北兴化学工业株式会社【社长丸山隆雄】开发研究所【董事兼执行役员内山嗣夫】生物科学研究部植物生物组寺川辉彦团队经理兼国立先进产业技术研究所【会长野间口佑】(以下简称“AIST”)基因组工厂研究部【研究总监镰形洋一】高木佑主要研究人员领导的研究小组正在就基因表达控制技术进行合作(CRES-T 方法)被用来成功培育多瓣仙客来。
花形是提高园林植物观赏价值的重要性状。花由花瓣、雄蕊、雌蕊和萼片等花器官组成,许多称为转录因子的基因参与其形成。仙客来原本有五瓣花瓣,但要培育出类似玫瑰或康乃馨的玫瑰花品种,唯一的方法是利用传统育种方法进行突变诱导,因此很难生产出多瓣仙客来。
这次,我们从仙客来中提取并分析了控制雄蕊和雌蕊形成的基因,并利用我们独特的基因转移技术和CRES-T方法,开发了一种多瓣仙客来,它具有前所未有的花性状,即通过将雄蕊和雌蕊变成花瓣而形成一个又一个花瓣。通过将雄蕊变成花瓣,可以抑制花粉的扩散,而花粉的扩散是转基因植物的一个问题。
本研究是独立行政机构国家农业食品研究机构生物专用产业技术研究支援中心委托研究的“创新创造基础研究推进项目”(核心机构:独立行政机构花卉研究所)的委托研究成果。
该结果的详细内容将在熊本大学举行的日本植物生理学家学会会议上公布(2010 年 3 月 18 日至 21 日)。
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左图:使用此技术制作的多瓣仙客来
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右图仙客来
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仙客来是典型的冬季盆花,是日本盆花中种植面积和出货量最大的主要花卉植物。花形是园林植物观赏的重要因素之一,仙客来的花形一般为五瓣单花,但近年来通过自然突变出现了十瓣重瓣品种,并已商品化。然而,利用杂交、诱变选择等常规育种方法很难有效地产生重瓣花。此外,像玫瑰和康乃馨一样具有大量花瓣的多瓣仙客来也很难生产。因此,为了创造多瓣仙客来等新品种,需要新的技术来有效地改善花形。此外,对于转基因植物的实际应用,有必要开发抑制花粉扩散的技术,例如使花粉不育和去除雄蕊,以尽量减少对生物多样性的影响。
AIST 基因组工厂研究部一直在开发一种名为 CRES-T 方法的技术,该技术可抑制植物本身具有的特定转录因子的功能。通过在转录因子中添加植物特有的转录抑制肽,可以将其转化为抑制转录因子的表达的阻遏蛋白,通过将其导入到植物中,可以制作转录因子的功能被抑制的植物。
该技术应用于仙客来以改善花性,但仙客来的转录因子几乎没有被分析过。因此,我们着手从仙客来中分离参与花器官形成的转录因子,并开始利用CRES-T方法的基因重组技术来修饰仙客来花形的研究。
众所周知,构成花朵的器官,如花瓣、雄蕊、雌蕊和萼片,是由称为转录因子的基因控制的。一般来说,花器官的发育ABC 模型并分为三类:A、B、C转录因子被认为可以控制花的形态。其中,属于C类婚配的转录因子(agamas)参与雄蕊和雌蕊的形成,人们认为通过控制该因子的表达可以改善花形。
首先,我们试图获取并分析控制仙客来花器官形成的转录因子,获得了两个新的参与雄蕊和雌蕊形成的AGAMOUS基因。使用CRES-T方法抑制这些的表达嵌合体抑制子并将该基因导入仙客来细胞中以产生重组植物。开花评价的结果是,我们能够抑制雄蕊和雌蕊的表达,并在各个器官的位置上形成花瓣,产生了具有10个花瓣的重瓣仙客来,以及没有雄蕊和雌蕊且花瓣像玫瑰花或康乃馨花一样反复出现的多瓣仙客来(左图)。虽然该品种不能产生种子,但可以通过应用北光化学工业株式会社拥有的组织培养技术来繁殖幼苗。
这种仙客来有花瓣而不是雄蕊,抑制了花粉的扩散,预计对生物多样性影响不大。
这种多产开花的仙客来开辟了仙客来特性的新世界:玫瑰花品种。目前,花朵都是粉红色的,但未来,我们将利用这项技术来创造出更多不同花色的多瓣仙客来,旨在创造出更多种类的花色。生物多样性影响评估测试之后,我们的目标是将我们开发的多色、多瓣仙客来商业化。