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植物の形質転換とは何か。 安定型形質転換

植物科学者が「植物形質転換」を使って、目的の植物の中で遺伝子を発現させたという話を聞いたことがあると思います。

植物形質転換とは、他の生物、通常は他の植物から得た DNA を、関心のある植物のゲノムに挿入する方法です。 たとえば、私の研究では、ブドウのスチルベン合成酵素という遺伝子をトマトに挿入し、薬効成分のレスベラトロールをトマトで高濃度に生産できるようにしました。 酵母、細菌、植物、哺乳類細胞などです。 遺伝子組み換え生物の最も重要な用途の1つは、医薬的に重要な化合物の大規模生産です。 例えば、遺伝子組換え細菌は合成インスリンの生産に使われています。

植物では、特定の遺伝子の効果を研究し、収量、耐病性、ストレス耐性、栄養生産などの植物の形質を改善するために、植物形質転換を利用しています。 高塩分や干ばつなどのストレスに対する耐性を向上させ、将来のために植物をエンジニアリングすることは、地球温暖化による気候の変化で農家が直面する問題が予測されるため、特に重要な研究分野となっています。 この記事では、安定型形質転換に焦点を当てます。

植物の安定型形質転換とは何ですか?

植物の安定型形質転換は、植物に遺伝子を安定して導入するために使用します。 この種の植物形質転換は、遺伝子の長期的な研究や、形質/化合物の大規模な長期生産に用いられます。

安定した形質転換に用いられる方法:

植物形質転換には2段階あります。

DNA の導入:

植物への遺伝子導入には、アグロバクテリウムとパーティクルガンの2つの方法があります。 (

アグロバクテリウム

アグロバクテリウムは天然に存在する土壌細菌で、自身のDNAの一部を植物細胞に導入するユニークな能力を持っています。 野生では、細菌のDNAの一部が移行すると、植物の細胞分裂が急速に進み、植物腫瘍が発生する。

Agrobacteriumgall
Agrobacterium Gall (tumor)at the root of Carya illinoensis: source wikimedia

ラボでは、アグロバクテリウムのDNA転送能力を利用しますが、「腫瘍形成」遺伝子は取り除き、代わりに目的の遺伝子と入れ替えをします。

目的の遺伝子を含むアグロバクテリウムを、傷ついた植物組織の摘出物に接種します。

トランスジェニック植物全体の生成:

アグロバクテリウムを接種した後、植物組織を、アグロバクテリウムを殺すための抗生物質と選択因子を含む培地で培養する。 選択因子は、通常、植物細胞を死滅させる抗生物質が一般的である。 目的の遺伝子をアグロバクテリウムに加えるとき、選択マーカー、例えば抗生物質耐性遺伝子を加える。

transformation
Simplified diagram of Agrobacterium mediated plant transformation.

Tissue culture:

上述のように、アグロバクテリウムは傷ついた植物組織抽出物に添加されます。 植物の組織は、新芽、葉、茎、根など、さまざまな部位から採取することができます。 植物形質転換に必要な摘出片の種類は、植物によって異なります。

摘出片を培養する際に、植物再生を誘導するために、さまざまな植物ホルモンを組織培地に添加します。 これにより、植物細胞の未組織な塊であるカルスが形成されます。 カルス形成後、カルスはシュート成長誘導ホルモンを含む培地に移され、さらにシュート-ルート誘導培地に移される。

土の上で植物がうまく成長したら、植物を分析して、目的のDNAがうまく組み込まれているか、正しく機能しているかを確認します。

参考文献:

植物形質転換 パート2:一過性の発現

バイオテクノロジーへのすばらしい入門書:http://nepad-abne.net/biotechnology/

遺伝子組み換えの概要

遺伝子組み換えを学ぶ。 http://sphweb.bumc.bu.edu/otlt/MPH-Modules/PH/GMOs/GMOs3.html

バクテリアの遺伝子組換えについての概説。 https://www.learner.org/courses/biology/textbook/gmo/gmo_2.html

作物や動物における遺伝子組み換えの概要 http://www.genewatch.org/sub-532324

植物の形質転換に関する非常に深い記事です。 https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC150518/

パーティクルガンによる植物形質転換。 http://passel.unl.edu/pages/informationmodule.php?idinformationmodule=958077244&topicorder=3&maxto=7

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