对植物赋予高产性的核酸、制备产量增加的转基因植物的方法、使植物的产量增大的方法_3

文档序号:8926608阅读:来源:国知局
冬酰胺酸(Asp)、71的天冬胺酸(Asp)、73的苏 氨酸(Thr)、74的精氨酸(Arg)、77的缬氨酸(Val)、79的丙氨酸(Ala)、80的亮氨酸(Leu)、 81的亮氨酸(Leu)、82的精氨酸(Arg)、84的半胱氨酸(Cys)、86的酪氨酸(Tyr)、87的谷氨 酸(Glu)、88的缬氨酸(Val)、91的丙氨酸(Ala)、93的天冬酰胺(Asn)、94的甘氨酸(Gly)、 97的丙氨酸(Ala)、98的色氨酸(Trp)、101的亮氨酸(Leu)、102的谷氨酸(Glu)、103的天冬 胺酸(Asp)、106的天冬酰胺(Asn)、108的异亮氨酸(lie)、109的天冬酰胺酸(Asp)、111的 缬氨酸(Val)、112的亮氨酸(Leu)、113的苏氨酸(Thr)、114的谷氨酸(Glu)、115的缬氨酸 (Val)、117的蛋氨酸(Met)、118的脯氨酸(Pro)、121的丝氨酸(Ser)、122的甘氨酸(Gly)、 123的异亮氨酸(lie)、125的亮氨酸(Leu)、126的亮氨酸(Leu)、129的异亮氨酸(lie)、 132的组氨酸(His)、138的异亮氨酸(lie)、139的脯氨酸(Pro)、140的缬氨酸(Val)、141 的异亮氨酸(lie)、142的蛋氨酸(Met)、143的蛋氨酸(Met)、144的丝氨酸(Ser)、145的丝 氨酸(Ser)、147的天冬胺酸(Asp)、149的蛋氨酸(Met)、152的缬氨酸(Val)、153的苯丙氨 酸(Phe)、154的赖氨酸(Lys)、155的半胱氨酸(Cys)、156的亮氨酸(Leu)、157的丝氨酸 (Ser)、158的赖氨酸(Lys)、159的甘氨酸(Gly)、160的丙氨酸(Ala)、161的缬氨酸(Val)、 162的天冬胺酸(Asp)、163的苯丙氨酸(Phe)、164的亮氨酸(Leu)、165的缬氨酸(Val)、 166的赖氨酸(Lys)、167的脯氨酸(Pro)、169的精氨酸(Arg)、170的赖氨酸(Lys)、171的 天冬酰胺(Asn)、172的谷氨酸(Glu)、173的亮氨酸(Leu)、174的赖氨酸(Lys)、176的亮氨 酸(Leu)的氨基酸残基未被取代而保存。在本申请说明书中,将这些氨基酸残基称为"假受 体(PR)结构域保守氨基酸"。
[0157] 在PR结构域的氨基酸序列中,进一步优选除上述的"假受体(PR)结构域保守氨 基酸"以外,序列号3的氨基酸编号68的谷氨酸(Glu)、72的丝氨酸(Ser)、75的谷酰胺 (Gin)、76的缬氨酸(Val)、78的丝氨酸(Ser)、89的异亮氨酸(lie)、90的脯氨酸(Pro)、92 的谷氨酸(Glu)、100的酪氨酸(Tyr)、105的谷酰胺(Gin)、110的亮氨酸(Leu)、127的丝氨 酸(Ser)、134的异亮氨酸(lie)、135的半胱氨酸(Cys)、136的赖氨酸(Lys)、146的天冬酰 胺(Asn)、175的天冬酰胺(Asn)的氨基酸残基也未被取代而保存。另外,关于氨基酸编号 68的谷氨酸(Glu),也可以为序列号5的氨基酸编号68的天冬胺酸(Asp)。另外,在PR结 构域的氨基酸序列中,进一步优选除上述的"假受体(PR)结构域保守氨基酸"以外,序列号 3的氨基酸编号62的异亮氨酸(lie)、65的亮氨酸(Leu)、96的谷酰胺(Gin)、131的天冬酰 胺(Asn)、137的天冬酰胺(Asn)、150的甘氨酸(Gly)、168的异亮氨酸(lie)的氨基酸残基 也未被取代而保存。
[0158]在CCT基序的氨基酸序列中,优选序列号3的氨基酸编号676的谷酰胺(Gin)、 678的谷氨酸(Glu)、682的丙氨酸(Ala)、683的丙氨酸(Ala)、686的赖氨酸(Lys)、687的 苯丙氨酸(Phe)、688的精氨酸(Arg)、690的赖氨酸(Lys)、691的精氨酸(Arg)、692的赖 氨酸(Lys)、694的精氨酸(Arg)、696的苯丙氨酸(Phe)、698的赖氨酸(Lys)、699的赖氨酸 (Lys)、700的缬氨酸(Val)、701的精氨酸(Arg)、702的酪氨酸(Tyr)、703的谷酰胺(Gin)、 704的丝氨酸(Ser)、705的精氨酸(Arg)、706的赖氨酸(Lys)、708的亮氨酸(Leu)、709的 丙氨酸(Ala)、710的谷氨酸(Glu)、711的谷酰胺(Gin)、712的精氨酸(Arg)、713的脯氨酸 (Pro)、714的精氨酸(Arg)、715的缬氨酸(Val)、716的精氨酸(Arg)、717的甘氨酸(Gly)、 718的谷酰胺(Gln)、719的苯丙氨酸(Phe)、720的缬氨酸(Val)、721的精氨酸(Arg)的氨 基酸残基未被取代而保存。在本申请说明书中,将这些氨基酸残基称为"CCT基序保守氨基 酸"。
[0159] 另外,在CCT基序的氨基酸序列中,进一步优选除上述的"CCT基序保守氨基酸"以 外,序列号3的氨基酸编号677的谷酰胺(Gin)、氨基酸编号695的天冬氨酸(Asn)、697的 甘氨酸(Gly)、707的精氨酸(Arg)、722的谷酰胺(Gin)的氨基酸残基也未被取代而保存。 另外,关于氨基酸编号677的谷氨酸(Glu),也可以为序列号5的氨基酸编号679的精氨酸 (Arg)。另外,在CCT基序的氨基酸序列中,进一步优选除上述的"CCT基序保守氨基酸"以 外,序列号3的氨基酸编号689的谷氨酰胺(Gin)、693的谷氨酸(Glu)的氨基酸残基也未 被取代而保存。
[0160] 本申请说明书中的与PR结构域具有同一性的氨基酸序列可以保持PR结构域保守 氨基酸,且在PR结构域的氨基酸序列中,未对PR结构域保守氨基酸以外的氨基酸进行修 饰。
[0161] 本申请说明书中的与CCT基序具有同一性的氨基酸序列可以保持CCT基序保守氨 基酸,且在CCT基序氨基酸序列中,未对CCT基序保守氨基酸以外的氨基酸进行修饰。
[0162] 这些氨基酸的修饰可以为氨基酸的缺失、取代、插入和/或添加。另外,氨基酸的 取代也可以为保守取代,其对特定的氨基酸残基利用具有类似的物理化学特性的残基进行 取代。保守取代的非限定性的例子包含Ile、Val、Leu或Ala互相的取代这样的含有脂肪族 基团的氨基酸残基之间的取代、Lys及Arg、Glu及Asp、Gin及Asn相互的取代这样的极性 基团残基之间的取代等。
[0163] (c)具有抑制LHY(LateElongatedHypocotyl)基因及CCA1(Circadian Clock-Associated1)基因的转录的活性
[0164] 本发明人等发现,位于长雄野生稻的第7染色体末端,且具有序列号2所示碱基序 列的PRR基因、及位于"日本晴"的第7染色体末端,且具有序列号4所示碱基序列的PRR 基因(0sPRR37)为与高产性有关的基因。这些PRR蛋白质被归类为PRR7,PRR7蛋白质具 有对LHY(LateElongatedHypocotyl)基因及CCA1(CircadianClock-Associated1)基 因转录进行抑制的活性。即,在申请说明书中,PRR7蛋白质具有抑制LHY(LateElongated Hypocotyl)基因及CCA1(CircadianClock-Associated1)基因的转录的活性。
[0165] 如下述的实施例所示通过使由源自长雄野生稻的PRR7的启动子与源自日本晴的 PRR7结构基因可操作地连接而成的核酸导入植物,可增大植物的产量,即对该植物赋予高 产性。因此,在得到本发明的效果时,本发明的源自长雄野生稻的PRR7的启动子发挥重要 的作用。
[0166] 并且,本发明为如下得到的核酸:将与序列号3所示氨基酸序列或序列号5所示氨 基酸序列具有至少65%、70%、75%、80%、85%、90%、95%、97%或者99%的同一性的氨 基酸序列、且编码在与源自长雄野生稻的PRR7基因的启动子可操作地连接时具有增大植 物产量的活性的蛋白质进的核酸与源自长雄野生稻的PRR7基因的启动子可操作地连接而 成。将该核酸导入植物也可对植物赋予高产性。在本发明的优选的实施方式中,这样的核 酸可以对含有PR结构域和CCT基序的蛋白质进行编码、和/或对具有对LHY基因及CCA1 基因的转录进行抑制的活性的蛋白质进行编码。另外,该核酸可用作下述(3)~(6)中记 载的本发明的核酸。
[0167] (3)载体,其含有本发明的启动子或者含有将本发明的启动子与PRR7结构基因可 操作地连接而成的核酸
[0168] 本发明为单独含有本发明的启动子的载体、或者含有本发明的启动子与含有编码 PRR7蛋白质的碱基序列的核酸(PRR7的结构基因)可操作地连接而成的核酸的载体。这样 的载体用于对植物赋予高产性。
[0169] 并且,本发明为下述载体在对植物赋予高产性的用途:含有本发明的启动子与含 有对PRR7蛋白质进行编码的碱基序列的核酸(PRR7的结构基因)可操作地连接而成的核 酸。
[0170] 载体可简单地通过利用常规方法将期望的基因连接于本领域中可获得的重组用 载体来制备。在使用本发明的核酸对植物赋予高产性的情况下,植物转化用载体特别有用。 本发明中所使用的载体只要用于在植物细胞中实现本发明的目标效果就没有特别限定,例 如可以使用pBI系的载体、pBluescript系的载体、pUC系的载体等。作为pBI系的载体, 例如可以举出:pBI121、pBIlOl、pBIlOl. 2、pBIlOl. 3、pBI221等。从能够经由土壤杆菌向 植物导入目标DNA的方面考虑,优选pBI系的载体等双元载体。另外,作为pBluescript 系的载体,例如可以举出:pBluescriptSK(+)、pBluescriptSK(-)、pBluescriptII KS(+)、pBluescriptIIKS(-)、pBluescriptIISK(+)、pBluescriptIISK(-)等。作 为pUC系的载体,可以举出:pUC19、pUC119等。从能够向植物直接导入DNA的方面考虑, 优选pBluescript系的载体、pUC系载体。并且,也可优选使用pGreen系列(www.pgreen. ac.uk)、pCAMBIA系列(www.cambia.org)等双元载体或pSBll(Komarietal, 1996,Plant J,10:165-174)、pSB200(Komorietal, 2004,PlantJ, 37:315-325)等超级双元载体。
[0171]另外,上述载体优选包含含有转录产物的稳定化所需的多聚腺苷酸化位点的转录 终止子序列。该领域从业人员可适当地选择转录终止子序列。
[0172] 转录终止子序列只要具有作为转录终止部位的功能就没有特别限定,也可以为公 知的序列。例如可优选使用胭脂碱合成酶基因的转录终止区域(Nos终止子)、花椰菜花叶 病毒35S的转录终止区域(CaMV35S终止子)等。在上述重组表达载体中,通过将转录终止 子序列配置于适当的位置,可以在导入于植物细胞后对不必要地合成较长转录物的现象等 的发生进行防止。
[0173] 另外,上述重组表达载体中也可以进一步含有其它的DNA片段。该其它的DNA片 段没有特别限定,可以举出:转化体筛选标记物、增强子、用于提高翻译效率的碱基序列等。 另外,上述重组表达载体也可以进一步具有T-DNA区域。特别是在使用土壤杆菌将上述重 组表达载体导入植物体的情况下,T-DNA区域可提高基因导入的效率。
[0174] 作为转化体筛选标记物,例如可以使用药物抗性基因。作为这种药物抗性基因的 一个具体例子,例如可以举出:针对潮霉素、博来霉素、卡那霉素、庆大霉素、氯霉素等的药 物抗性基因(对抗生素卡那霉素或庆大霉素为抗性的新霉素磷酸转移酶基因、对潮霉素为 抗性的潮霉素磷酸转移酶基因)。另外,也可利用对除草剂膦丝菌素为抗性的草铵膦乙酰转 移酶基因等。由此,通过对在含有上述抗生素或除草剂的培养基中生长的植物体进行选择, 可容易地筛选进行了转化的植物体。
[0175] 作为用于提高翻译效率的碱基序列,例如可以举出:源自烟草花叶病毒的omega 序列。通过将该omega序列配置于启动子的非翻译区域(5'UTR),可提高上述融合基因的 翻译效率。
[0176] 另外,作为增强子,可以举出含有CaMV35S启动子内的上游侧的序列的增强子区 域。如上所述,在上述重组表达载体中,可以根据其目的而含有各种DNA片段。
[0177] 关于重组表达载体的构建方法也没有特别限定,只要在适宜选择的作为母体的载 体中以指定顺序导入本发明的启动子、PRR7的结构基因、及终止子序列、以及根据需要的上 述其它DNA片段即可。为了将上述基因插入作为母体的载体,可使用依据常规方法将提纯 的基因的DNA以适当的限制酶切断,并插入于适当的载体DNA的限制酶部位或多克隆位点 的方法等(例如,分子克隆(MolecularCloning) ,5. 61-5. 63)〇
[0178] 对本领域从业人员而言,可通过一般的基因工程技术适宜制备具有期望基因的载 体。通常,可通过利用市售的各种载体来容易地制备。
[0179] (4)导入了本发明的启动子和PRR7的结构基因的转基因植物
[0180] 并且,本发明为一种将含有本发明的启动子与含有编码PRR7蛋白质的碱基序列 的核酸(PRR7的结构基因)可操作地连接而成的核酸导入植物的转基因植物。上述核酸通 常被插入于适当的载体,导入于作为转化对象的植物细胞中。即,本发明提供一种持有上 述核酸或重组表达载体的植物细胞(转基因植物)。上述植物细胞包含各种形态的植物细 胞、例如悬浮培养细胞、原生质体、植物体中的细胞。另外,作为本发明的转化体,不仅包含 植物细胞,还包含植物体整体、植物器官(例如根、茎、叶、花瓣、种子、果实、成熟胚、未成熟 胚、胚珠、子房、苗端、花药、花粉等)、植物组织(例如表皮、韧皮部、软组织、木质部、维管束 等)、它们的切片、愈伤组织、芽原基、多芽体、毛状根及培养根等中的任一者。
[0181] 作为在宿主细胞内使上述基因表达的方法,可以举出:将上述基因导入适当的 载体,例如通过聚乙二醇法、土壤杆菌法、脂质体法、阳离子脂质体法、磷酸钙沉淀法、电 脉冲穿孔法(电穿孔)(CurrentprotocolsinMolecularBiologyedit.Ausubelet &1.(1987)?油11811.了〇111111167&5〇118.56(^1〇119.1-9.9)、脂质体介导法(6180)-8虬株式 会社制造)、微注射法、基因枪法等本领域从业人员公知的方法导入生物体内的方法。在本 发明中,可优选使用土壤杆菌法。在向植物体内导入本发明的基因的情况下,基因也可使用 微注射法、电穿孔法、聚乙二醇法等直接导入植物细胞,但也可以组入用于向植物导入基因 的质粒并将其作为载体,经由具有植物感染能力的病毒或者细菌,间接地导入植物细胞。作 为这种病毒,例如作为代表性的病毒,可以举出:花椰菜花叶病毒、烟草花叶病毒、双生病毒 群等,作为细菌,可以举出土壤杆菌等。在通过土壤杆菌法进行向植物的基因导入的情况 下,可以使用市售的质粒。
[0182] 另外,本发明不仅包含直接导入了上述核酸或载体的植物细胞,还包含使植物细 胞生长而成的植物体、该植物的后代、子孙或克隆的植物以及繁殖材料(例如种子、果实、 切穗、块茎、块根、植株、愈伤组织、原生质体等)。原子转基因植物细胞的植物体的再生可以 根据植物细胞的种类使用本领域从业人员公知的方法来进行。上述技术已经确立,并广泛 应用于本发明的技术领域,在本发明中,可优选使用上述方法。
[0183] 对转化的植物细胞进行再分化而再生植物体的方法根据植物细胞的种类而不 同,例如,若为稻,则可以举出:Fujimura等(PlantTissueCultureLett.2:74(1995)) 的方法,若为玉米,贝丨」可以举出:Shillito等(Bio/Technology7:581(1989))的方法和 Gorden-Kamm等(PlantCell2:603(1990))的方法。通过上述方法再生,且栽培的转基因 植物体中所导入的外来基因的存在可通过如下操作进行确认:通过公知的PCR法或DNA杂 交法对植物体中的DNA的碱基序列进行分析。此时,DNA自转基因植物体的提取可依据公 知的J.Sambrook等的方法(分子克隆(MolecularCloning)、第2版、冷泉港实验室出版社 (ColdSpringHarborLaboratoryPress),1989)实施。
[0184]例如,在使用PCR法对在再生的植物体中存在的本发明的基因进行分析的情况 下,以如上所述从再生植物体中提取的DNA作为模板进行扩增反应。另外,也可以使用具有 依据本发明的基因或者经修饰的基因的碱基序列而进行了适当选择的碱基序列而合成的 寡核苷酸作为引物,在混合了它们的反应液中进行扩增反应。在扩增反应中,若反复进行几 十次DNA的改性、退火、延伸反应,则可得到含有本发明的基因的碱基序列的DNA片段的扩 增产物。若将含有扩增产物的反应液供于例如琼脂糖电泳,则可使所扩增的各种DNA片段 分级,并对该DNA片段与本发明的基因对应情况进行确认。
[0185] 若一旦得到在基因组内导入有本发明的基因的转基因植物体,则可由该植物体通 过有性繁殖或无性繁殖得到子代。另外,也可以由该植物体或其子代或者克隆得到繁殖材 料,并以它们为基础批量生产该植物体。本发明中包含导入有本发明的基因或重组表达载 体的植物细胞、含有该细胞的植物体、该植物体的子代及克隆以及该植物体、其子代、及克 隆的繁殖材料。即,本发明中包含作为实施了转化处理的再分化一代的"T0代"、作为T0代 的植物的自体受精种子的"n代"等后代植物、及以它们作为一个亲本进行杂交而得到的杂 种植物或其后代植物。
[0186] 如上制备的植物体与通常的植物相比,可期待具有高产性这样的有利的特性。用 作本发明中进行转化的对象植物没有特别限定,可通过本发明的方法制备具有高产性的各 种转基因植物。
[0187] 在本发明的优选的实施方式中转化的植物为被子植物,优选为单子叶植物,进一 步优选为稻、玉米、高粱,最优选为稻和玉米。另外,本发明的优选实施方式中进行了转化的 植物为短日照植物。
[0188] 在下述的实施例中,示出制备导入了本发明的启动子和源自长雄野生稻的PRR结 构基因的转化玉米。
[0189] (5)制备使用本发明的启动子和PRR7的结构基因使产量增大的转基因植物的方 法
[0190] 并且,本发明为一种制备使产量增大的转基因植物的方法,其包括:将下述核酸导 入植物的工序:所述核酸是将本发明的启动子和含有编码PRR7蛋白质的碱基序列的核酸 (PRR7的结构基因)可操作地连接而成的。更具体而言,制备本发明的启动子序列和编码 PRR7蛋白质的的核酸(PRR7的结构基因)可操作地连接而成的核酸,并将所述核酸导入植 物细胞,由导入有核酸的上述植物细胞再生植物体,由此可制备使产量增大的转基因植物。 作为用于导入核酸的植物材料,例如可以举出:根、茎、叶、种子、成熟胚、未成熟胚、胚珠、子 房、苗端、花药、花粉等植物组织或其切片、细胞、愈伤组织、对其进行酶处理而除去了细胞 壁的原生质体等植物细胞,可优选使用成熟胚或未成熟胚。制备本发明的转基因植物的方 法没有特别限定,可以使用本技术领域中一般使用的各种植物的转化方法。例如可适宜使 用上述(4)中记载的转化方法。
[0191] 在本发明的优选实施方式中转化的植物为被子植物,优选为单子叶植物,进一步 优选为稻、玉米、高粱,最优选为稻和玉米。另外,本发明的优选的实施方式中转化的植物为 短日照植物。在下述的实施例中,示出通过将本发明的启动子和源自长雄野生稻的PRR结 构基因导入玉米,可对玉米赋予高产性。
[0192] (6)使植物的产量增大的方法
[0193] 并且,本发明为一种使植物的产量增大的方法,其包括:使核酸导入植物,所述核 酸通过使含有本发明的启动子序列和编码PRR7蛋白质的碱基序列的核酸(PRR7的结构基 因)可操作地连接而成。通过上述(2)中叙述的核酸导入植物,可增大植物的产量。本方法 中使用的PRR7蛋白质满足上述(2)中所规定的PRR7蛋白质的定义。即为与序列号3所示 氨基酸序列或序列号5所示氨基酸序列具有至少65%、70%、75%、80%、85%、90%、95%、 97 %、或者99 %的同一性的氨基酸序
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