機能性植物、その機能性植物を生産するために使用されるプロモーター、ならびにその利用法

• 大槻 寛
• 大島 正弘

• 国立研究開発法人農業・食品産業技術総合研究機構

遺伝子工学が発展する中、トランスジェニック植物を作製するための種々の方法が開発されている。トランスジェニック植物において特定の遺伝子を特異的に発現させるためには、発現を促進するためのプロモーターのような遺伝エレメントをその特定の遺伝子に作動可能に連結させた混合物を形質転換などにより植物に導入することが必要である。
植物における遺伝子発現を調節するプロモーターは、植物遺伝子工学の必須エレメントである。植物における選択された遺伝子の発現に有用なプロモーターがが種々存在する（ＢＥＮＦＥＹ Ｐ Ｎ；ＲＥＮ Ｌ；ＣＨＵＡ Ｎ－Ｈ，ＥＭＢＯ Ｊ，９（６）．１９９０．１６８５－１６９６．，１９９０）。プロモーター領域の特定は、当該分野で周知の方法に基づいて実施され得る。簡単に述べると、プロモーター領域の候補配列およびレポーター遺伝子（例えば、ＧＵＳ遺伝子）を作動可能に連結した発現カセットを構築する。構築した発現カセットを用いて適切な植物細胞を形質転換し、形質転換細胞を植物に再分化する。形質転換植物におけるレポーター遺伝子の発現を、適切な検出系（例えば、色素染色）を利用して検出する。検出結果に基づいて、プロモーター領域およびその発現特性を確認し得る。
細胞（例えば、植物細胞）において遺伝子を発現させるためには、その遺伝子は、通常細胞においてある酵素によって認識されるプロモーターに作動可能に連結されなければならない。プロモーターまたは転写調節領域といわれる、通常遺伝子の５’非コード領域（すなわち、コード領域のすぐ５’の領域）に存在する領域は、ｍＲＮＡ転写物を産生するために遺伝子の転写を開始させる。次いで、ｍＲＮＡは、コードされたポリペプチドを得るために、細胞のリボソームで翻訳される。
プロモーターは、代表的には、約５００～１５００塩基を含み、そしてその制御下で遺伝子の調節された発現を提供し得る。トランスジェニック植物における異種遺伝子または遺伝子の選択された配列の発現には、代表的には、構成的プロモーター、すなわち、常時かつほとんどの組織に植物全体において産物の発現を誘導するプロモーターが使用されている。
植物において選択された遺伝子を発現するためにウイルス由来のプロモーターが利用されている。そのようなプロモーターを有する既知のウイルス遺伝子の例としては、ウイルスのカリモウイルスファミリー（二本鎖ＤＮＡウイルスの１群）で見いだされるものが挙げられ、そしてカリフラワーモザイクウイルス（ＣａＭＶ）３５Ｓ（Ｂａｌａｚｓら，１９８２；Ｇｕｉｌｌｅｙら，１９８２；Ｏｄｅｌｌら，１９８５；Ｏｄｅｌｌら，１９８７；Ｏｄｅｌｌら，１９８８；ＴＯｍｍｅｒｕｐら，１９９０；Ｊｅｆｆｅｒｓｏｎら，１９８７ａ；Ｊｅｆｆｅｒｓｏｎ，１９８７ｂ）およびＣａＭＶ １９Ｓプロモーター（Ｆｒａｌｅｙら，１９９４）、およびゴマノハグサモザイクウイルス（ＦＭＶ）（Ｒｏｇｅｒｓ，１９９５）プロモーターが挙げられる。
植物における遺伝子発現を調節するために有用でありそして細菌供給源から得られるプロモーター、例えば、Ａｇｒｏｂａｃｔｅｒｉｕｍ由来プロモーターもまた同定および単離されている。このようなプロモーターには、Ａｇｒｏｂａｃｔｅｒｉｕｍ Ｔ－ＤＮＡオパインシンターゼ遺伝子に由来するものが挙げられ、そしてノパリンシンターゼ（ｎｏｓ）プロモーター（Ｒｏｇｅｒｓ，１９９１）、オクトピンシンターゼ（ｏｃｓ）プロモーター（ＬｅｉｓｎｅｒおよびＧｅｌｖｉｎ，１９８８）、およびマンノピンシンターゼ（ｍａｓ）プロモーターが挙げられる。
ＣａＭＶ３５Ｓプロモーターは高発現系でも弊害が多い。構成的に高発現つまりあらゆる組織で常に遺伝子産物を多量に生産しつづけていることから植物個体内部の限りある代謝産物を不必要に無用の組織で浪費する結果となり、生育量の低下や収量性の減少が生じる恐れがある。構成的な高発現により利用可能部位において遺伝子産物が蓄積していることに対する消費者の不信感は大きく、また構成的な高発現は植物体内におけるサイレンシング機構の誘導を招く恐れがある。
その上構成的発現を提供するために効果的な植物プロモーター（植物供給源に由来するプロモーター）でさえ、ほとんど知られていない。わずかな例としては、ｈｓｐ８０、カリフラワーに由来する熱ショックタンパク質８０（ＢｒｕｎｋｅおよびＷｉｌｓｏｎ，１９９３）、およびトマトユビキチンプロモーター（Ｐｉｃｔｏｎら，１９９３）が挙げられる。これらのプロモーターは、形質転換された植物組織において異種核酸配列の構成的発現を導くために使用され得るが、ＣａＭＶ ３５Ｓプロモーターと同様に、構成的に高発現つまりあらゆる組織で常に遺伝子産物を多量に生産しつづけていることから植物個体内部の限りある代謝産物を不必要に無用の組織で浪費する結果となり、生育量の低下や収量性の減少が生じる恐れがあるという問題がある。構成的な高発現により利用可能部位において遺伝子産物が蓄積していることに対する消費者の不信感は大きく、また構成的な高発現は植物体内におけるサイレンシング機構の誘導を招く恐れがある。
従って、従来のプロモーターでは、所望の機能的発現を実現するトランスジェニック植物を作製することは困難である。

本発明は、機能性植物、その機能性植物を生産するために使用されるプロモーター、ならびにその利用法に関する。詳細には、ｃＤＮＡライブラリーのデータベースを利用して特異的プロモーターを得ることにより機能性植物を作製する方法に関する。

• C12N  15/09      組換えＤＮＡ技術
• A01H   5/00      開花植物，すなわち，被子植物
• C12N   5/10      外来遺伝物質の導入によって修飾された細胞，例．ウイルス形質転換細胞
• C12Q   1/68      核酸を含むもの

• 2B030AA02 草本類
• 2B030AB03 特定の種、属、科
• 2B030AD05 耐薬品、耐病性
• 2B030CA06 植物に組込まれるＤＮＡマーカー
• 2B030CA17 ベクターの利用（細菌、プラスミド）
• 2B030CD17 カルス培養、カルスの誘導
• 4B024AA08 植物育種
• 4B024BA79 食用又は観賞用植物
• 4B024CA04 ｃＤＮＡ
• 4B024CA05 合成遺伝子
• 4B024CA09 プローブ
• 4B024CA11 ＲＮＡ
• 4B024DA01 植物細胞
• 4B024DA05 細菌
• 4B024FA02 プロモ－タ－、オペレ－タ－
• 4B024FA10 マ－カ－
• 4B024GA14 電気穿孔法
• 4B024HA14 ハイブリダイゼイション条件
• 4B063QA13 一次配列（例．塩基配列、アミノ酸配列）
• 4B063QQ09 植物の細胞、未分化細胞集団（←カルス）
• 4B063QQ42 ＤＮＡ
• 4B063QQ49 プロモーター、オペレーター
• 4B063QR32 ＤＮＡ
• 4B063QR55 プローブ
• 4B063QR78 植物の細胞、未分化細胞集団（←カルス）
• 4B063QS34 核酸ハイブリダイゼーションにより結合させるもの
• 4B064AG01 ペプチド、タンパク質
• 4B064CA10 動物細胞、組織（ＦＷ）
• 4B064CA19 外来遺伝子が導入された微生物
• 4B064CC24 遺伝子工学技術の利用
• 4B064DA11 農林水産業；農薬
• 4B065AA88 植物細胞
• 4B065AA89 植物組織、未分化細胞集団（カルス）
• 4B065AB01 外来遺伝子が導入されたもの
• 4B065AC14 物質生産能
• 4B065AC20 その他
• 4B065BA02 ベクターを使用
• 4B065CA53 植物育種