JP2004350553A - Arabidopsis thaliana AN3 gene - Google Patents
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Abstract
【課題】葉の横方向のサイズを制御する方法に関する。
【解決手段】葉の横方向のサイズを制御するAN3遺伝子及びその遺伝子の発現を制御することにより葉の形状を変化させる方法を提供する。
【選択図】 なしA method for controlling a lateral size of a leaf is provided.
The present invention provides an AN3 gene that controls the lateral size of a leaf and a method of changing the shape of the leaf by controlling the expression of the gene.
[Selection diagram] None
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、シロイヌナズナのAN3遺伝子に関し、より詳細には、葉の横方向のサイズを制御するAN3遺伝子及びその遺伝子の発現を制御することにより葉の形状を変化させる方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、植物の形態を改変するためには、原理的に、植物ホルモン(ジベレリンやブラシノステロイド、エチレンなど)の内生量や感受性を調節することにより、細胞サイズを制御して行われている。
発明者らは、既にシロイヌナズナにおいて、シトクロムP450ファミリーに属するROTUNDIFOLIA3(ROT3)遺伝子を特定し(Gene & Development 12:2381−2391(1998))、このROT3の発現を制御することにより葉や花の形状を変化させることができることを示した(非特許文献1)。この遺伝子ROT3は縦方向への細胞伸長にのみ関与し、CYP90D1との組み合わせによって、細胞伸長と、それに加えて細胞分裂とが変化する(特願2002−248910)。この場合は葉の極性とは関係なく働く。一般的にブラシノステロイドは、葉においては、細胞の伸長と分裂と双方に対して促進的な効果を持つ(非特許文献2)。これらの遺伝子群の機能欠損を起こさせると、細胞の縦への伸長低下か、あるいは、細胞分裂と細胞伸長の双方が全体に低下するか、といったことが起きる。
【0003】
これらの改変方法は、既存の細胞数に依存するため、器官サイズの制御範囲には限界がある。また生理機能の変更という副作用も大きい。
また植物の葉及び花器官は、縦及び横の極性を持った平面を形成するが、この極性軸に依存した細胞分裂過程を利用した形態制御法は知られていない。
発明者らは、an3という横幅の広い細胞伸長低下によらない変異体があることを見出していたが(非特許文献3及び4)、その遺伝子については知られていなかった。
なお、今回発明者らが見出したシロイヌナズナのAN3遺伝子のコードするアミノ酸配列は、ヒト等で転写コアクチベーターとして知られている因子(非特許文献5)の植物におけるホモログである。
【0004】
【非特許文献1】
Proc. Natl. Acad. Sci. USA vol. 96, pp. 9433−9437 (1999)
【非特許文献2】
Nakaya, M. et al., Plant Cel Physiol. 43: 239−244 (2002)
【非特許文献3】
Instituto Juan March de Estudios e Investigaciones Centre for International Meeting on Biology − Workshop on Leaf Development (February 11−13, 2002; Madrid, Spain)
【非特許文献4】
Plant Cell Physiol. 43: 372−278 (2002)
【非特許文献5】
Brett D. et al., Hum. Mol. Genet. 6, 1559−1564 (1997)
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
細胞伸長制御のみにより、葉や花器官のサイズ及び形態を制御することには限界がある。しかし、これらの器官の細胞数自体を調節することができれば、この制約を乗り越えることができる。
本発明は、植物器官の細胞数を調節する手段であって、平面的な細胞増殖における横方向に対してより指向性が高い調節手段を提供することを目的とする。従って、縦及び横方向の葉及び花器官サイズ制御法と組み合わせることで、植物形態をより柔軟に調節できる。この手段は、観賞用の花卉、観葉植物において新規形態を持った新品種開発に利用できる。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、シロイヌナズナの葉の横方向に対する変異体を解析した結果、葉や花器官の横方向への細胞数を調節する遺伝子AN3を見出した。
このAN3はヒト等でco−activatorとして知られている因子の、植物におけるホモログである。しかしこれまでその機能については、単細胞培養系でしか解析されておらず、また植物では全く解析されてこなかったため、これが葉の形態を制御する機能を有することは、全く知られていなかった。
このAN3遺伝子の機能が破壊された場合、植物の葉は長さが変わらないまま、横幅が細くなる。これは葉の原基の細胞分裂活性が低下するためである。特に、葉の横幅方向への細胞の増殖が盛んな時期への影響が強いため、縦の長さではなく、横幅に強い影響が生じる。
【0007】
即ち、本発明は、(1)又は(2)の塩基配列から成る遺伝子である。
(1)配列番号1の塩基配列(シロイヌナズナのAN3遺伝子)
(2)配列番号1がコードするアミノ酸配列のN末端側の125アミノ酸残基分を、シロイヌナズナ以外の植物のAN3遺伝子のホモログとを比較した結果、該植物のAN3遺伝子のホモログのアミノ酸配列がAN3と同じ分岐群に含まれる場合の、該植物のAN3遺伝子のホモログの塩基配列
また、本発明は、(1)又は(2)の塩基配列から成る遺伝子であってもよい。
(1)配列番号1の塩基配列(シロイヌナズナのAN3遺伝子)
(2)配列番号1の塩基配列がコードするアミノ酸配列又は該アミノ酸配列において1若しくは数個のアミノ酸が欠失、置換若しくは付加されたアミノ酸配列をコードし、葉や花器官の横方向への細胞数を調節する機能を有する塩基配列
また、本発明は、この遺伝子の発現を制御することにより、その植物の葉のサイズを変える方法である。
更に、本発明は、この遺伝子の発現を制御するように処理された植物である。
この遺伝子の発現は、該遺伝子の破壊、損植物への該遺伝子のアンチセンス遺伝子を導入すること、又は該遺伝子のRNA干渉、又は該遺伝子の過剰発現により制御することができる。
【0008】
【発明の実施の形態】
AN3 のアミノ酸配列はヒトのホモログ(GenBank, AF244972)とN 末端側が似ている。BLASTP検索をかけると、N 末端側の相同性は57%である。C 末端側は配列そのものは似ていないが、Q, P, G 等のアミノ酸が多いという特徴は似ている。酵母ゲノムにはAN3 のホモログに相当する配列は含まれない。
【0009】
シロイヌナズナにはAN3 遺伝子に似た遺伝子が他に2つある(SYT2, SYT3 と名付けられている。GenBank, AY102640, AY102641)。ヒトの場合と同様にこれらはAN3のN 末端側(約70残基)のみ高い相同性を持っている。一方、AN3 のN 末端側125 残基をquery としてTBLASTN 検索を行うと、70−125 残基の部分でも相同性が認められる他の植物種由来のEST がヒットする。そこで、AN3 のN末端側125 残基までの配列とSYT1, SYT2 及び他の植物のAN3 ホモログとで分子系統樹を作成して、その他の植物の配列がAN3 と同じクレードに含まれれば、AN3 のホモログと見なせる。
また、C 末端側は「アミノ酸組成が似ている」という特徴なので、この部分のアミノ酸配列の相同性はそっくりな遺伝子で比較しても、全体として相同性は低くなる。
【0010】
発明者らが既に見出している、ブラシノステロイド合成に関与する遺伝子ROT3は縦方向への細胞伸長にのみ関与するものであった(非特許文献1)。一方、今回のAN3の場合は、葉の中で細胞が縦だけでなく積極的に横方向へも分裂する時期に必要な遺伝子であるため、細胞数は縦よりも横方向に顕著に低下する。しかし細胞のサイズは葉に特有の補償作用の結果、むしろ正常型よりも大きくなる。
【0011】
【発明の効果】
AN3のアンチセンス遺伝子あるいはRNAiを作成し、植物に導入することで、葉の細胞数を制御し、横幅の制御をすることができる。即ち、AN3 遺伝子(ゲノムDNA, cDNA の全体、一部)及びその他植物のAN3 相同遺伝子を用い、その発現を構成的あるいは器官特異的に起こすことができる。機能欠損型(アンチセンス法、RNAi 法)の場合は、器官サイズの減少と幅方向への成長を抑制することができる。
更に、本発明の方法によれば、従来育種に比較して植物形態制御を精密化、高速化することができ、新品種の開発が容易になる。
【0012】
一方、上記anとan3は独立に働き、rot3, cyp90d1とも独立に働く。そこで、これら、細胞のサイズや形状の制御系と組み合わせることで、より細く、あるいは細くかつ短く、等の組み合わせによる自由な制御が可能になると考えられる。さらに、見た目の違いとして、細胞数が減少した細葉化(an3)と、細胞が小さくなることで起きた細葉化(an)とでは、色が異なる。前者は通常のものと同じ色彩であるが、後者は、色が濃くなる。これは細胞の密度の違いを反映している。これは、特に花卉園芸においてバイオデザイン上重要である。
【0013】
また、シロイヌナズナAN3 遺伝子あるいは、その他植物のAN3相同遺伝子を用いて植物を形質転換し、葉及び葉の変形した花器官あたりの細胞増殖能を調節することで、葉および花器官の形態および器官サイズ、生重量を改変することができる。
【0014】
【実施例】
以下、実施例にて本発明を例証するが、本発明を限定することを意図するものではない。
実施例1
この実施例では、突然変異株(an3)における、細胞数と葉器官幅を測定した。
葉器官の幅・長さは及び葉肉細胞の面積は、以下のようにして決定した。まず、植物体から切り取った葉の画像データを顕微鏡を用いて収集する。細胞レベルの観察の場合には、飽水クロラール液(飽水クロラール 200g, グリセロール 20g, 脱イオン水 50 ml) を用い、葉器官に透明化処理を施した。次に、その画像を元に葉器官の幅・長さ、細胞の面積を画像解析ソフトウエアのImage J (http://rsb.info.nih.gov/ij/) を用いて測定した。
葉の幅及び長さ方向の細胞数は、透明化処理を行った葉器官を顕微鏡観察し、目視によって計測した。
【0015】
シロイヌナズナAN3遺伝子を欠損する突然変異株(an3−1) における、葉器官幅の写真を図1に示す。an3対立変異としてan3−1 からan3−4 が存在し、これらは全て図1に示す表現型を共通して示す。比較のために野生型(WT) のものも示す。
突然変異株(an3−1)の葉身及び葉柄の長さを図2に示す。an3−1 とWT でほぼ同じであるが、葉身の幅は、WT で4.6 mm だったものが、an3−1 では3.2 mm へと減少した。従って、突然変異株(an3) は野生型(WT) に比べて、葉器官幅が特異的に減少していることが分かる。
突然変異株(an3−1)の細胞数と細胞サイズを図3に示す。an3−1 機能欠失変異型株では、野生株に比べ細胞サイズが約2倍増加している一方で、細胞数が少なくなっている(縦で約60%、横で約50%)ことがわかる。細胞の写真を図4に示す。
【0016】
実施例2
突然変異株(an3) は野生型(WT) のゲノムDNAについて配列番号2と3に示すプライマーを用いてPCRを行い、その結果を図5に示す。その結果、an3−1, an3−3, an3−4 はAN3 遺伝子の欠失変異であることを確認した。
an3−2 遺伝子の塩基配列(配列番号4及び5)を決定したところ、図6に示すように、6 塩基の欠失が生じていた。
これらの結果と実施例1の結果から葉器官幅はAN3 遺伝子によって制御されていることがわかる。
【0017】
実施例3
この実施例では、シロイヌナズナ angustifolia 変異株(an) 並びにan3 及びan の2重変異株(an an3) における、葉器官幅を測定した。結果を図7及び図8に示す。比較のためan3 変異株(an3) のものも示す。
AN 遺伝子は、動物のC−terminal Binding Protein と相同性のある遺伝子である( Kim G. T. et al., EMBO J. 21: 1267−1279 (2002) 。この遺伝子の機能の異常は、葉を構成する細胞の、細胞表層微小管の配向異常をもたらし、ひいては細胞伸長の方向性に異常をきたす。そのため、この変異体では、葉を構成する細胞がそれぞれ横方向に伸びられず、厚さ方向に伸びる結果、葉が厚く細くなる(Tsuge, T. et al., Development 122: 1589−1600 (1996))。
つまり、ANは細胞伸長の制御系、AN3 は細胞分裂の制御系で、互いに制御系が異なる。両者の2重変異株においては葉器官幅がさらに減少しており、このことからも、an とan3 は独立に働くことが分かる。
【0018】
実施例4
本実施例では、細胞分裂のG2/M 期に発現する遺伝子(CYCB1;2) のプロモーター::レポーターラインを用いて、an3 およびWT における葉原基発達過程での細胞分裂の性質について解析した。図9に模式的に示すように、このレポーターラインを利用すると、GUS 染色により細胞分裂直後の細胞核や、分裂中の染色体を観察できる(Donnelly, B. M. et al., Dev. Biol. 215:407−419)。
図10にはan3 およびWT バックグランドでのレポーター活性をGUS 染色により検出した例を示している。このような画像データを顕微鏡観察により収集し、分裂中あるいは分裂直後の細胞の染色像から、細胞分裂面を画像に書き込んだデータを作成した。その後、分裂面の葉の縦軸に対する角度を集計した。
【0019】
葉原基内では縦方向に発生段階の勾配が形成されており、先端部により発達した細胞が含まれる。図11では、若い葉原基(Early stage) とより発達した葉原基(Late stage)での細胞分裂面を縦(0−30°, 150−180°)、横 (60−120°)、斜め(30−60°, 120−150°) に分類した。
葉の発生の進行に伴う細胞分裂面の変化を調べるため、Early stageの基部側(E2) と先端側(E1) およびさらに発達したLate stage の中間部(L2) を比較した(図12)。この図11に示す結果から、発生段階の若い領域に含まれる葉細胞は主に縦方向に増殖し、その後発生が進行すると縦にも横にも分裂するようになることが分かった。また、細胞分裂の方向性はan3 変異の影響はないことも分かった。
【0020】
実施例1の結果から、an3 変異株においては縦方向よりも横方向の細胞増殖が大きな影響を受けていることが考えられる。そこで、横方向への細胞増殖がより活発なLate stage の葉原基内での細胞分裂活性を検討した。本実施例(図11)で用いた方法で、分裂中の細胞の数をL1, L2, L3 それぞれの領域において計測した。
その結果、図13に示すようにan3 変異株では、葉原基基部の細胞分裂活性は野生株と同等であるのに対し、L2, L3 では細胞分裂活性が大きく低下することが分かる。従って、AN3 遺伝子の機能が欠損すると、葉原基の中で横方向への細胞増殖が活発なステージが短くなり、葉の形態に大きな影響を与えることが判明した。
【0021】
【配列表】
【図面の簡単な説明】
【図1】突然変異株(an3−1)と野生型(WT)の子葉、ロゼット葉、茎生葉を示す図である。
【図2】突然変異株(an3−1)と野生型(WT)の第1葉の葉身の長さ、幅、葉柄の長さの比較を示す図である。
【図3】突然変異株(an3−1)と野生型(WT)の第1葉の縦方向と横方向の葉肉細胞数(A)と葉肉細胞の面積(B)の比較を示す図である。
【図4】突然変異株(an3−1)と野生型(WT)の葉肉細胞顕微鏡写真を示す図である。右は突然変異株(an3−1)、左は野生型(WT)を表す。
【図5】突然変異株(an3)と野生型(WT)のAN3 遺伝子を増幅するPCR反応の結果を示す図である。矢印はAN3遺伝子(633bp)を示す。
【図6】an3−2遺伝子座の変異部位の塩基配列(配列番号1の1〜120位)を示す図である。下線は欠失部位を示す。
【図7】変異株(an)、an3 変異株(an3) 及びanとan3の2重変異株(an an3)の葉器官を示す図である。
【図8】変異株(an)、an3 変異株(an3) 及びanとan3の2重変異株(an an3)の葉器官を示す図である。
【図9】細胞分裂角度の計測を示す図である。
【図10】CYCB1;2::GUSレポータ活性の検出を示す図である。右は突然変異株(an3−1)、左は野生型(WT)を表す。黒点はG2/M期の細胞を示す。
【図11】葉の発生に伴う細胞分裂面頻度を示す図である。右の図は発生ステージの異なる葉原基領域内での細胞分裂面を示す。
【図12】葉の発生に伴う細胞分裂面の変化を示す図である。
【図13】1枚の葉原基内の各領域における細胞分裂頻度を示す図である。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an Arabidopsis thaliana AN3 gene, and more particularly to an AN3 gene that controls the lateral size of a leaf and a method of changing the shape of a leaf by controlling the expression of the gene.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, in order to modify the morphology of a plant, in principle, the endogenous amount and sensitivity of plant hormones (gibberellin, brassinosteroid, ethylene, etc.) are adjusted to control the cell size. .
The present inventors have already identified the ROTUNDIFOLIA3 (ROT3) gene belonging to the cytochrome P450 family in Arabidopsis thaliana (Gene & Development 12: 2381-2391 (1998)), and controlled the expression of ROT3 to form leaves and flowers. Can be changed (Non-Patent Document 1). This gene ROT3 is involved only in cell elongation in the vertical direction, and in combination with CYP90D1, cell elongation and, in addition, cell division are changed (Japanese Patent Application No. 2002-248910). In this case it works independently of the polarity of the leaves. In general, brassinosteroids have a promoting effect on both elongation and division of cells in leaves (Non-Patent Document 2). When a deficiency in the function of these genes is caused, the cell elongation is reduced vertically, or both cell division and cell elongation are reduced as a whole.
[0003]
Since these modification methods depend on the existing cell number, the control range of the organ size is limited. In addition, the side effect of changing the physiological function is great.
In addition, the leaves and flower organs of a plant form planes having vertical and horizontal polarities. However, a morphological control method utilizing a cell division process depending on the polar axis is not known.
The inventors have found that there is a mutant called an3 which is not due to a wide cell growth reduction (Non-patent
The amino acid sequence of the Arabidopsis thaliana AN3 gene discovered by the present inventors is a homolog in plants of a factor known as a transcription coactivator in humans and the like (Non-Patent Document 5).
[0004]
[Non-patent document 1]
Proc. Natl. Acad. Sci. USA vol. 96 pp. 9433-9437 (1999)
[Non-patent document 2]
Nakaya, M .; et al. , Plant Cel Physiol. 43: 239-244 (2002)
[Non-Patent Document 3]
Instituto Juan March de Estudios Investigations Center for International Meeting on Biology-Workshop on Leaf Development, February 1, 2001; February 1, 2001;
[Non-patent document 4]
Plant Cell Physiol. 43: 372-278 (2002)
[Non-Patent Document 5]
Brett D. et al. , Hum. Mol. Genet. 6, 1559-1564 (1997)
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
There is a limit in controlling the size and morphology of leaf and flower organs only by controlling cell elongation. However, if the number of cells in these organs can be controlled, this limitation can be overcome.
An object of the present invention is to provide a means for adjusting the number of cells in a plant organ, which has higher directivity in the horizontal direction in planar cell growth. Therefore, the plant morphology can be more flexibly adjusted by combining with the method of controlling leaf and flower organ size in the vertical and horizontal directions. This means can be used for developing new varieties of ornamental flowers and ornamental plants having a new form.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
The present inventors have analyzed the mutants of Arabidopsis thaliana in the lateral direction, and found the gene AN3 that regulates the number of cells in the lateral direction of leaves and flower organs.
This AN3 is a plant homologue of a factor known as a co-activator in humans and the like. However, its function has been analyzed only in a single-cell culture system and has not been analyzed in a plant at all, and it has never been known that it has a function of controlling leaf morphology.
When the function of the AN3 gene is disrupted, the leaves of the plant become thinner without changing the length. This is because the cell division activity of leaf primordia is reduced. In particular, since the influence on the period when the proliferation of cells in the lateral direction of the leaf is active is strong, the lateral width is strongly affected, not the vertical length.
[0007]
That is, the present invention is a gene comprising the nucleotide sequence of (1) or (2).
(1) Nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1 (AN3 gene of Arabidopsis thaliana)
(2) As a result of comparing the N-terminal 125 amino acid residues of the amino acid sequence encoded by SEQ ID NO: 1 with a homologue of the AN3 gene of a plant other than Arabidopsis thaliana, the amino acid sequence of the homologue of the AN3 gene of the plant is AN3 The nucleotide sequence of a homologue of the AN3 gene of the plant when it is included in the same clad group as in the above. The present invention may also be a gene comprising the nucleotide sequence of (1) or (2).
(1) Nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1 (AN3 gene of Arabidopsis thaliana)
(2) a cell encoding the amino acid sequence encoded by the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1 or an amino acid sequence in which one or several amino acids have been deleted, substituted or added in the amino acid sequence; Nucleotide sequence having a function of regulating the number The present invention also relates to a method for changing the size of leaves of a plant by controlling the expression of this gene.
Furthermore, the present invention is a plant that has been treated to control the expression of this gene.
Expression of this gene can be controlled by disruption of the gene, introduction of the antisense gene of the gene into damaged plants, RNA interference of the gene, or overexpression of the gene.
[0008]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
The amino acid sequence of AN3 is similar to the human homologue (GenBank, AF244972) on the N-terminal side. According to a BLASTP search, the homology at the N-terminal side is 57%. Although the sequence itself is not similar on the C-terminal side, it is similar in that it has many amino acids such as Q, P, and G. The yeast genome does not contain sequences corresponding to homologues of AN3.
[0009]
Arabidopsis has two other genes that are similar to the AN3 gene (named SYT2, SYT3; GenBank, AY102640, AY102464). As in the case of human, they have high homology only at the N-terminal side of AN3 (about 70 residues). On the other hand, when a TBLASTN search is performed using the N-terminal 125 residue of AN3 as a query, ESTs derived from other plant species having homology even at the 70-125 residue portion are hit. Therefore, a molecular phylogenetic tree is created from the sequence up to the N-terminal 125 residue of AN3 and SYT1, SYT2 and AN3 homologues of other plants, and if the sequence of other plants is included in the same clade as AN3, AN3 Can be regarded as a homolog of
In addition, since the C-terminal side is characterized by "similar amino acid composition", the homology of the amino acid sequence in this portion is low as a whole even if compared with similar genes.
[0010]
The gene ROT3 involved in brassinosteroid synthesis, which the inventors have already found, was involved only in cell elongation in the vertical direction (Non-Patent Document 1). On the other hand, in the case of AN3 this time, the number of cells is significantly lower in the horizontal direction than in the vertical direction because the gene is required when cells actively divide not only vertically but also horizontally in leaves. . However, the size of the cells is larger than the normal type as a result of the leaf-specific compensation.
[0011]
【The invention's effect】
By producing an AN3 antisense gene or RNAi and introducing it into a plant, the number of leaf cells can be controlled and the width can be controlled. That is, expression can be constitutively or organ-specifically induced using the AN3 gene (whole or part of genomic DNA and cDNA) and other plant AN3 homologous genes. In the case of the function-deficient type (antisense method, RNAi method), a decrease in organ size and growth in the width direction can be suppressed.
Furthermore, according to the method of the present invention, plant morphology control can be refined and speeded up as compared with conventional breeding, and development of new varieties can be facilitated.
[0012]
On the other hand, an and an3 work independently, and rot3 and cyp90d1 work independently. Therefore, it is considered that the combination with these control systems for cell size and shape enables free control by a combination of finer or thinner and shorter. Further, as a difference in appearance, the color is different between the thinning (an3) in which the number of cells is reduced and the thinning (an) caused by the small size of the cells. The former has the same color as the normal one, but the latter is darker. This reflects the difference in cell density. This is important for biodesign, especially in flower gardening.
[0013]
Further, by transforming plants using the Arabidopsis thaliana AN3 gene or AN3 homologous gene of other plants, and regulating the cell proliferation ability per leaf and the transformed flower organ of the leaf, the morphology and organ size of the leaf and flower organs are improved. The raw weight can be modified.
[0014]
【Example】
Hereinafter, the present invention is illustrated by examples, but is not intended to limit the present invention.
Example 1
In this example, the number of cells and the width of a leaf organ in the mutant strain (an3) were measured.
The width and length of the leaf organs and the area of the mesophyll cells were determined as follows. First, image data of leaves cut from a plant is collected using a microscope. In the case of observation at the cell level, a leaf organ was subjected to a clearing treatment using a saturated chloral solution (200 g of saturated chloral, 20 g of glycerol, and 50 ml of deionized water). Next, based on the image, the width / length of the leaf organ and the cell area were measured using Image J (http://rsb.info.nih.gov/ij/) of image analysis software.
The number of cells in the width and length directions of the leaves was visually observed by observing the transparent organs under a microscope.
[0015]
FIG. 1 shows a photograph of the leaf organ width in the mutant strain (an3-1) deficient in the Arabidopsis thaliana AN3 gene. The an3 alleles include an3-1 to an3-4, which all have the phenotype shown in FIG. 1 in common. The wild type (WT) is also shown for comparison.
FIG. 2 shows the length of the leaf blade and petiole of the mutant strain (an3-1). The width of the blade blade was almost the same as that of an3-1 and WT, but decreased from 4.6 mm in WT to 3.2 mm in an3-1. Therefore, it can be seen that the mutant strain (an3) has a specifically reduced leaf organ width as compared to the wild type (WT).
FIG. 3 shows the cell number and cell size of the mutant strain (an3-1). In the an3-1 function-deficient mutant strain, the number of cells is reduced (about 60% in the vertical direction and about 50% in the horizontal direction) while the cell size is increased about twice as compared with the wild type. Understand. A photograph of the cells is shown in FIG.
[0016]
Example 2
The mutant strain (an3) was subjected to PCR on the wild-type (WT) genomic DNA using the primers shown in SEQ ID NOs: 2 and 3, and the results are shown in FIG. As a result, it was confirmed that an3-1, an3-3, and an3-4 were deletion mutations of the AN3 gene.
When the nucleotide sequence of the an3-2 gene (SEQ ID NOS: 4 and 5) was determined, a deletion of 6 bases occurred as shown in FIG.
From these results and the result of Example 1, it can be seen that the leaf organ width is controlled by the AN3 gene.
[0017]
Example 3
In this example, the leaf organ width was measured in the Arabidopsis angustifolia mutant (an) and the double mutant of an3 and an (an an3). The results are shown in FIGS. For comparison, the an3 mutant (an3) is also shown.
The AN gene is a gene having homology to the C-terminal Binding Protein of animals (Kim GT et al., EMBO J. 21: 1267-1279 (2002)). In this mutant, the cells constituting the leaf do not grow laterally, and the thickness of the cells constituting the leaf does not grow in the lateral direction. As a result, the leaves become thicker and thinner (Tsuge, T. et al., Development 122: 1589-1600 (1996)).
That is, AN is a control system for cell elongation, and AN3 is a control system for cell division, and the control systems are different from each other. The leaf organ width was further reduced in both double mutants, which also indicates that an and an3 work independently.
[0018]
Example 4
In this example, the nature of cell division during the leaf primordium development process in an3 and WT was analyzed using the promoter :: reporter line of the gene (CYCB1; 2) expressed in the G2 / M phase of cell division. As schematically shown in FIG. 9, by using this reporter line, cell nuclei immediately after cell division and chromosomes during division can be observed by GUS staining (Donnelly, BM et al., Dev. Biol. 215). : 407-419).
FIG. 10 shows an example in which reporter activity in an3 and WT background was detected by GUS staining. Such image data was collected by microscopic observation, and from the stained images of cells during or immediately after division, data in which the cell division surface was written on the image was created. Then, the angles of the leaves of the dividing plane with respect to the vertical axis were tabulated.
[0019]
Within the leaf primordium, a gradient of developmental stage is formed in the vertical direction, and cells that have developed at the tip are included. In FIG. 11, the cell division planes of the young leaf primordium (Early stage) and the more developed leaf primordium (Latte stage) are vertical (0-30 °, 150-180 °), horizontal (60-120 °), and oblique ( 30-60 °, 120-150 °).
In order to examine the change in the cell division surface with the progress of leaf development, the base side (E2) of the early stage and the tip side (E1) and the intermediate part (L2) of the more developed Late stage were compared (FIG. 12). From the results shown in FIG. 11, it was found that the leaf cells contained in the young region at the development stage mainly proliferated in the vertical direction, and then, when the development proceeded, the cells were divided both vertically and horizontally. It was also found that the direction of cell division was not affected by the an3 mutation.
[0020]
From the results of Example 1, it is conceivable that the cell growth in the an3 mutant strain was more affected in the lateral direction than in the vertical direction. Thus, the cell division activity in the leaf primordium of Late stage, in which the cell proliferation in the lateral direction was more active, was examined. With the method used in this example (FIG. 11), the number of dividing cells was counted in each of L1, L2, and L3 regions.
As a result, as shown in FIG. 13, it can be seen that the cell division activity of the basal leaf base is equivalent to that of the wild type strain in the an3 mutant strain, whereas the cell division activity is significantly reduced in L2 and L3. Therefore, it was found that when the function of the AN3 gene was deficient, the stage of active cell growth in the lateral direction in the leaf primordium was shortened, greatly affecting leaf morphology.
[0021]
[Sequence list]
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing cotyledons, rosette leaves, and raw stem leaves of a mutant strain (an3-1) and a wild type (WT).
FIG. 2 is a diagram showing a comparison of the length, width, and petiole length of the first leaf of a mutant strain (an3-1) and a wild type (WT).
FIG. 3 is a graph showing a comparison of the number of mesophyll cells (A) and the area of mesophyll cells (B) in the longitudinal and lateral directions of the first leaf of the mutant strain (an3-1) and the wild type (WT). .
FIG. 4 shows mesophyll micrographs of mutant (an3-1) and wild type (WT) mesophyll cells. The right shows a mutant strain (an3-1), and the left shows a wild type (WT).
FIG. 5 is a view showing the results of a PCR reaction for amplifying the mutant (an3) and wild-type (WT) AN3 genes. The arrow indicates the AN3 gene (633 bp).
FIG. 6 is a view showing the nucleotide sequence of the mutation site at the an3-2 locus (
FIG. 7 shows leaf organs of mutant (an), an3 mutant (an3), and a double mutant of an and an3 (an an3).
FIG. 8 shows leaf organs of a mutant (an), an3 mutant (an3), and a double mutant of an and an3 (an an3).
FIG. 9 is a view showing measurement of a cell division angle.
FIG. 10 shows detection of CYCB1; 2 :: GUS reporter activity. The right shows a mutant strain (an3-1), and the left shows a wild type (WT). Black dots indicate cells in G2 / M phase.
FIG. 11 is a diagram showing a cell division surface frequency associated with leaf development. The figure on the right shows the cell division surface in the leaf primordium region at different developmental stages.
FIG. 12 is a view showing a change in a cell division surface accompanying leaf development.
FIG. 13 is a view showing the cell division frequency in each region within one leaf primordium.
Claims (5)
(1)配列番号1の塩基配列
(2)配列番号1がコードするアミノ酸配列のN末端側の125アミノ酸残基分を、シロイヌナズナ以外の植物のAN3遺伝子のホモログとを比較した結果、該植物のAN3遺伝子のホモログのアミノ酸配列がAN3と同じ分岐群に含まれる場合の、該植物のAN3遺伝子のホモログの塩基配列A gene comprising the nucleotide sequence of (1) or (2).
(1) The nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1 (2) As a result of comparing the N-terminal 125 amino acid residues of the amino acid sequence encoded by SEQ ID NO: 1 with homologues of the AN3 gene of plants other than Arabidopsis thaliana, When the amino acid sequence of the homologue of the AN3 gene is included in the same clad group as that of AN3, the nucleotide sequence of the homologue of the AN3 gene of the plant
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