JP6418800B2 - Method for determining the position of introduction of foreign DNA into the genome - Google Patents
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Description
本発明は、ゲノムDNAに挿入されたDNAの挿入位置を決定する方法に関する。 The present invention relates to a method for determining the insertion position of DNA inserted into genomic DNA.
組換え動物、組換え植物などに導入されたDNAの位置を決定する方法は、従来、TAIL(Thermal asymmetric interlaced)-PCR法によって行われていた(非特許文献1)。TAIL-PCR法は、ゲノムcDNAを鋳型に特異的プライマーと任意プライマーを用いて、nested PCRを行うことにより、特異的プライマーに隣接した未知領域を単離する方法である。 TAIL-PCR法によれば、ゲノムDNAに挿入されているDNAに特異的なプライマーと、ランダムな配列を有する任意のプライマーを用いてPCR増幅することにより、挿入DNA断片に隣接するゲノムDNA配列を確認することができる。 A method for determining the position of DNA introduced into a recombinant animal, a recombinant plant or the like has been conventionally performed by the TAIL (Thermal asymmetric interlaced) -PCR method (Non-patent Document 1). The TAIL-PCR method is a method of isolating an unknown region adjacent to a specific primer by performing nested PCR using a genomic cDNA as a template and a specific primer and an arbitrary primer. According to the TAIL-PCR method, the genomic DNA sequence adjacent to the inserted DNA fragment is amplified by PCR amplification using a primer specific to the DNA inserted into the genomic DNA and an arbitrary primer having a random sequence. Can be confirmed.
挿入されるDNA(例えば、外来性の遺伝子など)は、当初の設計通りの構造を保ったままゲノムDNAに挿入されている場合には、TAIL-PCR法により、その挿入位置を決定することができる。しかしながら、挿入されたDNAが必ずしも設計通りの構造を保ったまま挿入されていないことも多い。例えば、挿入される遺伝子が、組換え植物を作出する際に用いられるアグロバクテリア法やgene-gun(遺伝子銃)のような方法で導入された場合は、挿入遺伝子のいずれかの端部分が大幅に欠損していることも少なくない。このように設計した状態とは異なる状態でゲノムに挿入されていると、TAIL-PCR法によりその挿入位置を正確に決定するのは困難なことが多かった。 If the DNA to be inserted (for example, an exogenous gene) is inserted into genomic DNA while maintaining the structure as originally designed, the insertion position can be determined by the TAIL-PCR method. it can. However, in many cases, the inserted DNA is not necessarily inserted while maintaining the structure as designed. For example, if the inserted gene is introduced by a method such as the Agrobacterium method or gene-gun used to create a recombinant plant, either end of the inserted gene is greatly reduced. There are many cases that are missing. When inserted into the genome in a state different from the designed state, it was often difficult to accurately determine the insertion position by the TAIL-PCR method.
遺伝子組換え動植物を作出する場合、挿入されたDNAがゲノム上のどの位置に挿入されているのか、また、宿主となる動植物の遺伝子構造及びその機能に対して悪影響を及ぼさないかどうかを厳密にチェックする必要がある。
そのため、ゲノムに挿入されたDNAの位置及びその構造を正確に確認するためのさらに改良された方法が望まれていた。
When creating a transgenic animal or plant, it is strictly necessary to determine where the inserted DNA is inserted in the genome and whether it will have an adverse effect on the genetic structure and function of the host animal or plant. Need to check.
Therefore, a further improved method for accurately confirming the position and structure of DNA inserted into the genome has been desired.
上記事情に鑑み、本発明は、ゲノムDNAに挿入された外来性DNAの挿入位置を決定する方法を提供する。 In view of the above circumstances, the present invention provides a method for determining the insertion position of exogenous DNA inserted into genomic DNA.
本発明者らは、植物のゲノムDNAに導入されたDNAのゲノム上の位置を決定するために、DNAが導入された植物のゲノム(すなわち、外来性DNAをいずれかの位置に含む植物ゲノム)全体に渡るシークエンスデータを取得し、その配列群とすでに判明している該植物の全ゲノム配列とを比較することで、設計された構造を保持していないDNA断片のゲノム上の位置を決定することに成功し、本発明を完成させるに至った。 In order to determine the position on the genome of the DNA introduced into the genomic DNA of the plant, the present inventors have introduced the genome of the plant into which the DNA has been introduced (that is, a plant genome containing exogenous DNA at any position). The entire sequence data is obtained, and the sequence of the sequence group is compared with the entire genome sequence of the plant already known to determine the position on the genome of the DNA fragment not retaining the designed structure. In particular, the present invention has been completed.
すなわち、本発明は、以下の(1)〜(4)である。
(1)以下の(a)〜(c)の工程を含む、外来性DNAが挿入されたゲノムDNA上における、該外来性DNAの挿入位置を決定する方法。
(a)断片化した全ゲノムDNAの各断片の両端から配列を決定する工程、
(b)工程(a)で決定された配列から、外来性DNAに特有な配列を抽出する工程、
(c)工程(b)で抽出した配列群に含まれる各配列とペアになる他端の配列を抽出する工程、
(d)工程(c)で抽出した配列群を、外来性DNA配列であって、上記(b)の「外来性DNAに特有な配列」とは異なる配列に対してマッピングし、マッピングされなかった配列を抽出する工程、
(e)工程(d)で抽出した配列群をゲノムDNA配列に対して相同性検索を行い、該抽出した配列群の配列と相同性のあるゲノムDNA配列上の位置を特定する工程
(2)前記外来性DNA特有の配列が、ベクター由来の配列である上記(1)に記載の方法。
(3)同定された前記外来性DNAの挿入位置を、さらに、PCR法により確認することを含む上記(1)又は(2)に記載の方法。
(4)上記(3)に記載のPCR法により得られた結果に基づいて、挿入された外来性DNAの構造を決定する方法。
That is, this invention is the following (1)-(4).
(1) A method for determining an insertion position of an exogenous DNA on genomic DNA into which the exogenous DNA has been inserted, including the following steps (a) to (c).
(A) determining a sequence from both ends of each fragment of the fragmented total genomic DNA;
(B) extracting a sequence unique to the foreign DNA from the sequence determined in step (a),
(C) extracting a sequence at the other end paired with each sequence included in the sequence group extracted in step (b);
(D) The sequence group extracted in step (c) was mapped to a foreign DNA sequence that was different from the “sequence unique to the foreign DNA” in (b) above, and was not mapped. Extracting the sequence;
(E) Performing a homology search for the sequence group extracted in step (d) with respect to the genomic DNA sequence, and specifying a position on the genomic DNA sequence having homology with the sequence of the extracted sequence group (2) The method according to (1) above, wherein the foreign DNA-specific sequence is a vector-derived sequence.
(3) The method according to (1) or (2) above, further comprising confirming the insertion position of the identified exogenous DNA by a PCR method.
(4) A method for determining the structure of the inserted foreign DNA based on the results obtained by the PCR method described in (3) above.
本発明により、ゲノムに導入された外来性DNAの位置を正確に決定することが可能となる。その結果、遺伝子導入された作物や動物から取得される食品、ワクチン製剤の安全性を確認することが可能となる。さらに、特定の外来性DNA断片が導入されている植物や動物を、該DNA断片が導入されていない植物群又は動物群の中から特定することが可能となる。 According to the present invention, it is possible to accurately determine the position of exogenous DNA introduced into the genome. As a result, it is possible to confirm the safety of foods and vaccine preparations obtained from transgenic crops and animals. Furthermore, it becomes possible to identify a plant or animal into which a specific foreign DNA fragment has been introduced from a group of plants or animals into which the DNA fragment has not been introduced.
本発明の実施形態の1つは、以下の(a)〜(c)の工程を含む、外来性DNAが挿入されたゲノムDNA上における、該外来性DNAの挿入位置を決定する方法である。
(a)断片化した全ゲノムDNAの各断片の両端から配列を決定する工程、
(b)工程(a)で決定された配列から、外来性DNAに特有な配列を抽出する工程、
(c)工程(b)で抽出した配列群に含まれる各配列とペアになる他端の配列を抽出する工程、
(d)工程(c)で抽出した配列群を、外来性DNA配列であって、上記(b)の「外来性DNAに特有な配列」とは異なる配列に対してマッピングし、マッピングされなかった配列を抽出する工程、
(e)工程(d)で抽出した配列群をゲノムDNA配列に対して相同性検索を行い、該抽出した配列群の配列と相同性のあるゲノムDNA配列上の位置を特定する工程
One embodiment of the present invention is a method for determining the insertion position of an exogenous DNA on genomic DNA into which the exogenous DNA has been inserted, including the following steps (a) to (c).
(A) determining a sequence from both ends of each fragment of the fragmented total genomic DNA;
(B) extracting a sequence unique to the foreign DNA from the sequence determined in step (a),
(C) extracting a sequence at the other end paired with each sequence included in the sequence group extracted in step (b);
(D) The sequence group extracted in step (c) was mapped to a foreign DNA sequence that was different from the “sequence unique to the foreign DNA” in (b) above, and was not mapped. Extracting the sequence;
(E) A step of performing homology search for the sequence group extracted in step (d) with respect to the genomic DNA sequence, and specifying a position on the genomic DNA sequence having homology with the sequence of the extracted sequence group
本発明は、任意の生物のゲノムDNAに挿入された外来性のDNAが、ゲノムDNA上のどの位置に存在しているのかを、正確に確認する方法に関するものである。ここで、任意の生物とは、特に限定されるものではないが、例えば、高等真核生物、例えば、動物、植物などに対して、特に好ましく、適用することができる。
外来性DNAとは、特に限定されるものではなく、宿主となる生物(すなわち、外来性DNAが挿入されている生物)とは異なる生物由来のDNA、または、人工的に作製したDNAなどが望ましい
外来性DNAが挿入されているゲノムDNAの断片化は、当業者が周知の技術に基づいて実施することができる。その実施方法は、例えば、適当な制限酵素により断片化する方法、あるいは、物理的な方法を用いて断片化する方法(例えば、超音波破砕装置により超音波処理する方法)などを例示することができる。断片化したDNAの長さは、例えば、100〜2,000bp程度、あるいは、200〜1,000bp、好ましくは、300〜500bp程度である。
断片化した各DNA断片の両端から配列を決定する方法は、どのような方法であってもよく、当業者であれば容易に選択し得る。例えば、各断片の両端に、シークエンスを行うためのプライマーが結合する配列を含むアダプターDNA等を結合して、そのアダプター部分を利用して配列決定を行ってもよい。このように、各DNA断片の両端の配列が明かになることで、各断片のゲノム上の位置の特定が正確に行えるようになる。また、複数の個体由来のゲノムを混合して配列を決定する場合には、各個体に特有な配列をアダプター部分に含ませることで、配列決定を行った断片がいずれの個体に由来するかを同定することが可能となる。
各断片の両端からの配列決定は、例えば、フローセル(後述の実施例も参照のこと)と呼ばれるサンプルプレート上に、各DNA断片を、各々、2次元的に結合させてクラスター化し、その各クラスターに含まれる各断片の配列について、両端から配列決定を行ってもよい。各DNA断片のクラスター化は、例えば、アダプター配列と相補的なオリゴDNAを結合させ、そのDNAを介して、各DNA断片をサンプルプレート上に固定化し、その後、サンプルプレート上で各DNA断片を増幅させ、同一配列のDNAからなるクラスターを形成させることができる。この場合の、DNA断片の増幅法としては、例えば、固相増幅法(またはブリッジ増幅法:イルミナ株式会社の説明書等を参照;http://www.illuminakk.co.jp/document/pdf/techspotlight_sequencing-J.pdf)などを用いることにより実施することができる。また、各DNA断片は、同一のDNA断片から形成されるクラスターの位置情報(サンプルプレート上に設定されるX軸、Y軸の距離により決定される)を利用し、アダプターの情報と併せて識別することができる。
各DNA断片の両端から配列を決定するには、大量のDNA断片の配列を決定する必要が生じるので、例えば、次世代シーケンステクノロジーなどの手法により行うことが望ましい。次世代シーケンステクノロジーによる配列決定は、例えば、イルミナ社(Illumina, Inc.)などの解析会社に依頼して行うこともできる。
The present invention relates to a method for accurately confirming the position of foreign DNA inserted into genomic DNA of an arbitrary organism on genomic DNA. Here, the arbitrary organism is not particularly limited, but it is particularly preferable and applicable to, for example, higher eukaryotes such as animals and plants.
The exogenous DNA is not particularly limited, and DNA derived from an organism different from the host organism (that is, the organism into which the exogenous DNA has been inserted) or artificially prepared DNA is desirable. Fragmentation of genomic DNA into which exogenous DNA has been inserted can be performed based on techniques well known to those skilled in the art. Examples of the implementation method include a method of fragmenting with an appropriate restriction enzyme, a method of fragmenting using a physical method (for example, a method of ultrasonicating with an ultrasonic crusher), and the like. it can. The length of the fragmented DNA is, for example, about 100 to 2,000 bp, or 200 to 1,000 bp, preferably about 300 to 500 bp.
The method for determining the sequence from both ends of each fragmented DNA fragment may be any method, and can be easily selected by those skilled in the art. For example, adapter DNA containing a sequence to which a primer for sequencing is bound may be bound to both ends of each fragment, and sequencing may be performed using the adapter portion. Thus, by clarifying the sequences at both ends of each DNA fragment, the position of each fragment on the genome can be accurately identified. In addition, when determining the sequence by mixing genomes from multiple individuals, by including a sequence unique to each individual in the adapter portion, it is possible to determine which individual the sequenced fragment is derived from. It becomes possible to identify.
Sequencing from both ends of each fragment is performed by, for example, clustering each DNA fragment two-dimensionally on a sample plate called a flow cell (see also examples described later). The sequence of each fragment contained in may be determined from both ends. For example, each DNA fragment is clustered by binding oligo DNA complementary to the adapter sequence, immobilizing each DNA fragment on the sample plate via the DNA, and then amplifying each DNA fragment on the sample plate. Thus, a cluster composed of DNAs having the same sequence can be formed. In this case, as the DNA fragment amplification method, for example, solid phase amplification method (or bridge amplification method: see Illumina Corporation manual, etc .; http://www.illuminakk.co.jp/document/pdf/ techspotlight_sequencing-J.pdf) or the like. In addition, each DNA fragment is identified together with the adapter information using the position information of the cluster formed from the same DNA fragment (determined by the distance between the X and Y axes set on the sample plate). can do.
In order to determine the sequence from both ends of each DNA fragment, it is necessary to determine the sequence of a large amount of DNA fragments. For example, it is desirable to carry out by a technique such as next-generation sequencing technology. For example, sequencing by next-generation sequencing technology can be performed by requesting an analysis company such as Illumina, Inc.
次に、配列決定の結果得られた配列データ(各DNA断片の両端から決定した配列データ)の中から、外来性DNAに特有な配列を含む配列を抽出する。ここで、「外来性DNAに特有な配列」とは、宿主生物のゲノム上には存在しない配列であって、外来性DNAに含まれる配列のことであり、好ましくは、挿入されている外来性DNAの両端付近の配列(例えば、いずれかの端から、0〜1,000ベース程度、0〜500ベース程度の領域に存在する配列)であって、ゲノムDNAの隣接領域付近に存在する配列が好ましい。そのような配列としては、例えば、外来性遺伝子などが挿入されている場合、外来性DNAそれ自体(例えば、コレラ毒素遺伝子が挿入されている場合には、コレラ毒素遺伝子それ自体)に由来する配列であってもよく、あるいは、外来性遺伝子などを挿入するために使用したベクター由来の配列(例えば、実施例で示す、LB-1〜LB-3、RB-1〜RB-4など)であってもよい。また、「外来性DNAに特有な配列」は、複数の配列を使用してもよい(例えば、実施例で示す、LB-1〜LB-3、RB-1〜RB-4)。 Next, from the sequence data obtained as a result of sequencing (sequence data determined from both ends of each DNA fragment), a sequence including a sequence unique to the foreign DNA is extracted. Here, the “sequence unique to exogenous DNA” is a sequence that does not exist in the genome of the host organism and is included in the exogenous DNA, and preferably is inserted into the exogenous DNA. A sequence near the both ends of DNA (for example, a sequence existing in a region of about 0 to 1,000 bases and about 0 to 500 bases from either end), and a sequence existing in the vicinity of the adjacent region of genomic DNA is preferable. As such a sequence, for example, when a foreign gene or the like is inserted, the sequence derived from the foreign DNA itself (for example, the cholera toxin gene itself when the cholera toxin gene is inserted) Or a sequence derived from a vector used to insert a foreign gene or the like (for example, LB-1 to LB-3, RB-1 to RB-4 shown in Examples). May be. A plurality of sequences may be used as the “sequence unique to exogenous DNA” (for example, LB-1 to LB-3, RB-1 to RB-4 shown in Examples).
外来性DNAに特有な配列を抽出したのち、これらの配列とペアになる他の端(各DNA断片の両端のうち、外来性DNAに特有な配列を含む端と対をなす他の端)に関する配列情報を抽出する。次に、得られた配列(他の端の配列情報)からゲノムDNAに特有な配列を含む配列を抽出する。ゲノムDNAに特有な配列を抽出するには、例えば、得られた配列(外来性DNAに特有な配列を含む端と対をなす他の端の配列)の中から、「外来性DNAに特有な配列」と異なる外来性DNAの配列を参照配列としてマッピング(「外来性DNAに特有な配列」とは異なる外来性DNAの配列と相同性の高い配列部分に貼り付ける、又は、アライメントすること)する。マッピングされなかった配列群は、ゲノムDNAに特有な配列を含んでいるか、含んでいる可能性が高いと判断することができるため、ゲノムDNAに特有な配列を含む配列群として抽出する。マッピングは、例えば、BWA(Burrows-Wheeler Aligner)等のアライメントツールを用いて行うことができる。 After extracting sequences peculiar to exogenous DNA, it is related to the other end paired with these sequences (the other end paired with the end of each DNA fragment that contains a sequence peculiar to exogenous DNA) Extract sequence information. Next, a sequence including a sequence unique to genomic DNA is extracted from the obtained sequence (sequence information at the other end). In order to extract a sequence peculiar to genomic DNA, for example, from the obtained sequence (the sequence of the other end paired with the end including the sequence peculiar to the exogenous DNA), the sequence peculiar to the exogenous DNA Map the sequence of the foreign DNA different from the “sequence” as a reference sequence (paste or align to a sequence portion highly homologous to the sequence of the foreign DNA different from the “sequence unique to the foreign DNA”) . The sequence group that has not been mapped can be determined to contain a sequence peculiar to genomic DNA, or it can be determined that the sequence group includes a sequence peculiar to genomic DNA. The mapping can be performed using an alignment tool such as BWA (Burrows-Wheeler Aligner).
上記のようにして抽出した、ゲノムDNAに特有な配列を含む配列群を、宿主生物のゲノム配列のデータベースに対して、相同性検索を行う。相同性検索の方法としては、例えば、BLAST検索などにより容易に行うことができる(例えば、NCBI BLAST;http://blast.ncbi.nlm.nih.gov/Blast.cgiなど)。抽出した配列群と相同性の高い(相同性が高いとは、例えば、比較した配列同士が、90〜100%以上、好ましくは、95%以上、さらに好ましくは98%以上の同一性を有すること)ゲノムDNA配列の位置を確認することで、外来性DNAが挿入されている位置を同定することができる。すなわち、〔0014〕で抽出したゲノムDNAに特有な配列を含む配列部分は、その他端には外来性DNAに特有な配列を含むゲノムDNA断片の一部である。そして、ゲノム断片の長さが数100bp程度であることを考慮すると、〔0014〕で抽出したゲノムDNAに特有な配列の近傍が外来性DNAの挿入されているゲノム上の位置であると判定することができる。
上記のようにして同定された外来性DNAのゲノム上の挿入位置は、推定される挿入位置を挟むようなプライマーペアを作製し、その部分を増幅し、増幅されたDNAの配列決定を行うことで、挿入位置の確認を行ってもよい。
A sequence group including sequences unique to genomic DNA extracted as described above is subjected to homology search against the genome sequence database of the host organism. As a homology search method, for example, BLAST search can be easily performed (for example, NCBI BLAST; http://blast.ncbi.nlm.nih.gov/Blast.cgi, etc.). High homology with the extracted sequence group (high homology means, for example, that the compared sequences have 90-100% or more, preferably 95% or more, more preferably 98% or more identity) ) By confirming the position of the genomic DNA sequence, the position where the foreign DNA is inserted can be identified. That is, the sequence portion containing the sequence unique to the genomic DNA extracted in [0014] is a part of the genomic DNA fragment containing the sequence unique to the foreign DNA at the other end. Considering that the length of the genomic fragment is about several hundred bp, it is determined that the vicinity of the sequence unique to the genomic DNA extracted in [0014] is the position on the genome where the foreign DNA is inserted. be able to.
As for the insertion position on the genome of the foreign DNA identified as described above, create a primer pair that sandwiches the estimated insertion position, amplify the part, and sequence the amplified DNA Then, the insertion position may be confirmed.
本発明の方法により外来性DNAが挿入されているゲノムDNA上の位置が同定された後、挿入されている外来性DNAの構造を確認したり、外来性DNAが挿入されているゲノムDNA上の位置付近の構造変化の有無を確認することが可能となる。宿主生物のゲノムDNAに挿入された外来性DNAは、挿入前のDNA構造をそのまま保たずに、例えば、欠失、転移などの構造上の変化が生じていることもある。このような場合には、挿入された外来性DNAの宿主生物中における機能に影響が及ぶ場合もあるため、挿入されているDNAの構造を確認することは、非常に重要なことである。また、外来性DNAがゲノム上のどのような位置に挿入されているかにより、宿主生物の遺伝子への影響を予測することが可能となる(例えば、エキソン部分に挿入されている場合には、その遺伝子の機能が喪失あるいは破壊される可能性がある)。
ゲノムDNAへの導入部位付近を配列決定し、その結果に基づいて、挿入された外来性DNAの構造の変化、及び、外来性DNAが挿入されているゲノムDNAの構造を確認することができる。外来性DNAが挿入される前の宿主生物のゲノム構造は、利用可能なデータベースを使用することで容易に確認することができる。
After the position on the genomic DNA in which the foreign DNA is inserted is identified by the method of the present invention, the structure of the inserted foreign DNA is confirmed, or the genomic DNA in which the foreign DNA is inserted is detected. It is possible to confirm whether there is a structural change near the position. Exogenous DNA inserted into the genomic DNA of the host organism may have structural changes such as deletion or transfer without maintaining the DNA structure before insertion. In such a case, since the function of the inserted foreign DNA in the host organism may be affected, it is very important to confirm the structure of the inserted DNA. In addition, depending on where the foreign DNA is inserted in the genome, it is possible to predict the influence on the gene of the host organism (for example, when it is inserted into the exon part, The function of the gene may be lost or destroyed).
The vicinity of the introduction site into the genomic DNA is sequenced, and based on the result, the change in the structure of the inserted foreign DNA and the structure of the genomic DNA into which the foreign DNA has been inserted can be confirmed. The genome structure of the host organism before the foreign DNA is inserted can be easily confirmed by using an available database.
以下に実施例を示し、本発明についてさらに詳細な説明を行うが、本発明は実施例により何ら限定されるものではない。本実施例は、イネを宿主として、コレラトキシンB(CTB:Cholera toxin B)鎖を発現するDNAを供与核酸(CTB-10Li45GB3A領域)としてイネ染色体上に導入し、その導入されている位置を本発明の方法により確認したものである。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples, but the present invention is not limited to the examples. In this example, using rice as a host, DNA expressing cholera toxin B (CTB: Cholera toxin B) chain was introduced as a donor nucleic acid (CTB-10Li45GB3A region) onto the rice chromosome, and the introduced position was This is confirmed by the method of the invention.
1.コレラ毒素B鎖を発現する遺伝子導入イネの作製
1−1.RNAiカセット保有プラスミドpZAAMP-10Li45GB3Aの作製
RNAiカセット保有プラスミドpZAAMP-10Li45GB3Aは、以下の8段階を経て調製された。
(1)まず、バイナリーベクターpPZP202の遺伝子組込み領域(MCS)に制限酵素AsiSI、AscI、MluI、PacIの認識配列を組み込んだpZAAMP(pZ2028AAMP)、pUC19のMCSに制限酵素AscI及びMluIの認識配列を組み込んだpUC198AMの2種のプラスミドを作製した(Kurodaら、Biosci. Biotechnol. Biochem. 74, 2348?2351 2010)。
(2)イネゲノムDNAを鋳型として、10kDaプロラミンプロモーター(P10L)、10kDaプロラミンターミネーター(T10L)、イネアスパラギン酸プロテアーゼ遺伝子第3イントロン領域(RAPint)、13kDaプロラミン遺伝子45bp断片(45)、グルテリンB遺伝子228bp断片(GB3)をPCR増幅した。このうち、T10Lは、pUC198AMのMCSにサブクローニングしてpUC198AM-T10Lを作製した。RAPintは、pUC19のMCSにサブクローニングしてpUC19-RAPintを作製した。残りの3つは、pGEM-T-EasyプラスミドにTAクローニング法によってサブクローニングして、pGEM-T-Easy-P10L, pGEM-T-Easy-45、pGEM-T-Easy-GB3を作製した。
1. 1. Production of transgenic rice expressing cholera toxin B chain 1-1. Construction of RNAi cassette-carrying plasmid pZAAMP-10Li45GB3A
The RNAi cassette-carrying plasmid pZAAMP-10Li45GB3A was prepared through the following 8 steps.
(1) First, pZAAMP (pZ2028AAMP), which incorporates the recognition sequences of restriction enzymes AsiSI, AscI, MluI, and PacI into the gene integration region (MCS) of the binary vector pPZP202, and the restriction enzyme AscI and MluI recognition sequences into the MCS of pUC19. Two plasmids of pUC198AM were prepared (Kuroda et al., Biosci. Biotechnol. Biochem. 74, 2348-2351 2010).
(2) 10 kDa prolamin promoter (P10L), 10 kDa prolamin terminator (T10L), rice aspartic protease gene third intron region (RAPint), 13 kDa prolamin gene 45 bp fragment (45), glutelin B gene 228 bp fragment using rice genomic DNA as a template (GB3) was PCR amplified. Of these, T10L was subcloned into MUC of pUC198AM to prepare pUC198AM-T10L. RAPint was subcloned into pUC19 MCS to produce pUC19-RAPint. The remaining three were subcloned into the pGEM-T-Easy plasmid by the TA cloning method to prepare pGEM-T-Easy-P10L, pGEM-T-Easy-45, and pGEM-T-Easy-GB3.
(3)部位指定変異導入法により、P10Lの内部に存在するEcoRI及びSpeI認識配列を改変して消去した。
(4)上記の改変を施したpGEM-T-Easy-P10LをHindIII及びXbaIで2重消化してP10L断片を切り出し、pUC198AM-T10LのMCSに組み込むことで、pUC198AM-P10LT10Lを作製した。
(5)pGEM-T-Easy-GB3をSpeI及びXbaIで2重消化してGB3断片を切り出し、pGEM-T-Easy-45の45bp断片末端に存在するXbaIサイトに組み込むことでpGEM-T-Easy-45GB3を作製した。
(6)pGEM-T-Easy-45GB3をSpeI及びXbaIで2重消化して45GB3断片を切り出し、pUC19-RAPintに存在するSpeIサイトに組み込むことでpUC19-RAPint45GB3を作製した。
(7)上記に続いて45GB3断片をpUC19-RAPint45GB3に存在するXbaIサイトに組み込むことでpUC19-RAPint45GB3x2を作製した。
(8)pUC19-RAPint45GB3x2をXbaI及びSacIで2重消化してRAPint45GB3x2部分からpUC19由来のSacIまでの断片を切り出し、pUC198AM-P10LT10Lに存在するXbaIおよびSacIサイトの間に組み込むことで、pUC198AM-10Li45GB3Aを作製した。
pUC198AM-10Li45GB3AをAscI及びMluIで2重消化して10Li45GB3A部分をMCSごと切り出し、pZAAMPに存在するAscI及びMluIサイトの間に組み込むことで、pZAAMP-10Li45GB3Aが完成した。
(3) EcoRI and SpeI recognition sequences present in P10L were modified and deleted by site-directed mutagenesis.
(4) pGEM-T-Easy-P10L subjected to the above modification was double-digested with HindIII and XbaI to excise the P10L fragment and incorporated into MUC of pUC198AM-T10L to prepare pUC198AM-P10LT10L.
(5) Double digestion of pGEM-T-Easy-GB3 with SpeI and XbaI to excise the GB3 fragment and insert it into the XbaI site at the end of the 45 bp fragment of pGEM-T-Easy-45 to create pGEM-T-Easy -45GB3 was produced.
(6) pGEM-T-Easy-45GB3 was double-digested with SpeI and XbaI to cut out a 45GB3 fragment and incorporated into the SpeI site present in pUC19-RAPint to prepare pUC19-RAPint45GB3.
(7) Following the above, pUC19-RAPint45GB3x2 was prepared by incorporating the 45GB3 fragment into the XbaI site present in pUC19-RAPint45GB3.
(8) Double digestion of pUC19-RAPint45GB3x2 with XbaI and SacI, excise the fragment from RAPint45GB3x2 to pUC19-derived SacI, and incorporate pUC198AM-10Li45GB3A between the XbaI and SacI sites present in pUC198AM-P10LT10L Produced.
pUC198AM-10Li45GB3A was double-digested with AscI and MluI, the 10Li45GB3A part was excised together with MCS, and inserted between the AscI and MluI sites present in pZAAMP to complete pZAAMP-10Li45GB3A.
1−2.コレラトキシンB(CTB:Cholera toxin B)鎖発現カセット保有プラスミドpUC198AM-13110NTL-CTBの作製
1−2−1.プラスミドpUC198AM-13110NTLの作製
pUC198AM-13110NTLは、以下の5段階を経て調製された。
(1)まず、pUC19のMCSに制限酵素AscI及びMluIの認識配列を組み込んだプラスミドpUC198AMを作製した(Kurodaら、Biosci. Biotechnol. Biochem. 74, 2348?2351 2010)。また、PCR断片のサブクローニングには、pGEM-T-Easyプラスミド(Promega社)又はpUC19を使用した。
(2)イネゲノムDNAを鋳型として、13kDaプロラミンプロモーター(P131)、10kDaプロラミンシグナル配列領域(10N)、13kDaプロラミンターミネーター(T131L)の合計3種類の断片をPCR増幅した。全ての増幅断片はpGEM-T-EasyプラスミドにTAクローニング法によってサブクローニングして、pGEM-T-Easy-P131, pGEM-T-Easy-10N, pGEM-T-Easy-T131Lを作製した。
1-2. Construction of plasmid pUC198AM-13110NTL-CTB carrying cholera toxin B (CTB) chain expression cassette 1-2-1. Construction of plasmid pUC198AM-13110NTL
pUC198AM-13110NTL was prepared through the following five steps.
(1) First, plasmid pUC198AM was prepared by incorporating restriction enzyme AscI and MluI recognition sequences into MUC of pUC19 (Kuroda et al., Biosci. Biotechnol. Biochem. 74, 2348-2351 2010). In addition, pGEM-T-Easy plasmid (Promega) or pUC19 was used for subcloning of the PCR fragment.
(2) Using the rice genomic DNA as a template, a total of three types of fragments of 13 kDa prolamin promoter (P131), 10 kDa prolamin signal sequence region (10N), and 13 kDa prolamin terminator (T131L) were PCR amplified. All amplified fragments were subcloned into the pGEM-T-Easy plasmid by the TA cloning method to prepare pGEM-T-Easy-P131, pGEM-T-Easy-10N, and pGEM-T-Easy-T131L.
(3)pGEM-T-Easy-10NをSpeIおよびXbaIで2重消化して10N断片を切り出し、pGEM-T-Easy-P131に存在するXbaIサイトに組み込むことでpGEM-T-Easy-P13110Nを作製した。
(4)pGEM-T-Easy-P13110NをHindIIIおよびXbaIで2重消化してP13110N断片を切り出し、pUC198AMのMCSにサブクローニングしてpUC198AM-13110Nを作製した。
(5)pGEM-T-Easy-T131LをSacI及びEcoRIで2重消化してT131L断片を切り出し、pUC198AM-13110Nに存在するSacI及びEcoRIサイトの間に組み込むことでpUC198AM-13110NTLが完成した。
(3) Double digestion of pGEM-T-Easy-10N with SpeI and XbaI, excise the 10N fragment, and construct pGEM-T-Easy-P13110N by incorporating it into the XbaI site present in pGEM-T-Easy-P131 did.
(4) pGEM-T-Easy-P13110N was double digested with HindIII and XbaI to excise the P13110N fragment and subcloned into MUC of pUC198AM to prepare pUC198AM-13110N.
(5) pUC198AM-13110NTL was completed by double digesting pGEM-T-Easy-T131L with SacI and EcoRI to cut out the T131L fragment and incorporating it between the SacI and EcoRI sites present in pUC198AM-13110N.
1−2−2.CTB発現カセット保有プラスミドpUC198AM-13110NTL-CTBの作製
pUC198AM-13110NTL-CTBは、以下の手順を経て調製された。
CTB遺伝子(配列番号1)の5’末端にXbaI認識配列及び3’末端にSacI認識配列を付加してある塩基配列で合成された人工合成遺伝子をXbaI及びSacIで2重消化して目的とするCTB遺伝子断片を切り出し、上記1−2−1で構築したプラスミド pUC198AM-13110NTLに存在するXbaI及びSacIサイトの間に組み込むことでpUC198AM-13110NTL-CTBが完成した。
1-2-2. Construction of plasmid pUC198AM-13110NTL-CTB carrying CTB expression cassette
pUC198AM-13110NTL-CTB was prepared through the following procedure.
Targeted by double digestion with XbaI and SacI of an artificially synthesized gene synthesized with a base sequence with the XbaI recognition sequence added to the 5 'end and the SacI recognition sequence added to the 3' end of the CTB gene (SEQ ID NO: 1) The CTB gene fragment was excised and inserted between the XbaI and SacI sites present in the plasmid pUC198AM-13110NTL constructed in 1-2-1 above to complete pUC198AM-13110NTL-CTB.
1−3.供与核酸導入用プラスミドpZAAMP-CTB-10Li45GB3Aの作製
供与核酸導入用プラスミドpZAAMP-CTB-10Li45GB3Aは、以下の手順を経て調製された。
CTB発現カセット保有プラスミドpUC198AM-13110NTL-CTB をAscI及びMluIで2重消化して、目的とするCTB発現カセット断片を切り出し、RNAiカセット保有プラスミドpZAAMP-10Li45GB3Aに存在するAscIサイトに組み込むことでpZAAMP-CTB-10Li45GB3Aが完成した。
1-3. Preparation of donor nucleic acid introduction plasmid pZAAMP-CTB-10Li45GB3A A donor nucleic acid introduction plasmid pZAAMP-CTB-10Li45GB3A was prepared by the following procedure.
CTB expression cassette-carrying plasmid pUC198AM-13110NTL-CTB is double-digested with AscI and MluI, and the target CTB expression cassette fragment is excised and incorporated into the AscI site present in RNAi cassette-carrying plasmid pZAAMP-10Li45GB3A. -10Li45GB3A was completed.
1−4.HPT遺伝子導入用プラスミドpZH2Bの作製
1−4−1.HPT遺伝子導入用プラスミドpZH2B
pZH2Bは、以下の6段階を経て調製された。
(1)pLAN101プラスミド又はpBI221プラスミドを鋳型として、カリフラワーモザイクウイルス35Sプロモーター(P35S)、ハイグロイマイシンホスホトランスフェラーゼN末端領域(HPTN)、同C末端領域(HPTC)、ノパリンシンターゼターミネーター(Tnos)の合計4種類の断片をPCR増幅した。カリフラワーモザイクウイルス35Sプロモーターの増幅に使用するプライマーには、制限酵素部位MluI及びSalIを両端に付加してある。ハイグロイマイシンホスホトランスフェラーゼN末端領域の増幅に使用するプライマーには、制限酵素部位XhoI及びBspHI、同C末端領域の増幅に使用するプライマーには、制限酵素部位NcoI及びXbaIを両端に付加してある。ノパリンシンターゼターミネーターの増幅に使用するプライマーには、制限酵素部位SpeI及びAscIを両端に付加されている。
全ての増幅断片はpGEM-T-EasyプラスミドにTAクローニング法によってサブクローニングして、pGEM-T-Easy-P35S、pGEM-T-Easy-HPTN、pGEM-T-Easy-HPTC、pGEM-T-Easy-Tnosを作製した。
1-4. Preparation of plasmid pZH2B for introduction of HPT gene 1-4-1. HPT gene transfer plasmid pZH2B
pZH2B was prepared through the following 6 steps.
(1) Total of cauliflower mosaic virus 35S promoter (P35S), hygromycin phosphotransferase N-terminal region (HPTN), C-terminal region (HPTC), nopaline synthase terminator (Tnos) using pLAN101 plasmid or pBI221 plasmid as a template Four types of fragments were PCR amplified. Restriction enzyme sites MluI and SalI are added to both ends of the primer used for amplification of the cauliflower mosaic virus 35S promoter. The primers used to amplify the hygromycin phosphotransferase N-terminal region have restriction enzyme sites XhoI and BspHI, and the primers used to amplify the C-terminal region have restriction enzyme sites NcoI and XbaI added to both ends. . Restriction enzyme sites SpeI and AscI are added to both ends of the primer used for amplification of the nopaline synthase terminator.
All amplified fragments were subcloned into the pGEM-T-Easy plasmid by the TA cloning method to obtain pGEM-T-Easy-P35S, pGEM-T-Easy-HPTN, pGEM-T-Easy-HPTC, pGEM-T-Easy- Tnos was made.
(2)部位指定変異導入法により、HPTNの内部に存在するEcoRIおよびPstI認識配列を改変して消去し、pGEM-T-Easy-mHPTNを作製した。
(3)pGEM-T-Easy-P35SをSalIで消化して、pGEM-T-Easy由来のSalIサイトからP35Sにかけての断片を切り出し、pGEM-T-Easy-mHPTNに存在するXhoIサイトに組み込んでpGEM-T-Easy-35SmHPTNを作製した。この過程で、切り出したpGEM-T-Easy由来のSalIサイトおよびP35S断片末端のSalIサイトとmHPTN断片先端のXhoIサイトは連結されることにより消滅し、35SmHPTN断片が生成する。
(4)pGEM-T-Easy-TnosをSpeIで消化してTnosからpGEM-T-Easy由来 のSpeIサイトにかけての断片を切り出し、pGEM-T-Easy-HPTCに存在するXbaIサイトに組み込んでpGEM-T-Easy-HPTCTnosを作製した。この過程で、切り出したpGEM-T-Easy 由来のSpeIサイト及びTnos断片先端のSpeIサイトとmHPTC断片末端のXbaIサイトは連結されることにより消滅し、HPTCTnos断片が生成する。
(5)pGEM-T-Easy-35SmHPTNをNcoI及びBspHIで2重消化してpGEM-T-Easy由来 のNcoIサイトから35SmHPTNにかけての断片を切り出し、pGEM-T-Easy-HPTCTnosに存在するNcoIサイトに組み込んで、pGEM-T-Easy-P35SmHPTTnosを作製した。この過程で、切り出した35SmHPTN断片末端のBspHI サイトとHPTCTnos断片先端のNcoIサイトは連結されることにより消滅し、P35SmHPTTnos断片が生成する。また、mHPTのN末端領域とC末端領域が連結されて完全長のmHPT遺伝子が生成するが、連結に使用したBspHI サイトとNcoIサイトの塩基配列に依存して、118番目のアラニンはバリンに変異する。この部分はハイグロマイシンを分解する酵素活性には関係ないと推定され、実際に、イネにハイグロマイシン耐性形質は付与されていた。
(6)pGEM-T-Easy-P35SmHPTTnosをMluIおよびAscIで2重消化してP35SmHPTTnos断片を切り出し、pZ2028に存在するAscIサイトに組み込むことでpZH2Bを完成させた。この過程で、切り出した35SmHPTTnos断片先端のMluIサイトとpZ2028のAscIサイトは連結されることにより消滅するが、一方で35SmHPTTnos断片末端のAscIサイトはそのまま残る。結果として、pZH2Bにおいて 35SmHPTTnos断片は切り出せなくなり、pZ2028由来のMCSはAscIからPacIまで全て温存される。
(2) By using site-directed mutagenesis, EcoRI and PstI recognition sequences present in HPTN were modified and deleted to prepare pGEM-T-Easy-mHPTN.
(3) pGEM-T-Easy-P35S is digested with SalI, and the fragment from pGEM-T-Easy-derived SalI site to P35S is excised and incorporated into the XhoI site present in pGEM-T-Easy-mHPTN. -T-Easy-35SmHPTN was prepared. During this process, the excised pGEM-T-Easy-derived SalI site, the SalI site at the end of the P35S fragment, and the XhoI site at the tip of the mHPTN fragment disappear together to produce a 35SmHPTN fragment.
(4) pGEM-T-Easy-Tnos is digested with SpeI, and the fragment from Tnos to the SpeI site derived from pGEM-T-Easy is excised and incorporated into the XbaI site present in pGEM-T-Easy-HPTC. T-Easy-HPTCTnos was prepared. In this process, the excised pGEM-T-Easy-derived SpeI site, the SpeI site at the tip of the Tnos fragment, and the XbaI site at the end of the mHPTC fragment are extinguished to generate an HPTCTnos fragment.
(5) Double digestion of pGEM-T-Easy-35SmHPTN with NcoI and BspHI to excise the fragment from pGEM-T-Easy-derived NcoI site to 35SmHPTN, and to the NcoI site present in pGEM-T-Easy-HPTCTnos Incorporating, pGEM-T-Easy-P35SmHPTTnos was produced. In this process, the cut out BspHI site at the end of the 35SmHPTN fragment and the NcoI site at the end of the HPTCTnos fragment are extinguished to generate a P35SmHPTTnos fragment. In addition, the N-terminal region and C-terminal region of mHPT are ligated to generate a full-length mHPT gene, but the 118th alanine is mutated to valine depending on the base sequences of the BspHI site and NcoI site used for ligation. To do. This portion was presumed to be unrelated to the enzyme activity that degrades hygromycin, and in fact, a hygromycin-resistant trait was conferred on rice.
(6) pZH2B was completed by double digesting pGEM-T-Easy-P35SmHPTTnos with MluI and AscI to excise the P35SmHPTTnos fragment and incorporating it into the AscI site present in pZ2028. In this process, the MluI site at the tip of the excised 35SmHPTTnos fragment and the AscI site of pZ2028 disappear by ligation, while the AscI site at the end of the 35SmHPTTnos fragment remains intact. As a result, the 35SmHPTTnos fragment cannot be excised in pZH2B, and all MCS from pZ2028 is preserved from AscI to PacI.
1−5.イネへの遺伝子導入
コレラトキシンB鎖発現組換えイネ(#51A)は、以下の7段階を経て調製された。
(1)供与核酸導入用プラスミドpZAAMP-CTB-10Li45GB3A及びHPT遺伝子導入用プラスミドpZH2B、各々、20 ngを0.2 cmキュベットを用いて200 Ω・25 μF・2.5 kvの電気パルスをかけることによりRhizobium radiobacter EHA101株に導入した(エレクトロポレーション法)。
(2)100 μg/mlスペクチノマイシン・50 μg/mlカナマイシン含有LB寒天培地に(1)の組換えEHA101株2種類を独立に塗抹・培養し、25℃ 2-3日間培養することでシングルコロニーを形成させた。
(3)次に、アグロバクテリウムを介したイネへの形質転換をToki(The Plant Journal. 47,969-76 2006)の方法に従い行った。日本晴イネ種子を70%エタノールと次亜塩素酸ナトリウム溶液(有効塩素濃度2.5%)で無菌化し、オーキシン(2,4-ジクロロフェノキシ酢酸)を含んだN6D培地に置床し、28℃明所で約6週間培養することで胚盤からカルスを誘導・脱分化させた。
1-5. Gene introduction into rice Cholera toxin B chain expression recombinant rice (# 51A) was prepared through the following seven steps.
(1) The donor nucleic acid introduction plasmid pZAAMP-CTB-10Li45GB3A and the HPT gene introduction plasmid pZH2B, respectively, 20 ng by applying an electric pulse of 200 Ω / 25 μF / 2.5 kv using a 0.2 cm cuvette, Rhizobium radiobacter EHA101 It was introduced into the strain (electroporation method).
(2) 100 μg / ml spectinomycin and 50 μg / ml kanamycin-containing LB agar medium. Two types of recombinant EHA101 strain (1) are smeared and cultured independently, and cultured at 25 ° C for 2-3 days. Colonies were formed.
(3) Next, Agrobacterium-mediated transformation into rice was performed according to the method of Toki (The Plant Journal. 47,969-76 2006). Nipponbare rice seeds were sterilized with 70% ethanol and sodium hypochlorite solution (effective chlorine concentration 2.5%), placed on N6D medium containing auxin (2,4-dichlorophenoxyacetic acid), and at about 28 ° C in a bright place. Callus was induced and dedifferentiated from the scutellum by culturing for 6 weeks.
(4)pZAAMP-CTB-10Li45GB3Aを導入したアグロバクテリウム菌液を最終濃度OD=0.05、pZH2Bを導入したアグロバクテリウム菌液を最終濃度OD=0.01となるようAAM培地に懸濁した。2種類のアグロバクテリウム混合菌液に10 μg/mlアセトシリンゴンを添加し、2分間カルスに接種した後に10 μg/mlアセトシリンゴンを含んだ2N6AS培地に置床した後、25℃暗所で2日間培養することで感染処理を行った。
(5)続いて、カルスを滅菌蒸留水30 mlで10回程度洗浄した後に500 μg/mlカルベニシリン溶液中に静置することでアグロバクテリウムを除菌し、200 μg/mlカルベニシリン・50 μg/mlハイグロマイシンを含んだN6D培地(オーキシン・サイトカイニンを含む)に置床し、28℃明所で2週間培養した。その後、100 μg/mlカルベニシリン・50 μg/mlハイグロマイシンを含んだMS培地(オーキシン・サイトカイニンを含む)に置床し、28℃明所で4-5週間培養することでカルスの選抜と再分化植物の育成を行った。さらに、ホルモン(オーキシン・サイトカイニン)を含まない1/2MS培地(選抜薬剤50 μg/mlハイグロマイシンを含む)に置床し、28℃明所で1-2週間培養することでさらに根を伸長させた。
(6)再分化植物を選抜し、CTB遺伝子及びHPT遺伝子のイネゲノムへの挿入をPCRにより確認した。
(7)CTB遺伝子及びHPT遺伝子の双方の挿入が認められた形質転換初代(T0個体)の幼植物体を培養土で充填したポットに移植し、グロースチャンバー(明期27℃ 12時間・暗期22℃ 12時間)で約3ヶ月栽培した。
(4) The Agrobacterium solution into which pZAAMP-CTB-10Li45GB3A was introduced was suspended in an AAM medium so that the final concentration was OD = 0.05, and the Agrobacterium solution into which pZH2B was introduced was final concentration OD = 0.01. Add 10 μg / ml acetosyringone to the two Agrobacterium mixed bacteria, inoculate the callus for 2 minutes, place it in 2N6AS medium containing 10 μg / ml acetosyringone, and then in the dark at 25 ° C Infection treatment was performed by culturing for 2 days.
(5) Subsequently, the callus was washed about 10 times with 30 ml of sterilized distilled water and then left in a 500 μg / ml carbenicillin solution to sterilize Agrobacterium, and 200 μg / ml carbenicillin / 50 μg / It was placed on N6D medium (containing auxin and cytokinin) containing ml hygromycin and cultured at 28 ° C in a bright place for 2 weeks. Then, placed on MS medium (containing auxin and cytokinin) containing 100 μg / ml carbenicillin and 50 μg / ml hygromycin, and cultured for 4-5 weeks at 28 ° C in the light to select and regenerate the callus. Was trained. Furthermore, it was placed in 1 / 2MS medium (containing selected drug 50 μg / ml hygromycin) without hormones (auxin and cytokinin), and further roots were extended by culturing for 1-2 weeks at 28 ° C in a bright place. .
(6) Redifferentiated plants were selected, and insertion of CTB gene and HPT gene into rice genome was confirmed by PCR.
(7) Transplanted primary seedlings (T0 individuals) in which both CTB and HPT genes have been inserted were transplanted into pots filled with culture soil and grown in a growth chamber (light period 27 ° C, 12 hours, dark period) It was cultivated for about 3 months at 22 ° C for 12 hours.
以上の工程により、CTB遺伝子およびHPT遺伝子が染色体に導入されたイネ(#51A系統)を作出した。次に、自殖した後代(第1世代〜第6世代)は、CTB遺伝子が挿入され、かつ、HPT遺伝子が挿入されていない個体を、PCRにより選択した。その結果、本組換えイネ(#51A)は再分化個体(T0個体)のみでHPT遺伝子の導入が認められ、その後の自殖により遺伝分離した後代(第1世代〜第6世代)においてはHPT遺伝子が導入されていないことが確認されている。 Through the above steps, rice (# 51A strain) in which the CTB gene and the HPT gene were introduced into the chromosome was produced. Next, as for the progeny (1st generation to 6th generation) that self-bred, an individual into which the CTB gene was inserted and the HPT gene was not inserted was selected by PCR. As a result, in this recombinant rice (# 51A), introduction of the HPT gene was recognized only in the redifferentiated individuals (T0 individuals), and HPT in the progeny (1st generation to 6th generation) after genetic isolation by self-breeding It has been confirmed that the gene has not been introduced.
2.供与核酸の染色体DNAへの組込み状態の解析
2−1.CTB遺伝子の存在状態
CTB遺伝子の導入確認はCTB遺伝子全長を対象としたPCR及びサザンブロット解析にて確認した。
本組換えイネ(#51A)第6世代のイネ幼若葉2 gを細かく刻み、Nucleon PhytoPure(GE Healthcare)を用いてゲノムDNAの抽出を行った。
2−1−1.PCR
得られた本組換えイネ(#51A)ゲノムDNA 25 ngを鋳型に、プライマーセットCTB-F、CTB-Rを用いてPCRを行った。PCR反応はGeneAmp PCR System 9700(Applied Biosystems)を使用し、増幅は94℃ 30秒・60℃ 30秒・72℃ 30秒を35サイクル行い、2.0% Agarose gelにて100 V、25分間電気泳動し、PCR産物の有無を確認した。
CTB遺伝子検出用プライマー
CTB-F:5’-ACACCTCAACAGATTACTGA-3’(配列番号2)
CTB-R:5’-TCAATTTGCCATACTAATTGCG-3 (配列番号3)
増幅断片長:312bp
2. 2. Analysis of state of integration of donor nucleic acid into chromosomal DNA 2-1. Presence of CTB gene
Confirmation of CTB gene introduction was confirmed by PCR and Southern blot analysis for the entire CTB gene.
The recombinant rice (# 51A) 6th generation young rice leaves were finely chopped, and genomic DNA was extracted using Nucleon PhytoPure (GE Healthcare).
2-1-1. PCR
PCR was carried out using primer sets CTB-F and CTB-R using 25 ng of the obtained recombinant rice (# 51A) genomic DNA as a template. PCR was performed using GeneAmp PCR System 9700 (Applied Biosystems). Amplification was performed at 94 ° C for 30 seconds, 60 ° C for 30 seconds, and 72 ° C for 30 seconds for 35 cycles, and electrophoresed on a 2.0% Agarose gel at 100 V for 25 minutes. The presence or absence of a PCR product was confirmed.
CTB gene detection primer
CTB-F: 5'-ACACCTCAACAGATTACTGA-3 '(SEQ ID NO: 2)
CTB-R: 5'-TCAATTTGCCATACTAATTGCG-3 (SEQ ID NO: 3)
Amplified fragment length: 312bp
2−1−2.サザンブロット解析
得られた本組換えイネ(#51A)ゲノムDNA 20 μgを用いてゲノミックサザンハイブリダイゼーションを行った。イネゲノムDNAを制限酵素EcoRI及びSacIにより37℃ にて一晩消化処理した。処理したゲノムDNAをフェノール・クロロホルム法で精製した後に0.7% Agarose gelにて100 V 3.5時間電気泳動し、10×SSCを用いて一晩静置することでゲノムDNAをニトロセルロースメンブレンに転写させた。転写完了後、UV Cross Linker(トミー精工)を用いてメンブレンにUV照射し、制限酵素消化されたゲノムDNAをメンブレンに固定した。次に、検出用プローブをAlkPhos Direct Labelling Module(GE Healthcare)を用いてAP標識し、55℃にて一晩ハイブリダイゼーションした。翌日、CDP-Star検出試薬(GE Healthcare)による化学発光にて検出を行った。ImageQuant LAS 4000mini(GE Healthcare)システムを用い、露光時間1時間の画像の取り込みを行った。
CTB遺伝子検出用プローブ作成プライマー
CTB-F:5’-ACACCTCAACAGATTACTGA-3’(配列番号2)
CTB-R:5’-TCAATTTGCCATACTAATTGCG-3 (配列番号3)
プローブ長:312bp
PCRおよびサザンブロット解析結果を図1に示す。
2-1-2. Southern blot analysis Genomic Southern hybridization was performed using 20 μg of the obtained recombinant rice (# 51A) genomic DNA. Rice genomic DNA was digested overnight at 37 ° C. with restriction enzymes EcoRI and SacI. The treated genomic DNA was purified by the phenol / chloroform method, electrophoresed on 0.7% Agarose gel for 100 V for 3.5 hours, and allowed to stand overnight using 10 × SSC to transfer the genomic DNA to the nitrocellulose membrane. . After completion of the transcription, the membrane was irradiated with UV using a UV Cross Linker (Tomy Seiko), and the genomic DNA digested with the restriction enzyme was immobilized on the membrane. Next, the detection probe was AP-labeled using AlkPhos Direct Labeling Module (GE Healthcare) and hybridized overnight at 55 ° C. The next day, detection was performed by chemiluminescence using a CDP-Star detection reagent (GE Healthcare). ImageQuant LAS 4000mini (GE Healthcare) system was used to capture an image with an exposure time of 1 hour.
Probe preparation primer for CTB gene detection
CTB-F: 5'-ACACCTCAACAGATTACTGA-3 '(SEQ ID NO: 2)
CTB-R: 5'-TCAATTTGCCATACTAATTGCG-3 (SEQ ID NO: 3)
Probe length: 312bp
The results of PCR and Southern blot analysis are shown in FIG.
図1Aから分かるように、本組換えイネ(#51A)はそのゲノムにCTB遺伝子が挿入されたため、第6世代のゲノムDNAを鋳型としたPCRを実施し、CTB遺伝子検出用プライマーによってその遺伝子(図1の矢印の位置に見えるバンド;312bp)が増幅された。一方、非組換えイネの日本晴はCTB遺伝子を持たないため、その遺伝子が検出されなかった。本結果より、種子バンクに相当する組換えイネ(#51A)第6世代においてイネゲノムへのCTB遺伝子の導入が確認された。
また、図1Bが示すように、本組換えイネ(#51A)はそのゲノムにCTB遺伝子が挿入されたため、第6世代のゲノムDNAを試料としたサザンブロット解析を行った場合、CTB遺伝子検出用プローブによって矢印の位置に見える3本のバンドが検出された。一方、非組換えイネの日本晴はCTB遺伝子を持たないため、CTB遺伝子検出用プローブによってバンドが検出されなかった。本結果より、種子バンクに相当する組換えイネ(#51A)第6世代においてイネゲノムへのCTB遺伝子の導入が3コピーであることが確認された。
As can be seen from FIG. 1A, the CTB gene was inserted into the genome of this recombinant rice (# 51A), so PCR was performed using the 6th generation genomic DNA as a template, and the gene ( A band visible at the position of the arrow in FIG. 1 (312 bp) was amplified. On the other hand, Nipponbare, a non-recombinant rice plant, did not have a CTB gene, so that gene was not detected. From this result, it was confirmed that the CTB gene was introduced into the rice genome in the sixth generation of recombinant rice (# 51A) corresponding to the seed bank.
In addition, as shown in Fig. 1B, this recombinant rice (# 51A) has CTB gene inserted into its genome. Therefore, when Southern blot analysis using 6th generation genomic DNA was performed, Three bands visible at the position of the arrow were detected by the probe. On the other hand, Nipponbare, a non-recombinant rice plant, did not have a CTB gene, so no band was detected by the CTB gene detection probe. From this result, it was confirmed that 3 copies of the CTB gene were introduced into the rice genome in the sixth generation of recombinant rice (# 51A) corresponding to the seed bank.
3.染色体導入部位の確認
3−1.シークエンスデータの取得
本組換えイネ(#51A)第6世代のイネ幼若葉2 gを細かく刻み、Nucleon PhytoPure(GE Healthcare社)を用いてゲノムDNAの抽出を行った。抽出したゲノムDNA(約1.0μg)を超音波破砕装置(Covaris社)で断片化した。切断したDNAの両端を平滑化及びリン酸化し、3’dAの突出とインデックスアダプターを接続した。250-500bp(インデックスアダプター配列は除く)のDNA断片をアガロースゲル電気泳動により選択し、PCR増幅(約10サイクル)を行ってシークエンスライブラリーを調製した。
イルミナ社の次世代シークエンサー(HiSeq2000シークエンサー;イルミナ社)により配列決定を行うため、cBot clustering system(イルミナ社)を用いて、インデックスアダプターを付加したDNA断片を、フローセルとよばれるスライドガラス上に、インデックスアダプター配列を相補的なDNA断片を介して固定化し、同一配列のDNA断片の集団であるクラスターを形成させた。DNAの配列決定は、Illumina HisEsq2000 system(イルミナ社)を使用して行った。シークエンシングの結果得られたペア−リード(両端のインデックスアダプター配列から読んだ2つの配列情報)は、CASAVA software(v1.13.48; イルミナ社)を用いて取得した。
3. Confirmation of chromosome introduction site 3-1. Acquisition of Sequence Data Genomic DNA was extracted using Nucleon PhytoPure (GE Healthcare) by finely chopping 2 g of 6th generation rice young leaves of this recombinant rice (# 51A). The extracted genomic DNA (about 1.0 μg) was fragmented with an ultrasonic crusher (Covaris). Both ends of the cleaved DNA were smoothed and phosphorylated, and the 3 'dA overhang and the index adapter were connected. A DNA fragment of 250-500 bp (excluding the index adapter sequence) was selected by agarose gel electrophoresis, and PCR amplification (about 10 cycles) was performed to prepare a sequence library.
In order to perform sequencing with Illumina's next-generation sequencer (HiSeq2000 Sequencer; Illumina), the cBot clustering system (Illumina) is used to index DNA fragments with index adapters on a slide glass called a flow cell. The adapter sequence was immobilized via a complementary DNA fragment to form a cluster which is a group of DNA fragments having the same sequence. DNA sequencing was performed using the Illumina HisEsq2000 system (Illumina). The pair-read (two sequence information read from the index adapter sequences at both ends) obtained as a result of sequencing was obtained using CASAVA software (v1.13.48; Illumina).
3−2.導入部位の同定
DNA断片の挿入位置を明かにするために、まず、ゲノム配列と挿入DNAに特有な配列の両方を含む、DNA断片を同定した。遺伝子導入のために設計したT-DNAベクター中に存在する以下に示すLB及びRB領域の近くに位置するLB-1〜LB-3及びRB-1〜RB-4の7つの配列を、挿入DNA断片に特有な配列として使用した(図2)。
LB付近
LB-1(90塩基)
ACAAATTGACGCTTAGACAACTTAATAACACATTGCGGACGTTTTTAATGTACTGAATTAACGCCGAATTGCTCTAGCATTCGCCATTCA(配列番号4)
LB-2(90塩基)
GGCTGCGCAACTGTTGGGAAGGGCGATCGGTGCGGGCCTCTTCGCTATTACGCCAGCTGGCGAAAGGGGGATGTGCTGCAAGGCGATTAA(配列番号5)
LB-3(89塩基)
GTTGGGTAACGCCAGGGTTTTCCCAGTCACGACGTTGTAAAACGACGGCCAGTGCCAAGCTGGCGATCGCTTTGGCGCGCCAAGCTTTT(配列番号6)
RB付近
RB-1(80塩基)
GAATTCACGCGTTTTAATTAACCAATTCGTAATCATGGTCATAGCTGTTTCCTGTGTGAAATTGTTATCCGCTCACAATT(配列番号7)
RB-2(80塩基)
CCACACAACATACGAGCCGGAAGCATAAAGTGTAAAGCCTGGGGTGCCTAATGAGTGAGCTAACTCACATTAATTGCGTT(配列番号8)
RB-3(80塩基)
GCGCTCACTGCCCGCTTTCCAGTCGGGAAACCTGTCGTGCCAGCTGCATTAATGAATCGGCCAACGCGCGGGGAGAGGCG(配列番号9)
RB-4(67塩基)
GTTTGCGTATTGGAGCTTGAGCTTGGATCAGATTGTCGTTTCCCGCCTTCAGTTTAAACTATCAGTG(配列番号10)
3-2. Identification of introduction site
In order to clarify the insertion position of the DNA fragment, first, a DNA fragment containing both the genomic sequence and the sequence unique to the inserted DNA was identified. Seven sequences of LB-1 to LB-3 and RB-1 to RB-4 located in the vicinity of the following LB and RB regions existing in the T-DNA vector designed for gene transfer are inserted DNA. Used as a unique sequence for the fragment (FIG. 2).
Near LB
LB-1 (90 bases)
ACAAATTGACGCTTAGACAACTTAATAACACATTGCGGACGTTTTTAATGTACTGAATTAACGCCGAATTGCTCTAGCATTCGCCATTCA (SEQ ID NO: 4)
LB-2 (90 bases)
GGCTGCGCAACTGTTGGGAAGGGCGATCGGTGCGGGCCTCTTCGCTATTACGCCAGCTGGCGAAAGGGGGATGTGCTGCAAGGCGATTAA (SEQ ID NO: 5)
LB-3 (89 bases)
GTTGGGTAACGCCAGGGTTTTCCCAGTCACGACGTTGTAAAACGACGGCCAGTGCCAAGCTGGCGATCGCTTTGGCGCGCCAAGCTTTT (SEQ ID NO: 6)
Near RB
RB-1 (80 bases)
GAATTCACGCGTTTTAATTAACCAATTCGTAATCATGGTCATAGCTGTTTCCTGTGTGAAATTGTTATCCGCTCACAATT (SEQ ID NO: 7)
RB-2 (80 bases)
CCACACAACATACGAGCCGGAAGCATAAAGTGTAAAGCCTGGGGTGCCTAATGAGTGAGCTAACTCACATTAATTGCGTT (SEQ ID NO: 8)
RB-3 (80 bases)
GCGCTCACTGCCCGCTTTCCAGTCGGGAAACCTGTCGTGCCAGCTGCATTAATGAATCGGCCAACGCGCGGGGAGAGGCG (SEQ ID NO: 9)
RB-4 (67 bases)
GTTTGCGTATTGGAGCTTGAGCTTGGATCAGATTGTCGTTTCCCGCCTTCAGTTTAAACTATCAGTG (SEQ ID NO: 10)
挿入DNA断片を含むゲノムを断片化した、全ての断片の両端からそれぞれ約100bpの塩基配列の配列情報(リード)を、シークエンスにより取得した。上記7種(LB-1〜RB-4)の断片配列がいずれかの端の配列に含まれているリードを、シークエンスデータから抽出した。また、抽出したすべてのリードのインデックスアダプター配列情報を元に、そのインデックスアダプターとペアとなっているインデックスアダプターが結合している、反対側の端のリードを抽出した(図3)。
抽出した配列情報(リード)群を、上記LB-1〜LB-3及びRB-1〜RB-4以外の挿入配列をリファレンスとしてマッピング(リファレンスと相同性が高い配列をその部分に貼り付けること)すると、マッピングされない配列群が得られた。マッピングされなかった配列群は、リファレンス外すなわちゲノムの配列を含んでいる可能性が高い。このマッピングされなかった配列群をイネゲノムBLAST検索(Oryza sativa (rice) Nucleotide BLAST;https://blast.ncbi.nlm.nih.gov/Blast.cgi?PAGE_TYPE=BlastSearch&BLAST_SPEC=OGP__4530__9512)にかけると、イネゲノムのうち、3番染色体及び12番染色体のそれぞれ特定の位置(イネ3番染色体AP008209の24,697,53bp付近、およびイネ12番染色体NC_008405の7,164,931bp付近)に相同性が高い配列群であることが判明した。
The sequence information (read) of a base sequence of about 100 bp was obtained from both ends of all the fragments obtained by fragmenting the genome containing the inserted DNA fragment by sequencing. Reads containing the above 7 types (LB-1 to RB-4) of the fragment sequences in either end sequence were extracted from the sequence data. Further, based on the index adapter sequence information of all the extracted leads, the lead at the opposite end to which the index adapter paired with the index adapter is coupled was extracted (FIG. 3).
Mapping the extracted sequence information (read) group using the inserted sequences other than the above LB-1 to LB-3 and RB-1 to RB-4 as a reference (paste a sequence highly homologous to the reference to that part) Then, the sequence group which is not mapped was obtained. A sequence group that has not been mapped is likely to contain a non-reference or genomic sequence. When this unmapped sequence group is subjected to a rice genome BLAST search (Oryza sativa (rice) Nucleotide BLAST; https://blast.ncbi.nlm.nih.gov/Blast.cgi?PAGE_TYPE=BlastSearch&BLAST_SPEC=OGP__4530__9512) Of these, it was found that these sequences were highly homologous at specific positions on chromosomes 3 and 12 (around 24,697, 53 bp of rice chromosome AP008209 and 7,164,931 bp of rice chromosome NC_008405). .
本組換えイネゲノムを鋳型とし、3番染色体及び12番染色体の導入推定場所を挟むように設計したプライマー及び挿入配列の中で特異性の高い部分に設計した下記の表に示すプライマーセットを用いPCRし、増幅産物のDNAゲル抽出を行った後にTOPO TA Cloning Vector(Invitrogen)にクローニングした。下記のプライ−マーの位置は、図2に示す。
3番染色体AP008209及び12番染色体NC_008405への挿入位置についてはNCBI BLASTのBLAST Assembled RefSeq Genomes(Oryza sativa)で検索することで確認した。
PCR using this recombinant rice genome as a template, primers designed to sandwich the presumed place of introduction of chromosomes 3 and 12 and the primer set shown in the table below designed in the highly specific part of the inserted sequence Then, the amplified product was subjected to DNA gel extraction and then cloned into TOPO TA Cloning Vector (Invitrogen). The positions of the following primers are shown in FIG.
The insertion position into chromosome 3 AP008209 and chromosome 12 NC_008405 was confirmed by searching with NCBI BLAST BLAST Assembled RefSeq Genomes (Oryza sativa).
供与核酸の挿入に伴い、挿入位置近傍の機能を有する遺伝子が破壊されるか否かをNCBIのBLASTで検索することにより確認した。
本組換えイネ(#51A)における供与核酸のイネ3番染色体導入部位について解析した結果を図4に示す。ゲノムへの導入部位をシークエンス確認した結果、本組換えイネ(#51A)において、導入した供与核酸は、イネ3番染色体AP008209の24,697,531に挿入されたことが明らかとなった。なお、供与核酸の挿入に伴い、イネ3番染色体AP008209のゲノムDNA 18bp(24,697,513-24,697,530:GATGTCAAGCTCCTCTAT)(配列番号11)が欠失している。2012年9月19日に登録された最新のゲノム情報により、挿入部位上流に登録されている遺伝子Os03g0627500(24,685,816-24,694,363)の3’末端は、挿入部位24,697,531から3,168bp離れており、図4から分かるように、Os03g0627500のエキソン間には挿入されていない。なお、Os03g0627500はhypothetical proteinと登録されており、明らかな機能が同定されている翻訳領域ではない。また、挿入部位はOs03g0627500の下流に位置しているため、Os03g0627500のプロモーター領域および翻訳開始点には関与していない。並びに、挿入部位下流に登録されている遺伝子Os03g0628800(24,749,451-24,757,823)の5’末端は、挿入部位24,697,531から51,920bp離れており、挿入部位近傍がOs03g0628800のプロモーター領域とは考えにくく、図4から分かるように、挿入部位はOs03g0628800のエキソン間には挿入されていない。なお、Os03g0628800はhypothetical proteinと登録されており、明らかな機能が同定されている翻訳領域ではない。また、Os03g0628800の翻訳開始点はイネ3番染色体AP008209の24,749,575-24,749,577であるため、挿入部位はOs03g0628800の翻訳開始点には関与していない。
以上のことから、挿入部位近傍に登録されている遺伝子を調べたところ、供与核酸の挿入により機能を有する遺伝子の破壊は認められなかった。
It was confirmed by searching with NCBI BLAST whether or not a gene having a function in the vicinity of the insertion position was destroyed as the donor nucleic acid was inserted.
FIG. 4 shows the results of analyzing the chromosome 3 introduction site of the donor nucleic acid in this recombinant rice (# 51A). As a result of confirming the sequence of introduction into the genome, it was revealed that in this recombinant rice (# 51A), the introduced donor nucleic acid was inserted into 24,697,531 of rice chromosome 3 AP008209. As the donor nucleic acid is inserted, the genomic DNA 18bp (24,697,513-24,697,530: GATGTCAAGCTCCTCTAT) (SEQ ID NO: 11) of rice chromosome 3 AP008209 is deleted. According to the latest genome information registered on September 19, 2012, the 3 ′ end of the gene Os03g0627500 (24,685,816-24,694,363) registered upstream of the insertion site is 3,168 bp away from the insertion site 24,697,531, As you can see, it is not inserted between exons of Os03g0627500. Note that Os03g0627500 is registered as a hypothetical protein and is not a translation region for which an apparent function has been identified. Further, since the insertion site is located downstream of Os03g0627500, it is not involved in the promoter region and translation start point of Os03g0627500. In addition, the 5 'end of the gene Os03g0628800 (24,749,451-24,757,823) registered downstream of the insertion site is 51,920 bp away from the insertion site 24,697,531, and the vicinity of the insertion site is unlikely to be the promoter region of Os03g0628800. Thus, the insertion site is not inserted between exons of Os03g0628800. Note that Os03g0628800 is registered as a hypothetical protein and is not a translation region for which an apparent function has been identified. Moreover, since the translation start point of Os03g0628800 is 24,749,575-24,749,577 of rice chromosome AP008209, the insertion site is not involved in the translation start point of Os03g0628800.
From the above, when the genes registered in the vicinity of the insertion site were examined, the functional gene was not destroyed by the insertion of the donor nucleic acid.
本組換えイネ(#51A)における供与核酸のイネ12番染色体導入部位について解析した結果を図5に示す。
ゲノムへの導入部位をシークエンス確認した結果、本組換えイネ(#51A)において、導入した供与核酸は、イネ12番染色体NC_008405の7,164,931に挿入されたことが明らかとなった。なお、供与核酸の挿入に伴い、イネ12番染色体AP008218のゲノムDNA 150bp(7,164,932-7,165,081: CCCACTTAGCTAGCTTGCAATTGAGATCTTGCAGAGAATTGTGAAGATCTAGAGCTATAGCCATGGCTCTGCAAGTGCAAGGCCTTGTGGACTGGAGGGGAAGACCGGTTGATCCCAGGAGGCATGGTGGTCTGAAGGCAGTAATGTTCA)(配列番号12)が欠失していた。
挿入部位に登録されているOs12g231000(7,164,860-7,170,071)の遺伝子情報は、The Rice Annotation Database Projectにより2008年に最新版が更新され、2010年6月8日にGenbankに登録されている( NM_001072977.1)。2013年10月29日現在、イネにおける本遺伝子の機能および制御を解明した文献は該当しない。遺伝子配列相同性検索より、Os12g231000がコードするタンパク質にはPeptide transporter (PTR) 2ファミリーに該当するドメインが保存されて存在している。シロイヌナズナにおいて、同一ファミリーに属するタンパク質AtPTR2の発現・機能が研究されており、広範囲の植物組織で遺伝子発現が見られ、多種類のジペプチドを細胞膜内外に輸送する働きをすることが知られている。
図5から分かるように、供与核酸は12番染色体においてOs12g231000遺伝子の翻訳領域を分断しておらず、そのプロモーター領域に挿入されている。FASTA解析により挿入部位を確認したところ、導入配列はプロモーター領域の上流域に位置しており、転写複合体形成にはほぼ影響しない部位であると想定された。
FIG. 5 shows the results of analysis of the rice chromosomal introduction site of the donor nucleic acid in this recombinant rice (# 51A).
As a result of confirming the sequence of introduction into the genome, it was revealed that in this recombinant rice (# 51A), the introduced donor nucleic acid was inserted into 7,164,931 of rice chromosome 12 NC_008405. As the donor nucleic acid was inserted, genomic DNA 150bp (7,164,932-7,165,081: CCCACTTAGCTAGCTTGCAATTGAGATCTTGCAGAGAATTGTGAAGATCTAGAGCTATAGCCATGGCTCTGCAAGTGCAAGGCCTTGTGGACTGGAGGTGAAGACCGGTTGATCCTGTGAGGCATGCTGGT
The gene information of Os12g231000 (7,164,860-7,170,071) registered in the insertion site was updated in 2008 by The Rice Annotation Database Project and registered in Genbank on June 8, 2010 (NM_001072977.1 ). As of October 29, 2013, the literature that elucidated the function and regulation of this gene in rice is not relevant. From the gene sequence homology search, the protein encoded by Os12g231000 contains a domain corresponding to the Peptide transporter (PTR) 2 family. In Arabidopsis thaliana, the expression and function of the protein AtPTR2 belonging to the same family has been studied, and gene expression is observed in a wide range of plant tissues, and it is known to function to transport many types of dipeptides into and out of the cell membrane.
As can be seen from FIG. 5, the donor nucleic acid does not divide the translated region of the Os12g231000 gene in chromosome 12, but is inserted into the promoter region. When the insertion site was confirmed by FASTA analysis, the introduced sequence was located in the upstream region of the promoter region, and was assumed to be a site that hardly affects transcription complex formation.
3−3.PCRによる確認
本組換えイネ(#51A) 3番染色体及び12番染色体への供与核酸の導入を再度確認するため、各染色体の導入部位に特異的なプライマーを設計した。得られた本組換えイネ(#51A)ゲノムDNA 25 ngを鋳型に、プライマーセットch3 51A-F1・ch3 51A-R1およびプライマーセットch12 51A-F1・ch12 51A-R1を用いてPCRを行った。PCR反応はGeneAmp PCR System 9700(Applied Biosystems)を使用し、増幅は94℃ 30秒・60℃ 30秒・72℃ 1分を35サイクル行い、2.0%Agarose gelにて100 V 25分電気泳動し、PCR産物の有無を確認した。
3番染色体導入確認用プライマー
ch3 51A-F1:5’-GGCCAGCTGCACAACCCTCA-3’(配列番号13)
ch3 51A-R1:5’-TCCAGGCACTTCCCTGCTGT-3’(配列番号14)
増幅断片長:945bp
Ch3 51A-F1とch3 51A-R1はイネゲノムDNA配列の相補鎖として設計したプライマーである。
12番染色体導入確認用プライマー
ch12 51A-F1:5’- GGAGTCAAGACTGCGACACA-3’(配列番号15)
ch12 51A-R1:5’-CATTGTGCCATGCAGGTAGC-3’(配列番号16)
増幅断片長:900bp
Ch12 51A-F1とch12 51A-R1はイネゲノムDNA配列の相補鎖として設計したプライマーである。
3-3. Confirmation by PCR In order to reconfirm the introduction of the donor nucleic acid into chromosomes 3 and 12 of this recombinant rice (# 51A), a primer specific to the introduction site of each chromosome was designed. Using the obtained recombinant rice (# 51A) genomic DNA (25 ng) as a template, PCR was performed using primer set ch3 51A-F1 · ch3 51A-R1 and primer set ch12 51A-F1 · ch12 51A-R1. PCR was performed using GeneAmp PCR System 9700 (Applied Biosystems), amplification was carried out at 94 ° C for 30 seconds, 60 ° C for 30 seconds, 72 ° C for 1 minute for 35 cycles, and electrophoresed on a 2.0% Agarose gel at 100 V for 25 minutes. The presence or absence of a PCR product was confirmed.
Primer for confirming the introduction of chromosome 3
ch3 51A-F1: 5'-GGCCAGCTGCACAACCCTCA-3 '(SEQ ID NO: 13)
ch3 51A-R1: 5'-TCCAGGCACTTCCCTGCTGT-3 '(SEQ ID NO: 14)
Amplified fragment length: 945 bp
Ch3 51A-F1 and ch3 51A-R1 are primers designed as complementary strands of rice genomic DNA sequences.
Primer for confirming chromosome 12 introduction
ch12 51A-F1: 5'- GGAGTCAAGACTGCGACACA-3 '(SEQ ID NO: 15)
ch12 51A-R1: 5'-CATTGTGCCATGCAGGTAGC-3 '(SEQ ID NO: 16)
Amplified fragment length: 900bp
Ch12 51A-F1 and ch12 51A-R1 are primers designed as complementary strands of rice genomic DNA sequences.
さらに、以下のプライマーも使用した。
131out2:5’-CTTTCTTTTGAACTGAACGGG-3’ (配列番号17)
10TLseq5B:5’-AGTGGGTAGTGGTTACTAGT-3’ (配列番号18)
RAP-R:5’-TGTCAATGCATCCAAGTAAAC-3’ (配列番号19)
131out2は、CTB発現カセットの13kDaプロラミンプロモーター(1256bp)上の1118から1138bpの配列の相補鎖として設計したプライマーである。
10TLseq5Bは、RNAiカセットの10kDaプロラミンターミネーター(643bp)上の532から552bpの配列で設計したプライマーである。
RAP-Rは、RNAiカセットのRAPイントロン(995bp)上の898から918bpの配列の相補鎖としてで設計したプライマーである。
In addition, the following primers were also used.
131out2: 5'-CTTTCTTTTGAACTGAACGGG-3 '(SEQ ID NO: 17)
10TLseq5B: 5'-AGTGGGTAGTGGTTACTAGT-3 '(SEQ ID NO: 18)
RAP-R: 5'-TGTCAATGCATCCAAGTAAAC-3 '(SEQ ID NO: 19)
131out2 is a primer designed as a complementary strand of a sequence of 1118 to 1138 bp on the 13 kDa prolamin promoter (1256 bp) of the CTB expression cassette.
10TLseq5B is a primer designed with a sequence of 532 to 552 bp on the 10 kDa prolamin terminator (643 bp) of the RNAi cassette.
RAP-R is a primer designed as a complementary strand of the 898 to 918 bp sequence on the RAP intron (995 bp) of the RNAi cassette.
PCRの結果を図6Aに示す。
図6Aから分かるように、3番染色体導入確認用プライマーch3 51A-F1・ch3 51A-R1の組み合わせによるPCRでは、非組換えイネの日本晴を鋳型とした場合、想定される945bpのバンドが増幅されたのに対し、本組換えイネ(#51A)では、目的バンドが増幅されてこない。これはイネ3番染色体AP008209・24,697,531bpに供与核酸が挿入されることにより、増幅長である945bpから大きくなるためと考えられた。
一方で、3番染色体導入確認用プライマーch3 51A-F1・131out2、又は10TLseq5B・ch3 51A-R1を組み合わせたPCRでは、非組換えイネの日本晴は供与核酸を持たないため増幅されてこない。これに対し、本組換えイネ(#51A)では、いずれのプライマーの組み合わせにおいてもTAIL-PCRにより確認した供与核酸の3番染色体導入部位から計算される560bp、および1201bpのサイズに該当するバンドを検出することができた。
従って、本組換えイネ(#51A)第6世代においてイネ3番染色体AP008209・24,697,531に、供与核酸が導入されていることが確認できた。
The results of PCR are shown in FIG. 6A.
As can be seen from FIG. 6A, in the PCR using the combination of primers ch3 51A-F1 and ch3 51A-R1 for confirming the introduction of chromosome 3, an expected 945 bp band was amplified when Nipponbare of non-recombinant rice was used as a template. In contrast, the target band is not amplified in this recombinant rice (# 51A). This was thought to be due to the increase in amplification length from 945 bp due to the insertion of donor nucleic acid into rice chromosome 3 AP008209 · 24,697,531 bp.
On the other hand, in the PCR combining the chromosome 3 confirmation primer ch3 51A-F1 · 131out2 or 10TLseq5B · ch3 51A-R1, the non-recombinant rice Nipponbare does not have a donor nucleic acid and thus is not amplified. In contrast, in this recombinant rice (# 51A), bands corresponding to sizes of 560 bp and 1201 bp calculated from the introduction site of chromosome 3 of the donor nucleic acid confirmed by TAIL-PCR in any combination of primers. I was able to detect it.
Therefore, it was confirmed that the donor nucleic acid was introduced into the rice chromosome 3 AP008209 · 24,697,531 in the sixth generation of this recombinant rice (# 51A).
また、図6Bから分かるように、12番染色体導入確認用プライマーch12 51A-F1・ch12 51A-R1の組み合わせによるPCRでは、非組換えイネの日本晴を鋳型とした場合、想定される900bpのバンドが増幅されたのに対し、本組換えイネ(#51A)では、目的バンドが増幅されてこない。これはイネ12番染色体・NC_008405・7,164,931bpに供与核酸が挿入されることにより、増幅長である900bpから大きくなるためと考えられた。
一方で、12番染色体導入確認用プライマーch12 51A-F1・131out2、またはRAP-R・ch12 51A-R1を組み合わせたPCRでは、非組換えイネの日本晴は供与核酸を持たないため増幅されてこない。これに対し、本組換えイネ(#51A)では、いずれのプライマーの組み合わせにおいてもTAIL-PCRにより確認した供与核酸の12番染色体導入部位から計算される339bp、および757bpのサイズに該当するバンドを検出することができた。
従って、本組換えイネ(#51A)第6世代においてイネ12番染色体NC_008405・7,164,931に、供与核酸が導入されていることが確認できた。
In addition, as can be seen from FIG. 6B, in the PCR using the combination of primers ch12 51A-F1 and ch12 51A-R1 for confirming the introduction of chromosome 12, when using Nipponbare of non-recombinant rice as a template, an expected 900 bp band is obtained. In contrast, the target band was not amplified in this recombinant rice (# 51A). This was thought to be due to the increase in the amplification length from 900 bp due to the insertion of the donor nucleic acid into the chromosome 12 of rice, NC_008405, 7,164,931 bp.
On the other hand, in the combination PCR with the chromosome 12 confirmation primer ch12 51A-F1 · 131out2 or RAP-R · ch12 51A-R1, the non-recombinant rice Nipponbare does not have a donor nucleic acid and thus is not amplified. In contrast, in this recombinant rice (# 51A), in any primer combination, bands corresponding to sizes of 339 bp and 757 bp calculated from the chromosome 12 introduction site of the donor nucleic acid confirmed by TAIL-PCR were used. I was able to detect it.
Therefore, it was confirmed that the donor nucleic acid was introduced into the chromosome 12 NC_008405 · 7,164,931 in the sixth generation of this recombinant rice (# 51A).
4.染色体導入配列の確認(PCR産物の配列確認)
イネ3番染色体およびイネ12番染色体に挿入された供与核酸の塩基配列全長について、次のような条件にて行ったPCR産物の配列確認を行うことで評価した。
4−1.PCR
本組換えイネ(#51A)第6世代(種子バンクに相当)のイネ幼若葉2 gを細かく刻み、Nucleon PhytoPure(GE Healthcare)を用いてゲノムDNAの抽出を行った。
イネ3番染色体の配列確認
得られた本組換えイネ(#51A)ゲノムDNA 500 ngを鋳型に、TaKaRa LA Taq HS(タカラバイオ)を用いてプライマーセットch3 51A-F1・51A LongPCR-Rおよび51A LongPCR-F・ch3 51A-R1の組み合わせでPCRを行った。増幅は98℃ 10秒・60℃ 30秒・72℃ 7分を35サイクル行った。
イネ12番染色体の配列確認
得られた本組換えイネ(#51A)ゲノムDNA 500 ngを鋳型に、TaKaRa LA Taq HS(タカラバイオ)を用いてプライマーセットch12 51A-F1・CTB-RおよびCTB-F・ch12 51A-R1の組み合わせでPCRを行った。増幅は98℃ 10秒・60℃ 30秒・72℃ 4分30秒を35サイクル行った。
得られたPCR Productを0.7%Aarose gelにて100 V 25分電気泳動を行い、増幅されたバンドをゲルから切り出し、DNAゲル抽出を行った後にTOPO TA Cloning Vector(Invitrogen)にクローニングした。
4). Confirmation of chromosomal transfer sequence (confirmation of PCR product sequence)
The full length nucleotide sequence of the donor nucleic acid inserted into rice chromosome 3 and rice chromosome 12 was evaluated by confirming the sequence of the PCR product performed under the following conditions.
4-1. PCR
The recombinant rice (# 51A) 6th generation (corresponding to a seed bank) rice young leaves 2 g was finely minced, and genomic DNA was extracted using Nucleon PhytoPure (GE Healthcare).
Confirmation of the sequence of rice chromosome 3 Using the obtained recombinant rice (# 51A) genomic DNA (500 ng) as a template, TaKaRa LA Taq HS (Takara Bio) and primer set ch3 51A-F1, 51A LongPCR PCR was performed with a combination of -R and 51A LongPCR-F · ch3 51A-R1. Amplification was performed 35 cycles of 98 ° C. for 10 seconds, 60 ° C. for 30 seconds, and 72 ° C. for 7 minutes.
Confirmation of the sequence of rice chromosome 12 Using the obtained recombinant rice (# 51A) genomic DNA (500 ng) as a template and using TaKaRa LA Taq HS (Takara Bio), primer sets ch12 51A-F1, CTB-R and CTB- PCR was performed with a combination of F · ch12 51A-R1. Amplification was performed 35 cycles of 98 ° C for 10 seconds, 60 ° C for 30 seconds, 72 ° C for 4 minutes 30 seconds.
The obtained PCR product was electrophoresed on 0.7% Aarose gel at 100 V for 25 minutes, the amplified band was excised from the gel, extracted with DNA gel, and then cloned into TOPO TA Cloning Vector (Invitrogen).
4−2.シークエンス解析
プラスミドを精製し、TOPO TA Cloning Vector上に設計したT3 プライマーおよびT7プライマー、ならびに内部に設計したシークエンス用プライマー15種類を用いて塩基配列確認を行った。
シークエンスに使用したプライマーを下記の表に示す。
実際の構造(供与核酸)と設計上の構造では、図7で示した点線で囲まれた3ヶ所において、異なる構造となっていた。なお、3番染色体には、2コピーの供与核酸がタンデムに挿入されていた。
(1)LB 25bpのうち、5’側の9bp(GGTGGCAGG)が欠失している。
(2)RB 25bpとその上流領域43bp、LB 25bpとその下流領域13bp、合わせて106bpが欠失している。
(3)RB 25bpのうち、3’側の20bp(CAGGATATATTGGCGGGTAA)(配列番号48)が欠失している。
4-2. Sequence analysis The plasmid was purified, and the nucleotide sequence was confirmed using T3 primer and T7 primer designed on TOPO TA Cloning Vector, and 15 kinds of sequencing primers designed inside.
The primers used in the sequence are shown in the table below.
(1) Of LB 25 bp, 9 bp (GGTGGCAGG) on the 5 ′ side is deleted.
(2) RB 25bp and its upstream region 43bp, LB 25bp and its downstream region 13bp, 106bp in total are deleted.
(3) Among 25 bp of RB, 3 ′ 20 bp (CAGGATATATTGGCGGGTAA) (SEQ ID NO: 48) is deleted.
4−4.12番染色体への導入配列と設計上の構造との違い
実際の構造(供与核酸)と設計上の構造では、図8で示した点線で囲まれた2ヶ所において、異なる構造となっていた。
(1)LB 25bpその下流領域96bp、合わせて121bpが欠失している。
(2)RNAiカセットの13kDa プロラミン45bp 部分配列、グルテリンB1 228bp部分配列、RAPイントロン5’側の一部、10kDaプロラミンターミネーターを含んだ1018bp、RB 25bpとその上流領域326bp、合わせて1344bpが欠失している。
4-4. Difference between the sequence introduced into chromosome 12 and the designed structure In the actual structure (donor nucleic acid) and the designed structure, the two structures surrounded by the dotted line shown in FIG. It was.
(1) LB 25bp, downstream region 96bp, 121bp in total is deleted.
(2) RNAi cassette 13kDa prolamin 45bp partial sequence, glutelin B1 228bp partial sequence, part of RAP intron 5 'side, 1018bp including 10kDa prolamin terminator, RB 25bp and upstream region 326bp, 1344bp in total were deleted ing.
5.TAIL-PCRによる挿入部位の確認
外来性DNAのゲノム中の挿入位置は、従来はTIAL-PCR法(非特許文献1)によって確認されていた。そこで、本発明の方法によって明かになった、3番染色体と12番染色体の挿入位置について、TAIL-PCR法を用いて確認を行った(Liu et al., Genomics 25:674-681 1995)。
PCR反応には以下のプライマーを使用した。
Random 1:5’-NGTCGASWGANAWGAA-3’(配列番号39)
Random 2:5’-GTNCGASWCANAWGTT-3’(配列番号40)
Random 3:5’-WGTGNAGWANCANAGA-3’(配列番号41)
TAILF 1:5’-TGTTATCCGCTCACAATTCCAC-3’(配列番号42)
TAILF 2:5’-CCAGCTGCATTAATGAATCGG-3’(配列番号43)
TAILF 3:5’-AGAGGCGGTTTGCGTATTGGAG-3’(配列番号44)
TAILR 1:5’-CTGGGAAAACCCTGGCGTTA-3’(配列番号45)
TAILR 2:5’-GCCAGCTGGCGTTAATAGCGA-3’(配列番号46)
TAILR 3:5’-GAATGCTAGAGCAATTCGGCG-3’(配列番号47)
TAILF 1-3とTAILR 1-3は、各々、T-DNAのRBおよびLB近接領域を増幅するために使用した(図9B参照)。また、Random 1-3は、degenerateプライマーで、ゲノム配列にアニールするプライマーとして使用した。TAIL-PCRは、20μlの反応液で、TaKaRa LA Taq Hot Start Version(TaKaRa Bio社)とVeriti Thermal Cycler(Applied Biosystems社)を使用して行った。TAIL-PCRによる反応産物は、Wizard SV GelおよびPCR Clean-Up System(Promega社)を使用して精製し、それをpCR4 TOPTプラスミド(Invitrogen Life Technologies社)にクローニングし、シークエンスで配列の確認を行った。
その結果、3番染色体における挿入位置は、TAIL-PCR法によっても確認することができた(図9)。図9Aにおいて、矢頭で示しているバンドが、LBと3番染色体の隣接領域を含む増幅断片、RBと3番染色体の隣接領域を含む増幅断片である。
他方、12番染色体領域に相当する断片は増幅されてこなかったことから、TAIL-PCR法では、12番染色体における挿入DNAの存在を確認することができなかった。これは、12番染色体への導入遺伝子の3’側の一部が1,000bp以上欠損して導入されていたため、TAIL-PCRが走らなかったものと考えられる。しかしこの事実が未知の場合、TAIL-PCRによって導入部位を予測することは不可能である。このことから、本発明の方法によれば、従来法であるTAIL-PCR法では確認することができないような外来性DNAの挿入位置を、正確に特定することができることが示された。
5. Confirmation of Insertion Site by TAIL-PCR The insertion position of foreign DNA in the genome has been confirmed conventionally by the TIAL-PCR method (Non-patent Document 1). Thus, the insertion positions of chromosomes 3 and 12 revealed by the method of the present invention were confirmed using the TAIL-PCR method (Liu et al., Genomics 25: 674-681 1995).
The following primers were used in the PCR reaction.
Random 1: 5'-NGTCGASWGANAWGAA-3 '(SEQ ID NO: 39)
Random 2: 5'-GTNCGASWCANAWGTT-3 '(SEQ ID NO: 40)
Random 3: 5'-WGTGNAGWANCANAGA-3 '(SEQ ID NO: 41)
TAILF 1: 5'-TGTTATCCGCTCACAATTCCAC-3 '(SEQ ID NO: 42)
TAILF 2: 5'-CCAGCTGCATTAATGAATCGG-3 '(SEQ ID NO: 43)
TAILF 3: 5'-AGAGGCGGTTTGCGTATTGGAG-3 '(SEQ ID NO: 44)
TAILR 1: 5'-CTGGGAAAACCCTGGCGTTA-3 '(SEQ ID NO: 45)
TAILR 2: 5'-GCCAGCTGGCGTTAATAGCGA-3 '(SEQ ID NO: 46)
TAILR 3: 5'-GAATGCTAGAGCAATTCGGCG-3 '(SEQ ID NO: 47)
TAILF 1-3 and TAILR 1-3 were used to amplify the RB and LB adjacent regions of T-DNA, respectively (see FIG. 9B). Random 1-3 was a degenerate primer used as a primer that anneals to the genome sequence. TAIL-PCR was performed in 20 μl of reaction solution using TaKaRa LA Taq Hot Start Version (TaKaRa Bio) and Veriti Thermal Cycler (Applied Biosystems). TAIL-PCR reaction products were purified using Wizard SV Gel and PCR Clean-Up System (Promega), cloned into pCR4 TOPT plasmid (Invitrogen Life Technologies), and sequence confirmed. It was.
As a result, the insertion position in chromosome 3 could also be confirmed by the TAIL-PCR method (FIG. 9). In FIG. 9A, the band indicated by the arrowhead is an amplified fragment containing an adjacent region of LB and chromosome 3 and an amplified fragment containing an adjacent region of RB and chromosome 3.
On the other hand, since the fragment corresponding to the chromosome 12 region was not amplified, the presence of the inserted DNA in the chromosome 12 could not be confirmed by the TAIL-PCR method. This is probably because TAIL-PCR did not run because part of the 3 'side of the transgene to chromosome 12 was introduced with a deletion of 1,000 bp or more. However, if this fact is unknown, it is impossible to predict the introduction site by TAIL-PCR. From this, it was shown that according to the method of the present invention, the insertion position of the foreign DNA that cannot be confirmed by the conventional TAIL-PCR method can be accurately identified.
本発明は、任意の生物ゲノム中に挿入されたDNAの位置及び構造等を正確に確認する方法に関するものである。遺伝子を導入した生物や植物において、挿入遺伝子の位置を正確に把握しておくことは、遺伝子組換え作物や動物の管理上重要なことであるため、本発明は、動植物の育種の分野などにおいて、有用な技術を提供する。 The present invention relates to a method for accurately confirming the position and structure of DNA inserted into the genome of an arbitrary organism. Since it is important for the management of genetically modified crops and animals to accurately grasp the position of the inserted gene in the organism or plant into which the gene is introduced, the present invention is applied in the field of animal and plant breeding. Provide useful technology.
Claims (4)
(a)断片化した全ゲノムDNAの各断片の両端から配列を決定する工程、
(b)工程(a)で決定された配列から、前記外来性DNAの両端付近に存在するベクター由来の配列を抽出する工程、
(c)工程(b)で抽出した配列群に含まれる各配列とペアになる他端の配列を抽出する工程、
(d)工程(c)で抽出した配列群を、外来性DNA配列であって、上記(b)の「ベクター由来の配列」とは異なる配列に対してマッピングし、マッピングされなかった配列を抽出する工程、
(e)工程(d)で抽出した配列群をゲノムDNA配列に対して相同性検索を行い、該抽出した配列群の配列と相同性のあるゲノムDNA配列上の位置を特定する工程 A method for determining an insertion position of an exogenous DNA on a genomic DNA into which the exogenous DNA has been inserted, comprising the following steps (a) to ( e ), wherein both ends of the exogenous DNA are derived from a vector: The method of claim 1, wherein
(A) determining a sequence from both ends of each fragment of the fragmented total genomic DNA;
(B) a step of extracting a vector-derived sequence existing near both ends of the exogenous DNA from the sequence determined in step (a),
(C) extracting a sequence at the other end paired with each sequence included in the sequence group extracted in step (b);
(D) The sequence group extracted in step (c) is a foreign DNA sequence and is mapped to a sequence different from the “ vector-derived sequence ” in (b) above, and an unmapped sequence is extracted. The process of
(E) A step of performing homology search for the sequence group extracted in step (d) with respect to the genomic DNA sequence, and specifying a position on the genomic DNA sequence having homology with the sequence of the extracted sequence group
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