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_2

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酸 序列或与其具有至少90%的同一性的氨基酸序列;且
[0107] (e)具有抑制LHY(LateElongatedHypocotyl)基因及CCA1(Circadian Clock-Associated1)基因的转录的活性。
[0108] 发明的效果
[0109] 通过将发明的可操作地连接本启动子和PRR7的结构基因而成的构建体导入植 物,可对植物赋予高产性。
【附图说明】
[0110] 图1为表示稻野生种长雄野生稻的染色体部分导入系统"No. 645"的基因型的图。 图1中涂抹的区域为源自长雄野生稻的染色体部分。
[0111] 图2为表示在第7染色体末端部发生重组且最末端以"No. 645"型或"Shiokari" 型固定的7个个体的基因型的图。
[0112] 图3为生长旺盛性基因周边的物理谱图。4个Fosmid克隆和实施例2中制备的7 个构建体(Frl至Fr7)的关系示于该图。
[0113] 图4为表示将Fr4片段导入稻品种"Shiokari"中形成的转化体(Fr4-4)的穗的 照片。图4的左面表示不具有Fr4片段的基因缺失个体,右面表示具有Fr4片段的基因持 有个体。
[0114] 图5为表示导入了以泛素启动子控制的含有源自长雄野生稻的PRR基因的编码区 域的构建体的转化体的穗(左)、和导入了仅含有对照的选择标记物基因的构建体的转化 体的穗(右)的图。左面由于未成熟,因此稻皮是绿色的,右面由于已成熟,因此,稻皮发黄。 另外,左面还可见大幅开颖的未闭颖的颖花(箭头)。
[0115] 图6为表示利用分离的日本晴来源、长雄野生稻来源、高粱来源、及拟南芥来源的 PRR7基因的翻译区域所编码的氨基酸序列的序列对比的图。假受体结构域(红括号)和 CCT基序(蓝括号)参考Takataetal.,(2010)BMCEvolutionaryBiology10:126。
[0116] 图7为表示利用分离的日本晴来源、长雄野生稻来源、高粱来源、及拟南芥 来源的PRR7基因的翻译区域所编码的氨基酸序列的同一性(identity) %和相似性 (similarity) %的值的图。使用基因分析软件Genetyx(注册商标)网络版ver. 11. 0. 4(株 式会社Genetyx)以默认设定(将Unitsizetocompare设定为2)实行Proteinvs ProteinGlobalHomology,由此求出同一性(identity) %和相似性(similarity) %。
[0117] 图8为将制备⑴含有源自长雄野生稻的PRR基因的构建体和(2)含有源自日本 晴的PRR基因的构建体的策略图解的图。
[0118] 图9中,图9A表示源自长雄野生稻的PRR基因的PCR产物被HpyCH4V切断。图 9B表示使用将"日本晴"、长雄野生稻的PRR基因通过杂交导入了 "Shiokari"的取代系统 "No. 240"及使用"日本晴"和"No. 240"的F1并利用PCR分析PRR基因的表达而得到的结 果。
[0119] 图10表示导入了源自长雄野生稻的Fr4片段的玉米转化体的T1系统No. 4的穗 的照片。图10的上列表示不具有Fr4片段的基因缺失个体,图10的下列表示具有Fr4片 段的基因持有个体。
[0120] 图11表示导入了含有长雄野生稻的PRR启动子和长雄野生稻的PRR基因的构建 体的玉米转化体T1系统No. 11的穗的照片。图11的R表示潮霉素抗性的基因缺陷个体, S表示潮霉素敏感性的基因保持个体。
[0121] 图12表示评价长雄野生稻的PRR启动子对GUS基因的转录活性带来的效果的实 验中使用的GUS基因表达载体的结构的图。
[0122] 图13为以长雄野生稻的PRR启动子区域的200碱基(P200)或2000碱基(P2000) 的核酸和GUS基因编码区域的连接构建体进行了转化的稻中,对GUS基因的转录活性促进 进行了评价的、RT-PCR分析的照片。G表示基因组DNA,-表示没有逆转录反应,+表示有逆 转录反应,P表示质粒DNA。
[0123] 图14为表示光周期开始后0小时和6小时长雄野生稻的PRR基因的相对表达量 的图。
【具体实施方式】
[0124] 以下,对本发明的构成具体地进行说明。
[0125] (1)源自长雄野生稻的PRR7基因的启动子
[0126] 本发明人等如下述实施例所示从长雄野生稻的Fosmid文库中选择位于有关高产 性的(长雄野生稻的)第7染色体末端部的4个Fosmid克隆(Fosl、Fos2、FoslO、Fosl2), 通过引物步移解码该编码的碱基序列。将得到的碱基序列示于序列号1。
[0127] 使用上述4个Fosmid克隆制备了 7个互补性试验用构建体,将利用Smal及PstI 对FoslO进行处理而得到的最大的片段与利用PstI及SacI对Fosl进行处理而得到的第 4大的片段连接而成的片段为片段(Fr) 4。Fr4为与高产性有关的基因组片段,含有序列号 1的第26779位的碱基至第49155位的碱基。
[0128] 源自作为稻野生种的长雄野生稻的PRR7基因的启动子(以下,称为"本发明的启 动子")为含有序列号1的34845-35044所不的碱基序列的核酸,优选为含有序列号1的 33045-35044所示的碱基序列的核酸,进一步优选为含有序列号1的26779-35044所示的碱 基序列的核酸。
[0129] 在本申请说明书中,"启动子"是指:具有对相邻下游存在的任意植物的结构基因 的转录进行活化的功能的核酸。本申请说明书中的"启动子"是以广义的含义进行解释的 启动子,并不限定于转录因子结合并具有引导正确的转录开始作用的核心启动子区域等狭 义的含义。本发明的启动子并不仅限于PRR基因的编码区域,具有促进各种植物的任意结 构基因的转录活性的作用。即,本发明含有在植物的任意结构基因上可操作地连接了本发 明的启动子的核酸。该核酸优选不是天然来源的基因组片段。
[0130]另外,本申请说明书中促进结构基因的转录活性的作用包含通过光等刺激诱导而 促进结构基因的转录活性,由此调节或控制该活性的实施方式。在此,启动子通过光的刺激 而被诱导,从而促进结构基因的转录活性是指:在光存在的光周期,启动子促进结构基因的 转录活性,但在其以外的时期启动子不会促进结构基因的转录活性。
[0131] 本发明的启动子为含有序列号1的34845-35044所示的碱基序列的核酸,优选 为含有序列号1的33045-35044所示的碱基序列的核酸,进一步优选为含有序列号1的 26779-35044所示的碱基序列的核酸。另外,本发明的启动子并不限定于这些核酸,还包含 与这些核酸具有一定以上序列同一性的核酸及这些核酸的片段,下面对其进行叙述。
[0132] 通过将该启动子与PRR7基因可操作地连接并导入植物,可对植物赋予高产性。 即,本发明的启动子优选在与编码具有序列号3所示氨基酸序列的蛋白质的核酸可操作地 连接时能够增大植物的产量。
[0133] 本申请说明书中的PRR7蛋白质的定义记载在下述(2)"本发明的启动子和PRR的 结构基因可操作地连接的核酸"中。
[0134] 在本申请说明书中,"高产性"是指植物的总重量、地上部分重量、产量、茎径、茎 数、杆长、叶面积、叶数、穗数、一穗粒数、穗长、总穗重、或种子产量等中的一部分或多种增 大,优选是指总穗重和/或种子产量增大,更优选是指成熟种子产量增加。在稻、玉米等谷 物中,成熟种子产量为非常重要的性状。作为增大的指标,例如可通过与对照植物(亲本植 物、非转化体等)比较而进行评价。另外,在本申请说明书中,"高产性"和"生长旺盛性"表 不相同的含义。
[0135] 在序列号1中,与26779-35044对应的序列为长雄野生稻的PRR7基因的启动子 区域,与35825-46721对应的序列为长雄野生稻的PRR7基因的编码区域,与46722-49157 对应的序列为长雄野生稻的PRR7基因的终止子区域。上述启动子区域中,序列号1的 34845-35044所示的碱基序列与转录起始点的上游区域200个碱基对应,序列号1的 33045-35044所示的碱基序列与转录起始点的上游区域2000个碱基对应。
[0136] 本发明的启动子的碱基序列并不限定于序列号1的34845-35044所示的序列、序 列号1的33045-35044所示的序列、或者序列号1的26779-35044所示的序列,还包含含有 与这些碱基序列具有至少80%、85%、90%、95%、97%、99%、或者99. 5%的同一性,且显 示促进植物的编码区域的转录的活性的碱基序列的核酸。
[0137] 在其它方面,本发明的启动子为源自长雄野生稻的碱基序列,含有至少由序列号1 的34845-35044表示的碱基序列,且显示促进植物基因转录的活性的核酸。在这样的核酸 中,优选含有由序列号1的33045-35044所示的碱基序列构成的核酸的片段,进一步含有由 序列号1的26779-35044所示的碱基序列构成的核酸的片段。在此,核酸的片段是指通过 序列号1的上述特定的碱基编号规定范围的碱基序列的一部分的核酸。虽然没有限定,但 具体而言包含由序列号1的26779-35044得到的更短的序列、即与转录起始点的上游区域 6000个碱基对应的序列、与5000个碱基对应的序列、与4000个碱基对应的序列、与3000个 碱基对应的序列、与2000个碱基或者1000个碱基对应的序列等。
[0138] 2个核酸序列的同一性%可通过视觉检查和数学计算确定,或更优选该比较通过 使用计算机程序对序列信息进行比较来进行。代表的优选计算机程序为遗传学计算机小组 (GCG;麦迪逊,威斯康星州)的威斯康星.软件包10.0程序"GAP"(theGeneticsComputer Program(GCG;Madison,ffis.)WisconsinPackageVersion10. 0Program,GAP)(Devereux 等,1984,Nucl.AcidsRes.,12:387)。通过使用该"GAP"程序,除了对2个核酸序列进行 比较之外,还可以进行2个氨基酸序列的比较、核酸序列和氨基酸序列之间的比较。在此, "GAP"程序的优选默认参数可以使用:(1)对核苷酸的(包括对于同一物为1,对于非同一 物为〇的值)一元(unary)比较矩阵的GCG运行、和如khwartz和Dayhoff修订"多肽的 序列和结构图谱(AtlasofPolypeptideSequenceandStructure)"国立生物医学研宄财 团,353-358 页,1979 年所记载的Gribskov和Burgess,Nucl.AcidsRes.,14 卷:6745 页, 1986年的加权氨基酸比较矩阵;或其它可比较的比较矩阵;(2)对氨基酸各缺口的30个罚 分和对各空位中的各记号追加的1个罚分;或对核苷酸序列的各缺口的50个罚分和对各空 位中的各记号追加的3个罚分;(3)对末端缺口无罚分;及(4)对长缺口无最大罚分。在本 领域技术人员所使用的其它序列比较程序中,可以使用例如可以通过美国国立医学图书馆 的网站:
[0139]http://www.ncbi.nlm.nih.gov/blast/bl2seq/bls.html使用的BLASTN程序、 版本2. 2. 7、或UW-BLAST2. 0算法。对UW-BLAST2. 0的标准默认常数的设定在以下互联网 网址:http://blaSt.wustl.edu记载。并且,BLAST算法使用带有BL0SUM62氨基酸评分 的矩阵,可以使用的选择参数如下所述:(A)包括用于掩码下述片段的滤波器:具有低组 成复杂性的查询序列的片段(根据Wootton和及Federhen的SEG程序(Computersand Chemistry,1993年)进行确定;也可参考Wootton及Federhen,1996年"序列数据库中 的组分偏移区域的分析(Analysisofcompositionallybiasedregionsinsequence datebases)〃MethodsEnzymo1.,266卷:544_571页。)、或含有短周期性的内部重复构成 的片段(根据Claverie和States(ComputersandChemistry,I"3)的XNU程序进行确 定);及⑶用于报告对碱基序列的匹配的统计学显著性的阈值,或E-评分(按照(Karlin 和AltSchul,1990年)的统计学模型,单纯通过偶然发现的匹配的期待确率;当起因于某 个匹配的统计学显著差异比E-评分阈值大时,不报告该匹配),优选E-评分阈值的数值 为 0. 5,或按照优选程度递增的顺序为 0. 25、0. 1、0. 05、0. 01、0. 001、0. 0001、le-5、le-10、 le-15、le-20、le-25、le-30、le-40、le-50、le-75、或Ie-100〇
[0140] 本发明的启动子的突变体也可以为含有在严谨条件下与序列号1的34845-35044 所示的碱基序列、优选序列号1的33045-35044所示的碱基序列、进一步优选序列号1的 26779-35044所示的碱基序列的互补链杂交的碱基序列而成的核酸,即具有启动子活性的 核酸。
[0141] 在此,"严谨条件下"是指在中度或高度的严谨条件下进行杂交。具体而言,关于 中度严谨条件,基于例如DNA长度,掌握常规技术的该领域技术人员能够容易地确定。基本 条件如Sambrook等,分子克隆:实验室指南(MolecularCloning:ALaboratoryManual), 第3版,第6章,冷泉港实验室出版社(ColdSpringHarborLaboratoryPress), 2001中 所示,例如包括下述条件的使用:5XSSC、0. 5%SDS、1.0mMEDTA(pH8. 0)的预清洗溶液、约 42°C下的约 50% 的甲酰胺、2XSSC~6XSSC优选 5XSSC~6XSSC、0. 5%SDS(或约 42°C 下的约50%甲酰胺中的、Stark's溶液等其它同样的杂交溶液)的杂交条件,及例如在约 50°C-68°C、0. 1XSSC~6XSSC、0. 1%SDS的清洗条件。优选中度严谨条件包括约50°C、 6XSSC、0.5%SDS(及清洗条件)。
[0142] 关于高度严谨条件,基于例如DNA长度,本领域技术人员也能够容易地确定。通 常,这样的条件包括比中度严谨条件更高温度和/或更低盐浓度的杂交(例如含有〇. 5% 左右的SDS、约65°C,6XSSC~0? 2XSSC,优选6XSSC、更优选2XSSC、更优选0? 2XSSC 或者0.IXSSC的杂交)和/或清洗,例如可定义为如上所述的杂交条件及伴随约65°C~ 68°C、0. 2XSSC~0. 1XSSC、0. 1%SDS的清洗。关于杂交及清洗的缓冲液,可以使用 SSPE(1XSSPE为0.15MNaCl、10mMNaH2P04以及1.25mMEDTA,pH7.4)代替SSC(1XSSC 为0. 15MNaCl及15mM柠檬酸钠),在杂交结束后15分钟~1小时左右进行清洗。
[0143]另外,也可使用探针中未使用放射性物质的市售杂交试剂盒。具体而言,可以举 出:使用ECLdirectlabeling&detectionsystem(Amersham株式会社制造)进行的杂交 等。作为严谨的杂交,例如可以举出:向试剂盒的杂交缓冲液中加入5% (w/v)的封闭试剂, 使NaCl达到0. 5M,在42°C进行4小时杂交,清洗在0. 4%SDS、0. 5XSSC中以55°C清洗两 次,每次20分钟,在2XSSC中,室温条件下,清洗一次5分钟。
[0144] (2)本发明的启动子和PRR7结构基因可操作地连接而成的核酸
[0145] 本发明为含有本发明的启动子与编码植物的PRR7蛋白质的碱基序列的核酸(即 PRR7结构基因)可操作地连接而成的核酸。在此所谓的本发明的启动子为在上述(1)源 自"长雄野生稻的PRR7基因的启动子"项中记载的启动子。通过将本发明的启动子与PRR7 的结构基因可操作地连接而成的上述核酸导入植物,可对植物赋予高产性。在下述实施例 中,实际上显示通过导入由序列号1的26779-35044所示的碱基序列构成的本发明的启动 子与PRR7的结构基因可操作地连接而成的核酸,植物变为高产性。适宜选择由序列号1的 26779-35044得到的更短的序列、即与转录起始点的上游区域6000个碱基对应的序列、与 5000个碱基对应的序列、与4000个碱基对应的序列、与3000个碱基对应的序列、与2000个 碱基或者1000个碱基对应的序列等作为启动子,而使用其对植物赋予高产性为可由本领 域技术人员基于本申请说明书中所公开的见解容易地进行的事项。即,本领域从业人员基 于本申请说明书的记载,使这样的序列与编码具有序列号3所示氨基酸序列的蛋白质的核 酸可操作地连接,并对导入其的植物的产量进行确认,由此可容易地选择。如上所述可对植 物赋予高产性的核酸优选为使本发明的启动子和PRR7的结构基因结合而成的核酸,本发 明的启动子具有下述活性:通过利用光等刺激诱导而促进结构基因转录的活性,由此对该 活性进行调节或控制。
[0146] 本申请说明书中"可操作地连接"是指:本发明的启动子的核酸与PRR7的结构基 因的核酸以使启动子能够发挥促进结构基因的转录活性这样的启动子活性的功能的方式 进行结合。
[0147] 本申请说明书中"PRR7蛋白质"是指满足以下条件的蛋白质。
[0148] (a)具有序列号3所示氨基酸序列或序列号5所示氨基酸序列的蛋白质
[0149] 本说明书中的PRR7蛋白质为具有序列号3所不氣基酸序列或序列号5所不氣基 酸序列的蛋白质。源自长雄野生稻的PRR7蛋白质由序列号3所示的740个氨基酸构成,由 序列号2所示的碱基序列的核酸进行编码。源自日本晴的PRR7蛋白质由序列表的序列号 5所示的742个氨基酸构成,由序列号4所示的碱基序列的核酸进行编码。
[0150] 本说明书中的PRR7蛋白质并不限定于含有序列号3或序列号5所示氨基酸序列 的蛋白质,包含具有下述氨基酸序列的蛋白质:与序列号3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。
[0151] 另外,本说明书中的PRR7蛋白质包含具有下述氨基酸序列的蛋白质:与序列号3 或序列号5所示氨基酸序列具有至少90%、95%、97 %或者99 %的相似性。
[0152] 在本申请说明书中,氨基酸序列的相似性%是指:考虑了氨基酸的不同的蛋白质 间的相似性的程度。即,进行后述的氨基酸的保守取代等时,看作为相似的氨基酸而求出的 值为相似性%。
[0153] (b)含有PR结构域和CCT基序的蛋白质
[0154] 本申请说明书中的PRR7蛋白质为含有PR结构域和CCT基序的蛋白质。已知PRR 蛋白质与植物的昼夜节律时钟相关,普遍存在于植物中。PRR蛋白质含有高度保守的假受 体(pseudo_receiver:PR)结构域和CCT基序。已知PR结构域为PRR蛋白质的共同基序, 具有蛋白质的相互作用能力。另外,CCT基序富有碱性,认为参与蛋白质间的结合。PRR7蛋 白质为PRR蛋白质之一,含有PR结构域和CCT基序。
[0155]PR结构域在序列号3的氨基酸序列中相当于氨基酸编号62~176,在序列号5的 氨基酸序列中相当于氨基酸编号62~176。并且,CCT基序在序列号3的氨基酸序列中相 当于氨基酸编号676~722,在序列号5的氨基酸序列中相当于氨基酸编号678~724。因 此,在本申请说明书中,PR结构域是指相当于序列号3的氨基酸序列的氨基酸编号62~ 176的氨基酸序列。并且,在本申请说明书中,CCT基序是指相当于序列号3的氨基酸序列 的氨基酸编号676~722的氨基酸序列的氨基酸序列。但是,在本申请说明书中,PRR7蛋白 质的PR结构域和CCT基序的氨基酸序列并不限定于上述PR结构域和CCT基序,还包含与 这些氨基酸序列具有至少80%、85%、90%、95%、97%或者99%的同一性的氨基酸序列。
[0156]在PR结构域的氨基酸序列中,优选序列号3的氨基酸编号64的缬氨酸(Val)、66 的亮氨酸(Leu)、67的缬氨酸(Val)、70的天
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