JPH05168482A - イネアレルゲンタンパク質の遺伝子のプロモーターおよびその利用法 - Google Patents

イネアレルゲンタンパク質の遺伝子のプロモーターおよびその利用法

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JPH05168482A
JPH05168482A JP3344645A JP34464591A JPH05168482A JP H05168482 A JPH05168482 A JP H05168482A JP 3344645 A JP3344645 A JP 3344645A JP 34464591 A JP34464591 A JP 34464591A JP H05168482 A JPH05168482 A JP H05168482A
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JP
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promoter
gene
rice
sequence
allergen
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JP3344645A
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Makoto Nakamura
良 中村
Yuichi Tada
雄一 多田
Tatsuto Fujimura
達人 藤村
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Mitsui Toatsu Chemicals Inc
Original Assignee
Mitsui Toatsu Chemicals Inc
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  • Breeding Of Plants And Reproduction By Means Of Culturing (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 イネ胚乳成分の改変に適したプロモーターの
提供。 【構成】 イネのアレルゲンタンパク質のcDNAを単
離し、これをプローブとしてイネアレルゲン遺伝子のプ
ロモーターを単離した。また、単離したアレルゲンプロ
モーターを用いてアンチセンスワキシー遺伝子を構築
し、イネを形質転換してアミロース含量を低下させた。 【効果】 単離されたイネアレルゲンプロモーターを利
用したアンチセンスワキシー遺伝子は胚乳中で効率良く
働き、ワキシー遺伝子の発現を抑制し、コメ中のアミロ
ース含量を低下させた。内生遺伝子と同じプロモーター
を含む外来遺伝子を導入した場合にこれらの遺伝子が相
互に発現を抑制する例が報告されているが、アレルゲン
遺伝子は発現が抑制されてもコメの品質に悪影響を及ぼ
さず発現量も多いため、胚乳の改変に利用するプロモー
ターとして利用価値が高い。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は我国の主要穀物であるコ
メの穀粒に存在し、コメアレルギー患者に対して、アレ
ルギーを誘起するタンパク質(アレルゲン)の遺伝子の
プロモーターとその利用法に関する発明である。本発明
によって単離され構造が決定されたプロモーターを利用
して、米の穀粒(胚乳)中の成分の改変が可能である。
本明細書では、日本の伝統的な言葉使いに従って、食物
としては「コメ」を、植物としては「イネ」の語を用い
る。これらの語は同一の植物種を示し、その植物種の利
用形態の違いのみによって使い分ける。また、アンチセ
ンスRNAを転写するDNA配列をアンチセンス遺伝子
と呼ぶ。
【0002】
【従来の技術】近年バイオテクノロジーの進歩はめざま
しいものがあり、タバコなどで外来の遺伝子を取り込ん
だ、組換え植物体の作出例が多数報告されてきている。
また、最近イネでも安定的に、かつ、効率よく遺伝子を
組み込むシステムが開発され、実用的な組換え植物の作
出が現実のものとなってきた。従来形質転換に用いられ
てきたベクター系におけるプロモーターはアグロバクテ
リウム・チュメファシエンスのTiプラスミド由来のプ
ロモーターや、カリフラワーモザイクウイルス(CaM
V)の遺伝子由来のプロモーターがほとんどである。し
かし、これらのプロモーターは遺伝子を導入した植物の
生育段階や組織に関係なく発現するものであり、制御が
不可能であった。また、発現量も充分高いとは言えなか
った。
【0003】近年では胚乳特異的に発現するプロモータ
ーとしてグルテリン遺伝子(Takaiwaら、FEB
S Letters 221:43 (1987))、
ワキシー遺伝子(Wangら, Nucleic Ac
ids Reseach,18:5898 (199
0))等のプロモーターの単離の報告がある。これらの
プロモーターを利用した胚乳成分の改変の報告は今後な
される可能性がある。しかしながら、これらのプロモー
ターを利用した場合、内生のグルテリン遺伝子、ワキシ
ー遺伝子と導入したこれらの遺伝子との相互作用により
導入遺伝子が発現しない場合や内生の遺伝子の発現を抑
制してしまう場合が考えられる。例えばvan der
Krolら(The Plant Cell 2:2
91−299(1990))はペチュニアにカルコン合
成酵素の遺伝子を導入しても色素の合成が増強されずに
逆に内生のカルコン合成遺伝子の発現が抑えられ花色が
白くなる場合があることを報告している。このように内
生遺伝子のプロモーターを利用する場合は遺伝子の相互
作用による内生遺伝子の発現抑制が懸念される。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】本発明はイネの胚乳中
で発現量が多く、発現が抑制されても商品価値に影響を
及ぼさないイネの遺伝子のプロモーター、およびそれを
利用した形質転換植物の提供を目的とするものである。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明者らはイネアレル
ゲンタンパク質の遺伝子は発現量が多く、また仮に内生
のこの遺伝子が発現しなくなっても米の商品価値に悪影
響を及ぼさないことに着目し、胚乳成分の改変にこのプ
ロモーターを利用することを考えた。そこでまずアレル
ゲン遺伝子のcDNAを単離し、これをプローブとして
用いてイネゲノミックライブラリーからアレルゲン遺伝
子のプロモーターを含むクローンを単離し、その塩基配
列を決定した。また、このプロモーターを利用して実際
にイネの胚乳成分を改変できることを確認し、本発明を
完成した。
【0006】すなわち、本発明は(a)配列表の配列番
号1記載のイネアレルゲンタンパク質の遺伝子のプロモ
ーターを含む塩基配列、(b)配列表の配列番号2記載
のイネアレルゲンタンパク質の遺伝子のプロモーターを
含む塩基配列、(c)配列表の配列番号1記載の504
番目から976番目までの塩基配列、(d)a,bまた
はcの塩基配列を含む植物用ベクター、(e)dのベク
ターで形質転換された植物、を提供するものである。
【0007】本発明の開発に先駆けて、イネのアレルゲ
ンの遺伝子のcDNAの構造を解明した。これをプロー
ブとしてアレルゲン遺伝子のプロモーターを単離し、塩
基配列を決定した。さらに得られたプロモーターを利用
したアンチセンスワキシー遺伝子をイネに導入し、ワキ
シー遺伝子の発現を抑制することができた。このことに
よりイネアレルゲンプロモーターの有用性が示された。
【0008】以下に本発明を完成するに至った具体的な
方法を示す。イネの種子のグロブリン分画からMono
QおよびDEAE−5PWを用いてコメアレルゲンタン
パクを精製した。このタンパクは約16Kの分子量を有
していた。このタンパクのN−末端部分のアミノ酸配列
“Asp−His−His−Gln−Val−Tyr−
Ser”に対応する512種類の20merのオリゴヌ
クレオチド(Serの最後の塩基は省略)を合成した。
【0009】一方で、登熟期のイネの種子からmRNA
を抽出し、λgt11cDNAライブラリ−を作成した。こ
のライブラリ−の中から、上記20merの合成ヌクレ
オチドをプロ−ブとして、2個の陽性クローンを得た。
その内の一個の塩基配列を決定した。これを配列番号3
に示した。全長は681塩基であった。この塩基配列の
有する読み取り枠の中で最長のポリペプチドを与えるも
のを、この遺伝子がコ−ドするタンパクであると暫定的
に推定した。この推定された蛋白の28番目のアミノ酸
から始まるアミノ酸配列がアレルゲンのN−末端部分の
アミノ酸配列と一致した。また、28番目のアミノ酸よ
り上流の部分は、疎水性の性質が強くシグナルペプチド
であることを強く示している。このことから、この推定
した読み取り枠が、実際の読み取り枠であると決定し、
さらに解析されたクロ−ンは、アレルゲンのmRNAの
cDNAであると決定した。
【0010】次に、このcDNAをプローブとして用い
てゲノミックライブラリーからいくつかの陽性クローン
を得て、これらの塩基配列を決定した。単離されたイネ
アレルゲン遺伝子のプロモーター領域の塩基配列を配列
表の配列番号1に示す。975番目のAが転写開始点
を、1001番目からのATGが成熟タンパク質の第一
アミノ酸をコードする塩基配列を示す。TATAボック
スは926番目から935番目に存在する。784番目
から787番目に穀物のプロラミンプロモーターに特異
的なCATCボックスが存在する。978番目以下の塩
基配列は先に単離したイネアレルゲンのcDNAの塩基
配列の38番目以下に一致し、この塩基配列が確かにイ
ネアレルゲン遺伝子のプロモーター領域であることが確
かめられた。配列番号2記載の塩基配列は多重遺伝子族
を構成するアレルゲン遺伝子の他の遺伝子のプロモータ
ーであると推測される。さらに得られたプロモーターと
ワキシー遺伝子の一部を利用してアンチセンスワキシー
遺伝子を構築し、イネに導入したところ得られた形質転
換イネのアミロース含量を抑制することができた。
【0011】一般に、特定の機能を有するDNA配列に
おいて少数のヌクレオチドが置換し、欠失し叉は付加さ
れた場合であっても実質的に同一の機能を発揮し得る場
合があることは当業者に広く認識されているところであ
る。従って本願特許請求の範囲のプロモーターのDNA
配列のうち少数のヌクレオチドが置換し、欠失し又は付
加された配列を有するDNA断片であっても、その配列
がプロモーターとして機能するのであれば、その配列は
本願特許請求の範囲に言う「プロモーター」に含まれる
ものとし、このような配列を含むDNA断片は本発明の
範囲に含まれるものと解釈する。
【0012】本発明はさらに、上記本発明のDNA断片
を含む植物用ベクター、およびそのベクターで形質転換
した植物を提供する。本発明で利用するベクターとして
は公知のプラスミド、コスミド等の何れでもかまず、例
えばpUC系プラスミドベクター、pBR322、pJ
B8、c2RB、pWE15や各種ラムダファージベク
ター等が使用できる。本発明のプロモーターの制御を受
ける構造遺伝子としては、いかなる遺伝子、およびその
アンチセンス鎖でも構わない。これらの遺伝子として
は、例えばワキシー遺伝子、プロラミン遺伝子、グリテ
リン遺伝子、アレルゲン遺伝子などが挙げられる。本発
明で利用する植物の形質転換方法は通常利用されている
エレクトロポレーション法、ポリエチレングリコール
法、マイクロインジェクション法、マイクロプロジェク
タイル法の他公知のどの方法でもよい。
【0013】
【実施例】以下、実施例で本発明を詳細に説明する。 実施例1 松田らの方法(Agric.Bio.Chem.52:
1465(1988))を用いてイネのアレルゲンタン
パクを精製した。更に、Mono−Qカラムで分画した
ところ、3本のピ−クが得られた。これらのタンパクの
N−末端のアミノ酸配列を調べたところ、2番目および
3番目のピ−ク由来の配列が一致した。そこでこれらの
N−末端のアミノ酸配列の中で7個のアミノ酸配列“A
sp−His−His−Gln−Aal−Tyr−Se
r”に相当する512通りの配列を持つオリゴヌクレオ
チドを常法により合成した。登熱中のイネの種子からm
RNAを抽出し田中らの方法(Plant Cell
& Physiol.27:135(1986))に従
ってλgt11ライブラリ−を作成した。この中から上
記合成オリゴヌクレオチドのプロ−ブと反応する2つの
クローンを選抜した。その中の一つのクローンのλRA
17のEcoRI挿入部分の塩基配列をSangerの
方法(Science,214:1205(198
1))に従って調べた。その結果が、配列番号3に示し
たものである。この挿入部分のDNAは681塩基の長
さを持ったものであった。第61番目から555番目の
塩基の間に最長のタンパク読み取り枠が想定できた。こ
の想定したタンパクの28番目のアミノ酸から始まるア
ミノ酸配列が、実際のアレルゲンN−末端の構造と一致
した。さらにその上流部分のhydropathypa
tternの解析から、この部分は疎水性が非常に強い
部分であることが示された。すなわち、この部分は分泌
などに関与するシグナルペプチドである可能性が強く示
された。想定された読み取り枠は165個のアミノ酸の
配列をコードするものであるが、27個のシグナルペプ
チドと想定される部分を除いた部分が成熟したタンパク
と想定される。そのN−末端の配列は実際のアレルゲン
と一致し、かつ、残りの全体の長さは138のアミノ酸
配列に相当し、分子量も実際のアレルゲンのもの(約1
6K)とほぼ一致する。これらの結果から、今回解析し
たcDNAは目的とするアレルゲンのcDNAであると
決定した。
【0014】実施例2 常法によりイネ(品種日本晴)の芽生えからゲノムDN
Aを抽出した。DNAを制限酵素Sau3AIで部分分
解し、ベクターであるEMBL3(Stratagen
e社)に接続し、大腸菌に感染させてゲノミックライブ
ラリーを作製した。ライブラリーのサイズは、1.0×
106 であった。実施例1で得られたcDNAをプロー
ブとして常法によりゲノミックライブラリーをスクリー
ニングし、5種のポジティブクローンを得た。これらの
塩基配列をSangerの方法に従って調べたところ、
オーバーラップしていたため結果として2種のプロモー
ター領域が得られた。それらの塩基配列を配列表の配列
番号1、および配列番号2に示す。常法により配列番号
1に記載のプロモーターの転写開始点を調べたところ9
75番目のAであった。1001番目からのATGが成
熟タンパク質の第一アミノ酸をコードしている。978
番目以下の塩基配列はイネアレルゲンのcDNAの塩基
配列の38番目以下に一致し、この塩基配列が確かにイ
ネアレルゲン遺伝子のプロモーター領域であることが確
かめられた。配列番号2記載の塩基配列は配列番号1記
載の塩基配列との相同性が高く、多重遺伝子族を構成す
るアレルゲン遺伝子の他の遺伝子のプロモーターである
と推測された。
【0015】実施例3 得られたプロモーターが確かに胚乳成分の改変に利用で
きるかどうかを調べるためにこれらのプロモーターを用
いてアンチセンスワキシー遺伝子を構築し、イネに導入
した。具体的には、まずイネのワキシー遺伝子(Wan
gら, Nucleic Acids Reseac
h, 18:5898 (1990))を制限酵素Sc
aI,BglIIで切断しターミネーター部位を含む約
0.67kbの断片を取り出した。これをDNA Bl
unting Kitで処理し、プラスミドpUC19
のHincII siteに常法によりサブクローニン
グした。得られたプラスミドのワキシーターミネーター
の上流のEcoRI siteとSacIsiteの間
に5´側にEcoRI siteを3´側にSacI
siteを付加してポリメラーゼチェインリアクション
法で増幅した配列番号1の1番目から1020番目まで
の配列を常法により挿入した(pRW1)。同様にして
配列番号1の504番目から976番目の配列を挿入し
たプラスミド(pRW11)と配列番号2の1番目から
976番目までの配列を挿入したプラスミド(pRW
2)を得た。それぞれのプラスミドのSmaI sit
eにプラスミドpWX12(Shimada and
Tada, Gene, 98:243 (199
1))から制限酵素XbaIとEcoRIを用いてイネ
ワキシー遺伝子の一部である約1kbの断片を切り出し
常法により平滑末端にして挿入した。こうしてアレルゲ
ンプロモーターの後ろにイネワキシー遺伝子の一部がア
ンチセンスの向きでつながれたプラスミド(それぞれp
RWX1(図1)、pRWX11(図2)、pRWX2
(図3))を得た。
【0016】実施例4 プラスミドpRWX1,pRWX11,pRWX2をそ
れぞれ常法により大量精製し、イネの品種日本晴のプロ
トプラストにエレクトロポレーション法(Tadaら、
Theor. Appl. Genet. 80:47
5 (1990))で導入した。これらのプロトプラス
トを培養し、植物体を再分化させた。pRWX1を導入
した場合は7個体が導入した遺伝子を持っていることが
サザンブロット解析で確認された。得られた7個体に結
実した種子のアミロース含量を調べたところ、1%以下
の個体が2個体、3%の個体が1個体、7%の個体が1
個体、11%前後の個体が2個体、13%の個体が1個
体あった。通常の日本晴では約20%であるから本発明
のプロモーターを利用して胚乳成分の一つであるアミロ
ース含量を効率よく制御できることが示された。同様
に、pRWX11およびpRWX2が導入された個体が
それぞれ3個体および4個体得られた。これらの個体の
種子のアミロース含量は2%から12%であった。
【0017】
【配列表】
配列番号:1 配列の長さ:1020 配列の型:核酸 鎖の数:二本鎖 トポロジー:直鎖状 配列の種類:Genomic DNA 起源 生物名:Oryza sativa 配列の特徴 特徴を表わす記号:promoter 存在位置:1..976 特徴を決定した方法:E 特徴を表わす記号:TATA signal 存在位置:926..935 特徴を決定した方法:S 配列 TGTTCACGTC AAGTGTAGCT GGGATGTCCT CATCAAAGAT CCCGCATAAT TTTTTCCCTC 60 AGAGTCTTTC CCAATGAGTA TTGTTTACTT TGAAATAACT AACATCATCG ATATGATAAA 120 CCGACATTAA GAATAAATAC ATTTATGGAA AAACATTAAG CTCAATCCCC AAGCTAACAA 180 TACTCATTTT TTCCTTTTGC AAATTAGCAA ACATTCTTTG AAGACAAAGG AAACTTTGTT 240 GATCTTACAA ATTACATCAA GGTGTTATTA CTTCAAGACC ACTTCCGATA TGACATAACA 300 ACAAAATCAT GCCACGGGTA GCTATAAACA TAATTTGCTT TGAACTATCC TTTTCGTCAT 360 TAAACAAATT GGATAAATAT AAATATCAAA AGATTTTGTT ACCCATAGTA CTATATGTCT 420 GTTGACGGTG TGCATTTCTT TTCTTACACG GAAGAATGAA ATGAGTTCAA TAATTAAGAG 480 TGTGGTCCAT ATCAATCCAC TTTAAACCAA CTTTTTGTCA AAATATATAA TGCTCAGATT 540 AGCCGTGAAT AACAAAAAAT ATTTCATGCA AAACCACAAG CAAATTGCTC ATGCCAGTCA 600 TGCAAAACCC CAAGAGCATA CTAACCACGC ATGAACAGCT AAAACAATTT TGTGGCCGTT 660 CTTCAAAGTT GAATCACTTT AATTAGTCTT TCTATAGCCA CATATAGCAT TTATTTTCTT 720 CCACGTAAGG ATCAAACAAA TTCAAATAAT TAAAGAGTGT AGTACATATC AATCCACTTT 780 AACCATCTGT TGTCCATATG ATGCCCCAGA TTAGGCGTGT GAATCACAAT AGATGTTTCA 840 TACAGAACCA CAAGCAAATC CATAAATAGC TCATGAACAG CCAAAAAATT TCTATCTGTT 900 CTTGAATCAC TTTGGTCTTT ATAGCTATAT ATAAAACCAC CCAGAGACGA AGAGCCTAGC 960 TATCACAGTT AATTAAGATT TTTCACAAAC TAAGCAAAAT ATGGCTTCCA ACAAGGTAGT 1020
【0018】配列番号:2 配列の長さ:976 配列の型:核酸 鎖の数:二本鎖 トポロジー:直鎖状 配列の種類:Genomic DNA 起源 生物名:Oryza sativa 配列の特徴 特徴を表わす記号:promoter 存在位置:1..976 特徴を決定した方法:S 特徴を表わす記号:TATA signal 存在位置:914..923 特徴を決定した方法:S 配列 TATATGGTTA TCAATAGGAA TGATAAAAAT TAATGAATGC GAGAGAGACT ATGTCGTGAT 60 TGTACAAATA AAAAGAACAC AAGAAGTATA GTATATTTTG CAAAAACTAA GGTCATTCAT 120 ATGGTCAAAC CAACAATTCC AAATAAATAT AGATTTTGAA GGACATTAAA CTCACACCCC 180 ATGCTAACAA CCCTCTAGCT GTTTCTTTTT CCTTTGTCAC GAAATAAAAA ACCTCTTCCT 240 TCCACCTCAC ATAATACCTA TATTTTAACC TCACGTATTT TTTACTTTAT TACAAGTCGA 300 CAAAGTTATA GCACAAAATA TTCCTAACAT TTAATTTGTA TCATTAATTT TTAAACAAAG 360 TGATTATGCG TGCGTACTTC TCCTGGCCAT ATATAATGCC GTGCCTTGTT AATATAACCC 420 TGTTATCCAA CGTGCGCGTA AAGCTATCTA TATATATGAT ATTTGTGTTT CAGAAAACTC 480 CAATACTTAT ATGCTTCATC AGGCACGTTA ATTTCTTAAT TTTCTGAAAT CTAGTGATGC 540 AGCTTTCGTT ACTGCAGCTT CCAGAGCATT CTTTTTAAAG TATTTGTTCA GAACTATTCT 600 TTTTATTGTT CCACAATTTG GATCACTATA CAAGCCATGG ATAAAGATGA ACTGATTTGT 660 TACCTGCATG CAAAACTATA TATGCTGTTG ACATTATGTG CAATTTCTTT AATTTTCTCC 720 ACGGAAGGTT CAAATTAATA AAGAGTGTGG TGCATATCAA TCCACTTTTA CCAACTTTAG 780 TCCATATGAT GCCCACATTA GGCGTGGATC ACAATTAATA TTTTATATGT CTACAAAACC 840 ACAAGTTAAT CTATTAGCTC ATGAACAGCT AAAACTTTTA TGTCCCTTCT TAAATCACTT 900 TAGTCTTTAT AGCTATATAT AAAACCACCA ATAGATGAAG ACCTTAAACC TATCCCTCTC 960 ATACAAATTC AGACTA 976
【0019】配列番号:3 配列の長さ:681 配列の型:核酸 鎖の数:二本鎖 トポロジー:直鎖状 配列の種類:cDNA to mRNA 起源 生物名:Oryza sativa 配列の特徴 特徴を表わす記号:mRNA 存在位置:1..681 特徴を決定した方法:E 配列 GAAACTTGAT GTCATATAAA TCTAAATAAA ATCACCTATT TTTCACAAAC TAAGCAAAAT 60 ATGGCTTCCA ACAAGGTAGT GTTCTCGGTA TTGCTCCTCG TCGTTCTCTC CGTGCTCGCG 120 GCGGCGATGG CGACCATGGC GGACCACCAC CAAGTCTACA GCCCCGGTGA GCAATGTCGG 180 CCAGGAATAA GCTATCCGAC ATACTCACTC CCGCAATGTC GAACATTGGT GAGGCGCCAA 240 TGCGTTGGCC GTGGCGCCAG CGCCGCGGAC GAGCAAGTCT GGCAAGACTG CTGCCAGCTC 300 GCCGCCGTCG ACGACGGCTG GTGCAGGTGC GGGGCGCTCG ATCACATGCT GTCAGGCATC 360 TACAGGGAGC TCGGCGCCAC CGAGGCCGGG CACCCCATGG CCGAGGTGTT CCCCGGCTGC 420 CGGAGAGGGG ACTTGGAGCG CGCGGCGGCG ACGTCCCGGC GTTCTGCAAC GTGGACATCC 480 CCAATGGGCC TGGTGGTGTC TGCTACTGGC TTGGGTATCC TAGGACCCCA AGAACCGGTC 540 ACTAGGCTAC TATAGTTAGC TGTGTGTGTG TGACTATGTG GGGTTGCTAA ATAATTAGTG 600 CTTTCTTTTG TCAGGAAGCA TCTATTTATA TATATGTGGT GAATAAATGA TGAACTTCAA 660 TGTTCTTCTG CTCTGCCGAA T 681
【図面の簡単な説明】
【図1】 アレルゲン遺伝子のプロモーターを利用して
構築したアンチセンスワキシー遺伝子を含むプラスミド
pRWX1を表わした図である。
【図2】 アレルゲン遺伝子のプロモーターを利用して
構築したアンチセンスワキシー遺伝子を含むプラスミド
pRWX11を表わした図である。
【図3】 アレルゲン遺伝子のプロモーターを利用して
構築したアンチセンスワキシー遺伝子を含むプラスミド
pRWX2を表わした図である。

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 配列表の配列番号1記載のイネアレルゲ
    ンタンパク質の遺伝子のプロモーターを含む塩基配列。
  2. 【請求項2】 配列表の配列番号2記載のイネアレルゲ
    ンタンパク質の遺伝子のプロモーターを含む塩基配列。
  3. 【請求項3】 配列表の配列番号1記載の504番目か
    ら976番目までの塩基配列。
  4. 【請求項4】 請求項1、2または3記載の塩基配列を
    含む植物用ベクター。
  5. 【請求項5】 請求項4記載のベクターで形質転換され
    たイネ。
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