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JP5062616B2 - Method for improving expression efficiency of introduced target gene in wheat - Google Patents
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JP5062616B2 - Method for improving expression efficiency of introduced target gene in wheat - Google Patents

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JP5062616B2 JP2007053174A JP2007053174A JP5062616B2 JP 5062616 B2 JP5062616 B2 JP 5062616B2 JP 2007053174 A JP2007053174 A JP 2007053174A JP 2007053174 A JP2007053174 A JP 2007053174A JP 5062616 B2 JP5062616 B2 JP 5062616B2
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Description

本発明は、コムギにおける導入された目的遺伝子の発現効率を向上させる方法に関する。   The present invention relates to a method for improving the expression efficiency of a target gene introduced in wheat.

一般的に植物の形質転換方法は、植物細胞または組織に目的遺伝子を導入し、それを培養し、植物体を再生する。   Generally, a plant transformation method introduces a target gene into a plant cell or tissue, cultures it, and regenerates the plant body.

しかし、コムギでは、このような一般的な方法を用いて形質転換された植物体を得ることが難しいことが知られている。   However, it is known that in wheat it is difficult to obtain a transformed plant using such a general method.

コムギの形質転換については、例えばVasilら(非特許文献1)による直接導入法、Chengら(非特許文献2)によるアグロバクテリウム法で成功した例が報告されおり、その後も、例えばパーティクルガン法などの直接導入法で成功した例が多く報告されているが、遺伝子の導入効率などで表される成功率は非常に低い。またコムギでは、目的遺伝子が細胞または組織に導入されたとしても、組織培養が困難で、植物体を再生して形質転換を確認することは難しい。   Regarding the transformation of wheat, for example, a direct introduction method by Vasil et al. (Non-patent Document 1) and an Agrobacterium method by Cheng et al. (Non-patent Document 2) have been reported. Many examples of successful direct introduction methods have been reported, but the success rate expressed by gene introduction efficiency is very low. In wheat, even if the target gene is introduced into a cell or tissue, tissue culture is difficult, and it is difficult to confirm transformation by regenerating a plant.

コムギでは、遺伝子を導入する組織(外植片)として未熟胚が最もよく用いられているが、その形質転換効率は植物の生育環境による外植片の状態に大きく左右されるため、日本国外などで確立された形質転換系を日本国内で再現することが困難である。   In wheat, immature embryos are the most commonly used tissues (explants) for introducing genes, but the transformation efficiency depends greatly on the state of the explants depending on the growth environment of the plant. It is difficult to reproduce the transformation system established in Japan in Japan.

またコムギでは、遺伝子導入法としてパーティクルガン法がよく用いられているが、そのような直接導入法では、導入遺伝子の再構成などにより、導入遺伝子が正常に発現している形質転換体が得られにくい。   In wheat, the particle gun method is often used as a gene transfer method. In such a direct transfer method, a transformant in which the transgene is normally expressed can be obtained by reconstitution of the transgene or the like. Hateful.

コムギの形質転換における再分化効率については、例えば非特許文献3で、開花後12日目に採取して17〜19日間4℃に保存した穂の胚盤を、約2〜3%のスクロースを含む培地で培養したところ、再分化効率が高くなったことが開示されている。   Regarding the regeneration efficiency in the transformation of wheat, for example, in Non-Patent Document 3, the scutellum of the ear collected on the 12th day after flowering and stored at 4 ° C. for 17 to 19 days was added with about 2-3% sucrose. It has been disclosed that the redifferentiation efficiency increased when cultured in a medium containing the same.

また、コムギの形質転換効率については、例えば非特許文献4で、デュラムコムギの外植片に高温または乾燥ストレス処理を行って未熟胚に除草剤耐性遺伝子を含むプラスミドで形質転換したところ、形質転換効率が向上したことが開示されている。   Regarding the transformation efficiency of wheat, for example, in Non-Patent Document 4, when an explant of durum wheat was treated with high temperature or drought stress and transformed with a plasmid containing a herbicide resistance gene in an immature embryo, It has been disclosed that efficiency has improved.

しかしながら、これらの非特許文献は、再分化効率の向上、または選抜マーカー遺伝子の発現を調べて遺伝子導入効率が向上したことを開示しているが、目的遺伝子の発現効率については開示していない。   However, these non-patent documents disclose that the regenerative efficiency is improved or the gene transfer efficiency is improved by examining the expression of the selection marker gene, but the expression efficiency of the target gene is not disclosed.

形質転換体を作製する場合、目的遺伝子が導入できたとしても、その目的遺伝子が実際に発現しなければ意味がない。従って、目的遺伝子の発現効率を向上させることが形質転換体の作製にとって重要である。
Vasilら、Bio/Technology 10:667−674(1992) Chengら、Plant Physiology 115:971−980(1997) In Vitor Cell.Dev.Biol. Plant 39:20−23,Januari−February 2003 Plant Cell Rep(2002)20:955−960
When producing a transformant, even if the target gene can be introduced, it is meaningless unless the target gene is actually expressed. Therefore, improving the expression efficiency of the target gene is important for the production of transformants.
Vasil et al., Bio / Technology 10: 667-674 (1992). Cheng et al., Plant Physiology 115: 971-980 (1997) In Vitor Cell. Dev. Biol. Plant 39: 20-23, January-February 2003 Plant Cell Rep (2002) 20: 955-960

本発明の目的は、コムギにおける導入された目的遺伝子の発現効率を向上させる方法を提供することにある。   An object of the present invention is to provide a method for improving the expression efficiency of an introduced target gene in wheat.

本発明者は、コムギを形質転換する外植片を低温処理し、外植片に目的遺伝子を導入し、従来よりも高浸透圧の培地で外植片を選抜培養することにより、導入された目的遺伝子の発現効率を向上できることを見出し、また、高浸透圧の培地を用いることにより、従来の低浸透圧培地と比べて導入遺伝子のコピー数が少なく、導入遺伝子が発現する確率が高くなることを見出し、本発明を完成した。   The present inventor was introduced by low-temperature treatment of explants for transforming wheat, introducing the target gene into the explants, and selectively culturing the explants in a medium having a higher osmotic pressure than before. It is found that the expression efficiency of the target gene can be improved, and by using a medium with high osmotic pressure, the number of copies of the transgene is smaller than that of the conventional low osmotic pressure medium, and the probability that the transgene is expressed is increased. The present invention has been completed.

本発明の特徴は、要約すると以下の通りである。
(1)コムギの未熟胚を低温乾燥し、形質転換操作により未熟胚またはその細胞に目的遺伝子を導入し、該未熟胚またはその細胞を0.25〜1.0Mの浸透圧調節物質を含む培地で培養することを含む、コムギの未熟胚またはその細胞において導入された目的遺伝子の発現効率を向上させる方法。
(2)形質転換されたコムギの未熟胚またはその細胞が、導入された目的遺伝子のコピーを1つまたは2つ含む、(1)に記載の方法。
(3)低温乾燥を0〜10℃で行う、(1)または(2)に記載の方法。
(4)浸透圧調節物質が、マルトース、スクロース、マンニトール、ソルビトール、ポリエチレングリコール、パーコールおよびフィコールからなる群から選択される、(1)〜(3)のいずれかに記載の方法。
(5)形質転換操作がパーティクルガン法である、(1)〜(4)のいずれかに記載の方法。
(6)(1)〜(5)のいずれかに記載の方法によって作製された形質転換コムギ未熟胚またはその細胞を用いて植物体を再生することを含む、導入された目的遺伝子の発現効率が向上した植物の作出方法。
(7)植物体に導入された目的遺伝子が後代に伝達されることを含む、(6)に記載の方法。
The features of the present invention are summarized as follows.
(1) Low temperature drying of immature embryos of wheat, introduction of the target gene into immature embryos or cells thereof by transformation operation, and medium containing 0.25 to 1.0 M osmotic pressure regulating substance in the immature embryos or cells thereof A method for improving the expression efficiency of a target gene introduced in an immature wheat wheat cell or a cell thereof, which comprises culturing in a cell.
(2) The method according to (1), wherein the transformed immature embryo of wheat or the cell thereof contains one or two copies of the introduced target gene.
(3) The method according to (1) or (2), wherein the low-temperature drying is performed at 0 to 10 ° C.
(4) The method according to any one of (1) to (3), wherein the osmotic pressure regulating substance is selected from the group consisting of maltose, sucrose, mannitol, sorbitol, polyethylene glycol, percoll and ficoll.
(5) The method according to any one of (1) to (4), wherein the transformation operation is a particle gun method.
(6) Expression efficiency of the introduced target gene, including regenerating a plant body using a transformed wheat immature embryo produced by the method according to any one of (1) to (5) or a cell thereof, Improved plant production method.
(7) The method according to (6), comprising transferring a target gene introduced into a plant body to a progeny.

本発明によれば、コムギの形質転換体における目的遺伝子の発現効率を向上させることができる。また、コムギ植物の生育環境による外植片の状態に大きく左右されることなく、形質転換系を再現することが容易になる。さらに、導入された目的遺伝子の発現効率が向上したコムギ植物およびその後代を得ることができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the expression efficiency of the target gene in the transformant of wheat can be improved. Moreover, it becomes easy to reproduce the transformation system without being greatly affected by the state of the explants depending on the growth environment of the wheat plant. Furthermore, a wheat plant and its progeny with improved expression efficiency of the introduced target gene can be obtained.

本発明のコムギの未熟胚またはその細胞において導入された目的遺伝子の発現効率を向上させる方法は、コムギの未熟胚を低温乾燥し、形質転換操作により未熟胚またはその細胞(カルスなどの培養細胞を含む)に目的遺伝子を導入し、該未熟胚またはその細胞を0.25〜1.0Mの糖または糖アルコールなどの浸透圧調節物質を含む培地で培養することを含むことを特徴する。   The method for improving the expression efficiency of a target immature embryo of wheat of the present invention or a cell thereof is obtained by drying a wheat immature embryo at low temperature, and transforming the immature embryo or its cells (callus and other cultured cells) by transformation. The target gene is introduced, and the immature embryo or its cells are cultured in a medium containing an osmotic pressure regulating substance such as 0.25 to 1.0 M sugar or sugar alcohol.

形質転換を行う外植片としてコムギの未熟胚を用いる。未熟胚は、コムギ(Triticum aestivum)の開花後10〜17日に穂を採取して得ることが好ましい。未熟胚であれば特に限定されないが、例えば、American Journal of Botany vol.70,pp308−311に記載されている形態的な観察でのstageIIの終わり頃の未熟胚が好ましい。   Wheat immature embryos are used as explants for transformation. The immature embryo is preferably obtained by collecting ears 10 to 17 days after flowering of wheat (Triticum aestivum). Although it will not specifically limit if it is an immature embryo, For example, American Journal of Botany vol. 70, pp 308-311, immature embryos at the end of stage II with morphological observations are preferred.

好ましくは、コムギの茎ごと穂を採取し、外から水分を与えずにそのまま低温暗所に立て、乾燥処理を行う。温度は、好ましくは0〜10℃、より好ましくは4〜6℃とし、好ましくは1〜20日間、より好ましくは5〜7日間乾燥させる。0℃よりも低いと凍結してしまい、10℃よりも高いと未熟胚の登熟・乾燥が急速に進んでしまい、好ましくない。また低温下では未熟胚の発達が遅くなるため、未熟胚の発達ステージを調節しやすくなるという利点がある。乾燥は、風乾、デシケーター内でのシリカゲルによる脱水などの方法で速めたり調節してもよい。   Preferably, the ears of wheat are collected together with the stems of the wheat and left in a low-temperature dark place without giving moisture from the outside, followed by drying treatment. The temperature is preferably 0 to 10 ° C, more preferably 4 to 6 ° C, and preferably 1 to 20 days, more preferably 5 to 7 days. If it is lower than 0 ° C, it freezes, and if it is higher than 10 ° C, ripening and drying of immature embryos proceed rapidly, which is not preferable. Moreover, since the development of immature embryos is slowed at low temperatures, there is an advantage that the development stage of immature embryos can be easily controlled. Drying may be accelerated or adjusted by methods such as air drying or dehydration with silica gel in a desiccator.

なお、外植片(未熟胚)の前処理以前の植物体への水分の与え方、登熟温度を調節して、乾燥処理による未熟胚の細胞内の変化を穏やかに適度に進めることにより、前処理の期間を調節することも可能である。   In addition, by adjusting how the moisture is given to the plant body before pretreatment of the explant (immature embryo), the ripening temperature, and gently and moderately proceeding the intracellular change of the immature embryo by the drying treatment, It is also possible to adjust the pretreatment period.

コムギの一般的な温室栽培条件(25/20℃)では、細胞の活性が高く、登熟が進みやすく、乾燥も進みやすい。出穂・開花から登熟初期には水分を最も要するので、少しの水不足で急激に乾燥が進み、胚の発達ステージも急激に進んでしまうため、適期がすぐ過ぎてしまう。例えば18/10℃の温室で育てた場合、開花15〜16日後に刈り取り、5℃で5日間乾燥させている(20日)が、25/20℃の温室では、開花10日後では処理を始めるには早すぎ、11日後では遅すぎることがあり得、また、18/10℃の温室で育てて水分を控えておき、開花14日後に水を抜いておけば、開花16〜17日後に刈り取り、5℃で3日間の乾燥で(19日)同様な状態の胚が得られるので、このように温度や水分の与え方を調節すると、導入処理を行う日程を調整することができる。また、穂・種子の大きさや穂の中の種子の位置によっては水の抜け方が違う(大きい種子では水が抜けにくい、穂の上の方は水が抜けやすく下の方は抜けにくいなど)ため、植物の生育状況に合わせて調節することが好ましい。   Under general greenhouse cultivation conditions (25/20 ° C.) for wheat, the cell activity is high, ripening is likely to proceed, and drying is also likely to proceed. Since water is most needed from heading and flowering to the early stage of ripening, drying progresses rapidly with a shortage of water, and the developmental stage of the embryo also progresses rapidly. For example, when grown in a greenhouse at 18/10 ° C., it is harvested 15-16 days after flowering and dried for 5 days at 5 ° C. (20 days), but in a greenhouse at 25/20 ° C., treatment begins after 10 days of flowering. It is too early, and it may be too late after 11 days, and if it is raised in a greenhouse at 18/10 ° C. and refrains from moisture, and drained after 14 days of flowering, it will be harvested 16-17 days after flowering. Since embryos in the same state can be obtained by drying at 5 ° C. for 3 days (19 days), the schedule for carrying out the introduction treatment can be adjusted by adjusting the way of giving temperature and moisture in this way. Also, depending on the size of the ears and seeds and the position of the seeds in the ears, the way water drains is different (large seeds are less likely to drain water, the upper part of the ear is more likely to drain water, and the lower part is less likely to drain). Therefore, it is preferable to adjust according to the growth state of the plant.

上記のようにしてコムギの未熟胚を低温乾燥し、3〜6時間カルス誘導培地で前培養した後、目的遺伝子を未熟胚またはその細胞に導入する。   As described above, immature embryos of wheat are dried at low temperature, pre-cultured in a callus induction medium for 3 to 6 hours, and then the target gene is introduced into the immature embryo or its cells.

目的遺伝子の導入には、公知の遺伝子工学的手法を用いることができ、特に限定されない。一般的には、目的遺伝子を含むベクターを作製して、未熟胚またはその細胞、あるいはそれらから誘導したカルスに、アグロバクテリウム法、エレクトロポレーション法、パーティクルガン法、PEG−リン酸カルシウム法、リポソーム法、マイクロインジェクション法などでベクターを導入するが、コムギでは、植物体への再生効率から、パーティクルガン法を用いて未熟胚に導入する方法が好ましい。パーティクルガン法は、金属微粒子に遺伝子をコーティングして細胞組織に打ち込む方法であり、コムギのように再分化能力が低い植物に有用であると考えられている。   For the introduction of the target gene, a known genetic engineering technique can be used, and it is not particularly limited. In general, a vector containing the target gene is prepared and immature embryos or cells thereof, or callus derived from them, Agrobacterium method, electroporation method, particle gun method, PEG-calcium phosphate method, liposome method The vector is introduced by a microinjection method or the like. In wheat, a method of introducing it into an immature embryo using a particle gun method is preferable from the viewpoint of regeneration efficiency into a plant body. The particle gun method is a method in which a metal fine particle is coated with a gene and driven into a cell tissue, and is considered to be useful for plants having low redifferentiation ability such as wheat.

目的遺伝子を含むベクターは、例えば以下のようにして作製することができる。   A vector containing the target gene can be prepared, for example, as follows.

ベクターは特に限定されず、pAL系(pAL51、pAL156など)、pUC系(pUC18、pUC19、pUC9等)、pBI系(pBI121、pBI101、pBI221、pBI2113、pBI101.2等)、pPZP系、pSMA系、中間ベクター系(pLGV23Neo、pNCAT等)、カリフラワーモザイクウイルス(CaMV)、インゲンマメモザイクウイルス(BGMV)、タバコモザイクウイルス(TMV)等を用いることができる。   The vector is not particularly limited, and pAL system (pAL51, pAL156, etc.), pUC system (pUC18, pUC19, pUC9 etc.), pBI system (pBI121, pBI101, pBI221, pBI2113, pBI2113, etc.), pPZP system, pSMA system, Intermediate vector systems (pLGV23Neo, pNCAT, etc.), cauliflower mosaic virus (CaMV), kidney bean mosaic virus (BGMV), tobacco mosaic virus (TMV) and the like can be used.

ベクターに目的遺伝子を挿入するには、例えば、精製されたDNAを適当な制限酵素で切断し、適当なベクターDNAの制限酵素部位又はマルチクローニングサイトに挿入してベクターに連結する方法を用いることができる。   In order to insert a target gene into a vector, for example, a method in which purified DNA is cleaved with a suitable restriction enzyme, inserted into a restriction enzyme site or a multicloning site of a suitable vector DNA, and ligated to the vector is used. it can.

目的遺伝子は特に限定されず、その遺伝子の発現が望まれるものであればよく、対象となる植物の内因性遺伝子または外来遺伝子でもよい。そのような遺伝子として、例えば、糖代謝関連遺伝子、有用物質(医薬、色素、芳香成分など)生産遺伝子、植物生長制御(促進/抑制)遺伝子、耐病虫害性(昆虫食害抵抗性、カビ(菌類)及び細菌病抵抗性、ウイルス(病)抵抗性等)遺伝子、環境ストレス(低温、高温、乾燥、塩、光障害、紫外線)抵抗性遺伝子、トランスポーター遺伝子、製粉特性・製パン特性・製麺特性関連遺伝子等が挙げられる。   The target gene is not particularly limited as long as expression of the gene is desired, and may be an endogenous gene or a foreign gene of a target plant. Examples of such genes include sugar metabolism-related genes, useful substance (pharmaceuticals, pigments, aromatic components, etc.) production genes, plant growth control (promotion / suppression) genes, disease and insect resistance (insect feeding damage resistance, fungi) And bacterial disease resistance, virus (disease resistance, etc.) genes, environmental stress (low temperature, high temperature, drying, salt, light damage, UV) resistance genes, transporter genes, flour milling characteristics, baking characteristics, noodle characteristics Related genes and the like.

ベクターには、目的遺伝子のほかに、例えばプロモーター、エンハンサー、イントロン、ターミネーター、ポリA付加シグナル、選抜マーカー遺伝子などを連結することができる。   In addition to the target gene, for example, a promoter, enhancer, intron, terminator, poly A addition signal, selection marker gene and the like can be linked to the vector.

プロモーターとしては、植物体内または植物細胞において機能し、植物の特定の組織内あるいは特定の発育段階において発現を導くことのできるDNAであれば、植物由来のものでなくてもよい。具体例としては、カリフラワーモザイクウイルス(CaMV)35Sプロモーター、ノパリン合成酵素遺伝子のプロモーター(Pnos)、トウモロコシ由来ユビキチンプロモーター、イネ由来のアクチンプロモーター、タバコ由来PRタンパク質プロモーター等が挙げられる。   The promoter does not have to be derived from a plant as long as it functions in a plant body or a plant cell and can induce expression in a specific tissue of a plant or a specific developmental stage. Specific examples include cauliflower mosaic virus (CaMV) 35S promoter, nopaline synthase gene promoter (Pnos), corn-derived ubiquitin promoter, rice-derived actin promoter, tobacco-derived PR protein promoter, and the like.

ターミネーターとしては、前記プロモーターにより転写された遺伝子の転写を終結できる配列であればよく、例えば、ノパリン合成酵素(NOS)遺伝子のターミネーター、オクトピン合成酵素(OCS)遺伝子のターミネーター、CaMV 35S ターミネーター等が挙げられる。   The terminator may be any sequence that can terminate transcription of the gene transcribed by the promoter, and examples thereof include nopaline synthase (NOS) gene terminator, octopine synthase (OCS) gene terminator, CaMV 35S terminator, and the like. It is done.

選抜マーカー遺伝子としては、例えば、除草剤耐性遺伝子(ビアラホス耐性遺伝子)、薬剤耐性遺伝子(テトラサイクリン耐性遺伝子、アンピシリン耐性遺伝子、カナマイシン耐性遺伝子、ハイグロマイシン耐性遺伝子、スペクチノマイシン耐性遺伝子、クロラムフェニコール耐性遺伝子、ネオマイシン耐性遺伝子など)、蛍光または発光レポーター遺伝子(ルシフェラーゼ、β−ガラクトシダーゼ、β−グルクロニターゼ(GUS)、グリーンフルオレッセンスプロテイン(GFP)など)、ネオマイシンホスホトランスフェラーゼII(NPT II)、ジヒドロ葉酸レダクターゼなどの酵素遺伝子が挙げられる。   Examples of selection marker genes include herbicide resistance genes (bialaphos resistance genes), drug resistance genes (tetracycline resistance genes, ampicillin resistance genes, kanamycin resistance genes, hygromycin resistance genes, spectinomycin resistance genes, chloramphenicol resistance) Genes, neomycin resistance genes, etc.), fluorescent or luminescent reporter genes (luciferase, β-galactosidase, β-glucuronidase (GUS), green fluorescence protein (GFP), etc.), neomycin phosphotransferase II (NPT II), dihydrofolate reductase, etc. These enzyme genes are mentioned.

上記目的遺伝子を含むベクターを、パーティクルガン法でコムギの未熟胚またはその細胞(カルスなどの培養細胞でもよい)に撃ち込む。   The vector containing the target gene is shot into an immature wheat wheat cell or a cell thereof (or a cultured cell such as a callus) by a particle gun method.

まず、金粒子を洗浄滅菌し、金粒子、ベクター、CaCl、スペルミジンをボルテックスミキサーなどで攪拌しながら加えて、ベクターを金粒子にコーティングし、エタノールで洗浄する。その金粒子をマクロキャリヤーフィルムに塗布して乾燥させる。そして、マクロキャリヤーフィルム、ターゲットの未熟胚またはその細胞をパーティクルガン装置に設置し、ガス加速管から高圧ヘリウムガスをマクロキャリヤーフィルムに向かって発射する。マクロキャリヤーフィルムはストッピングプレートで止まるが、金のパーティクルはストッピングプレートを通過して、ストッピングプレートの下に設置したターゲットに貫入し、目的遺伝子が導入される。 First, gold particles are washed and sterilized, and gold particles, vector, CaCl 2 , and spermidine are added with stirring with a vortex mixer or the like, the vector is coated on the gold particles, and washed with ethanol. The gold particles are applied to a macro carrier film and dried. Then, the macro carrier film, the target immature embryo or its cells are set in a particle gun apparatus, and high-pressure helium gas is emitted from the gas acceleration tube toward the macro carrier film. The macro carrier film stops at the stopping plate, but the gold particles pass through the stopping plate, penetrate into the target placed under the stopping plate, and the target gene is introduced.

次に、目的遺伝子を導入したコムギの未熟胚またはその細胞をカルス誘導培地で培養する。カルス誘導培地は、従来の培地よりも高浸透圧になるように、培地に0.25〜1.0M、好ましくは0.3〜0.65M、より好ましくは0.4〜0.5Mの浸透圧調節物質を加える。浸透圧調節物質が0.25M未満であると細胞質が流出するなど遺伝子導入処理に耐えられなくなり、1.0Mを超えると細胞活性が過度に抑制されるので好ましくない。また、浸透圧調節物質は特に限定されないが、例えば糖または糖アルコールなどが好ましく、具体的にはマルトース、スクロース、マンニトール、ソルビトール、ポリエチレングリコール(PEG)、パーコール(商品名、アマシャムバイオサイエンス社、ポリビニルピロリドン被膜を持つコロイドシリカ製品)、フィコール(商品名、ファルマシア社、ショ糖とエピクロロヒドリンを共重合した水溶性の合成品)を用いることができる。これらを単独で用いてもよいし、複数の糖などを組み合わせて用いてもよいが、コムギでは通常マルトースが好ましく用いられる。   Next, wheat immature embryos or cells thereof into which the gene of interest has been introduced are cultured in a callus induction medium. The callus induction medium has a osmotic pressure of 0.25 to 1.0 M, preferably 0.3 to 0.65 M, more preferably 0.4 to 0.5 M in the medium so that the osmotic pressure is higher than that of the conventional medium. Add pressure regulator. If the osmotic pressure-regulating substance is less than 0.25 M, the cytoplasm will flow out and the gene transfer treatment cannot be tolerated, and if it exceeds 1.0 M, the cell activity is excessively suppressed, which is not preferable. Further, the osmotic pressure regulating substance is not particularly limited, but for example, sugar or sugar alcohol is preferable. Specifically, maltose, sucrose, mannitol, sorbitol, polyethylene glycol (PEG), percoll (trade name, Amersham Biosciences, Polyvinyl) Colloidal silica products having a pyrrolidone film) and Ficoll (trade name, Pharmacia, a water-soluble synthetic product obtained by copolymerizing sucrose and epichlorohydrin) can be used. These may be used singly or in combination with a plurality of sugars, but maltose is usually preferably used in wheat.

また、カルス誘導培地のベースとなる組成は、コムギの培養に適していれば特に限定されず、寒天、無機要素、ビタミン、炭素源、および高濃度(例えば2mg/L)の2,4−Dなどのオーキシン、サイトカイニン等の植物ホルモン(植物生長調節物質)等を含めることができる。カルス誘導培地では、遺伝子導入後、例えば約1〜3日間培養する。   Moreover, the composition used as the base of a callus induction medium will not be specifically limited if it is suitable for the cultivation of wheat, Agar, an inorganic element, a vitamin, a carbon source, and 2,4-D of high concentration (for example, 2 mg / L) Plant hormones (plant growth regulators) such as auxin, cytokinin, and the like. In the callus induction medium, culture is performed, for example, for about 1 to 3 days after gene introduction.

形成されたカルスを、例えばカルス誘導培地よりも濃度を低くした2,4−D(例えば0.5mg/L)などのオーキシン等の植物生長調節物質を含む、新しいカルス維持培地に移しかえて培養する。カルス維持培地にも、高浸透圧条件になるように上記濃度の浸透圧調節物質(マルトースが好ましい)を加えることが好ましい。   The formed callus is transferred to a new callus maintenance medium containing a plant growth regulator such as auxin such as 2,4-D (for example, 0.5 mg / L) having a concentration lower than that of the callus induction medium. To do. It is preferable to add an osmotic pressure-regulating substance (preferably maltose) having the above concentration to the callus maintenance medium so as to achieve a high osmotic pressure.

また、選抜のために、ベクターに導入した選抜マーカーに対応する除草剤や薬剤を培地に添加することが好ましい。カルス維持培地では、カルス誘導後、例えば約2〜4週間培養する。   For selection, it is preferable to add a herbicide or a drug corresponding to the selection marker introduced into the vector to the medium. In the callus maintenance medium, culture is performed, for example, for about 2 to 4 weeks after callus induction.

なお、従来の培地は、0.088〜0.12Mのマルトースを含み、本発明で用いる培地よりも低浸透圧条件である。本発明の高浸透圧条件下で選抜培養すると、低浸透圧条件と比べて、培養細胞または再生された植物体に含まれる導入遺伝子の正常な発現ユニットのコピー数が1または2つ程度と少ないことがわかり(実施例2の5.導入遺伝子のコピー数の推定を参照)、導入遺伝子が発現する確率が高くなると考えられる。   In addition, the conventional culture medium contains 0.088-0.12M maltose, and is a lower osmotic pressure condition than the culture medium used by this invention. When selective culture is performed under the high osmotic pressure condition of the present invention, the number of copies of the normal expression unit of the transgene contained in the cultured cell or the regenerated plant body is as small as about 1 or 2 compared with the low osmotic pressure condition. It is understood (see 5. Estimation of copy number of transgene in Example 2), and it is considered that the probability that the transgene is expressed increases.

培養したカルスを適当な条件下で更に培養することにより、器官の再分化を誘導し、最終的に完全な植物体を再生させることができる。再分化誘導は、培地における2,4-Dなどのオーキシンやゼアチンなどのサイトカイニン等の植物生長調節物質、炭素源等の各種成分の種類や量、光、温度等を適切に設定することにより行うことができる。再分化誘導により、不定胚、不定芽、不定茎葉等が形成される。更に、オーキシンやサイトカイニンを含まない発根培地に移植して、完全な植物体へと育成させる。   By further culturing the cultured callus under appropriate conditions, organ regeneration can be induced, and finally a complete plant can be regenerated. Redifferentiation induction is performed by appropriately setting the types and amounts of various components such as plant growth regulators such as auxin such as 2,4-D and cytokinin such as zeatin and carbon sources in the medium, light, temperature, etc. be able to. Adventitious embryos, adventitious buds, adventitious stems and leaves are formed by redifferentiation induction. Furthermore, it is transplanted to a rooting medium not containing auxin or cytokinin, and grown to a complete plant body.

以上の手法により、導入された目的遺伝子の発現効率が向上した植物を作出することができる。また、このようにして作出された植物は、導入目的遺伝子のコピー数が少なく、安定的に目的遺伝子が発現し、後代に正常に遺伝する(伝達される)。   By the above method, a plant with improved expression efficiency of the introduced target gene can be produced. In addition, the plant produced in this way has a small copy number of the introduced target gene, stably expresses the target gene, and is normally inherited (transmitted) to progeny.

コムギへの遺伝子導入効率および目的遺伝子発現効率(形質転換効率)は、以下のようにして調べることができる。   The gene introduction efficiency into wheat and the target gene expression efficiency (transformation efficiency) can be examined as follows.

遺伝子の導入効率は、例えば上記ベクターに導入した外来遺伝子としての除草剤耐性遺伝子に対応する除草剤などを含む培地で選抜しつつ培養して再分化させ、再分化個体からDNAを抽出してPCR法および電気泳動により、該遺伝子を検出することができ、導入に用いた外植片数と外来遺伝子を有していた再分化個体数から、遺伝子導入効率を算出する。   For example, the efficiency of gene introduction can be determined by cultivating and redifferentiating while selecting in a medium containing a herbicide-resistant gene corresponding to a herbicide-resistant gene as a foreign gene introduced into the vector, extracting DNA from the redifferentiated individuals, and performing PCR. The gene can be detected by the method and electrophoresis, and the gene transfer efficiency is calculated from the number of explants used for the transfer and the number of redifferentiated individuals having the foreign gene.

目的遺伝子の発現効率は、遺伝子の導入が確認された再分化個体について、目的遺伝子から発現されたタンパク質の有無を調べる。タンパク質の有無は、例えば植物片の染色、電気泳動、ウエスタンブロット法などで確認することができる。そして導入に用いた外植片数と目的遺伝子から発現されたタンパク質の存在が確認された再分化個体数から、目的遺伝子発現効率(形質転換効率)を算出する。   Regarding the expression efficiency of the target gene, the presence or absence of the protein expressed from the target gene is examined for the redifferentiated individuals in which the introduction of the gene has been confirmed. The presence or absence of protein can be confirmed, for example, by staining plant fragments, electrophoresis, Western blotting, or the like. Then, the target gene expression efficiency (transformation efficiency) is calculated from the number of explants used for introduction and the number of redifferentiated individuals in which the presence of the protein expressed from the target gene is confirmed.

以下、実施例により本発明を具体的に説明するが、これらの実施例は本発明を限定するものではない。   EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be specifically described with reference to examples, but these examples do not limit the present invention.

試薬と使用培地の調製
1.試薬
(1)マルトースストック液(0.5g/ml)
蒸留水600mlに、maltose monohydrate(Wako)500gを加え、ホットスターラーで加熱しながら溶解した。蒸留水で1Lにフィルアップし、組織培養フィルターユニット(0.2μm PES)(NALGENE)でフィルター滅菌した。これをストック液とし、4℃で保存した。
(2)1000×MSビタミンストック溶液
蒸留水50mlに、glycine(Wako)を200mg、nicotinic acid(Wako)を50mg、pyridoxine−HCl(Wako)を50mg、thiamin−HCl(Wako)を100mg、myo−inositol(Wako)を10g加え、溶解した。その後、蒸留水を加えて100mlにフィルアップし、これをストック溶液とし、1.5mlチューブに1mlずつ小分けにして、−30℃で保存した。
Preparation of reagents and working medium Reagent (1) Maltose stock solution (0.5 g / ml)
To 600 ml of distilled water, 500 g of maltose monohydrate (Wako) was added and dissolved while heating with a hot stirrer. The solution was filled up to 1 L with distilled water and sterilized with a tissue culture filter unit (0.2 μm PES) (NALGENE). This was used as a stock solution and stored at 4 ° C.
(2) 1000 × MS vitamin stock solution In 50 ml of distilled water, 200 mg of glycine (Wako), 50 mg of nicotinic acid (Wako), 50 mg of pyridoxine-HCl (Wako), 100 mg of thiamin-HCl (Wako), myo-inositol 10 g of (Wako) was added and dissolved. Then, distilled water was added to fill up to 100 ml, which was used as a stock solution, divided into 1 ml portions in a 1.5 ml tube, and stored at −30 ° C.

(3)2,4−Dストック溶液(1mg/ml)
2,4−D(2,4−Dichlorophenoxy acetic acid)(Wako)50mgを、99.5%EtOH(Wako)で溶解し、50mlにフィルアップし、Steriflip Filter Unit(0.22μm PES)(MILLIPORE)でフィルター滅菌した。これをストック溶液とし、−30℃で保存した。
(4)picloramストック溶液(2mg/ml)
1N KOH(Wako)5mlに、picloram(4−amino−3,5,6−trichloro−pyridine−2−carboxylic acid)(SIGMA)を100mg加え、溶解した。その後、蒸留水を加えて50mlにフィルアップし、Steriflip Filter Unit(0.22μm PES)(MILLIPORE)でフィルター滅菌した。これをストック溶液とし、滅菌済みの1.5mlチューブに1mlずつ小分けにして、−30℃で保存した。
(3) 2,4-D stock solution (1 mg / ml)
2,4-D (2,4-Dichlorophenic acid acid) (Wako) 50 mg was dissolved in 99.5% EtOH (Wako), filled up to 50 ml, and Sterilip Filter Unit (0.22 μm PES) (MILLIPORE) Filter sterilized with. This was used as a stock solution and stored at −30 ° C.
(4) picloram stock solution (2 mg / ml)
In 5 ml of 1N KOH (Wako), 100 mg of picram (4-amino-3,5,6-trichloro-pyridine-2-carboxylic acid) (SIGMA) was added and dissolved. Then, distilled water was added to fill up to 50 ml, and the filter was sterilized with a Steliplip Filter Unit (0.22 μm PES) (MILLIPORE). This was used as a stock solution, aliquoted into 1 ml sterilized 1.5 ml tubes and stored at -30 ° C.

(5)ascorbic acidストック溶液(100mg/ml)
ascorbic acid(Wako)2gを蒸留水18mlに加え、溶解した。その後、蒸留水を加えて20mlにフィルアップし、Steriflip Filter Unit(0.22μm PES)(MILLIPORE)でフィルター滅菌した。これをストック溶液とし、滅菌済みの1.5mlチューブに1mlずつ小分けにして、−30℃で保存した。
(6)ビアラフォスストック溶液(5mg/ml)
蒸留水40mlに、ビアラフォス(進陽産業株式会社)を250mg加え、溶解した。その後、蒸留水を加えて50mlにフィルアップし、Steriflip Filter Unit(0.22μm PES)(MILLIPORE)でフィルター滅菌した。これをストック溶液とし、滅菌済みの1.5mlチューブに1mlずつ小分けにして、−30℃で保存した。
(5) ascorbic acid stock solution (100 mg / ml)
2 g of ascorbic acid (Wako) was added to 18 ml of distilled water and dissolved. Then, distilled water was added to fill up to 20 ml, and the filter was sterilized with Sterilip Filter Unit (0.22 μm PES) (MILLIPORE). This was used as a stock solution, aliquoted into 1 ml sterilized 1.5 ml tubes and stored at -30 ° C.
(6) Bialaphos stock solution (5 mg / ml)
250 mg of bialaphos (Shinyo Sangyo Co., Ltd.) was added to 40 ml of distilled water and dissolved. Then, distilled water was added to fill up to 50 ml, and the filter was sterilized with a Steliplip Filter Unit (0.22 μm PES) (MILLIPORE). This was used as a stock solution, aliquoted into 1 ml sterilized 1.5 ml tubes and stored at -30 ° C.

(7)L培地KHPOストック溶液
蒸留水200mlにKHPO(Wako)を20g加え、溶解した。その後、蒸留水を加えて250mlにフィルアップし、オートクレーブした。これをストック溶液として4℃で保存した。
(8)L培地CaClストック溶液
蒸留水90mlにCaCl・2HO(Wako)を15g加え、溶解した。その後、蒸留水を加えて100mlにフィルアップし、オートクレーブした。これをストック溶液として4℃で保存した。
(9)L培地MgSOストック溶液
蒸留水90mlにMgSO・7HO(Wako)を25g加え、溶解した。その後、蒸留水を加えて100mlにフィルアップし、オートクレーブした。これをストック溶液として4℃で保存した。
(7) L medium KH 2 PO 4 stock solution 20 g of KH 2 PO 4 (Wako) was added to 200 ml of distilled water and dissolved. Thereafter, distilled water was added to fill up to 250 ml and autoclaved. This was stored at 4 ° C. as a stock solution.
(8) L medium CaCl 2 stock solution 15 g of CaCl 2 .2H 2 O (Wako) was added to 90 ml of distilled water and dissolved. Thereafter, distilled water was added to fill up to 100 ml and autoclaved. This was stored at 4 ° C. as a stock solution.
(9) L medium MgSO 4 stock solution 25 g of MgSO 4 .7H 2 O (Wako) was added to 90 ml of distilled water and dissolved. Thereafter, distilled water was added to fill up to 100 ml and autoclaved. This was stored at 4 ° C. as a stock solution.

(10)L培地Fe・Na・EDTAストック溶液
蒸留水90mlにFe・Na・EDTA(同仁)を4g加え、溶解した。その後、蒸留水を加えて100mlにフィルアップし、オートクレーブした。これをストック溶液として4℃で保存した。
(11)L培地マイクロ無機塩ストック液
蒸留水90mlにMnSO・5HO(Wako)を1120mg、ZnSO・7HO(Wako)を860mg、HBO(Wako)を620mg、KI(Wako)を83mg、CuSO・5HO(Wako)を2.5mg、CoCl・6HO(Wako)を2.5mg加え、溶解した。その後、蒸留水を加えて100mlにフィルアップし、オートクレーブした。これをストック溶液として4℃で保存した。
(10) L medium Fe / Na / EDTA stock solution 4 g of Fe / Na / EDTA (Dojin) was dissolved in 90 ml of distilled water. Thereafter, distilled water was added to fill up to 100 ml and autoclaved. This was stored at 4 ° C. as a stock solution.
(11) L medium micro inorganic salt stock solution of distilled water 90ml to MnSO 4 · 5H 2 O and (Wako) 1120mg, ZnSO 4 · 7H 2 O (Wako) to 860mg, H 3 BO 4 (Wako ) to 620 mg, KI ( Wako) (83 mg), CuSO 4 .5H 2 O (Wako) (2.5 mg), and CoCl 2 · 6H 2 O (Wako) (2.5 mg) were added and dissolved. Thereafter, distilled water was added to fill up to 100 ml and autoclaved. This was stored at 4 ° C. as a stock solution.

(12)1000×Lビタミンストック溶液
蒸留水40mlに、thiamin−HCl(Wako)を500mg、pyridoxine−HCl(Wako)を50mg、nicotinic acid(Wako)を50mg、Calcium(+)−pantothenate(Wako)を50mg、ascorbic acid(Wako)を50mg加え、溶解した。その後、蒸留水を加えて50mlにフィルアップし、Steriflip Filter Unit(0.22μm PES)(MILLIPORE)でフィルター滅菌した。これをストック溶液とし、滅菌済みの1.5mlチューブに1mlずつ小分けにして、−30℃で保存した。
(13)zeatinストック溶液(5mg/ml)
1N HCl(Wako)2mlに、zeatin(6−(4−hydroxy−3−methylbut−2−enylamino)purine)(SIGMA)を50mg加え、溶解した。その後、蒸留水を加えて10mlにフィルアップし、Steriflip Filter Unit(0.22μm PES)(MILLIPORE)でフィルター滅菌した。これをストック溶液とし、滅菌済みの1.5mlチューブに1mlずつ小分けにして、−30℃で保存した。
(12) 1000 × L vitamin stock solution In distilled water 40 ml, thiamin-HCl (Wako) 500 mg, pyridoxine-HCl (Wako) 50 mg, nicotinic acid (Wako) 50 mg, Calcium (+)-pantothenate (Wako) 50 mg of 50 mg of ascorbic acid (Wako) was added and dissolved. Then, distilled water was added to fill up to 50 ml, and the filter was sterilized with a Steliplip Filter Unit (0.22 μm PES) (MILLIPORE). This was used as a stock solution, aliquoted into 1 ml sterilized 1.5 ml tubes and stored at -30 ° C.
(13) Zeatin stock solution (5 mg / ml)
50 mg of zeatin (6- (4-hydroxy-3-methylbut-2-ethylamino) purine) (SIGMA) was added to 2 ml of 1N HCl (Wako) and dissolved. Then, distilled water was added to fill up to 10 ml, and the filter was sterilized with Sterilip Filter Unit (0.22 μm PES) (MILLIPORE). This was used as a stock solution, aliquoted into 1 ml sterilized 1.5 ml tubes and stored at -30 ° C.

2.培地
(1)カルス誘導マンニトール含有培地(CI−0.2Man:Callus Induction−0.2M Mannitol)
蒸留水650mlに、ムラシゲ・スクーグ培地用混合塩類(日本製薬)を1包、D(−)−mannitol(Wako)を7.3g、L(+)−glutamine(Wako)を500mg、L(−)−plorine(Wako)を115mg、L−asparagine monohydrate(Wako)を150mg、casein hydrolysate(DUCHEFA)を100mg、MES(2−(N−morpholino)ethanesulfonic acid)(同仁)を1.95g、1000×MSビタミンストック溶液を1ml添加し、5N KOHを加えてpHを5.8に調整した。蒸留水で700mlにフィルアップし、phytagel(SIGMA)を2g添加した。オートクレーブ後すぐにクリーンベンチ内でマルトースストック溶液300mlを加えよく撹拌し、その後50℃ぐらいに冷めてから、2,4−Dストック溶液を2ml、picloramストック溶液を1ml、ascorbic acidストック溶液1mlを添加した。
2. Medium (1) Callus-derived mannitol-containing medium (CI-0.2Man: Callus Induction-0.2M Mannitol)
650 ml of distilled water, 1 package of mixed salt for Murashige-Skoog medium (Nippon Pharmaceutical), 7.3 g of D (-)-mannitol (Wako), 500 mg of L (+)-glutamine (Wako), L (-) -Plorine (Wako) 115 mg, L-asparagine monohydrate (Wako) 150 mg, casein hydrates (DUCHEFA) 100 mg, MES (2- (N-morpholino) ethanesulphonic acid 1 1 ml of the stock solution was added, and 5N KOH was added to adjust the pH to 5.8. Filled up to 700 ml with distilled water, 2 g of phytagel (SIGMA) was added. Immediately after autoclaving, add 300 ml of maltose stock solution in a clean bench, stir well, then cool to about 50 ° C., then add 2 ml of 2,4-D stock solution, 1 ml of picorram stock solution, and 1 ml of ascorbic acid stock solution. did.

(2)カルス維持選抜培地(CM−5B:Callus Maintenance−5mg/L Bialapos)
CI−0.2Man培地とは、マンニトールを加えず、マルトース濃度と2,4−D濃度が低く、選抜薬剤であるビアラフォスを加えているところが異なる。
(2) Callus maintenance selection medium (CM-5B: Callus Maintenance-5 mg / L Bialapos)
It differs from CI-0.2Man medium in that mannitol is not added, maltose concentration and 2,4-D concentration are low, and bialaphos, which is a selective drug, is added.

蒸留水900mlに、ムラシゲ・スクーグ培地用混合塩類(日本製薬)を1包、maltose monohydrate(Wako)を40g、L(+)−glutamine(Wako)を500mg、L(−)−plorine(Wako)を115mg、L−asparagine monohydrate(Wako)を150mg、casein hydrolysate(DUCHEFA)を100mg、MES(2−(N−morpholino)ethanesulfonic acid)(同仁)を1.95g、1000×MSビタミンストック溶液を1ml添加し、5N KOHを加えてpHを5.8に調整した。蒸留水で1Lにフィルアップし、phytagel(SIGMA)を2g添加した。オートクレーブ後50℃ぐらいに冷めてから、2,4−Dストック溶液を0.5ml、picloramストック溶液を1ml、ascorbic acidストック溶液1ml、ビアラフォスストック溶液1mlを添加した。   In 900 ml of distilled water, 1 package of mixed salt for Murashige-Skoog medium (Nippon Pharmaceutical), 40 g maltose monohydrate (Wako), 500 mg L (+)-glutamine (Wako), L (-)-plorine (Wako) 115 mg, 150 mg of L-asparagine monohydrate (Wako), 100 mg of casein hydrolysate (DUCHEFA), 1.95 g of MES (2- (N-morpholino) ethanesulfonic acid) (titanium), 1000 ml MS vitamin stock 5N KOH was added to adjust the pH to 5.8. Filled up to 1 L with distilled water and added 2 g of phytagel (SIGMA). After autoclaving and cooling to about 50 ° C., 0.5 ml of 2,4-D stock solution, 1 ml of picloram stock solution, 1 ml of ascorbic acid stock solution and 1 ml of bialaphos stock solution were added.

(3)高浸透圧カルス維持選抜培地(CM−5B−150Mal:Callus Maintenance−5mg/L Bialapos−150g/L Maltose)
CM−5B培地とは、マルトース濃度のみが異なる。
(3) High Osmotic Callus Maintenance Selection Medium (CM-5B-150 Mal: Callus Maintenance-5 mg / L Bialapos-150 g / L Maltose)
Only the maltose concentration is different from the CM-5B medium.

蒸留水650mlに、ムラシゲ・スクーグ培地用混合塩類(日本製薬)を1包、L(+)−glutamine(Wako)を500mg、L(−)−plorine(Wako)を115mg、L−asparagine monohydrate(Wako)を150mg、casein hydrolysate(DUCHEFA)を100mg、MES(2−(N−morpholino)ethanesulfonic acid)(同仁)を1.95g、1000×MSビタミンストック溶液を1ml添加し、5N KOHを加えてpHを5.8に調整した。蒸留水で700mlにフィルアップし、phytagel(SIGMA)を2g添加した。オートクレーブ後すぐにクリーンベンチ内でマルトースストック溶液300mlを加えよく撹拌し、その後50℃ぐらいに冷めてから、2,4−Dストック溶液を0.5ml、picloramストック溶液を1ml、ascorbic acidストック溶液1ml、ビアラフォスストック溶液1mlを添加した。   650 ml of distilled water, 1 package of mixed salt for Murashige-Skoog medium (Nippon Pharmaceutical Co., Ltd.), 500 mg of L (+)-glutamine (Wako), 115 mg of L (-)-plorine (Wako), L-asparagine monohydrate (Wako) ) 150 mg, casein hydrolysate (DUCHEFA) 100 mg, MES (2- (N-morpholino) ethanolsulfonic acid) 1.95 g, 1000 × MS vitamin stock solution 1 ml, and 5N KOH added to adjust pH Adjusted to 5.8. Filled up to 700 ml with distilled water, 2 g of phytagel (SIGMA) was added. Immediately after autoclaving, add 300 ml of maltose stock solution in a clean bench, stir well, then cool to about 50 ° C., then 0.5 ml of 2,4-D stock solution, 1 ml of picramram stock solution, 1 ml of ascorbic acid stock solution 1 ml of bialaphos stock solution was added.

(4)再分化培地(SG−2B:Shoot Growth−2mg/L Bialaphos)
蒸留水900mlに、KNO(Wako)を1.4g、NHNO(Wako)を300mg、L培地 KHPOストック溶液を2.5ml、L培地CaClストック溶液を3ml、L培地MgSOストック溶液を1.4ml、L培地Fe・Na・EDTAストック溶液を1ml、L培地マイクロ無機塩ストック液を1ml、maltose monohydrate(Wako)を30g、myo−inositol(Wako)を200mg添加し、1N KOHを加えてpHを5.7に調整した。蒸留水で1Lにフィルアップし、Agar(Powder)植物培地用(Wako)を5g添加した。オートクレーブ後50℃ぐらいに冷めてから、2,4−Dストック溶液を0.1ml、1000×Lビタミンストック溶液1ml、zeatinストック溶液を1ml、ビアラフォスストック溶液0.4mlを添加した。
(4) Redifferentiation medium (SG-2B: Shot Growth-2 mg / L Bialabos)
In 900 ml of distilled water, 1.4 g of KNO 3 (Wako), 300 mg of NH 4 NO 3 (Wako), 2.5 ml of L medium KH 2 PO 4 stock solution, 3 ml of L medium CaCl 2 stock solution, L medium MgSO 4 ml of the 4 stock solution, 1 ml of the L medium Fe / Na / EDTA stock solution, 1 ml of the L medium micro inorganic salt stock solution, 30 g of maltose monohydrate (Wako), 200 mg of myo-inositol (Wako), and 1N KOH was added to adjust the pH to 5.7. Filled up to 1 L with distilled water and added 5 g of Agar (Powder) plant medium (Wako). After autoclaving and cooling to about 50 ° C., 0.1 ml of 2,4-D stock solution, 1 ml of 1000 × L vitamin stock solution, 1 ml of zeatin stock solution, and 0.4 ml of bialaphos stock solution were added.

(5)発根培地(RG−5B:Root Growth−5mg/L Bialaphos)
SG−2B培地とは、2,4−D、zeatinが含まれず、ビアラフォス濃度、pHが高いところが異なる。
(5) Rooting medium (RG-5B: Root Growth-5 mg / L Bialaphos)
It differs from SG-2B medium in that it does not contain 2,4-D and zeatin and has a high bialaphos concentration and pH.

蒸留水900mlに、KNO(Wako)を1.4g、NHNO(Wako)を300mg、L培地 KHPOストック溶液を2.5ml、L培地CaClストック溶液を3ml、L培地MgSOストック溶液を1.4ml、L培地Fe・Na・EDTAストック溶液を1ml、L培地マイクロ無機塩ストック液を1ml、maltose monohydrate(Wako)を30g、myo−inositol(Wako)を200mg添加し、1N KOHを加えてpHを5.8に調整した。蒸留水で1Lにフィルアップし、Agar(Powder)植物培地用(Wako)を5g添加した。オートクレーブ後50℃ぐらいに冷めてから、1000×Lビタミンストック溶液1ml、ビアラフォスストック溶液1mlを添加した。 In 900 ml of distilled water, 1.4 g of KNO 3 (Wako), 300 mg of NH 4 NO 3 (Wako), 2.5 ml of L medium KH 2 PO 4 stock solution, 3 ml of L medium CaCl 2 stock solution, L medium MgSO 4 ml of the 4 stock solution, 1 ml of the L medium Fe / Na / EDTA stock solution, 1 ml of the L medium micro inorganic salt stock solution, 30 g of maltose monohydrate (Wako), 200 mg of myo-inositol (Wako), and 1N KOH was added to adjust the pH to 5.8. Filled up to 1 L with distilled water and added 5 g of Agar (Powder) plant medium (Wako). After autoclaving and cooling to about 50 ° C., 1 ml of 1000 × L vitamin stock solution and 1 ml of bialaphos stock solution were added.

コムギ未熟胚への遺伝子導入
1.植物材料
植物材料としては、コムギ品種「Bobwhite」の中で特に形質転換に適している系統としてCIMMYTで選抜された系統名「Bobwhite SH 98 26」(Pellegrineschiら,2002 Genome 45:421−430)を用いた。
Gene transfer to immature wheat embryos Plant material As a plant material, the strain name “Bobwhite SH 98 26” (Pellegrineschi et al., 2002 Genome 45: 421-430) selected by CIMMYT as a strain particularly suitable for transformation in the wheat variety “Bobwhite” is used. Using.

2.植物材料の育成
種子を毎週2ポットに4粒ずつ播種し、植物材料を準備した。培養土は2種類の培養土、サカタソイルミックス(サカタのタネ):クレハ園芸培土(呉羽化学)を、2:1の割合で混ぜて篩をかけ、篩を抜けた土と篩を抜けない土をそれぞれ用意した。直径18cm高さ15cmのポリポットの底の穴に5cm四方のガーゼ2枚を置き、篩を抜けない土をポットの下に体積で450ml分敷き、篩いにかけた土を1650ml分入れた。中心9cmの円上に種子を4粒置き、篩いにかけた土450ml分を覆土し、その上に篩いを抜けなかった土を250ml分敷いた。土は強く押さえつけないようにし、短日の温室(15±2℃、8時間日長(自然光))で約12週間生育させた。4週間後にポットの土を上から押し固めた。6週間後から土を乾燥させないようにポットをバットの上に置き、8週間後から開花が始まるまで毎週追肥した。8・9週目はハイポネックス原液6:10:5(ハイポネックス)の500培希釈液を、それ以降は333倍希釈液を500ml与えた。開花前の12週間後に長日の人工気象室(18℃/10℃、16時間日長(400Wメタルハライドランプ三菱ネオBOCランプ800μmol/m2s)、湿度50−70%)に移して、開花・登熟させた。
2. Plant material cultivation Four seeds were sown in 2 pots every week to prepare plant material. Two types of soil, Sakata soil mix (Sakata Seed): Kureha Horticultural soil (Kureha Chemical) is mixed at a ratio of 2: 1 and sifted. Prepared. Two pieces of 5 cm square gauze were placed in the bottom hole of a polypot having a diameter of 18 cm and a height of 15 cm, and 450 ml of soil that did not pass through the sieve was spread by volume under the pot, and 1650 ml of the sieved soil was placed for 1650 ml. Four seeds were placed on a circle with a center of 9 cm, and 450 ml of soil that had been sieved was covered with 250 ml of soil that had not passed through the sieve. The soil was not pressed down strongly, and was grown for about 12 weeks in a short-day greenhouse (15 ± 2 ° C., 8 hours long day (natural light)). After 4 weeks, the pot soil was pressed from above. After 6 weeks, the pot was placed on the vat so as not to dry the soil, and after 8 weeks, additional fertilization was carried out until flowering began. In the 8th and 9th weeks, 500 ml of Hyponex stock solution 6: 10: 5 (Hyponex) was given, and 500 ml of 333-fold diluted solution was given thereafter. Moved to a long-day artificial weather room (18 ° C / 10 ° C, 16-hour day length (400W metal halide lamp Mitsubishi Neo BOC lamp 800μmol / m 2 s), humidity 50-70%) 12 weeks before flowering. Ripened.

3.乾燥前処理
穂毎に開花日をチェックし、初めに穂が開花して1週間後から気象室の床に直に置き、水は葉がしおれない程度に控えめに与えた(1日400ml程度)。開花12日後(処理3日前)から水を与えることを止め、開花15日後に茎の根元から切り5℃、暗黒の部屋で5〜7日立てて、低温でゆっくり乾燥させた。前処理を行わない対照としては、水を与え続けたもので、開花後18日後のものを用いた。
3. Pre-drying treatment The flowering date was checked for each ear, and it was placed directly on the floor of the meteorological room 1 week after the ear bloomed, and water was given sparingly so that the leaves would not withstand (about 400 ml per day). . Water supply was stopped 12 days after flowering (3 days before treatment), and 15 days after flowering, it was cut from the base of the stem and cut at 5 ° C, 5-7 Hitachi in a dark room, and dried slowly at low temperature. As a control for which no pretreatment was performed, water that had been continuously given and that was 18 days after flowering was used.

4.未熟胚の摘出
未熟胚に遺伝子導入を行うために、未熟種子を滅菌し、未熟胚を摘出してCI−0.2Man培地で前培養した。
4). Extraction of immature embryos In order to introduce genes into immature embryos, immature seeds were sterilized, and immature embryos were extracted and pre-cultured in CI-0.2 Man medium.

穂から未熟種子を取り出し、ガーゼで包んで輪ゴムで口を縛った。70%エタノールで約1分間濯ぎ、次亜塩素酸ナトリウム溶液(Wako)15mlを蒸留水で10倍に希釈し(有効塩素濃度 0.5%)、polyoxyethylen(20) sorbitan monolaurate (Tween 20)(Wako)を70μl加えた溶液に入れ、スターラーバーで15分間撹拌して滅菌した。以後、無菌操作で作業をした。滅菌水100mlで未熟種子を3回洗浄した。実体顕微鏡で見ながら幼芽幼根をメスで切り取った未熟胚を摘出し、胚盤側を上にしてCI−0.2Man培地の中心1cmの円上に、1プレートあたり32個を置床し、25℃、暗所にて3〜5時間前培養した。図1に、培地上に置床した未熟胚の写真を示す。   Immature seeds were taken from the ears, wrapped in gauze and tied with a rubber band. Rinse with 70% ethanol for about 1 minute, dilute 15 ml of sodium hypochlorite solution (Wako) 10 times with distilled water (effective chlorine concentration 0.5%), polyoxyethylene (20) sorbitan monolaurate (Tween 20) (Wako) ) Was added to a solution containing 70 μl, and sterilized by stirring for 15 minutes with a stir bar. Thereafter, the aseptic operation was performed. The immature seeds were washed 3 times with 100 ml of sterile water. While immature embryos were cut out with a scalpel while observing with a stereomicroscope, the immature embryos were excised and placed on a circle of 1 cm in the center of CI-0.2Man medium with the scutellum side facing up, 32 per plate. Pre-cultured at 25 ° C. in the dark for 3 to 5 hours. FIG. 1 shows a photograph of an immature embryo placed on a medium.

5.遺伝子導入
コムギ未熟胚への遺伝子導入は、パーティクルガン法を用いて以下のようにして行った。
(1)導入遺伝子
実施例においては、導入遺伝子は除草剤耐性遺伝子(bar:phosphinothricin acetyltransferase)および/レポーター遺伝子(GUS:β−glucronidase)を含むプラスミドDNA(pAL156)を用いた。pAL156は英国John Innes CentreのHarwood博士らが開発したものであり、bar遺伝子とGUS遺伝子がそれぞれトウモロコシのユビキチンプロモーターと第一イントロン(PUbi+In)の制御下で発現するよう設計されたものである(図2)。図2に、DraI切断部位および切り出される断片のサイズ、サザン分析でプローブとして用いた領域を示す。
5. Gene transfer Gene transfer into an immature wheat embryo was performed as follows using a particle gun method.
(1) Transgene In the examples, a plasmid DNA (pAL156) containing a herbicide tolerance gene (bar) and / or a reporter gene (GUS: β-gluconidase) was used as the transgene. pAL156 was developed by Dr. Harwood of John Inns Center, UK, and designed to express the bar gene and GUS gene under the control of the maize ubiquitin promoter and the first intron (PUbi + In), respectively (Fig. 2). FIG. 2 shows the DraI cleavage site, the size of the excised fragment, and the region used as a probe in Southern analysis.

除草剤の有効成分であるビアラフォスにより、bar遺伝子が発現している細胞がビアラフォスに耐性となり選抜されるが、同一プラスミド上にある他の遺伝子は、ビアラフォス耐性の細胞で発現している保証はない。言い換えれば、従来、形質転換させたい(発現させたい)遺伝子(目的遺伝子)を導入する多くの場合で、目的遺伝子が発現している細胞は選抜されていなかった。そこで、発現していることの確認が容易であるGUS遺伝子を目的遺伝子と見立てて、選抜されるbar遺伝子が導入されている遺伝子導入個体が得られる割合と、GUS遺伝子が発現している形質転換体が得られる割合を評価の指標として用いることとした。   Bialaphos, the active ingredient of the herbicide, selects cells that express the bar gene to be resistant to bialaphos, but there is no guarantee that other genes on the same plasmid are expressed in cells that are resistant to bialaphos. . In other words, conventionally, in many cases where a gene (target gene) to be transformed (to be expressed) is introduced, cells expressing the target gene have not been selected. Therefore, assuming that the GUS gene that is easily confirmed to be expressed is the target gene, the ratio of the transgenic individuals into which the selected bar gene has been introduced, and the transformation in which the GUS gene is expressed. The ratio at which the body was obtained was used as an evaluation index.

(2)金粒子の滅菌
1μm金粒子40mgをはかり取り、99.5%EtOH 1mlを加え、vortexにてよく懸濁した。その後、遠心により、金粒子を沈殿させ、エタノールを除去した。その後、滅菌水1mlを加え滅菌金粒子溶液とした。
(2) Sterilization of gold particles 40 mg of 1 μm gold particles were weighed, 1 ml of 99.5% EtOH was added, and the mixture was well suspended in vortex. Thereafter, the gold particles were precipitated by centrifugation, and ethanol was removed. Thereafter, 1 ml of sterilized water was added to obtain a sterilized gold particle solution.

(3)DNAのコーティング
滅菌金粒子含有溶液は使用前に、超音波発生器(トミー精工UR−20P)を使って念入りに懸濁し、1.5 mlチューブに1shotあたり10μl入れた。その後、Qiagen Midi Kit(Qiagen)により精製したプラスミドDNA溶液(1μg/μl)を1shotあたり1μgになるように入れピペッティングにより攪拌した。次に1.5mlチューブのフタに1shotあたりCaCl(nacalai tesque)(2.5M)10μlをのせ、Spermidin(SIGMA)(0.1M)4μlを加えてチューブのフタの上でピペッティングにより攪拌し、フタを閉めて全ての液を混合した。ここまでの操作はすべて氷上にて行った。混合後すぐに、voltexにより5分間激しく懸濁した。3分間室温にて放置後、上清を除去し、70%エタノールで1回、モレキュラーシーブス3A(Wako)により脱水した100%エタノールで2回洗浄した。上清を除去して脱水100%エタノールを1shotあたり10μl添加してよく懸濁した。クリーンベンチ内でマクロキャリアーの中央に注ぎ、風乾させた。
(3) DNA coating Prior to use, the sterilized gold particle-containing solution was carefully suspended using an ultrasonic generator (Tomy Seiko UR-20P), and 10 μl per shot was placed in a 1.5 ml tube. Thereafter, a plasmid DNA solution (1 μg / μl) purified by Qiagen Midi Kit (Qiagen) was added to 1 μg per shot and stirred by pipetting. Next, put 10 μl of CaCl 2 (nacalai test) (2.5 M) per shot on the lid of a 1.5 ml tube, add 4 μl of Supermidin (SIGMA) (0.1 M), and stir by pipetting on the tube lid. The lid was closed and all the liquids were mixed. All operations so far were performed on ice. Immediately after mixing, the suspension was vigorously suspended with voltex for 5 minutes. After standing at room temperature for 3 minutes, the supernatant was removed and washed once with 70% ethanol and twice with 100% ethanol dehydrated with Molecular Sieves 3A (Wako). The supernatant was removed and 10 μl of dehydrated 100% ethanol was added per 1 shot and well suspended. It was poured into the center of the macro carrier in a clean bench and allowed to air dry.

(4)導入
パーティクルガンは、Biolistic PDS−1000/He Particle Delivery System(BIO−RAD)を使用し、撃ち込み時の圧力は約63.3kg/cm(900psi)とし、標的組織までの距離は6cmとした。1シャーレにつき2回ずつ撃ち込んだ。
(4) Introduction The particle gun uses a Biolistic PDS-1000 / He Particle Delivery System (BIO-RAD), and the pressure at the time of shooting is about 63.3 kg / cm 2 (900 psi), and the distance to the target tissue is 6 cm. It was. Shot twice for each petri dish.

6.遺伝子導入細胞の増殖と選抜
培養には直径9cm厚さ2cmのプラスチックシャーレ(Iwaki)を用い、培養中のシールは全てサージカルテープ(3M)を用いた。パーティクルガンで遺伝子導入後、25℃、暗所にてCI−0.2Man培地でカルスを誘導し、導入処理3日後に選抜薬剤であるビアラフォスを含むCM−5BもしくはCM−5B−150Mal培地に移植し25℃、暗所にて選抜培養した。選抜培養では、1シャーレに置床するカルスの数は16個までとした。2週間後にカルスを新しい選抜培地に移植しさらに2週間選抜培養した。CM−5B培地とCM−5B−150Mal培地で選抜培養した場合の再分化培地に移植する直前のカルスの写真を図3A〜Bに示した。CM−5B培地で選抜培養した場合は、カルスの体積は大きく増加するが、浸水状の部位の割合が多く(図3A、矢印は浸水状部位を示す)、浸水状の部位からはその後再分化したシュートが得られなかった。CM−5B−150Mal培地で選抜培養した場合は、CM−5B培地に比べて、体積の増加は小さいが、浸水状の部位の割合は小さかった(図3B)。
6). Propagation and Selection of Transfected Cells A plastic petri dish (Iwaki) with a diameter of 9 cm and a thickness of 2 cm was used for the culture, and surgical tape (3M) was used for all the seals during the culture. After gene introduction with particle gun, callus was induced with CI-0.2Man medium in the dark at 25 ° C, and transplanted to CM-5B or CM-5B-150Mal medium containing bialaphos as a selective drug 3 days after introduction treatment The cells were selected and cultured in the dark at 25 ° C. In selective culture, the number of calli placed on a petri dish was limited to 16. Two weeks later, the callus was transplanted into a new selection medium and further selected and cultured for 2 weeks. FIGS. 3A and 3B show photographs of callus immediately before transplantation to a redifferentiation medium when selective culture is performed with CM-5B medium and CM-5B-150Mal medium. When selective culture is performed on CM-5B medium, the volume of callus is greatly increased, but the ratio of the submerged site is large (Fig. 3A, the arrow indicates the submerged site). I did not get the shot. In the case of selective culture in CM-5B-150Mal medium, the volume increase was small compared to CM-5B medium, but the ratio of the submerged site was small (FIG. 3B).

7.再生
4週間の選抜培養後、再分化培地に移植した。培養条件を25℃、明所に移し再分化を促し、3週間培養した。再分化培地では、1シャーレに置床するカルスの数は8個までとした。再分化培地で再生シュートが形成され発根してくるような個体(図3C)が、遺伝子導入されている個体である確率が高かった。
7). Regeneration After 4 weeks of selective culture, the cells were transplanted to a regeneration medium. The culture conditions were moved to 25 ° C. in a bright place to promote redifferentiation and cultured for 3 weeks. In the redifferentiation medium, the number of calli placed on a petri dish was up to 8. There was a high probability that an individual (Fig. 3C) in which a regenerated shoot was formed and rooted in a redifferentiation medium was an individual into which a gene was introduced.

再生シュートのみ発根培地に移植した(図3D)。発根培地では、再生シュートは由来する未熟胚毎で区別できるようにし、1シャーレに置床する再生シュートは4個の未熟胚由来のものとした。発根培地での培養3週間後に旺盛に生育してきている個体を選び、クレハ園芸培土(呉羽化学)を入れたポットに植え替えた。長日の人工気象室(18℃/10℃、16時間日長(400Wメタルハライドランプ三菱ネオBOCランプ800μmol/m2s)、湿度50−70%)で育成し、出穂後すぐにパラフィン紙材の交配袋を掛け自殖させた。約5ヶ月後には自殖種子が収穫できた。 Only the regenerated shoots were transplanted to the rooting medium (FIG. 3D). In the rooting medium, the regenerated shoots were distinguished from each immature embryo from which they were derived, and the regenerated shoots placed on one dish were derived from 4 immature embryos. Individuals growing vigorously after 3 weeks in the rooting medium were selected and replanted in pots containing Kureha Horticultural soil (Kureha Chemical). Grow in a long-day artificial weather chamber (18 ° C / 10 ° C, 16-hour day length (400W metal halide lamp Mitsubishi Neo BOC lamp 800 μmol / m 2 s), humidity 50-70%). A breeding bag was hung and self-bred. After about 5 months, self-grown seeds were harvested.

遺伝子導入の確認及び遺伝子導入効率と実質的形質転換効率
1.遺伝子導入の確認
得られた植物体において、選抜マーカー遺伝子であるbar遺伝子の有無をPCR法により調査した。鉢上げ2週間後の植物体の葉100mgからDNeasy Plant Mini Kit(キアゲン)を用いてゲノミックDNAを抽出し、これを鋳型として、bar遺伝子に特異的な配列から作製したプライマーを用いてPCR反応を行った。
プライマーの配列:GGTCTGCACCATCGTCAACC(配列番号1)
プライマーの配列:GTCATGCCAGTTCCCGTGCT(配列番号2)
Confirmation of gene transfer and gene transfer efficiency and substantial transformation efficiency Confirmation of gene introduction In the obtained plant body, the presence or absence of the bar gene which is a selection marker gene was examined by PCR method. Genomic DNA was extracted from 100 mg of plant leaves 2 weeks after potting using DNeasy Plant Mini Kit (Qiagen), and PCR reaction was performed using primers prepared from sequences specific to the bar gene using this as a template. went.
Primer sequence: GGTCTGCACCATCGTCACC (SEQ ID NO: 1)
Primer sequence: GTCATGCCCAGTTCCCGTGCT (SEQ ID NO: 2)

PCR反応液には、ゲノミックDNA10pg、ExTaq(タカラ)0.25U、10×添付バッファー1μl、2mM dNTPs、プライマー対各2.5pmol、PCRx enhancer(インビトロジェン)1μlを加え、滅菌蒸留水で合計10μlにフィルアップした。   To the PCR reaction solution, add 10 pg genomic DNA, ExTaq (Takara) 0.25 U, 10 × attached buffer 1 μl, 2 mM dNTPs, 2.5 pmol each primer pair, 1 μl PCRx enhancer (Invitrogen), and fill to a total of 10 μl with sterile distilled water. Up.

PCRは、TaKara PCR Thermal Cycler Dice(タカラ)を用いて、95℃を20秒、60℃を30秒及び72℃を30秒の反応を1サイクルとしてこれを30サイクル行った。PCR反応後、1.2%のアガロースゲル(Agarose LO3「TaKaRa」)電気泳動を行い、エチジウムブロマイドで染色してPCR産物を検出し、予想される421bpのbar遺伝子断片が検出されたものを、遺伝子導入個体と判断した。   For PCR, TaKara PCR Thermal Cycler Dice (Takara) was used for 30 cycles of 95 ° C for 20 seconds, 60 ° C for 30 seconds and 72 ° C for 30 seconds. After the PCR reaction, 1.2% agarose gel (Agarose LO3 “TaKaRa”) electrophoresis was performed, and the PCR product was detected by staining with ethidium bromide, and the expected 421 bp bar gene fragment was detected. It was judged to be a transgenic individual.

2.遺伝子導入効率
乾燥前処理の有無とカルス選抜維持培養でのマルトース濃度(0.12Mと0.44M)の組合せ4通りにおいて、それぞれ得られた遺伝子導入個体数から遺伝子導入処理を行った未熟胚数当たりの遺伝子導入効率(遺伝子導入個体数/処理未熟胚数×100)を算出した。それぞれの条件で9回の独立した実験における遺伝子導入効率の結果を表1に示す。
2. Gene transfer efficiency Number of immature embryos that have been transferred from the number of transgenic individuals obtained in 4 combinations of the presence or absence of pre-drying treatment and maltose concentration (0.12M and 0.44M) in callus selection maintenance culture Per gene transfer efficiency (number of transgenic individuals / number of treated immature embryos × 100) was calculated. Table 1 shows the results of gene transfer efficiency in nine independent experiments under each condition.

Figure 0005062616
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遺伝子導入効率については、誤差が大きいためそれぞれの条件間の平均値の差は有意ではなかったが、カルス選抜維持培養中の浸透圧条件に関わらず、乾燥前処理を行うことにより効率が向上した。また、乾燥前処理を行わない場合、カルス選抜維持培養での高浸透圧条件により、遺伝子導入効率は低下した。   Regarding the gene transfer efficiency, the difference in the average value between the conditions was not significant due to large errors, but the efficiency was improved by performing the drying pretreatment regardless of the osmotic pressure conditions during callus selection maintenance culture. . Further, when the pretreatment for drying was not performed, the gene transfer efficiency was lowered due to the high osmotic pressure condition in callus selection maintenance culture.

3.導入遺伝子の発現の確認
PCR法の結果より遺伝子導入個体と判断した植物体について、レポーター遺伝子であるGUS遺伝子の発現を葉のGUS染色により調べた。GUS活性(組織化学的方法)は以下の通り行った。数mm幅の葉片約10枚を100μlのGUS反応液(100mM pH7.0リン酸ナトリウム緩衝液、1mM X−gluc(5−ブロモ−4−クロロ−3−インドール−β−グルクロン酸)、0.5mMフェリシアン化カリウム、0.5mMフェロシアン化カリウム、0.1%Triton X−100)に浸し、真空ポンプで5分間吸引して反応液を浸潤させた後、37℃で一晩インキュベートした。反応終了後、70%エタノールで脱色し、青く染色されているものをGUS発現個体と判断した。GUS活性の検出の一例を図4に示す。
3. Confirmation of transgene expression The expression of the GUS gene, which is the reporter gene, was examined by GUS staining of the leaves of the plant body that was determined to be a transgenic individual from the results of the PCR method. GUS activity (histochemical method) was performed as follows. About 10 leaf pieces of a width of several millimeters were added to 100 μl of GUS reaction solution (100 mM pH 7.0 sodium phosphate buffer, 1 mM X-gluc (5-bromo-4-chloro-3-indole-β-glucuronic acid), (5 mM potassium ferricyanide, 0.5 mM potassium ferrocyanide, 0.1% Triton X-100), the solution was infiltrated by aspirating with a vacuum pump for 5 minutes, and then incubated at 37 ° C. overnight. After completion of the reaction, it was decolorized with 70% ethanol, and those stained blue were judged as GUS expressing individuals. An example of GUS activity detection is shown in FIG.

4.実質的形質転換効率
乾燥前処理の有無とカルス選抜維持培養でのマルトース濃度(0.12Mと0.44M)の組合せ4通りにおいて、GUS遺伝子の発現している実質的な形質転換体の数から遺伝子導入処理を行った未熟胚数当たりの実質的形質転換効率(GUS遺伝子発現個体数/処理未熟胚数×100)を算出した。それぞれの条件で9回の独立した実験における実質的形質転換効率(GUS遺伝子発現効率)の結果を上記表1に示し、表1をグラフ化したものを図6に示す(エラーバーは標準誤差)。実質的形質転換効率は、乾燥前処理を行い、高浸透圧条件でカルス選抜維持培養を行った場合のみ、従来法の条件(乾燥前処理なし、浸透圧条件(低)0.12M)を対照として5%水準で有意差が認められ(図6の*)、約7倍に効率が向上した。
4). Substantial transformation efficiency From the number of substantive transformants expressing the GUS gene in four combinations of the presence / absence of pre-drying treatment and maltose concentration (0.12M and 0.44M) in callus selection maintenance culture The substantial transformation efficiency per number of immature embryos subjected to gene transfer treatment (the number of GUS gene expressing individuals / number of treated immature embryos × 100) was calculated. The results of substantial transformation efficiency (GUS gene expression efficiency) in nine independent experiments under each condition are shown in Table 1 above, and a graph of Table 1 is shown in FIG. 6 (error bars are standard errors). . Substantial transformation efficiency was controlled by the conventional method (no pretreatment for drying, osmotic pressure condition (low) 0.12M) only when callus selection maintenance culture was performed under high osmotic pressure conditions after drying pretreatment. As a result, a significant difference was observed at the 5% level (* in FIG. 6), and the efficiency was improved about 7 times.

5.導入遺伝子のコピー数の推定
PCR法の結果より遺伝子導入個体と判断した植物体について、サザンブロッティング法により、導入遺伝子のコピー数を分析した。
5. Estimation of transgene copy number The transgene copy number was analyzed by the Southern blotting method for the plants determined to be transgenic individuals from the results of the PCR method.

鉢上げ約1ヶ月後に0.5gの若葉をサンプリングし、CTAB法によりゲノミックDNAを抽出した。微量分光高度計NanoDrop(スクラム)によりDNA濃度を測定し、各遺伝子導入個体のゲノミックDNA(30μg)を制限酵素DraIで消化した。コピー数の推定のための標準として、コムギのゲノムサイズを16,000,000kbpとして、30μgのゲノミックDNAに対する2、4、8コピー相当の導入プラスミドDNA(11kbp)量、それぞれ21pg、42pg、84pgを非形質転換体のゲノミックDNA(30μg)と混合して制限酵素DraIで消化したものを用意した。0.9%アガロースゲル電気泳動した後、J.Sambrookら, Molecular Cloning, Cold Spring Harbor Laboratory Press, A Laboratory Manual, 2ndEditionに記載された定法に従い、アルカリ変性処理、中和処理をしてナイロンメンブレンポジティブチャージ(Roche)にブロッティングした。PCR DIG probe synthesis kit(Roche)によりGUS遺伝子特異的なプローブ(図2に示す領域)を作製した。プローブ作製に用いたプライマーは以下の通りで、PCR反応を利用してジゴキシゲニンラベルした。
プライマーの配列:TTGAACTGCGTGATGCGGAT(配列番号3)
プライマーの配列:ACTGCCTCTTCGCTGTACAG(配列番号4)
About 1 month after potting, 0.5 g of young leaves were sampled, and genomic DNA was extracted by the CTAB method. The DNA concentration was measured with a microspectral altimeter NanoDrop (scrum), and the genomic DNA (30 μg) of each gene-transferred individual was digested with the restriction enzyme DraI. As a standard for copy number estimation, the genome size of wheat is 16,000,000 kbp, the amount of introduced plasmid DNA (11 kbp) corresponding to 2, 4 and 8 copies to 30 μg of genomic DNA, 21 pg, 42 pg and 84 pg, respectively. A mixture of non-transformed genomic DNA (30 μg) and digested with the restriction enzyme DraI was prepared. After 0.9% agarose gel electrophoresis, In accordance with the standard method described in Sambrook et al., Molecular Cloning, Cold Spring Harbor Laboratory Press, A Laboratory Manual, 2nd Edition, it was subjected to alkali denaturation treatment and neutralization treatment, and blotted to a nylon membrane positive charge (Roche). A GUS gene-specific probe (region shown in FIG. 2) was prepared by PCR DIG probe synthesis kit (Roche). Primers used for probe preparation were as follows and labeled with digoxigenin using a PCR reaction.
Primer sequence: TTGAACTGCGTGATGCGAT (SEQ ID NO: 3)
Primer sequence: ACTGCCCTCTTCGCTGTACAG (SEQ ID NO: 4)

DIGイージーハイブ(Roche)をハイブリダイゼーション液に用いて、42℃で一晩プローブをハイブリダイズさせた。65℃で0.1×SSCの洗浄20分を2回行い、DIG洗浄およびブロックバッファーセット(Roche)、AP標識抗ジゴキシゲニン抗体、Fabフラグメント(Roche)、発光基質としてCDP−star(Roche)を用いて、X−rayフィルムに露光してバンドを可視化した。   The probe was hybridized overnight at 42 ° C. using DIG EasyHive (Roche) as the hybridization solution. Wash with 0.1 × SSC for 20 minutes twice at 65 ° C., DIG wash and block buffer set (Roche), AP-labeled anti-digoxigenin antibody, Fab fragment (Roche), CDP-star (Roche) as luminescent substrate The band was visualized by exposing to an X-ray film.

サザン分析の結果を図5に示す。図5において、各条件とGUS活性の有無を図の上側に、DraIにより切り出される4.63kbのバンドの位置を図の右側に示し、また、MはλHindIII分子量マーカー、NTは非導入個体、2C、4C、8Cはそれぞれ2コピー、4コピー、8コピー相当のプラスミドDNAを非導入個体のゲノムDNAと混合してDraIで消化したものを示す。   The result of Southern analysis is shown in FIG. In FIG. 5, each condition and the presence or absence of GUS activity are shown on the upper side of the figure, and the position of the 4.63 kb band excised by DraI is shown on the right side of the figure, M is a λ HindIII molecular weight marker, NT is a non-introduced individual, 2C 4C and 8C show 2 copies, 4 copies and 8 copies of plasmid DNA mixed with genomic DNA of non-introduced individuals and digested with DraI, respectively.

非形質転換体ではバンドが検出されないのに対して、調べた全ての遺伝子導入個体で何らかのバンドが検出された。GUS活性が検出された全個体で、レポーター遺伝子の発現ユニットが正常に導入されていることを示す4.63kbpの位置のバンドが検出された。それ以外のバンドは導入遺伝子が再構成されて導入されたものや導入遺伝子の一部が切り取られて組み込まれたと考えられる。4.63kbpのバンドの濃さとコピー数の推定のための標準のバンドの濃さの比較から正常な発現ユニットのコピー数は、乾燥前処理の有無に関わらず0.44Mの浸透圧条件でカルス選抜維持培養を行った場合は1コピー程度であるのに対し、0.12Mの浸透圧条件の場合は3〜10コピーとコピー数が多かった。   A band was not detected in the non-transformant, whereas some band was detected in all the transgenic individuals examined. In all individuals in which GUS activity was detected, a band at a position of 4.63 kbp indicating that the expression unit of the reporter gene was successfully introduced was detected. The other bands are considered to have been introduced by reconstitution of the transgene or part of the transgene cut out and incorporated. From comparison of the 4.63 kbp band density and the standard band density for copy number estimation, the copy number of the normal expression unit was determined to be callus under osmotic conditions of 0.44 M with or without pre-drying treatment. In the case of selective maintenance culture, the number of copies was about 1 copy, whereas in the case of 0.12M osmotic pressure condition, the number of copies was large, 3 to 10 copies.

乾燥前処理を行なわずに高浸透圧条件でのカルス選抜維持培養を行った場合、遺伝子導入効率への悪影響が大きかった。乾燥前処理を行うことにより、この悪影響は改善されており、乾燥前処理は高浸透圧条件でのカルス選抜維持培養に耐えられるような馴化のような効果を持っていることが考えられる。高浸透圧条件でのカルス選抜維持培養により導入される遺伝子のコピー数が抑えられており、これにより、導入遺伝子が発現する確率が高まったことが考えられる。これらのことより、乾燥前処理と高浸透圧条件での選抜培養を組み合わせることにより、実質的形質転換効率の向上が達成されたと考えられる。   When callus selection maintenance culture was performed under high osmotic pressure conditions without drying pretreatment, the adverse effect on gene transfer efficiency was large. By performing the pre-drying treatment, this adverse effect is improved, and it is considered that the pre-drying treatment has an effect of acclimatization that can withstand callus selection maintenance culture under high osmotic pressure conditions. It is considered that the copy number of the gene introduced by callus selection maintenance culture under high osmotic pressure conditions is suppressed, and this increases the probability that the transgene is expressed. From these facts, it is considered that substantial improvement in transformation efficiency was achieved by combining the pretreatment for drying and selective culture under high osmotic pressure conditions.

6.導入遺伝子の遺伝分離
得られた形質転換体について、導入遺伝子の遺伝分離状況を調査した。導入遺伝子のコピー数が少なく、GUS遺伝子の発現が確認された2系統と、導入遺伝子のコピー数が多く、GUS遺伝子の発現が確認された1系統について、自殖種子24粒を播種し、前述の方法でbar遺伝子の有無をPCR法により調べた。その結果、導入遺伝子のコピー数が少なかった系統の後代では、bar遺伝子を保持する個体:bar遺伝子を保持しない個体の分離状況は、15:9と16:7(1粒発芽せず)となった。この分離比は、1遺伝子座の3:1の分離比に適合した(χ検定)。さらに、GUS活性を調べたところ、bar遺伝子を保持する個体でのみGUS活性が検出された。一方、導入遺伝子のコピー数が多かった系統の後代では、24の全個体がbar遺伝子を保持していたが、そのうち3個体でのみかすかなGUS活性が検出された。
6). Genetic isolation of the transgene The resulting transformants were examined for genetic isolation of the transgene. Twenty-four self-propagating seeds were sown on two lines in which the copy number of the transgene was small and the expression of the GUS gene was confirmed, and one line in which the copy number of the transgene was large and the expression of the GUS gene was confirmed. The presence or absence of the bar gene was examined by the PCR method. As a result, in the progeny of the lines with a small number of copies of the transgene, the separation status of individuals holding the bar gene: individuals not holding the bar gene was 15: 9 and 16: 7 (no single germination). It was. The separation ratio of 1 locus 3: conforming to 1 segregation ratio (chi 2 test). Further, when the GUS activity was examined, the GUS activity was detected only in the individual carrying the bar gene. On the other hand, in the progeny of the strain with a large number of copies of the transgene, all 24 individuals retained the bar gene, but only 3 of them detected faint GUS activity.

このように、前処理を行い、高浸透圧条件でカルス選抜培養を行って得られた導入遺伝子のコピー数が少ない系統では、目的とする導入遺伝子の安定的な発現が正常に遺伝していた。形質転換系では、導入遺伝子が安定的に発現し、これが導入遺伝子の分離遺伝状況に伴って安定的に遺伝してはじめて遺伝子機能解析への利用が可能となる。改良された条件では、こうした遺伝子機能解析に利用可能な形質転換体を効率的に作出することができた。   In this way, stable expression of the target transgene was normally inherited in lines with a small number of copies of the transgene obtained by pretreatment and selective callus culture under high osmotic pressure conditions. . In a transformation system, a transgene is stably expressed, and can be used for gene function analysis only when the transgene is stably inherited in accordance with the segregation of the transgene. Under improved conditions, transformants that can be used for such gene function analysis could be efficiently produced.

本発明は、コムギにおいて導入された目的遺伝子の発現効率を高めることを可能にする。   The present invention makes it possible to increase the expression efficiency of a target gene introduced in wheat.

培地に置床した、遺伝子導入処理直後のコムギ未熟胚を示す。The wheat immature embryo immediately after gene transfer treatment placed on the medium is shown. 導入遺伝子を含むプラスミドpAL156の構造を示す。The structure of plasmid pAL156 containing the transgene is shown. 0.12Mマルトースを含むカルス維持選抜培地(CM−5B培地)での選抜培養4週間後のカルスを示す。The callus after 4 weeks of selective culture in a callus maintenance selective medium (CM-5B medium) containing 0.12 M maltose is shown. 0.44Mマルトースを含むカルス維持培地(CM−5B−150Mal培地)での選抜培養4週間後のカルスを示す。The callus after 4 weeks of selective culture in a callus maintenance medium (CM-5B-150Mal medium) containing 0.44 M maltose is shown. 再分化培地での培養3週間後に再生してきたシュートを示す。The shoots regenerated after 3 weeks of culture in the regeneration medium are shown. 発根培地での培養3週間後の再分化植物体を示す。The redifferentiated plant body after 3 weeks culture | cultivation in a rooting medium is shown. 再分化植物体の葉でのGUS活性の検出を示す。The detection of GUS activity in the leaves of redifferentiated plants is shown. サザンブロッティング法による導入遺伝子の検出を示す。The detection of the transgene by Southern blotting is shown. 処理外植片(未熟胚)当たりの遺伝子導入効率と導入遺伝子の発現効率を示す。The gene transfer efficiency and the transgene expression efficiency per treated explant (immature embryo) are shown.

Claims (4)

コムギの開花後10〜17日に穂を採取して得られる未熟胚を4〜6℃の暗所で5〜7日低温乾燥し、パーティクルガン法による形質転換操作により未熟胚またはその細胞に目的遺伝子を導入し、該未熟胚またはその細胞を0.25〜1.0Mのマルトースを含む培地で培養することを含む、コムギの未熟胚またはその細胞において導入された目的遺伝子の発現効率を向上させる方法。 The immature embryos obtained by collecting ears in 10-17 days after flowering of wheat 4-6 and 5-7 days cold dry in the dark at ° C., immature embryos or purpose to the cell by transformation operation by particle bombardment Introducing the gene and culturing the immature embryo or its cells in a medium containing 0.25 to 1.0 M maltose to improve the expression efficiency of the target gene introduced in the wheat immature embryo or its cells Method. 形質転換されたコムギの未熟胚またはその細胞が、導入された目的遺伝子のコピーを1つまたは2つ含む、請求項1に記載の方法。   The method according to claim 1, wherein the transformed wheat immature embryo or a cell thereof contains one or two copies of the introduced gene of interest. 請求項1または2に記載の方法によって作製された形質転換コムギ未熟胚またはその細胞を用いて植物体を再生することを含む、導入された目的遺伝子の発現効率が向上した植物の作出方法。 A method for producing a plant with improved expression efficiency of an introduced target gene, comprising regenerating a plant body using a transformed wheat immature embryo produced by the method according to claim 1 or 2 , or a cell thereof. 植物体に導入された目的遺伝子が後代に伝達されることを含む、請求項に記載の方法。 The method according to claim 3 , comprising transferring a target gene introduced into a plant body to a progeny.
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