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種子収量が向上した植物 実績あり

国内特許コード P110004314
整理番号 A181P221
掲載日 2011年7月11日
出願番号 特願2008-554030
登録番号 特許第5774809号
出願日 平成20年1月15日(2008.1.15)
登録日 平成27年7月10日(2015.7.10)
国際出願番号 JP2008050341
国際公開番号 WO2008087932
国際出願日 平成20年1月15日(2008.1.15)
国際公開日 平成20年7月24日(2008.7.24)
優先権データ
  • 特願2007-007464 (2007.1.16) JP
発明者
  • 小川 健一
  • 岩▲崎▼ 郁
出願人
  • 国立研究開発法人科学技術振興機構
発明の名称 種子収量が向上した植物 実績あり
発明の概要 γ-グルタミルシステインシンセターゼ遺伝子を導入した形質転換植物は、野生型植物と比較して花の数および種子の数の少なくともいずれかが増加し、種子収量が向上する。これにより、植物由来のγ-グルタミルシステインシンセターゼ遺伝子産物の働きを解明し、種子収量の向上した植物を作出する技術を提供する。
従来技術、競合技術の概要


従来、植物は、食糧としてだけでなく、鑑賞用や、紙や薬品などの工業材料や燃料として多種多様な場において人類と深くかかわってきた。また、近年では、化石燃料に替わるバイオマスエネルギーとしても注目を集めている。



このような様々な用途に利用される植物の発芽、成長、開花等のメカニズムについては未だ明らかとなっていない点も多い。このため、植物は、経験や勘により栽培されることが主であり、気候などの自然の影響により収穫が大きく左右されていた。それゆえ、植物の発芽、成長、開花のメカニズムを解明して、それらを調整・制御することは、鑑賞用の草花や、穀物・野菜等の食糧の収量増加において重要なだけでなく、森林における木材の育成や、さらにバイオマスエネルギーに関しても極めて重要なことである。



これまで植物の成長を調整する手段として、温室などの人工的な気候環境により開花時期を調整したり、エチレンなどの化学薬品を用いて成長を促進させたりするなどの努力が行われてきた。しかし、これら従来手法の多くも植物の成長を経験と勘により調整するものであり、植物の成長の過程を科学的に判断できる材料に基づくものではない。



本発明者らは、植物の発芽、成長、開花のメカニズムについて研究を進めており、これまでに活性酸素やグルタチオンなどの酸化還元状態調節物質が植物の発育における制御因子として必要であることを示してきた(特許文献1、2参照)。



グルタチオン(GSH)は、γ-グルタミルシステインシンセターゼによってシステインとグルタミン酸からγ-グルタミルシステインが合成され、さらにGSHシンセターゼによりグリシンが付加することで合成されるトリペプチドである。グルタチオンは細胞内の主要な抗酸化物質であり、また、細胞内の異物を解毒する機能を有している。



大腸菌のγ-グルタミルシステインシンセターゼ遺伝子を導入した形質転換植物では、効果的にグルタチオン量が増加することが報告されている(非特許文献1~3を参照)。しかしながら、当該形質転換植物は光に弱くなる場合があることが報告されている(非特許文献3を参照)。



一方、植物自身が持っているγ-グルタミルシステインシンセターゼ遺伝子を過剰発現させた場合、具体的には、シロイヌナズナのγ-グルタミルシステインシンセターゼ遺伝子をシロイヌナズナに導入して過剰発現させた形質転換植物では、γ-グルタミルシステインシンセターゼmRNAおよびその翻訳産物(タンパク質)の発現量は大幅に増加するが、グルタチオン量の増加は小さいことが報告されている(非特許文献4)。それゆえ、植物においてグルタチオン量を増加させる方法として植物由来のγ-グルタミルシステインシンセターゼ遺伝子を用いることは劣ると認識されていた。
【特許文献1】
WO01/080638(公開日:平成15(2003)年7月22日)
【特許文献2】
日本国公開特許公報「特開2004-352679(公開日:平成16(2004)年12月16日)
【非特許文献1】
Noctor G, Strohm M, Jouanin L, Kunert KJ, Foyer CH, Rennenberg H. Synthesis of glutathione in leaves of transgenic poplar overexpressing γ-glutamylcysteine synthetase. Plant Physiol. 1996 Nov;112(3):1071-1078.
【非特許文献2】
Noctor G, Arisi AC, Jouanin L, Foyer CH. Manipulation of glutathione and amino acid biosynthesis in the chloroplast. Plant Physiol. 1998 Oct;118(2):471-482.
【非特許文献3】
Creissen G, Firmin J, Fryer M, Kular B, Leyland N, Reynolds H, Pastori G, Wellburn F, Baker N, Wellburn A, Mullineaux P. Elevated glutathione biosynthetic capacity in the chloroplasts of transgenic tobacco plants paradoxically causes increased oxidative stress. Plant Cell. 1999 Jul;11(7):1277-1292.
【非特許文献4】
Xiang C, Werner BL, Christensen EM, Oliver DJ. The biological functions of glutathione revisited in arabidopsis transgenic plants with altered glutathione levels. Plant Physiol. 2001 Jun;126(2):564-574.

産業上の利用分野


本発明は、種子収量が向上した植物に関するものであり、より詳細には、植物由来のγ-グルタミルシステインシンセターゼ遺伝子を導入することにより花の数および種子の数、種子の重量の少なくともいずれかが増加した植物、および植物の花の数および種子の数の少なくともいずれかを増加させる方法に関するものである。

特許請求の範囲 【請求項1】
植物由来のγ-グルタミルシステインシンセターゼをコードするポリヌクレオチドが導入されている形質転換植物であって、該ポリヌクレオチドの翻訳産物は葉緑体移行シグナルペプチドを有しておらず、かつ、親植物における単位面積あたりのバイオマス量および種子収穫量を十分に向上させる植栽密度よりも高い植栽密度にて栽培されることで、親植物と比較して単位面積あたりのバイオマス量または種子収穫量がさらに増加することを特徴とする形質転換植物。

【請求項2】
上記γ-グルタミルシステインシンセターゼをコードするポリヌクレオチドが以下の(e)~(h)からなる群より選択されることを特徴とする請求項1に記載の形質転換植物。
(e)配列番号3に示されるアミノ酸配列からなるポリペプチドをコードするポリヌクレオチド
(f)配列番号3に示されるアミノ酸配列において、1または数個のアミノ酸が欠失、置換もしくは付加されたアミノ酸配列からなりかつ葉緑体移行シグナルペプチドを有していないポリペプチドをコードするポリヌクレオチド
(g)配列番号4に示される塩基配列からなるポリヌクレオチド
(h)配列番号4に示される塩基配列からなるポリヌクレオチドとストリンジェントな条件下でハイブリダイズし、かつ葉緑体移行シグナルペプチドを有していない翻訳産物をコードするポリヌクレオチド

【請求項3】
グルタチオン結合型アルドラーゼをコードするポリヌクレオチドがさらに導入されていることを特徴とする請求項1または2に記載の形質転換植物。

【請求項4】
植物の花の数および種子の数の少なくともいずれかを増加させる方法であって、
植物由来のγ-グルタミルシステインシンセターゼをコードするポリヌクレオチドを植物に導入する工程、および
上記ポリヌクレオチドが導入されている植物を、親植物における単位面積あたりのバイオマス量および種子収穫量を十分に向上させる植栽密度よりも高い植栽密度にて栽培する工程
を包含することを特徴とする方法。

【請求項5】
上記γ-グルタミルシステインシンセターゼをコードするポリヌクレオチドが以下の(a)~(h)からなる群より選択されることを特徴とする請求項4に記載の方法。
(a)配列番号1に示されるアミノ酸配列からなるポリペプチドをコードするポリヌクレオチド
(b)配列番号1に示されるアミノ酸配列において、1または数個のアミノ酸が欠失、置換もしくは付加されたアミノ酸配列からなるポリペプチドをコードするポリヌクレオチド(c)配列番号2に示される塩基配列からなるポリヌクレオチド
(d)配列番号2に示される塩基配列からなるポリヌクレオチドとストリンジェントな条件下でハイブリダイズするポリヌクレオチド
(e)配列番号3に示されるアミノ酸配列からなるポリペプチドをコードするポリヌクレオチド
(f)配列番号3に示されるアミノ酸配列において、1または数個のアミノ酸が欠失、置換もしくは付加されたアミノ酸配列からなるポリペプチドをコードするポリヌクレオチド(g)配列番号4に示される塩基配列からなるポリヌクレオチド
(h)配列番号4に示される塩基配列からなるポリヌクレオチドとストリンジェントな条件下でハイブリダイズするポリヌクレオチド

【請求項6】
植物の単位面積あたりのバイオマス量または種子収穫量を増加させる方法であって、
植物由来のγ-グルタミルシステインシンセターゼをコードするポリヌクレオチドを植物に導入する工程、および
上記ポリヌクレオチドが導入されている植物を、親植物における単位面積あたりのバイオマス量および種子収穫量を十分に向上させる植栽密度よりも高い植栽密度にて栽培する工程
を包含することを特徴とする方法。

【請求項7】
上記植物由来のγ-グルタミルシステインシンセターゼをコードするポリヌクレオチドの翻訳産物は葉緑体移行シグナルペプチドを有していることを特徴とする請求項6に記載の方法。

【請求項8】
上記γ-グルタミルシステインシンセターゼをコードするポリヌクレオチドが以下の(a)~(d)からなる群より選択されることを特徴とする請求項7に記載の方法。
(a)配列番号1に示されるアミノ酸配列からなるポリペプチドをコードするポリヌクレオチド
(b)配列番号1に示されるアミノ酸配列において、1または数個のアミノ酸が欠失、置換もしくは付加されたアミノ酸配列からなるポリペプチドをコードするポリヌクレオチド(c)配列番号2に示される塩基配列からなるポリヌクレオチド
(d)配列番号2に示される塩基配列からなるポリヌクレオチドとストリンジェントな条件下でハイブリダイズするポリヌクレオチド

【請求項9】
上記植物由来のγ-グルタミルシステインシンセターゼをコードするポリヌクレオチドの翻訳産物は葉緑体移行シグナルペプチドを有しておらず、収穫指数が向上していることを特徴とする請求項6に記載の方法。

【請求項10】
上記γ-グルタミルシステインシンセターゼをコードするポリヌクレオチドが以下の(e)~(h)からなる群より選択されることを特徴とする請求項9に記載の方法。
(e)配列番号3に示されるアミノ酸配列からなるポリペプチドをコードするポリヌクレオチド
(f)配列番号3に示されるアミノ酸配列において、1または数個のアミノ酸が欠失、置換もしくは付加されたアミノ酸配列からなるポリペプチドをコードするポリヌクレオチド(g)配列番号4に示される塩基配列からなるポリヌクレオチド
(h)配列番号4に示される塩基配列からなるポリヌクレオチドとストリンジェントな条件下でハイブリダイズするポリヌクレオチド

【請求項11】
グルタチオン結合型アルドラーゼをコードするポリヌクレオチドを導入する工程をさらに包含することを特徴とする請求項9または10に記載の方法。

【請求項12】
親植物における単位面積あたりのバイオマス量および種子収穫量を十分に向上させる植栽密度よりも高い植栽密度にて栽培することによって、親植物と比較して単位面積あたりのバイオマス量または種子収穫量が増加する植物の生産方法であって、
植物由来のγ-グルタミルシステインシンセターゼをコードするポリヌクレオチドを所望の植物に導入する工程、ならびに
親植物における単位面積あたりのバイオマス量および種子収穫量を十分に向上させる植栽密度よりも高い植栽密度にて栽培した場合に親植物と比較して花の数および種子の数の少なくともいずれかが増加している植物を選択する工程
を包含することを特徴とする生産方法。

【請求項13】
グルタチオン結合型アルドラーゼをコードするポリヌクレオチドを導入する工程をさらに包含することを特徴とする請求項12に記載の生産方法。

【請求項14】
上記γ-グルタミルシステインシンセターゼをコードするポリヌクレオチドが以下の(a)~(h)からなる群より選択されることを特徴とする請求項12または13に記載の生産方法。
(a)配列番号1に示されるアミノ酸配列からなるポリペプチドをコードするポリヌクレオチド
(b)配列番号1に示されるアミノ酸配列において、1または数個のアミノ酸が欠失、置換もしくは付加されたアミノ酸配列からなるポリペプチドをコードするポリヌクレオチド(c)配列番号2に示される塩基配列からなるポリヌクレオチド
(d)配列番号2に示される塩基配列からなるポリヌクレオチドとストリンジェントな条件下でハイブリダイズするポリヌクレオチド
(e)配列番号3に示されるアミノ酸配列からなるポリペプチドをコードするポリヌクレオチド
(f)配列番号3に示されるアミノ酸配列において、1または数個のアミノ酸が欠失、置換もしくは付加されたアミノ酸配列からなるポリペプチドをコードするポリヌクレオチド(g)配列番号4に示される塩基配列からなるポリヌクレオチド
(h)配列番号4に示される塩基配列からなるポリヌクレオチドとストリンジェントな条件下でハイブリダイズするポリヌクレオチド

【請求項15】
植物由来のγ-グルタミルシステインシンセターゼをコードするポリヌクレオチドの、植物の花の数および種子の数の少なくともいずれかを増加させるための、使用。

【請求項16】
上記γ-グルタミルシステインシンセターゼをコードするポリヌクレオチドが以下の(a)~(h)からなる群より選択されることを特徴とする請求項15に記載の使用。
(a)配列番号1に示されるアミノ酸配列からなるポリペプチドをコードするポリヌクレオチド
(b)配列番号1に示されるアミノ酸配列において、1または数個のアミノ酸が欠失、置換もしくは付加されたアミノ酸配列からなるポリペプチドをコードするポリヌクレオチド(c)配列番号2に示される塩基配列からなるポリヌクレオチド
(d)配列番号2に示される塩基配列からなるポリヌクレオチドとストリンジェントな条件下でハイブリダイズするポリヌクレオチド
(e)配列番号3に示されるアミノ酸配列からなるポリペプチドをコードするポリヌクレオチド
(f)配列番号3に示されるアミノ酸配列において、1または数個のアミノ酸が欠失、置換もしくは付加されたアミノ酸配列からなるポリペプチドをコードするポリヌクレオチド(g)配列番号4に示される塩基配列からなるポリヌクレオチド
(h)配列番号4に示される塩基配列からなるポリヌクレオチドとストリンジェントな条件下でハイブリダイズするポリヌクレオチド

【請求項17】
植物由来のγ-グルタミルシステインシンセターゼをコードするポリヌクレオチドの、単位面積あたりのバイオマス量または種子収穫量を増加させるための、使用。

【請求項18】
上記γ-グルタミルシステインシンセターゼをコードするポリヌクレオチドが以下の(a)~(h)からなる群より選択されることを特徴とする請求項17に記載の使用。
(a)配列番号1に示されるアミノ酸配列からなるポリペプチドをコードするポリヌクレオチド
(b)配列番号1に示されるアミノ酸配列において、1または数個のアミノ酸が欠失、置換もしくは付加されたアミノ酸配列からなるポリペプチドをコードするポリヌクレオチド(c)配列番号2に示される塩基配列からなるポリヌクレオチド
(d)配列番号2に示される塩基配列からなるポリヌクレオチドとストリンジェントな条件下でハイブリダイズするポリヌクレオチド
(e)配列番号3に示されるアミノ酸配列からなるポリペプチドをコードするポリヌクレオチド
(f)配列番号3に示されるアミノ酸配列において、1または数個のアミノ酸が欠失、置換もしくは付加されたアミノ酸配列からなるポリペプチドをコードするポリヌクレオチド(g)配列番号4に示される塩基配列からなるポリヌクレオチド
(h)配列番号4に示される塩基配列からなるポリヌクレオチドとストリンジェントな条件下でハイブリダイズするポリヌクレオチド

【請求項19】
グルタチオン結合型アルドラーゼをコードするポリヌクレオチドとともに用いられることを特徴とする請求項17または18に記載の使用。
国際特許分類(IPC)
Fターム
出願権利状態 登録
参考情報 (研究プロジェクト等) CREST 植物の機能と制御 領域
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