ導入して形質転換する方法としては、公知の方法、例えばパーティクルガン法(Svab,Z.,Hajdukiewicz,P.,and Maliga,P.,Proc.Natl.Acad.Sci.USA,1990年,第87巻,p.8526−8530)やPEG法(Golds,T.,Maliga,P.,and Koop,H.−U.,Bio/Technol.,1993年,第11巻,p.95−97)等を好ましく用いることができる。例えば、パーティクルガン法は、ベクターを金またはタングステンの極めて細かい粒子にまぶし、この該ベクターの付着した粒子を火薬または高圧ガスで宿主細胞に打ち込むことにより、ベクターを宿主細胞に導入することができる。   The vector thus prepared is introduced into a host cell to produce a transformant. At this time, as a host cell, Asteraceae plant cells are preferred, Asteraceae plant leaf cells are more preferred, Asteraceae plant chloroplasts are more preferred, and lettuce chloroplasts are particularly preferred. As a method for transformation by introducing the vector of the present invention into host cells, particularly chloroplasts, known methods such as the particle gun method (Svab, Z., Hajdukiwicz, P., and Maliga, P., Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 1990, Vol. 87, p. 8526-8530) or PEG method (Golds, T., Maliga, P., and Koop, H.-U., Bio / Technol., 1993). Year, Vol. 11, p. 95-97) can be preferably used. For example, in the particle gun method, a vector can be introduced into a host cell by coating the vector with extremely fine particles of gold or tungsten, and driving the particle to which the vector is adhered into the host cell with an explosive or high-pressure gas.

ベクターが導入されたキク科植物の葉細胞、例えばレタス葉細胞は、植物培養用培地で培養し植物体とすることができる。植物培養用培地は、ガンボルグ(Gamborg)B5、ムラシゲ・スクーグ(Murashige−Skoog;MS)、ニッチ・ニッチ(Nitch&Nitch)などのような無機塩、ビタミン類を含有する基礎培地に、植物ホルモンを加えたものが好ましい。基礎培地としては特にMS培地が好ましい。植物ホルモンとしては、オーキシンおよびサイトカイニンを組み合わせるのがよい。オーキシンとしては、ナフタレン酢酸(以下、NAAと略記する。)、2−ナフトキシ酢酸、インドール酢酸、4−クロロインドール酢酸、インドール酪酸または2,4−ジクロロフェノキシ酢酸などが挙げられ、NAAが特に好ましい。サイトカイニンとしては、カイネチン,ゼアチンまたはベンジルアデニン(以下、BAと略記する。)、イソペンテニルアデニンなどが挙げられ、BAが特に好ましい。基礎培地に添加するオーキシンおよびサイトカイニンの濃度は、使用するオーキシンおよびサイトカイニンにより異なるが、オーキシンは約0.01〜1.0mg/L、好ましくは約0.05〜0.2mg/L、さらに好ましくは約0.1mg/L、サイトカイニンは約0.01〜1.0mg/L、好ましくは約0.05〜0.2mg/L、さらに好ましくは約0.1mg/Lとなるよう添加される。オーキシンに対するサイトカイニンの割合(重量比)は、約1:0.8〜1.2が好ましい。培地にはさらに、ポリビニルピロリドン(PVP)を約100〜1000ppm、好ましくは約300〜700mg/L、さらに好ましくは約400〜600ppmを添加するのがよい。培地にオーキシンやサイトカイニンを加えることにより、形質転換されたキク科植物、とりわけレタスの再分化を促進するようになり、またPVPの添加によって培養時の褐変による枯死が防止できる。   Compositae leaf cells into which the vector has been introduced, such as lettuce leaf cells, can be cultured in a plant culture medium to give a plant body. The plant culture medium is obtained by adding a plant hormone to a basic medium containing inorganic salts and vitamins such as Gamburg B5, Murashige-Skoog (MS), Niche & Nitch, and the like. Those are preferred. As the basal medium, MS medium is particularly preferable. As plant hormones, auxin and cytokinin are preferably combined. Examples of auxin include naphthalene acetic acid (hereinafter abbreviated as NAA), 2-naphthoxyacetic acid, indoleacetic acid, 4-chloroindoleacetic acid, indolebutyric acid, or 2,4-dichlorophenoxyacetic acid, and NAA is particularly preferable. Examples of cytokinins include kinetin, zeatin or benzyladenine (hereinafter abbreviated as BA), isopentenyl adenine, and the like, with BA being particularly preferred. The concentration of auxin and cytokinin added to the basal medium varies depending on the auxin and cytokinin used, but the auxin is about 0.01 to 1.0 mg / L, preferably about 0.05 to 0.2 mg / L, more preferably About 0.1 mg / L, cytokinin is added to about 0.01 to 1.0 mg / L, preferably about 0.05 to 0.2 mg / L, and more preferably about 0.1 mg / L. The ratio (weight ratio) of cytokinin to auxin is preferably about 1: 0.8 to 1.2. Further, polyvinyl pyrrolidone (PVP) is added at about 100 to 1000 ppm, preferably about 300 to 700 mg / L, more preferably about 400 to 600 ppm. By adding auxin or cytokinin to the medium, the regeneration of transformed asteraceae plants, especially lettuce, is promoted, and the addition of PVP can prevent the death due to browning during culture.

また、上記培地には、炭素源としての糖類や、ビタミン類、培地を固めるための支持体などを添加するのがよい。糖類としては、例えばショ糖などが挙げられる。糖類の添加量は、約1〜10重量%、好ましくは約2〜5重量%程度である。ビタミン類としては、例えば塩酸チアミン、塩酸ピリドキシン、ニコチン酸またはイノシトールなどが挙げられる。支持体としては、例えば寒天、ゲランガムまたはペーパーブリッジなどが挙げられる。支持体の濃度は、培地のpHなどにより異なるが、例えばゲランガムの場合、約0.2〜0.3重量%程度が好ましい。
また、上記培地には、アミノ酸(例.グリシンなど)、アデニンおよび/またはココナツウォーターなどを添加してもよい。
培地は、通常水酸化カリウムなどでpH約4〜8、好ましくはpH約5〜7に調整される。
Moreover, it is preferable to add a saccharide as a carbon source, vitamins, a support for solidifying the medium, and the like to the medium. Examples of the saccharide include sucrose. The amount of saccharide added is about 1 to 10% by weight, preferably about 2 to 5% by weight. Examples of vitamins include thiamine hydrochloride, pyridoxine hydrochloride, nicotinic acid or inositol. Examples of the support include agar, gellan gum, and paper bridge. Although the density | concentration of a support body changes with pH of a culture medium etc., in the case of gellan gum, about 0.2 to 0.3 weight% is preferable, for example.
In addition, an amino acid (eg, glycine), adenine and / or coconut water may be added to the medium.
The medium is usually adjusted to about pH 4-8, preferably about pH 5-7 with potassium hydroxide or the like.

本発明により形質転換されるキク科植物はいずれの種類であってもよく、例えばレタス(Lactuca sativa)、ヒマワリ(Helianthus annuus)、ベニバナ(Carthamus tinctoris)、アーティチョーク(Cynara scolymus)、ゴボウ(Arctium lappa)、キク(Chrysanthemum morifolium)、コスモス(Cosmos bipinnatus)、キバナノコギリソウ(Achilla filpendulina)、キンセンカ(Calendula arvensis)、デージー(Rudbeckia hirta)、ヒャクニチソウ(Zinnia elegans Jacq.)などが挙げられる。
形質転換されたキク科植物、中でもレタスは自体公知の条件の下、路地または水耕栽培で生育させることができる。このようにして作製された形質転換されたキク科植物、特にレタスは、ベクターに導入された遺伝子がコードするタンパク質を高度に発現させることができる。また、本発明の形質転換体は導入した遺伝子の花粉を介した環境への飛散を防ぐことができるなどの利点がある。
The asteraceae plants transformed by the present invention may be of any kind, for example, lettuce (Lactuca sativa), sunflower (Helianthus annuus), safflower (Carthamus tinctoris), artichoke (Cynara solidmus), burdock (Arc) Chrysanthemum morifolium, Cosmos bipinnatus, Achilla filpendulina, Calendula arbensis, and Daisy (Rudbeckia).
Transformed Asteraceae plants, especially lettuce, can be grown in alleys or hydroponics under conditions known per se. The transformed Asteraceae plant thus prepared, particularly lettuce, can highly express the protein encoded by the gene introduced into the vector. In addition, the transformant of the present invention has advantages such as prevention of scattering to the environment via pollen of the introduced gene.

なお、上記の遺伝子工学または生物工学の操作については、市販の実験書、例えば、1982年発行のモレキュラー・クローニング(Molecular Cloning)コールド・スプリング・ハーバー・ラボラトリー(Cold Spring Harbor Laboratory)、1989年発行のモレキュラー・クローニング第2版(Molecular Cloning,2nd ed.)コールド・スプリング・ハーバー・ラボラトリー(Cold Spring Harbor Laboratory)などに記載された方法に従って容易に行うことができる。   The above-described genetic engineering or biotechnological operations are described in commercially available experiments such as Molecular Cloning, Cold Spring Harbor Laboratory, published in 1982, published in 1989. It can be easily carried out according to the method described in Molecular Cloning, 2nd edition (Molecular Cloning, 2nd ed.) Cold Spring Harbor Laboratory.

以下に具体的実施例を挙げ、さらに詳細に説明するが、本発明はこれらに特に限定されることはない。   Specific examples will be described below in more detail, but the present invention is not particularly limited thereto.

レタス葉緑体ゲノム塩基配列の決定と解析
レタス生葉から常法に従いpercol密度勾配遠心によりレタス葉緑体を単離する。単離した葉緑体からCTABを用いたDNA精製法によりレタス葉緑体のゲノムDNAを精製する。精製DNAから約2kbの葉緑体DNA由来のDNA断片を持つレタス葉緑体ゲノムライブラリーを作成する。ゲノムライブラリーのクローン5,428個の塩基配列を解読してレタス葉緑体全ゲノム塩基配列(152,765bp)を決定した。すでに明らかになっているタバコ葉緑体ゲノム塩基配列との相同性からレタス葉緑体ゲノムのrbcL(配列表の配列番号1)とaccD(配列表の配列番号2)の塩基配列およびPrrn(配列表の配列番号3)、TpsbA(配列表の配列番号4)の塩基配列情報を取得した。
Determination and Analysis of Lettuce Chloroplast Genomic Base Sequence Lettuce chloroplasts are isolated from fresh lettuce leaves by percol density gradient centrifugation according to a conventional method. The genomic DNA of lettuce chloroplasts is purified from the isolated chloroplasts by a DNA purification method using CTAB. A lettuce chloroplast genome library having a DNA fragment derived from chloroplast DNA of about 2 kb is prepared from the purified DNA. The base sequence of 5,428 clones in the genomic library was decoded to determine the lettuce chloroplast whole genome base sequence (152,765 bp). From the homology with the already known tobacco chloroplast genome base sequence, the base sequences of Prbc (arrangement sequence number 2 in the sequence listing) and rbcL (sequence number 1 in the sequence listing) and accD (sequence number 2 in the sequence listing). The nucleotide sequence information of SEQ ID NO: 3) and TpsbA (SEQ ID NO: 4 of the sequence listing) was obtained.

レタス葉緑体形質転換用プラスミドベクターの構築
(1)レタス葉緑体ゲノムPrrn、TpsbAの単離
レタス葉緑体ゲノムのPrrnはforwardプライマー:
5’−CCGCGGCCGCGATATTTTGATTTGCTACCC−3’ (配列表の配列番号5)、
とreverseプライマー:
5’−CCAGCGCTATTCGCCCGGAGTTCGCTCC−3’(配列表の配列番号6)
を用いて増幅した。
Forwardプライマーは5’端にNotIサイトを含み、reverseプライマーは5’端にEco47IIIサイトを含む。増幅断片はpLD6(配列表の配列番号17)のNotI、Eco47IIIサイトに制限酵素NotIおよびEco47IIIを用いて導入した。本操作により、pLD6の配列番号17に記載された配列のヌクレオチド2220〜2345の領域がレタス葉緑体ゲノム由来のPrrn(配列表の配列番号3;113bp)に置き換えられた。
レタス葉緑体ゲノムのpsbAのターミネーターTpsbAはforwardプライマー:
5’−GGCTGCAGGACTTTGGTCTTATTGTAAT−3’(配列表の配列番号7)
とreverseプライマー:
5’−CCGTCGACGAGCATATTATTTCTTTCTT−3’(配列表の配列番号8)
を用いて増幅した。
Forwardプライマーは5’端にPstIサイトを含み、reverseプライマーは5’端にSalIサイトを含む。増幅断片はpLD6のPstI、SalIサイトに制限酵素PstIおよびSalIを用いて導入した。本操作により、pLD6の配列番号17に記載された配列のヌクレオチド3174〜3913の領域がレタス葉緑体ゲノム由来のTpsbA(配列表の配列番号4;339bp)に置き換えられた。
このようにしてpLD6のタバコ由来のプロモーター、ターミネーター配列を除去し、レタス葉緑体ゲノム由来の塩基配列に置き換えたプラスミドpRL6を作成した。
発現タンパク質としては、当初pLD6に導入されていたスペクチノマイシン耐性遺伝子(以下、aadAと略記する:配列表の配列番号19)をそのまま残すことにより、本発明における発現タンパク質とした。
Construction of plasmid vector for transformation of lettuce chloroplast (1) Isolation of lettuce chloroplast genome Prrn, TpsbA Prrn of lettuce chloroplast genome is forward primer:
5′-CCGCGCGCCGCGATTATTTGATTGCTACCC-3 ′ (SEQ ID NO: 5 in the sequence listing),
And reverse primer:
5′-CCAGCGCTATTCGGCCCGGAGTTCGCTCC-3 ′ (SEQ ID NO: 6 in the sequence listing)
Was amplified using.
The Forward primer contains a NotI site at the 5 ′ end and the reverse primer contains an Eco47III site at the 5 ′ end. The amplified fragment was introduced into NotI and Eco47III sites of pLD6 (SEQ ID NO: 17 in the sequence listing) using restriction enzymes NotI and Eco47III. By this operation, the region of nucleotides 2220 to 2345 in the sequence described in SEQ ID NO: 17 of pLD6 was replaced with Prrn (SEQ ID NO: 3 in the sequence listing; 113 bp) derived from the lettuce chloroplast genome.
The terminator of psbA of lettuce chloroplast genome TpsbA is a forward primer:
5′-GGCTGCAGGACTTTGGTCTTATTTGTAAT-3 ′ (SEQ ID NO: 7 in the Sequence Listing)
And reverse primer:
5′-CCGTCGACGAGGCATATTATTTCTTTCTT-3 ′ (SEQ ID NO: 8 in the sequence listing)
Was amplified using.
The Forward primer contains a PstI site at the 5 ′ end, and the reverse primer contains a SalI site at the 5 ′ end. The amplified fragment was introduced into the PstI and SalI sites of pLD6 using restriction enzymes PstI and SalI. By this operation, the region of nucleotides 3174 to 3913 in the sequence described in SEQ ID NO: 17 of pLD6 was replaced with TpsbA derived from the lettuce chloroplast genome (SEQ ID NO: 4 in the sequence listing; 339 bp).
In this way, a pLD6 tobacco-derived promoter and terminator sequence was removed, and a plasmid pRL6 in which the base sequence was derived from a lettuce chloroplast genome was prepared.
As the expressed protein, the spectinomycin resistance gene (hereinafter abbreviated as aadA: SEQ ID NO: 19 in the sequence listing), which was originally introduced into pLD6, was left as it was to obtain the expressed protein in the present invention.

(2)rbcL遺伝子、accD遺伝子の単離
レタス葉緑体ゲノムのrbcL遺伝子を含む1640bpの領域はforwardプライマー:
5’−CCGAATTCAATTCATGAGTTGTAGGGAG−3’(配列表の配列番号9)
とreverseプライマー:
5’−CCGCGGCCGCGATCCAACCAACACAAAAAT−3’(配列表の配列番号10)
を用いて増幅した。
Forwardプライマーは5’端にEcoRIサイトを含み、reverseプライマーは5’端にNotIサイトを含む。増幅断片はpLD200(配列表の配列番号18)のEcoRI、NotIサイトに制限酵素EcoRIおよびNotIを用いて導入した。本操作により、pLD200の配列番号18に記載された配列のヌクレオチド396〜2126の領域がレタス葉緑体ゲノム由来のrbcL(配列表の配列番号1;1640bp)に置き換えられた。
レタス葉緑体ゲノムのaccD遺伝子を含む1057bpの領域はforwardプライマー:
5’−CCGTCGACGATCCTTAGGATTGGGATAT−3’(配列表の配列番号11)とreverseプライマー:
5’−GGAAGCTTCCCATATGAGTAGAACTTTC−3’(配列表の配列番号12)を用いて増幅した。
Forwardプライマーは5’端にSalIサイトを含み、reverseプライマーは5’端にHindIIIサイトを含む。増幅断片はpLD200のSalI、HindIIIサイトに制限酵素SalIおよびHindIIIを用いて導入した。本操作により、pLD200の配列番号18に記載された配列のヌクレオチド2141〜3342の領域がレタス葉緑体ゲノム由来のaccD(配列表の配列番号2;1057bp)に置き換えられた。
このようにしてpLD200のタバコ由来のrbcL、accDをコードする配列を除去し、レタス葉緑体ゲノム由来のrbcL、accDをコードする塩基配列に置き換えたプラスミドpRL200を作成した。
(2) Isolation of rbcL gene and accD gene The 1640 bp region containing the rbcL gene of the lettuce chloroplast genome is a forward primer:
5′-CCGAATTCAATTCATGAGTTGTAGGGAG-3 ′ (SEQ ID NO: 9 in the Sequence Listing)
And reverse primer:
5′-CCGCCGGCCGCGATCCAACCAACACAAAAAT-3 ′ (SEQ ID NO: 10 in the Sequence Listing)
Was amplified using.
The Forward primer contains an EcoRI site at the 5 ′ end, and the reverse primer contains a NotI site at the 5 ′ end. The amplified fragment was introduced into the EcoRI and NotI sites of pLD200 (SEQ ID NO: 18 in the sequence listing) using restriction enzymes EcoRI and NotI. By this operation, the region of nucleotides 396 to 2126 in the sequence described in SEQ ID NO: 18 of pLD200 was replaced with rbcL derived from the lettuce chloroplast genome (SEQ ID NO: 1 in the sequence listing; 1640 bp).
The 1057 bp region containing the accD gene of the lettuce chloroplast genome is the forward primer:
5′-CCGTCGACGATCTCTAGTAGATTGGGATAT-3 ′ (SEQ ID NO: 11 in the sequence listing) and reverse primer:
Amplification was performed using 5′-GGAAGCTTCCCATATGAGTAGACTACTTC-3 ′ (SEQ ID NO: 12 in the Sequence Listing).
The Forward primer contains a SalI site at the 5 ′ end, and the reverse primer contains a HindIII site at the 5 ′ end. The amplified fragment was introduced into the SalI and HindIII sites of pLD200 using restriction enzymes SalI and HindIII. By this operation, the region of nucleotides 2141 to 3342 of the sequence described in SEQ ID NO: 18 of pLD200 was replaced with accD derived from the lettuce chloroplast genome (SEQ ID NO: 2; 1057 bp in the sequence listing).
Thus, the pLD200 tobacco-derived rbcL and accD-encoding sequences were removed, and a plasmid pRL200 was prepared in which the nucleotide sequences encoding the lettuce chloroplast genome-derived rbcL and accD were replaced.

(3)レタス葉緑体形質転換用ベクターの作成
レタス葉緑体ゲノム由来のプロモーターとターミネーター配列を導入した上記(1)のプラスミドから制限酵素NotIおよびSalIを用いてaadA遺伝子発現に必要なDNA断片(配列番号17に記載された配列のヌクレオチド2220〜3913に相当する領域)を切り出した。切り出したDNA断片は、レタス葉緑体ゲノム由来のrbcL、accD遺伝子を導入した上記(2)のプラスミドのNotI、SalIサイトに制限酵素NotIおよびSalIを用いて導入した。該DNA断片が導入される領域は、配列番号18に記載された配列のヌクレオチド2127〜2141に相当する領域である。
このようにしてaadA遺伝子の発現とレタス葉緑体ゲノムのrbcLとaccD遺伝子の領域での相同組み換えを生じさせるレタス葉緑体形質転換用ベクターpRL1000を作成した(図1)。
(3) Preparation of lettuce chloroplast transformation vector DNA fragment necessary for aadA gene expression from restriction plasmid NotI and SalI from the plasmid (1) introduced with a promoter and terminator sequence derived from the lettuce chloroplast genome (A region corresponding to nucleotides 2220 to 3913 of the sequence described in SEQ ID NO: 17) was excised. The excised DNA fragment was introduced into the NotI and SalI sites of the plasmid (2) into which the rbcL and accD genes derived from the lettuce chloroplast genome were introduced using restriction enzymes NotI and SalI. The region into which the DNA fragment is introduced is a region corresponding to nucleotides 2127 to 2141 of the sequence set forth in SEQ ID NO: 18.
In this way, a lettuce chloroplast transformation vector pRL1000 was produced that caused the expression of the aadA gene and homologous recombination in the rbcL and accD gene regions of the lettuce chloroplast genome (FIG. 1).

レタス葉緑体の形質転換と再分化
MS培地に播種後、約3〜4週間の無菌栽培したレタスの生葉を遺伝子導入に用いる。MS培地は、MS塩、イノシトール(100mg/L)、塩酸チアミン(0.1mg/L)、塩酸ピリドキシン(0.5mg/L)、ニコチン酸(0.5mg/L)、グリシン(2mg/L)、ショ糖(30g/L)、ゲランガム(2g/L)から構成され、KOHでpH5.8に調整した。レタスの生葉6〜7枚をRMOP培地に置床したプレートを5枚作成し、培地上で1日間前培養する。RMOP培地の組成は、MS培地にBA(0.1mg/L),NAA(0.1mg/L)を添加したものである。直径0.6ミクロンの金粒子2.3mg、レタス葉緑体形質転換用ベクター25μg、2.5M塩化カルシウム、0.1Mスペルミジンとを混ぜ、4℃で10分間、1分毎に懸濁する。エタノールで2回洗浄後、60μLのエタノールに懸濁する。これは10回分の打ち込み実験に使用できる量に相当する。前培養したレタス葉に対してパーティクルガン(型式PDS−1000/He BIO−RAD社製)を用いてレタスの葉細胞に金粒子を打ち込む。1回の実験当たり5回の打ち込みを行う。打ち込み圧力は900psiで行う。打ち込みをして2日後、ベクターを打ち込んだ生葉を4mm四方の切片にメスで刻み、スペクチノマイシン(50mg/L)とポリビニルピロリドン(500mg/L)を含むRMOP培地に置床する。約3〜4週間で白色化した葉切片から緑色のカルスが生じ、その後再分化して植物個体を再生した。
Transformation and redifferentiation of lettuce chloroplasts Live seed leaves of aseptically cultivated lettuce for about 3 to 4 weeks after seeding in MS medium are used for gene transfer. MS medium is MS salt, inositol (100 mg / L), thiamine hydrochloride (0.1 mg / L), pyridoxine hydrochloride (0.5 mg / L), nicotinic acid (0.5 mg / L), glycine (2 mg / L) , Sucrose (30 g / L) and gellan gum (2 g / L), adjusted to pH 5.8 with KOH. Five plates are prepared by placing 6 to 7 fresh leaves of lettuce on RMOP medium and pre-cultured on the medium for 1 day. The composition of the RMOP medium is obtained by adding BA (0.1 mg / L) and NAA (0.1 mg / L) to the MS medium. The mixture is mixed with 2.3 mg of gold particles having a diameter of 0.6 micron, 25 μg of lettuce chloroplast transformation vector, 2.5 M calcium chloride and 0.1 M spermidine and suspended at 4 ° C. for 10 minutes every minute. After washing twice with ethanol, it is suspended in 60 μL of ethanol. This corresponds to an amount that can be used for 10 driving experiments. Gold particles are implanted into the lettuce leaf cells using a particle gun (model PDS-1000 / He BIO-RAD) on the pre-cultured lettuce leaves. Five shots are performed per experiment. The driving pressure is 900 psi. Two days after the implantation, the fresh leaves into which the vector has been implanted are cut into 4 mm square sections with a scalpel and placed on an RMOP medium containing spectinomycin (50 mg / L) and polyvinylpyrrolidone (500 mg / L). A green callus was generated from a leaf section whitened in about 3 to 4 weeks, and then redifferentiated to regenerate a plant individual.

PCRによるレタス葉緑体形質転換体の解析
実施例3で再生したレタス植物体の葉組織を約50mg採取し、液体窒素下で破砕する。破砕したサンプルにDNA抽出バッファー(0.3M塩化ナトリウム、0.05Mトリス−塩酸、pH7.5、20mM EDTA、0.5%SDS、5M尿素、5%フェノール)を加えて混合した。フェノール/クロロホルム〔1/1(V/V)〕で抽出し、エタノールで沈澱させた後、風乾した。100μLのTE溶液〔10mMトリス塩酸(pH8.0)、1mM EDTA〕に抽出DNAを溶かした。
aadA配列の有無を確認するPCRではレタス植物体から抽出したDNA溶液を鋳型にforwardプライマー:
5’−ATGGCTCGTGAAGCGGTTAT−3’(配列表の配列番号13)
とreverseプライマー:
5’−TTATTTGCCAACTACCTTAG−3’(配列表の配列番号14)
を用いてPCR反応を行い、アガロースゲル電気泳動により確認した。対照として、実施例2で作成したpRL1000ベクターおよび野生株のレタスの葉組織を同様に処理した。その結果を図2に示した。pRL1000ベクターおよび形質転換されたレタスにおいてaadA遺伝子の存在を示す0.8kbのバンドが認められた。
また、形質転換レタスの組織中における遺伝子導入された葉緑体ゲノムと遺伝子導入されずに野生型のままで残っている葉緑体ゲノムのの存在比率の検討には各サンプルからの抽出DNA溶液を鋳型にforwardプライマー:
5’−AGGATTGAGCCGAATCCAAC−3’(配列表の配列番号15)
とreverseプライマー:
5’−AGGATTTGTTCTCTCCTACG−3’(配列表の配列番号16)
を使用してPCRを行った。対照として、実施例2で作成したpRL200ベクターおよび野生株のレタスの葉組織から抽出したゲノムDNAを同様に処理した。その結果を図3に示した。pRL1000ベクター(レーンA)および形質転換レタスより抽出したゲノムDNA(レーンC)を鋳型にPCRした産物を電気泳動したレーンにおいて、1.6kbの葉緑体ゲノムへの遺伝子の導入を示すバンドが確認できた。また僅かではあるが、野生型葉緑体ゲノムの存在を示す0.3kbのバンドがレーンCにおてい認めらたことから、形質転換レタスにおいてPCRで検出できる程度の微量の野生型葉緑体ゲノムDNAも含まれていることが認められた(図3)。
Analysis of Lettuce Chloroplast Transformant by PCR About 50 mg of the leaf tissue of the lettuce plant regenerated in Example 3 is collected and crushed under liquid nitrogen. A DNA extraction buffer (0.3 M sodium chloride, 0.05 M Tris-hydrochloric acid, pH 7.5, 20 mM EDTA, 0.5% SDS, 5 M urea, 5% phenol) was added to the crushed sample and mixed. Extraction with phenol / chloroform [1/1 (V / V)], precipitation with ethanol, and air drying. The extracted DNA was dissolved in 100 μL of TE solution [10 mM Tris-HCl (pH 8.0), 1 mM EDTA].
In PCR for confirming the presence or absence of the aadA sequence, a forward primer with a DNA solution extracted from a lettuce plant as a template:
5′-ATGGCTCGGTGAAGCGGTAT-3 ′ (SEQ ID NO: 13 in the Sequence Listing)
And reverse primer:
5′-TTATTTGCCCAACTACTCTTAG-3 ′ (SEQ ID NO: 14 in the Sequence Listing)
A PCR reaction was carried out using and confirmed by agarose gel electrophoresis. As controls, the pRL1000 vector prepared in Example 2 and the wild lettuce leaf tissue were treated in the same manner. The results are shown in FIG. A 0.8 kb band indicating the presence of the aadA gene was observed in the pRL1000 vector and the transformed lettuce.
In addition, the DNA solution extracted from each sample can be used to examine the abundance of the chloroplast genome introduced in the transformed lettuce tissue and the chloroplast genome remaining in the wild type without gene introduction. Forward template:
5′-AGGATTGAGCCCGAATCCAAC-3 ′ (SEQ ID NO: 15 in the Sequence Listing)
And reverse primer:
5′-AGGATTTGTTCTCTCCTACG-3 ′ (SEQ ID NO: 16 in the Sequence Listing)
PCR was performed using As a control, the pRL200 vector prepared in Example 2 and the genomic DNA extracted from the leaf tissue of wild lettuce were treated in the same manner. The results are shown in FIG. A band indicating the introduction of a gene into the 1.6 kb chloroplast genome was confirmed in the lane obtained by electrophoresis of the PCR product using the pRL1000 vector (lane A) and genomic DNA extracted from the transformation lettuce (lane C) as a template. did it. In addition, although a slight amount of a 0.3 kb band indicating the presence of the wild-type chloroplast genome was observed in lane C, a trace amount of wild-type chloroplast that can be detected by PCR in the transformed lettuce. It was confirmed that genomic DNA was also included (FIG. 3).

形質転換されたレタスのスペクチノマイシン耐性の評価
実施例4によりaadA遺伝子の導入が確認されたレタス植物体においてaadA遺伝子が発現して機能しているかどうかを調べるために形質転換されたレタス(図4)より4mm四方の葉切片を切り出し、スペクチノマイシン50mg/Lを含むRMOP培地に置床した。同様に野生株レタスの葉切片も置床し25℃、長日条件下(16時間明期、8時間暗期)において再分化の様子を4週間観察した(図5)。A,B,Cは野生株レタスの葉切片を、スペクチノマイシンを含むRMOP培地上で培養したものである。Aは置床直後、Bは置床して2週間後、Cは置床して4週間後の葉切片の様子を示すが、いずれも葉および根の分化は観察されなかった。同様に形質転換されたレタスの葉切片の培養を示したのがD,E,Fである。EおよびFでは、葉切片からの葉および根の分化が確認された。これは、aadA遺伝子がレタスの葉緑体ゲノムに導入され、葉で発現したaadA産物が、スペクチノマイシンに対する耐性を示したものである。
Evaluation of spectinomycin resistance of transformed lettuce Lettuce transformed to examine whether the aadA gene is expressed and functioning in a lettuce plant in which introduction of the aadA gene has been confirmed according to Example 4 (Fig. From 4), 4 mm square leaf sections were cut out and placed on RMOP medium containing 50 mg / L of spectinomycin. Similarly, leaves of wild-type lettuce were placed on the floor, and the state of redifferentiation was observed for 4 weeks under conditions of 25 ° C. and long days (16 hours light period, 8 hours dark period) (FIG. 5). A, B, and C are obtained by culturing leaf sections of wild-type lettuce on an RMOP medium containing spectinomycin. Although A shows the state of the leaf section immediately after placement, B shows the state of the leaf after 2 weeks, and C shows the state of the leaf section after the placement of 4 weeks, no differentiation of leaves and roots was observed. D, E, and F show the culture of leaf sections of the transformed lettuce in the same manner. In E and F, leaf and root differentiation from leaf sections was confirmed. This shows that the aadA gene was introduced into the chloroplast genome of lettuce, and the aadA product expressed in the leaves showed resistance to spectinomycin.

医療用などの高付加価値タンパク質を、キク科植物、特にレタスの葉緑体で安全かつ安価に生産できる。   High-value-added proteins for medical use can be produced safely and inexpensively from asteraceae plants, especially lettuce chloroplasts.

図1はベクターの模式図を示す図である。FIG. 1 is a schematic diagram of a vector. 図2は実施例4におけるaadA遺伝子が導入されたことを確認するPCR産物のアガロースゲル電気泳動の結果を示す図である。図中AはpRL1000ベクターから抽出したDNAを、Bは野生株レタスの葉から抽出したDNAを、Cは形質転換されたレタスの葉から抽出したDNAをそれぞれ鋳型に用いてPCRしたものを電気泳動した結果を示す。FIG. 2 is a diagram showing the results of agarose gel electrophoresis of the PCR product confirming that the aadA gene was introduced in Example 4. In the figure, A is the DNA extracted from the pRL1000 vector, B is the DNA extracted from the leaves of wild lettuce, and C is the DNA extracted from the transformed lettuce leaves as a template. The results are shown. 図3は実施例4におけるレタス葉緑体ゲノムへの導入遺伝子の組み換え率の検討を行ったPCR産物のアガロースゲル電気泳動の結果を示す図である。図中AはpRL1000ベクターから抽出したDNAを、Bは野生株レタスの葉から抽出したDNAを、Cは形質転換されたレタスの葉から抽出したDNAををそれぞれ鋳型に用いてPCRしたものを電気泳動した結果を示す。FIG. 3 is a diagram showing the results of agarose gel electrophoresis of PCR products in which the recombination rate of the transgene into the lettuce chloroplast genome in Example 4 was examined. In the figure, A shows DNA extracted from the pRL1000 vector, B shows DNA extracted from wild lettuce leaves, and C shows DNA extracted from transformed lettuce leaves. The result of electrophoresis is shown. 図4は形質転換されたレタスの葉である。FIG. 4 is a transformed lettuce leaf. 図5は、実施例5の結果を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing the results of Example 5.

Claims (7)

配列番号1の塩基配列からなるリブロース−1,5−ビスリン酸カルボキシラーゼ/オキシゲナーゼ大サブユニット遺伝子と、配列番号2の塩基配列からなるアセチルCoAカルボキシラーゼサブユニット遺伝子の間に、配列番号3の塩基配列からなるrRNAオペロンのプロモーターおよび配列番号4の塩基配列からなるpsbA遺伝子のターミネーターを有し、さらに前記プロモーターおよびターミネーターとの間に発現タンパク質をコードする塩基配列を有するレタス葉緑体形質転換用ベクター。 And ribulose-1,5-bisphosphate carboxylase / oxygenase large subunit gene having the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1, between the acetyl CoA carboxylase subunit gene having the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 2, the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 3 A vector for transforming lettuce chloroplasts, which has a promoter of the rRNA operon consisting of the terminator and a terminator of the psbA gene consisting of the base sequence of SEQ ID NO: 4 , and further has a base sequence encoding an expressed protein between the promoter and the terminator. 請求項に記載のベクターを、レタスの葉細胞に導入することを特徴とするレタス葉緑体の形質転換方法。 A method for transforming lettuce chloroplasts, which comprises introducing the vector according to claim 1 into lettuce leaf cells. ベクターの導入が、パーティクルガンを用いて行われるものであることを特徴とする請求項に記載の形質転換方法。 The transformation method according to claim 2 , wherein the introduction of the vector is performed using a particle gun. 請求項に記載のベクターを、レタスの葉細胞に導入し、前記レタスの葉細胞を植物培養用培地で培養することを特徴とする形質転換レタスの製造方法。 A method for producing transformed lettuce , wherein the vector according to claim 1 is introduced into lettuce leaf cells, and the lettuce leaf cells are cultured in a plant culture medium. 植物培養用培地が、ナフタレン酢酸、2−ナフトキシ酢酸、インドール酢酸、4−クロロインドール酢酸、インドール酪酸および2,4−ジクロロフェノキシ酢酸から選択されるオーキシン0.01〜1mg/L、並びにカイネチン、ゼアチンまたはベンジルアデニンおよびイソペンテニルアデニンから選択されるサイトカイニン0.01〜1mg/Lを含有することを特徴とする請求項に記載の形質転換レタスの製造方法。 Media for plant culture, naphthalene acetic acid, 2-naphthoxy acetic acid, indole acetic acid, 4-chloro indole acid, auxin 0.01 to 1 mg / L selected from indole butyric acid and 2,4-dichlorophenoxyacetic acid, kinetin in parallel beauty, The method for producing transformed lettuce according to claim 4 , comprising 0.01-1 mg / L of cytokinin selected from zeatin or benzyladenine and isopentenyladenine. オーキシンに対するサイトカイニンの重量比が1:0.8〜1.2であることを特徴とする請求項に記載の形質転換レタスの製造方法。 The method for producing transformed lettuce according to claim 5 , wherein the weight ratio of cytokinin to auxin is 1: 0.8 to 1.2. 植物培養用培地が、さらにポリビニルピロリドンを100〜1000ppm含有することを特徴とする請求項またはに記載の形質転換レタスの製造方法。 The method for producing transformed lettuce according to claim 5 or 6 , wherein the plant culture medium further contains 100 to 1000 ppm of polyvinylpyrrolidone.
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US10752909B2 (en) * 2007-03-30 2020-08-25 The Trustees Of The University Of Pennsylvania Chloroplasts engineered to express pharmaceutical proteins in edible plants
US10689633B2 (en) 2008-02-29 2020-06-23 The Trustees Of The University Of Pennsylvania Expression of β-mannanase in chloroplasts and its utilization in lignocellulosic woody biomass hydrolysis
JP2009207398A (en) * 2008-03-03 2009-09-17 Nara Institute Of Science & Technology Vector for transforming chloroplast of compositae family plant, human thioredoxin-producing transformed plant and production method thereof as well as composition containing human thioredoxin
WO2011057243A2 (en) 2009-11-09 2011-05-12 University Of Central Florida Research Foundation, Inc. Administration of plant expressed oral tolerance agents
US10865419B2 (en) 2011-10-24 2020-12-15 The Trustees Of The University Of Pennsylvania Orally administered plastid expressed cholera toxin B subunit-exendin 4 as treatment for type 2 diabetes
CN113061567A (en) * 2021-04-06 2021-07-02 石河子大学 Method for extracting chloroplast of kochia scoparia

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05244971A (en) * 1992-03-06 1993-09-24 Nippon Oil Co Ltd Method for producing taxane compound
JPH0731310A (en) * 1993-07-20 1995-02-03 Asahi Denka Kogyo Kk Curculigo plant seedling production method
JP2781964B2 (en) * 1995-05-08 1998-07-30 山下 幸則 Sandalwood somatic embryogenesis method and its secondary propagation method
JPH09107832A (en) * 1995-10-17 1997-04-28 Sapporo Breweries Ltd Cloning method of Paphiopedilum
JPH11313680A (en) * 1998-04-30 1999-11-16 Iwate Prefecture Cecropin gene
JP2001078602A (en) * 1999-09-10 2001-03-27 Central Res Inst Of Electric Power Ind How to increase plant growth
ES2276724T3 (en) * 2001-03-29 2007-07-01 Fraunhofer-Gesellschaft Zur Forderung Der Angewandten Forschung E.V. TRANSFORMATION OF PLASTICS IN LYCOPERSICON PLANTS.

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