(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
１つまたは複数のＦＡＤ２−１Ａ対立遺伝子内の欠失、および１つまたは複数のＦＡＤ２−１Ｂ対立遺伝子内の欠失を含む、大豆植物、大豆植物部分、または大豆植物細胞であって、
前記１つまたは複数のＦＡＤ２−１Ａ対立遺伝子内の欠失および前記１つまたは複数のＦＡＤ２−１Ｂ対立遺伝子内の欠失は、転写アクチベーター様（ＴＡＬ）エフェクターエンドヌクレアーゼによって誘導されたものであり、前記ＴＡＬエフェクターエンドヌクレアーゼは、配列番号２０および２１、配列番号２４および２５、配列番号２８および２９、または配列番号３２および３３に記載の配列に結合するものであり、かつ、
前記の植物、植物部分、植物細胞、または前記の植物由来の種子は、対応する野生型の大豆植物、植物部分、または植物細胞により生産される油と比較して、オレイン酸含有量が増加してリノール酸含有量が減少した油を生産する、
大豆植物、大豆植物部分、または大豆植物細胞。
【請求項２】
請求項１の大豆植物、大豆植物部分、または大豆植物細胞であって、
前記欠失は、配列番号３２および３３を標的化するＴＡＬエフェクターエンドヌクレアーゼによって誘導されたものである、
大豆植物、大豆植物部分、または大豆植物細胞。
【請求項３】
請求項１の大豆植物、大豆植物部分、または大豆植物細胞であって、
前記１つまたは複数のＦＡＤ２−１Ｂ対立遺伝子は、配列番号１６に記載の配列を生じる欠失を含む、
大豆植物、大豆植物部分、または大豆植物細胞。
【請求項４】
請求項３の大豆植物、大豆植物部分、または大豆植物細胞であって、
前記の植物、植物部分、または植物細胞は、導入遺伝子を含まない、
大豆植物、大豆植物部分、または大豆植物細胞。
【請求項５】
オレイン酸含有量が増加してリノール酸含有量が減少した大豆油を生産する方法であって：
（ａ）１つまたは複数のＦＡＤ２−１Ａ対立遺伝子内の欠失および１つまたは複数のＦＡＤ２−１Ｂ対立遺伝子内の欠失を含む、大豆植物または大豆植物部分を提供するステップ、ここで、前記１つまたは複数のＦＡＤ２−１Ａ対立遺伝子内の欠失および前記１つまたは複数のＦＡＤ２−１Ｂ対立遺伝子内の欠失は、ＴＡＬエフェクターエンドヌクレアーゼによって誘導されたものであり、前記ＴＡＬエフェクターエンドヌクレアーゼは、配列番号２０および２１、配列番号２４および２５、配列番号２８および２９、または配列番号３２および３３に記載の配列に結合するものである；および
（ｂ）前記の植物または植物部分から油を生産するステップ、
を含む、
方法。
【請求項６】
請求項５の方法であって、
前記欠失は、配列番号３２および３３を標的化するＴＡＬエフェクターエンドヌクレアーゼによって誘導されたものである、
方法。
【請求項７】
請求項５に記載の方法であって、
前記１つまたは複数のＦＡＤ２−１Ｂ対立遺伝子は、配列番号１６に記載の配列を生じる欠失を含む、
方法。
【請求項８】
請求項５の方法であって、
前記の大豆植物または大豆植物部分は、導入遺伝子を含まない、
方法。
【請求項９】
１つまたは複数のＦＡＤ２−１Ａ対立遺伝子内の欠失および１つまたは複数のＦＡＤ２−１Ｂ対立遺伝子内の欠失を含む大豆植物を作る方法であって、
前記方法は：
（ａ）機能性ＦＡＤ２−１ＡおよびＦＡＤ２−１Ｂ対立遺伝子を含む大豆植物細胞の個体群を、内因性ＦＡＤ２−１Ａ配列を標的化する１つまたは複数のＴＡＬエフェクターエンドヌクレアーゼおよび内因性ＦＡＤ２−１Ｂ配列を標的化する１つまたは複数のＴＡＬエフェクターエンドヌクレアーゼと接触させるステップ、ここで、前記ＴＡＬエフェクターエンドヌクレアーゼは、配列番号２０および２１、配列番号２４および２５、配列番号２８および２９、または配列番号３２および３３に記載の配列に結合するものである、
（ｂ）前記大豆植物細胞の個体群から大豆植物の個体群を再生させるステップ、ここで、前記大豆植物の個体群は、１つまたは複数のＴＡＬエフェクターエンドヌクレアーゼをコードする導入遺伝子を含む、および、
（ｃ）前記大豆植物の個体群から、１つまたは複数のＦＡＤ２−１Ａ対立遺伝子および１つまたは複数のＦＡＤ２−１Ｂ対立遺伝子が欠失を含む大豆植物を選択するステップ、
を含む、
方法。
【請求項１０】
請求項９の方法であって、
前記ＴＡＬエフェクターエンドヌクレアーゼは、配列番号３２および３３を標的化する、
方法。
【請求項１１】
請求項９の方法であって、
前記大豆植物から、前記ＦＡＤ２−１Ｂ遺伝子座の少なくとも一部分を含むゲノムＤＮＡを分離するステップをさらに含み、ここで、前記ＦＡＤ２−１Ｂ遺伝子座の前記部分が、配列番号１６に示される配列を含む、
方法。
【請求項１２】
請求項９の方法であって、
前記方法は、
（ｄ）前記の選択された大豆植物を成熟まで生育させるステップ、
（ｅ）前記の成熟した選択された大豆植物を自家受精させるステップ、
（ｆ）前記の自家受精させた植物から、種子を回収するステップ、および、
（ｇ）前記の回収された種子から生産された植物から、導入遺伝子を含まない分離個体をスクリーニングするステップ、ここで、前記の導入遺伝子を含まない分離個体は、１つまたは複数のＦＡＤ２−１Ａ対立遺伝子内の欠失および１つまたは複数のＦＡＤ２−１Ｂ対立遺伝子内の欠失を含む、
をさらに含む、
方法。
【請求項１３】
少なくとも１つのＦＡＤ２−１Ａ対立遺伝子内の欠失および少なくとも１つのＦＡＤ２−１Ｂ対立遺伝子内の欠失を含む、大豆植物を生産する方法であって：
（ａ）子孫を得るために、少なくとも１つのＦＡＤ２−１Ａ対立遺伝子内の欠失および少なくとも１つのＦＡＤ２−１Ｂ対立遺伝子内の欠失を含む第一の大豆植物を、第二の大豆植物と、交配するステップ、ここで前記少なくとも１つのＦＡＤ２−１Ｂ対立遺伝子は、配列番号１６に記載の配列を生じる欠失を含む；および
（ｂ）前記子孫から、少なくとも１つのＦＡＤ２−１Ａ対立遺伝子内の欠失および少なくとも１つのＦＡＤ２−１Ｂ対立遺伝子内の欠失を含む大豆植物を選択するステップ、
を含む、
方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
［関連出願の相互参照］
本出願は、２０１３年１０月１日に出願された米国仮出願第６１／８８５，２１３号、および、２０１３年３月１５日に出願された米国仮出願第６１／７９０，６５５号からの優先権の利益を主張する。
【０００２】
［技術分野］
本願は、野生型植物と比較して組成物が改変された油を生産するために用いることができる、大豆植物を作るための材料および方法に関する。また、本願は、ＦＡＤ２−１Ａ／１Ｂ活性を欠損した大豆品種にも関する。
【背景技術】
【０００３】
大豆（Ｇｌｙｃｉｎｅ  ｍａｘ）は、大気中窒素を固定するその能力に起因して、世界中で重要なマメ科作物である。大豆はまた、主な動物飼料タンパク質源としての役割も果たし、その油は、クッキング／フライから産業用途およびバイオディーゼルまでわたる用途を有する。典型的に、水素化工程を用いて熱安定性を高め、大豆油の保存期間および味を改善する。しかしながら、水素化は、生産コストを増大し、また、トランス脂肪の形成をもたらし、それはヒトでの心血管系疾患に関連している。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本明細書では、遺伝子組換えを用いずに、デルタ−１２脂肪酸デサチュラーゼ２（ＦＡＤ２）１Ａおよび１Ｂ遺伝子の発現を減らす、または無くすことにより、大豆油組成物を改変するための材料および方法が提供される。そのような改変された油組成物を有する大豆品種もまた提供される。
【０００５】
本明細書に記載の方法は、配列特異的なレアカットエンドヌクレアーゼを利用して、ＦＡＤ２−１Ａおよび／またはＦＡＤ２−１Ｂコード配列に変異を導入し、それにより、遺伝子機能をノックアウトする。これらの方法は、導入遺伝子の挿入を伴わずにＦＡＤ２−１Ａ／１Ｂサイレンシングを仲介する。導入遺伝子を含む植物は、ヨーロッパなどの特定の管轄では高度に規制され、他の管轄では、規制当局の承認を得るための費用は非常に高い。本明細書に記載の方法は、新品種の生産を促進することもでき、および、トランスジェニックまたは伝統的な育種アプローチよりも費用効果的であり得る。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
一態様では、本願は、１つまたは複数のＦＡＤ２−１Ａ対立遺伝子内の変異、１つまたは複数のＦＡＤ２−１Ｂ対立遺伝子内の変異、または、１つまたは複数のＦＡＤ２−１Ａ対立遺伝子内の変異および１つまたは複数のＦＡＤ２−１Ｂ対立遺伝子内の変異を有する、大豆植物、植物部分、または植物細胞を特徴とし、ここで、前記の植物、植物部位、または植物細胞は、対応する野生型の大豆植物、植物部分、または植物細胞により生産される油と比較して、オレイン酸含有量が増加してリノール酸含有量が減少した油を生産する。各変異は、配列番号１または配列番号２の配列にあってよい。各変異は、レアカットエンドヌクレアーゼ（例えば、転写アクチベーター様（ＴＡＬ）エフェクターエンドヌクレアーゼ）により誘導することができる。ＴＡＬエフェクターエンドヌクレアーゼは、配列番号１８〜３３のいずれかに記載の配列に結合することができる。各変異は、１ヌクレオチドを超える挿入、欠失、または置換であってよい。変異型ＦＡＤ２−１Ａおよび／またはＦＡＤ２−１Ｂ対立遺伝子は、それぞれ、いかなる外因性の核酸も含まずに、内因性の核酸配列の変更を有してよい。一部の実施態様では、植物、植物部分、または植物細胞は、導入遺伝子を含まない。植物部分は種子であってよい。
【０００７】
別の態様では、本願は、１つまたは複数のＦＡＤ２−１Ａ対立遺伝子内の変異、１つまたは複数のＦＡＤ２−１Ｂ対立遺伝子内の変異、または、１つまたは複数のＦＡＤ２−１Ａ対立遺伝子内の変異および１つまたは複数のＦＡＤ２−１Ｂ対立遺伝子内の変異を有する、大豆植物、植物部分、または植物細胞を特徴とし、前記の植物、植物部分、または植物細胞は、オレイン酸含有量が３０％よりも高い（例えば、４０％よりも高い、５０％よりも高い、または５５％よりも高い）油を生産する。一部の実施態様では、植物、植物部分、または植物細胞は、導入遺伝子を含まない。
【０００８】
別の態様では、本願は、１つまたは複数のＦＡＤ２−１Ａ対立遺伝子内の変異、１つまたは複数のＦＡＤ２−１Ｂ対立遺伝子内の変異、または、１つまたは複数のＦＡＤ２−１Ａ対立遺伝子内の変異および１つまたは複数のＦＡＤ２−１Ｂ対立遺伝子内の変異を有する、大豆植物、植物部分、または植物細胞を特徴とし、前記の植物、植物部分、または植物細胞は、リノール酸含有量が１０％未満（例えば、５％未満、３％未満、または１％未満）である油を生産する。一部の実施態様では、植物、植物部分、または植物細胞は、導入遺伝子を含まない。
【０００９】
別の態様では、本願は、オレイン酸含有量が増大してリノール酸含有量が減少した大豆油を生産するための方法を特徴とする。その方法は、（ａ）１つまたは複数のＦＡＤ２−１Ａ対立遺伝子内の変異、１つまたは複数のＦＡＤ２−１Ｂ対立遺伝子内の変異、または、１つまたは複数のＦＡＤ２−１Ａ対立遺伝子内の変異および１つまたは複数のＦＡＤ２−１Ｂ対立遺伝子内の変異を有する、大豆植物または植物部分を提供するステップ；および（ｂ）前記の植物または植物部分から油を生産するステップ、を含むことができる。各変異は、レアカットエンドヌクレアーゼ（例えば、ＴＡＬエフェクターエンドヌクレアーゼ）により誘導することができる。ＴＡＬエフェクターエンドヌクレアーゼは、配列番号１８〜３３のいずれかに記載の配列に結合することができる。一部の実施態様では、植物または植物部分は、導入遺伝子を含まない。
【００１０】
さらに別の態様では、本願は、各ＦＡＤ２−１Ａ対立遺伝子内の変異および各ＦＡＤ２−１Ｂ対立遺伝子内の変異を有する、大豆植物を作るための方法を特徴とする。その方法は、（ａ）機能性ＦＡＤ２−１ＡおよびＦＡＤ２−１Ｂ対立遺伝子を有する大豆植物細胞の個体群を、内因性ＦＡＤ２−１Ａ配列を標的化する１つまたは複数のレアカットエンドヌクレアーゼおよび内因性ＦＡＤ２−１Ｂ配列を標的化する１つまたは複数のレアカットエンドヌクレアーゼと、接触させるステップ、（ｂ）前記個体群から、各ＦＡＤ２−１Ａ対立遺伝子および各ＦＡＤ２−１Ｂ対立遺伝子が不活化されている細胞を選択するステップ、および（ｃ）選択された植物細胞を、大豆植物内へ再生させるステップ、を含むことができる。大豆植物細胞は、子葉細胞を含むことができる。その方法は、子葉細胞を、前記の１つまたは複数のレアカットエンドヌクレアーゼをコードする１つまたは複数のベクターで形質転換するステップを含むことができる。前記の１つまたは複数のレアカットエンドヌクレアーゼは、ＴＡＬエフェクターエンドヌクレアーゼであってよい。各ＴＡＬエフェクターエンドヌクレアーゼは、配列番号１８〜３３のいずれかに記載の配列を標的化することができる。その方法は、植物細胞内に、１つまたは複数のＴＡＬエフェクターエンドヌクレアーゼタンパク質を導入するステップを含むことができる。その方法は、植物系統を生産するために、植物細胞を培養するステップをさらに含むことができる。その方法は、植物細胞から、ＦＡＤ２−１Ａ遺伝子座の少なくとも一部分またはＦＡＤ２−１Ｂ遺伝子座の少なくとも一部分を含むゲノムＤＮＡを分離するステップをさらに含むことができる。一部の実施態様では、植物細胞は、導入遺伝子を含まない。
【００１１】
また、本願は、各ＦＡＤ２−１Ａ対立遺伝子内の変異および各ＦＡＤ２−１Ｂ対立遺伝子内の変異を有する、大豆植物を生産するための方法を特徴とする。その方法は、（ａ）子孫を得るために、少なくとも１つのＦＡＤ２−１Ａ対立遺伝子内の変異および少なくとも１つのＦＡＤ２−１Ｂ対立遺伝子内の変異を有する第一の大豆植物を、少なくとも１つのＦＡＤ２−１Ａ対立遺伝子内の変異および少なくとも１つのＦＡＤ２−１Ｂ対立遺伝子内の変異を有する第二の大豆植物と、交配させるステップ；および（ｂ）前記子孫から、各ＦＡＤ２−１ＡおよびＦＡＤ２−１Ｂ対立遺伝子内に変異を有する大豆植物を選択するステップ、を含むことができる。各変異は、レアカットエンドヌクレアーゼ（例えば、ＴＡＬエフェクターエンドヌクレアーゼ）により誘導することができる。ＴＡＬエフェクターエンドヌクレアーゼは、配列番号１８〜３３のいずれかに記載の配列に結合することができる。各変異は、１ヌクレオチドを超える欠失であってよい。一部の実施態様では、前記の第一および第二の大豆植物は、導入遺伝子を含まない。
【００１２】
別段の定義が無い限り、本明細書で用いられる全ての技術的および科学的用語は、本発明が関連する当業者の一人により一般に理解されるものと同じ意味を有する。本明細書に記載のものと同様または同等の方法および材料を用いて本発明を実施することができるが、適切な方法および材料を以下に記載する。本明細書で言及される全ての刊行物、特許出願、特許、および他の参考文献は、それらの全体で参照により援用される。矛盾する場合は、本明細書（定義を含む）が支配する。加えて、材料、方法、および実施例は、単なる説明であり、制限を意図しない。
【００１３】
本発明の１つまたは複数の実施態様の詳細を、添付の図面および以下の説明に示す。本発明の他の特徴、目的、および利点は、説明および図面から、および特許請求の範囲から、明らかである。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１Ａ】ＦＡＤ２−１ＡおよびＦＡＤ２−１Ｂにおける、様々なＴＡＬエフェクターエンドヌクレアーゼ標的部位に関するＤＮＡ配列を示す。ＦＡＤ２−１Ａ遺伝子由来のＤＮＡ配列（配列番号１）を図１Ａに示し、ＦＡＤ２−１Ｂ遺伝子由来のＤＮＡ配列（配列番号２）を図１Ｂに示す。下線を引いた配列は、Ｔ１〜Ｔ４と指定されるＴＡＬエフェクターエンドヌクレアーゼに関する標的部位を示す。小文字は、ＴＡＬエフェクターエンドヌクレアーゼにより誘導される変異をスクリーニングするために用いられる制限エンドヌクレアーゼ部位を示す。
【図１Ｂ】ＦＡＤ２−１ＡおよびＦＡＤ２−１Ｂにおける、様々なＴＡＬエフェクターエンドヌクレアーゼ標的部位に関するＤＮＡ配列を示す。ＦＡＤ２−１Ａ遺伝子由来のＤＮＡ配列（配列番号１）を図１Ａに示し、ＦＡＤ２−１Ｂ遺伝子由来のＤＮＡ配列（配列番号２）を図１Ｂに示す。下線を引いた配列は、Ｔ１〜Ｔ４と指定される、ＴＡＬエフェクターエンドヌクレアーゼに関する標的部位を示す。小文字は、ＴＡＬエフェクターエンドヌクレアーゼにより誘導される変異をスクリーニングするために用いられる制限エンドヌクレアーゼ部位を示す。
【図２】ＦＡＤ２−１ＡおよびＦＡＤ２−１ＢにおけるＴＡＬエフェクターエンドヌクレアーゼにより誘導される変異に関して大豆毛根をスクリーニングするために用いられる、ＰＣＲエンリッチメントアッセイによる産物を示す、ゲルの写真である。
【図３】大豆毛根におけるＦＡＤ２−１ＡおよびＦＡＤ２−１Ｂ遺伝子内の、ＴＡＬエフェクターエンドヌクレアーゼにより誘導される変異の例示的なＤＮＡ配列を示す。各パネルの一番上の列は、ＦＡＤ２−１Ａ（上の２つのパネル）およびＦＡＤ２−１Ｂ（下の２つのパネル）における、ＴＡＬエフェクターエンドヌクレアーゼ（下線）に関する認識部位のＤＮＡ配列を示す。他の配列は、不正確な非相同末端結合（ＮＨＥＪ）により誘導された代表的な変異を示し、欠失サイズを右に示す。
【図４】ＦＡＤ２−１ＡおよびＦＡＤ２−１ＢにおいてＴＡＬエフェクターエンドヌクレアーゼにより誘導される変異を同定するために、再生された大豆植物において行なわれたＴ７Ｅ１アッセイの結果を示す、ゲルの写真である。アスタリスクは、明らかな変異を有するサンプルを示す。本明細書の表４Ａは、どの再生植物およびどの特定のＦＡＤ２−１遺伝子が、ゲルの各レーンにおいて分析されたのかについての情報を提供する。最初および最後のレーンは、分子長マーカーを含み、番号は付けていない。表４Ａに「切断されず」として挙げられるＤＮＡサンプルは、Ｔ７Ｅ１で処理されなかった。
【図５】ＦＡＤ２−１ＡおよびＦＡＤ２−１Ｂにおける、ＴＡＬエフェクターエンドヌクレアーゼにより誘導される変異のＤＮＡ配列を示す。これらの変異は、遺伝学的に伝染性であった。
【図６】ＧＭ０２  ６−１８由来の異なる子孫に関する脂肪酸組成物分析の結果を示す。ａａＢＢ遺伝子型を有する植物は、ＦＡＤ２−１Ａの両方の対立遺伝子に変異を有する。ＡＡｂｂ遺伝子型を有する植物は、ＦＡＤ２−１Ｂの両方の対立遺伝子に変異を有する。ａａｂｂ植物は、ＦＡＤ２−１ＡおよびＦＡＤ２−１Ｂの両方の対立遺伝子に変異を有する。
【図７】ＦＡＤ２−１突然変異体における、ＴＡＬエフェクターエンドヌクレアーゼ導入遺伝子の分離を示す。ゲル画像は、それぞれ、ＴＡＬエフェクターエンドヌクレアーゼのコード配列および大豆アルコールデヒドロゲナーゼ（ＡＤＨ）遺伝子に関するプライマーセットを用いて得られたＰＣＲ産物を示す。ゲル画像の下のラベルは以下を表わす：１−１５，個々のＴ２突然変異体の系統；ＷＴ，非トランスジェニック野生型大豆植物由来のＤＮＡ；ベクター，形質転換で用いたベクターＤＮＡ；トランスジェニック，Ｔ−ＤＮＡベクターを含むトランスジェニック植物由来のポジティブコントロールＤＮＡ；Ｈ２Ｏ，いかなるＤＮＡも有さないネガティブコントロール。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
商品大豆油は、５つの脂肪酸：パルミチン酸（１０％）、ステアリン酸（４％）、オレイン酸（１８％）、リノール酸（５５％）およびリノレン酸（１３％）で構成される。オレイン酸の含有量が高い植物油は、安定性および／または味を改善するために、より少ない加工を必要とし得る。また、そのような油類は、より健康もあり得て、および、バイオディーゼルの生産にも、より適し得る。オレイン酸含有量が５５％よりも高くリノール酸含有量が１０％未満である大豆油は、特に有用であり得る。伝統的な育種および突然変異誘発のストラテジーは、高レベルのオレイン酸を含む大豆品種を生産するために用いられているが、これらの品種は収率が低く、したがって、農場主に許容されていない。
【００１６】
パルミチン酸からリノレン酸への生合成の進行に関与している酵素が同定されている。例えば、ＦＡＤ２遺伝子は、大豆種子の発達における油蓄積中に、オレイン酸前駆体をリノール酸前駆体に変換することに関与している。大豆の古来の倍数化に起因して、２コピーのＦＡＤ２（ＦＡＤ２−１ＡおよびＦＡＤ２−１Ｂ）が、大豆ゲノム中に存在する。これらの遺伝子は、ＤＮＡレベルで約９５％の配列同一性を有し、コードされるタンパク質は、アミノ酸レベルで約９９％の配列同一性を有する。天然起源のＦＡＤ２−１Ｂ突然変異体の対立遺伝子に関してホモ接合型の植物は、他に記載されるように（Ｐｈａｍ  ｅｔ  ａｌ．，ＢＭＣ  Ｐｌａｎｔ  Ｂｉｏｌ．１０：１９５，２０１０）、オレイン酸組成物が軽度に増加（２０．５％〜２９．４％）し得る。ＦＡＤ２−１Ａにおける変異は、Ｘ線突然変異誘発および耕耘（ＴＩＬＬｉｎｇ）を介して発達されていて、５０％までのオレイン酸を含む種子を生産し（Ｓａｎｄｈｕ  ｅｔ  ａｌ．，ＪＡＯＣＳ  ８４：２２９−２３５，２００７）、ＦＡＤ２−１ＡおよびＦＡＤ２−１Ｂ対立遺伝子の両方の変異は、オレイン酸含有量が８２．２％である油をもたらす（Ｐｈａｍら、上記）。
【００１７】
本願は、ＦＡＤ２−１Ａおよび／またはＦＡＤ２−１Ｂ活性が低減した（例えば、欠損した）大豆植物、ならびに、そのような植物、および、そのような植物由来の油を生産する方法を提供する。本明細書に記載の方法を用いて、オレイン酸成分が少なくとも３０％（例えば、少なくとも３５％、少なくとも４０％、少なくとも４５％、少なくとも５０％、少なくとも５５％、少なくとも６０％、少なくとも６５％、少なくとも７０％、少なくとも７５％、または少なくとも８０％）増加し、リノール酸成分が１０％以下（例えば、８％以下、５％以下、４％以下、３％以下、２％以下、１％以下、または０．５％以下）に減少した、油を有する大豆品種を生産することができる。一部の実施態様では、大豆油組成物のこの改変は、ＦＡＤ２−１Ａおよび／またはＦＡＤ２−１Ｂ遺伝子の発現を完全にノックアウトすることにより達成することができる。本明細書で提供される方法の一部によれば、ＦＡＤ２−１Ａおよび／またはＦＡＤ２−１Ｂ遺伝子の対立遺伝子の両方とも、非トランスジェニック技術を用いて不活化されている。ＦＡＤ２−１Ａ／１Ｂの遺伝子産物の除去は、大豆種子における、オレイン酸前駆体のリノール酸前駆体への変換を、大いに低減させることができる。
【００１８】
ＦＡＤ２−１Ａ／１Ｂ発現の完全な排除を達成するために、例えば、操作されたレアカットヌクレアーゼを、ＦＡＤ２−１遺伝子の両方の保存領域を認識して二本鎖切断を生じさせるように設計した。ＤＮＡ切断部位での非相同末端結合（ＮＨＥＪ）に起因する不適切な修復は、ＦＡＤ２−１Ａ／１Ｂコード領域内に、ミスセンスおよび／またはナンセンスの変異を生じ、ＦＡＤ２−１Ａ／１ＢのＲＮＡ転写を不安定にさせて、翻訳前に分解へ向かわせる。
【００１９】
天然起源の大豆のＦＡＤ２−１ＡおよびＦＡＤ２−１Ｂヌクレオチド配列の代表例を表５に示す。本明細書で提供される、大豆植物、細胞、植物部分、種子、およびその子孫は、内因性ＦＡＤ２−１ＡおよびＦＡＤ２−１Ｂ対立遺伝子のそれぞれにおいて、各遺伝子の発現が低減または完全に阻害されるように変異を有することができる。あるいは、本明細書で提供される、大豆植物、細胞、植物部分、種子、およびその子孫は、少なくとも１つのＦＡＤ２−１Ａ対立遺伝子および／または少なくとも１つのＦＡＤ２−１Ｂ対立遺伝子において、各遺伝子の発現が低減または完全に阻害されるように変異を有し得る。大豆植物、細胞、部分、種子、および子孫は、野生型の大豆植物、細胞、部分、種子、および子孫と比較して、増加したレベルのオレイン酸および低減したレベルのリノール酸を有することができる。
【００２０】
一部の実施態様では、本明細書で提供される、植物、植物細胞、植物部分、種子、および植物子孫は、ＦＡＤ２−１Ａおよび／またはＦＡＤ２−１Ｂ遺伝子内に標的化ノックアウトを作成するために、ＴＡＬエフェクターエンドヌクレアーゼシステムを用いて生産することができる。したがって、本開示は、オレイン酸含有量が増加してリノール酸含有量が低下した大豆油の生産に特に適切な、植物および関連産物（例えば、種子および植物部分）を生産するために、ＴＡＬエフェクターエンドヌクレアーゼを用いるための、材料および方法を提供する。他のレアカットの配列特異的なヌクレアーゼ（操作されたホーミングエンドヌクレアーゼまたはジンクフィンガーヌクレアーゼを含む）を用いて、所望の植物材料を生産することができる。
【００２１】
「植物」および「植物部分」は、親植物の際立った特徴を保持する、細胞、組織、器官、種子、および切断部分（例えば、根、葉、および花）を指す。「種子」は、受精の存在下または不存在下で形成されるかに関係なく、および、種子構造が稔性または不稔性であるか否かに関係なく、開花におけるその正常な成熟ポイントに続く、植物の胚珠の継続的な分化により形成される任意の植物構造を指す。
【００２２】
用語「対立遺伝子（単数または複数）」は、特定の遺伝子座における、任意の１つまたは複数の遺伝子の代替型を意味する。生物の二倍体（または複二倍体）細胞では、所定の遺伝子の対立遺伝子は、染色体上の特定の位置または遺伝子座に存在する。１つの対立遺伝子は、相同染色体ペアの各染色体上に存在する。「ヘテロ接合」対立遺伝子は、対応する相同染色体ペア上に個々に配置された特定の遺伝子座に存在する、２つの異なる対立遺伝子である。「ホモ接合型」対立遺伝子は、細胞内の対応する相同染色体ペア上に個々に配置された特定の遺伝子座に存在する、２つの同一の対立遺伝子である。
【００２３】
本明細書において用いられる「野生型」は、天然に最も一般的に生じるような、植物または遺伝子の典型的な型を指す。「野生型ＦＡＤ２−１Ａ対立遺伝子」は、機能性ＦＡＤ２−１Ａタンパク質をコードする、天然起源のＦＡＤ２−１Ａ対立遺伝子（例えば、天然起源の大豆植物内に見られる）であり、一方で、「突然変異体ＦＡＤ２−１Ａ対立遺伝子」は、機能性ＦＡＤ２−１Ａタンパク質をコードしないＦＡＤ２−１Ａ対立遺伝子である。そのような「突然変異体ＦＡＤ２−１Ａ対立遺伝子」は、その核酸配列内に１つまたは複数の変異を含むことができ、その変異（単数または複数）は、植物または植物細胞においてインビボで検出可能な量の機能性ＦＡＤ２−１Ａタンパク質をもたらさない。
【００２４】
本明細書における用語「レアカットエンドヌクレアーゼ」は、約１２〜４０ｂｐの長さ（例えば、１４〜４０ｂｐの長さ）の認識配列（標的配列）を有する核酸配列を標的とするエンドヌクレアーゼ活性を有する、天然または改変されたタンパク質を指す。典型的なレアカットエンドヌクレアーゼは、それらの認識部位の内部で切断を生じさせ、３’ＯＨまたは５’ＯＨ突出を有する４ｎｔスタガードカットを生じる。これらのレアカットエンドヌクレアーゼは、メガヌクレアーゼ、例えば、ホーミングエンドヌクレアーゼの野生型または変異タンパク質であってよく、より具体的には、ドデカペップチドファミリー（ＬＡＧＬＩＤＡＤＧ（配列番号３７）；ＷＯ２００４／０６７７３６を参照）に属し、または、ＤＮＡ結合ドメインと切断活性を有する触媒ドメインとを結合する融合タンパク質に由来してよい。ＴＡＬ−エフェクターエンドヌクレアーゼおよびジンクフィンガーヌクレアーゼ（ＺＦＮ）は、エンドヌクレアーゼＦｏｋＩの触媒ドメインとＤＮＡ結合ドメインとの融合の例である。カスタマイズされたＴＡＬエフェクターエンドヌクレアーゼは、商品名ＴＡＬＥＮ（商標）（Ｃｅｌｌｅｃｔｉｓ，Ｐａｒｉｓ，Ｆｒａｎｃｅ）の下で市販されている。レアカットエンドヌクレアーゼの総説に関しては、Ｂａｋｅｒ，Ｎａｔｕｒｅ  Ｍｅｔｈｏｄｓ  ９：２３−２６，２０１２を参照。
【００２５】
本明細書において用いられる「突然変異誘発」は、変異が、選択されたＤＮＡ配列内に導入されるプロセスを指す。一般にエンドヌクレアーゼにより誘導される変異は、二本鎖切断により得られ、ディープ−シーケンシング分析により検出することができる挿入または欠失（「インデル」）をもたらす。そのような変異は典型的に、数個の塩基対の欠失であり、変異型対立遺伝子を不活化する作用を有する。本明細書に記載の方法では、例えば、突然変異誘発は、植物細胞中の選択されたＤＮＡ配列を標的とするＴＡＬエフェクターエンドヌクレアーゼによりなされる二本鎖ＤＮＡ切断を介して生じる。そのような突然変異誘発は、「ＴＡＬエフェクターエンドヌクレアーゼにより誘導される変異」（例えば、ＴＡＬエフェクターエンドヌクレアーゼにより誘導されるノックアウト）および標的遺伝子の発現低下をもたらす。突然変異誘発の後に、植物は、公知技術を用いて、処理された細胞から再生することができる（例えば、従来の培養手順に従って種子を植えて、その後に自家受粉させる）。
【００２６】
ある場合には、核酸は、代表的なＦＡＤ２−１ＡまたはＦＡＤ２−１Ｂヌクレオチド配列と、少なくとも約７５％の配列同一性を有するヌクレオチド配列を有することができる。例えば、ヌクレオチド配列は、表５に記載される代表的な天然起源のＦＡＤ２−１ＡまたはＦＡＤ２−１Ｂヌクレオチド配列と、少なくとも７５、少なくとも８０、少なくとも８５、少なくとも９０、少なくとも９１、少なくとも９２、少なくとも９３、少なくとも９４、少なくとも９５、少なくとも９６、少なくとも９７、少なくとも９８、または少なくとも９９％の配列同一性を有することができる。
【００２７】
特定の核酸またはアミノ酸配列と、特定の配列識別番号により参照される配列との間の配列同一性のパーセントは、以下のように決定される。まず、核酸またはアミノ酸配列を、ＢＬＡＳＴＮバージョン２．０．１４およびＢＬＡＳＴＰバージョン２．０．１４を含むＢＬＡＳＴＺの独立型バージョンによるＢＬＡＳＴ  ２  Ｓｅｑｕｅｎｃｅｓ（Ｂｌ２ｓｅｑ）プログラムを用いて、特定の配列識別番号で示された配列と比較する。このＢＬＡＳＴＺの独立型バージョンは、ｆｒ．ｃｏｍ／ｂｌａｓｔまたはｎｃｂｉ．ｎｌｍ．ｎｉｈ．ｇｏｖで、オンラインで得ることができる。Ｂｌ２ｓｅｑプログラムの使い方を説明する取扱説明書は、ＢＬＡＳＴＺに添付のリードミーファイルで確認することができる。Ｂｌ２ｓｅｑは、ＢＬＡＳＴＮまたはＢＬＡＳＴＰアルゴリズムのいずれかを用いて、２つの配列間の比較を行なう。ＢＬＡＳＴＮは核酸配列を比較するために用いられ、一方で、ＢＬＡＳＴＰはアミノ酸配列を比較するために用いられる。２つの核酸配列を比較するために、オプションを以下のように設定する：−ｉは、比較される第一の核酸配列を含むファイルに設定し（例えば、Ｃ：＼ｓｅｑ１．ｔｘｔ）；−ｊは、比較される第二の核酸配列を含むファイルに設定し（例えば、Ｃ：＼ｓｅｑ２．ｔｘｔ）；−ｐは、ｂｌａｓｔｎに設定し；−ｏは、任意の所望のファイル名に設定し（例えば、Ｃ：＼ｏｕｔｐｕｔ．ｔｘｔ）；−ｑは、−１に設定し；−ｒは、２に設定し；および、他のオプションは全て、それらの初期設定のままにする。例えば、以下のコマンドを用いて、２つの配列間の比較を含む出力ファイルを産出することができる：Ｃ：＼Ｂｌ２ｓｅｑ  −ｉ  ｃ：＼ｓｅｑ１．ｔｘｔ  −ｊ  ｃ：＼ｓｅｑ２．ｔｘｔ  −ｐ  ｂｌａｓｔｎ  −ｏ  ｃ：＼ｏｕｔｐｕｔ．ｔｘｔ  −ｑ  −１  −ｒ  ２。２つのアミノ酸配列を比較するために、Ｂｌ２ｓｅｑのオプションを以下のように設定する：−ｉは、比較される第一のアミノ酸配列を含むファイルに設定し（例えば、Ｃ：＼ｓｅｑ１．ｔｘｔ）；−ｊは、比較される第二のアミノ酸配列を含むファイルに設定し（例えば、Ｃ：＼ｓｅｑ２．ｔｘｔ）；−ｐは、ｂｌａｓｔｐに設定し；−ｏは、任意の所望のファイル名に設定し（例えば、Ｃ：＼ｏｕｔｐｕｔ．ｔｘｔ）；および、他のオプションは全て、それらの初期設定のままにする。例えば、以下のコマンドを用いて、２つのアミノ酸配列間の比較を含む出力ファイルを産出することができる：Ｃ：＼Ｂｌ２ｓｅｑ  −ｉ  ｃ：＼ｓｅｑ１．ｔｘｔ  −ｊ  ｃ：＼ｓｅｑ２．ｔｘｔ  −ｐ  ｂｌａｓｔｐ  −ｏ  ｃ：＼ｏｕｔｐｕｔ．ｔｘｔ。２つの比較される配列がホモロジーを共有する場合は、指定の出力ファイルは、ホモロジーのこれらの領域をアライン配列として示す。２つの比較される配列がホモロジーを共有しない場合は、指定の出力ファイルは、アライン配列を示さない。
【００２８】
アラインした時点で、同一のヌクレオチドまたはアミノ酸残基が両方の配列に存在する位置の数を数えることにより、マッチ数を決定する。配列同一性のパーセントは、マッチ数を、同定された配列（例えば、配列番号１）に示される配列の長さで、または、連結された（ａｒｔｉｃｕｌａｔｅｄ）長さ（例えば、同定された配列に示される配列由来の１００の連続ヌクレオチドまたはアミノ酸残基）のいずれかで割って、その後、生じた値に１００を掛けることにより決定される。例えば、配列番号１に示される配列とアラインした場合に２５０マッチを有する核酸配列は、配列番号１に示される配列と８６．５％同一である（すなわち、２５０÷２８９×１００＝８６．５）。なお、配列同一性のパーセント値は、小数第一位に四捨五入する。例えば、７５．１１、７５．１２、７５．１３、および７５．１４は、７５．１に切り捨てて、一方で、７５．１５、７５．１６、７５．１７、７５．１８、および７５．１９は、７５．２に切り上げる。長さの値は常に整数であることにも注意すべきである。
【００２９】
内因性の標的配列を選択する方法、および、そのような配列を標的とするＴＡＬエフェクターエンドヌクレアーゼを生産する方法は、他に記載のとおりに行なうことができる。例えば、ＰＣＴ公報番号ＷＯ２０１１／０７２２４６（その全体で参照により本明細書中に援用される）を参照。ＴＡＬエフェクターは、Ｘａｎｔｈｏｍｏｎａｓ属の植物病原細菌に見られる。これらのタンパク質は、疾患における重要な役割を果たし、または、宿主ＤＮＡに結合してエフェクター特異的な宿主遺伝子を活性化することにより、防御を引き起こす（例えば、  Ｇｕ  ｅｔ  ａｌ．，Ｎａｔｕｒｅ  ４３５：１１２２−１１２５，２００５；Ｙａｎｇ  ｅｔ  ａｌ．，Ｐｒｏｃ．Ｎａｔｌ．Ａｃａｄ．Ｓｃｉ．ＵＳＡ  １０３：１０５０３−１０５０８，２００６；Ｋａｙ  ｅｔ  ａｌ．，Ｓｃｉｅｎｃｅ  ３１８：６４８−６５１，２００７；Ｓｕｇｉｏ  ｅｔ  ａｌ．，Ｐｒｏｃ．Ｎａｔｌ．Ａｃａｄ．Ｓｃｉ．ＵＳＡ  １０４：１０７２０−１０７２５，２００７；および、Ｒｏｍｅｒ  ｅｔ  ａｌ．Ｓｃｉｅｎｃｅ  ３１８：６４５−６４８，２００７を参照）。特異性は、エフェクター可変性の不完全な数（ｅｆｆｅｃｔｏｒ−ｖａｒｉａｂｌｅ  ｎｕｍｂｅｒ  ｏｆ  ｉｍｐｅｒｆｅｃｔ）、典型的には３４アミノ酸リピートに依存する（Ｓｃｈｏｒｎａｃｋ  ｅｔ  ａｌ．，Ｊ．Ｐｌａｎｔ  Ｐｈｙｓｉｏｌ．１６３：２５６−２７２，２００６；および、ＷＯ２０１１／０７２２４６）。多型は、主に、繰り返しの１２位および１３位に存在し、本明細書において、ｒｅｐｅａｔ  ｖａｒｉａｂｌｅ−ｄｉｒｅｓｉｄｕｅ（ＲＶＤ）と呼ぶ。
【００３０】
ＴＡＬエフェクターのＲＶＤは、一部の縮重を有しかつ明らかなコンテキスト依存なく、それらの標的部位内のヌクレオチドに、直接的な直線状で、１つのＲＶＤが１つのヌクレオチドに対応する。タンパク質−ＤＮＡ認識に関するこのメカニズムは、新規の標的特異的なＴＡＬエフェクターに関する標的部位の予測、ならびに、標的部位の選択、および、選択部位に関して結合特異性を有する新規のＴＡＬエフェクターの設計を可能にする。
【００３１】
ＴＡＬエフェクターのＤＮＡ結合ドメインは、エンドヌクレアーゼ配列などの他の配列に融合することができ、特異的な選択ＤＮＡ配列を標的とするキメラエンドヌクレアーゼをもたらし、そして、標的配列において、またはその付近で、その後のＤＮＡ切断をもたらす。ＤＮＡでのそのような切断（すなわち、二本鎖切断）は、ＮＨＥＪまたは相同組換えなどを介して、野生型ＤＮＡ配列内に変異を誘導することができる。ある場合には、ＴＡＬエフェクターエンドヌクレアーゼを用いて、複合体ゲノムにおいて部位特異的な突然変異誘発を促進することができ、ノックアウトし、またはそれ以外の方法で遺伝子機能をかなりの精度および高効率で変化させる。以下の実施例で説明するように、大豆ＦＡＤ２−１ＡおよびＦＡＤ２−１Ｂ対立遺伝子を標的とするＴＡＬエフェクターエンドヌクレアーゼを用いて、内因性遺伝子を突然変異誘発することができ、これらの遺伝子の発現が低減された（例えば、発現が検出可能でない）植物をもたらす。一部のエンドヌクレアーゼ（例えば、ＦｏｋＩ）が二量体として機能するという事実を利用して、ＴＡＬエフェクターエンドヌクレアーゼの標的特異性を高めることができる。例えば、ある場合には、異なるＤＮＡ配列（例えば、図１Ａおよび図１Ｂに示される下線を引いた標的配列）を標的としたＴＡＬエフェクターエンドヌクレアーゼ単量体のペアを用いることができる。図１Ａおよび図１Ｂに示されるように、２つのＴＡＬエフェクターエンドヌクレアーゼ認識部位が極めて接近している場合は、不活性の単量体が一体となって、ＤＮＡを切断する機能性酵素を生じることができる。ＤＮＡ結合がヌクレアーゼを活性化するように要求することにより、高い部位特異的な制限酵素を生じることができる。
【００３２】
本明細書において用いられる用語「発現」は、センスまたはアンチセンスｍＲＮＡを生産する特定の核酸配列の転写、および／または、ポリペプチド（例えば治療用タンパク質）を生産するセンスｍＲＮＡ分子の翻訳（その後に翻訳後イベントを伴う、または伴わない）を指す。
【００３３】
植物または植物細胞における遺伝子またはポリペプチドの「発現が低下する」ことは、遺伝子の転写および／またはコードされるポリペプチドの翻訳が、対応する野生型の植物または植物細胞と比較して低下するように、遺伝子またはポリペプチドを、阻害、妨害、ノックアウト、またはノックダウンすることを含む。発現レベルは、例えば、逆転写ポリメラーゼ連鎖反応（ＲＴ−ＰＣＲ）、ノーザンブロット法、ドットブロットハイブリダイゼーション、ｉｎ  ｓｉｔｕハイブリダイゼーション、ｎｕｃｌｅａｒ  ｒｕｎ−ｏｎおよび／またはｎｕｃｌｅａｒ  ｒｕｎ−ｏｆｆ、ＲＮａｓｅプロテクション、または免疫学的および酵素学的方法、例えば、ＥＬＩＳＡ、ラジオイムノアッセイ、およびウェスタンブロッティングなどの方法を用いて評価することができる。
【００３４】
内因性遺伝子内に変異を有する植物、植物細胞、または植物部分を生産するためにＴＡＬエフェクターエンドヌクレアーゼを用いる方法は、例えば、本明細書中の実施例に記載の方法を含む。例えば、選択されたＦＡＤ２−１ＡまたはＦＡＤ２−１Ｂ配列（例えば、図１Ａに示すＦＡＤ２−１Ａ配列または図１Ｂに示すＦＡＤ２−１Ｂ配列）を標的とするＴＡＬエフェクターエンドヌクレアーゼをコードする核酸を、それらを発現することができる植物細胞（例えば、子葉内の細胞）中に形質転換することができる。例えば上述の発現レベルを検出するための核酸に基づく分析またはタンパク質に基づく分析を介して、または、ゲノムの遺伝子座での変異を検出するための核酸に基づく分析（例えば、ＰＣＲおよびＤＮＡシーケンシング、またはＰＣＲ後のＴ７Ｅ１アッセイ；Ｍｕｓｓｏｌｉｎｏ  ｅｔ  ａｌ．，Ｎｕｃｌ．Ａｃｉｄｓ  Ｒｅｓ．３９：９２８３−９２９３，２０１１）を用いて、細胞を続けて分析して、標的部位（単数または複数）に変異が導入されているかどうか決定することができる。
【００３５】
突然変異誘発された個体群、またはその個体群の次の世代を、その変異により生じる所望の形質（単数または複数）（例えば、油の組成物が改変された植物）に関してスクリーニングすることができる。あるいは、突然変異誘発された個体群、またはその個体群の次の世代を、ＦＡＤ２−１ＡまたはＦＡＤ２−１Ｂ遺伝子における変異に関してスクリーニングすることができる。例えば、Ｍ１植物の子孫Ｍ２世代を、ＦＡＤ２−１ＡまたはＦＡＤ２−１Ｂ遺伝子における変異の存在に関して評価してよい。「個体群」は、一般的な遺伝子プールを共有する個体の任意のグループである。本明細書において用いられる「Ｍ０」は、ＴＡＬエフェクターヌクレアーゼに曝された植物細胞（およびそれから生育した植物）を指し、一方で、「Ｍ１」は、自家受粉したＭ０植物により生産された種子、およびそのような種子から生育した植物を指す。「Ｍ２」は、自家受粉したＭ１植物の子孫（種子および植物）であり、「Ｍ３」は、自家受粉したＭ２植物の子孫であり、および、「Ｍ４」は、自家受粉したＭ３植物の子孫である。「Ｍ５」は、自家受粉したＭ４植物の子孫である。「Ｍ６」、「Ｍ７」などは、それぞれ、前の世代の自家受粉した植物の子孫である。本明細書において用いられる用語「自家（ｓｅｌｆｅｄ）」は、自家受粉を意味する。
【００３６】
１つまたは複数のＭ１大豆植物は、個々の、突然変異誘発したＭ０植物細胞（およびそれから生育した植物）から得ることができ、少なくとも１つの植物は、ＦＡＤ２−１ＡまたはＦＡＤ２−１Ｂ遺伝子内に変異を含むものとして同定することができる。Ｍ１大豆植物は、ＦＡＤ２−１Ａおよび／またはＦＡＤ２−１Ｂの遺伝子座において、突然変異体の対立遺伝子に関してヘテロ接合型であってよく、そして、野生型の対立遺伝子の存在に起因して、デルタ−１２脂肪酸デサチュラーゼ活性を示す。あるいは、Ｍ１大豆植物は、ＦＡＤ２−１ＡまたはＦＡＤ２−１Ｂの遺伝子座において、突然変異体の対立遺伝子を有してよく、そして、デルタ−１２脂肪酸デサチュラーゼ活性が欠失した表現型を示す。そのような植物は、ヘテロ接合型であってよく、そのようなドミナントネガティブの抑制の現象に起因して、野生型の対立遺伝子の存在にもかかわらず、デルタ−１２脂肪酸デサチュラーゼ活性を欠失していてよく、または、ＦＡＤ２−１ＡまたはＦＡＤ２−１Ｂの遺伝子座での両方の対立遺伝子において独立に誘導された変異に起因して、ホモ接合型であってよい。
【００３７】
ＦＡＤ２−１ＡおよびＦＡＤ２−１Ｂ対立遺伝子の突然変異を有する大豆植物を植物育種プログラムにおいて用いて、新規かつ有用な系統および品種を作ることができる。したがって、一部の実施態様では、ＦＡＤ２−１Ａ内の少なくとも１つの変異およびＦＡＤ２−１Ｂ遺伝子内の少なくとも１つの変異を含む、Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３、またはその後の世代の大豆植物を、第二の大豆植物と交配し、そして、ＦＡＤ２−１ＡおよびＦＡＤ２−１Ｂ遺伝子の変異が存在する交配の子孫を同定する。第二の大豆植物は、それを交配した植物と同一のＦＡＤ２−１ＡおよびＦＡＤ２−１Ｂ変異を含むことができ、異なるＦＡＤ２−１ＡおよびＦＡＤ２−１Ｂ変異を含むことができ、または、ＦＡＤ２−１Ａおよび／またはＦＡＤ２−１Ｂの遺伝子座において野生型であることができることが、理解されよう。
【００３８】
育種は、公知の手順を介して行なうことができる。ＤＮＡフィンガープリンティング、ＳＮＰまたは同様の技術をマーカー利用選抜（ｍａｒｋｅｒ−ａｓｓｉｓｔｅｄ  ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ）（ＭＡＳ）の育種プログラムで用いて、突然変異体ＦＡＤ２−１ＡおよびＦＡＤ２−１Ｂ対立遺伝子を、他の大豆植物内へ移行または育種し得る。例えば、育種者は、農学的に望ましい遺伝子型を有する突然変異体の対立遺伝子を含む遺伝子型の交雑から、分離個体群を作ることができる。Ｆ２または戻し交配の世代における植物は、ＦＡＤ２−１ＡおよびＦＡＤ２−１Ｂ配列またはそれらのフラグメントから開発されたマーカーを用いてスクリーニングすることができる。突然変異体の対立遺伝子を保有するものとして同定された植物を戻し交配または自家受粉して、スクリーニングすべき第二の個体群を作ることができる。期待する遺伝様式または用いるＭＡＳ技術に応じて、所望の個々の植物の同定を助けるために、戻し交配の各サイクルの前に選択植物を自家受粉することが必要であり得る。循環性の親の所望の表現型が回復するまで、戻し交配または他の育種手順を繰り返すことができる。
【００３９】
成功的な交配は、稔性でありかつ必要に応じて親の１つと戻し交配することができるＦ１植物を生じる。一部の実施態様では、Ｆ２世代における植物個体群が、ＦＡＤ２−１ＡおよびＦＡＤ２−１Ｂ遺伝子発現に関してスクリーニングされ、標準的な方法に従って、例えば、本明細書に記載のＦＡＤ２−１ＡおよびＦＡＤ２−１Ｂに関するヌクレオチド配列情報に基づくプライマーを用いたＰＣＲ法を用いて、例えば、植物は、ＦＡＤ２−１ＡおよびＦＡＤ２−１Ｂ遺伝子が存在しないせいで、ＦＡＤ２−１ＡおよびＦＡＤ２−１Ｂを発現することができないことが同定される。それから、選択植物を親の１つと交配し、第一の戻し交配（ＢＣ１）世代植物を自家受粉してＢＣ１Ｆ２個体群を生産し、それを再び、変異型のＦＡＤ２−１ＡおよびＦＡＤ２−１Ｂ遺伝子発現（例えば、ＦＡＤ２−１ＡおよびＦＡＤ２−１Ｂ遺伝子のヌルバージョン）に関してスクリーニングする。戻し交配、自家受粉、および、スクリーニングの工程は、例えば、少なくとも４回、稔性でありかつ循環性の親と合理的に類似する植物を最終スクリーニングが生産するまで繰り返される。この植物は、必要に応じて自家受粉することができ、その後、その子孫を再びスクリーニングして、植物がＦＡＤ２−１ＡおよびＦＡＤ２−１Ｂ遺伝子の発現を欠損していることを確認することができる。場合により、選択植物の細胞遺伝学的分析を行なって、染色体組および染色体対合の関係を確認することができる。育種者の選択植物の種子は、例えば、フィールドテスト、ＦＡＤ２−１ＡおよびＦＡＤ２−１Ｂに関するヌル状態の確認、および／または、オレイン酸およびリノール酸のレベルを決定するための油の分析を含む、標準的な方法を用いて生産することができる。
【００４０】
第一の突然変異体の大豆親と、第二の野生型の大豆親との間の交配から生じる、元のＦ１ハイブリッドが、突然変異体の大豆親と交雑または戻し交配される状況では、戻し交配の子孫を自家受粉して、ＢＣ１Ｆ２世代を作ることができ、それを、突然変異体のＦＡＤ２−１ＡおよびＦＡＤ２−１Ｂ対立遺伝子に関してスクリーニングする。
【００４１】
本明細書に記載の突然変異体の大豆植物を用いた植物育種プログラムの結果は、新規かつ有用な系統および品種であることができる。本明細書において用いられる用語「品種」は、同種の他の植物からそれらを区別する不変の特徴を共有する植物の個体群を指す。品種は、常にではないが市販されることが多い。１つまたは複数の際立った形質を保有しながら、品種は、その品種内の個体間の非常に小さな全般的多様性により、さらに特徴付けることができる。「純系」品種は、数世代の自家受粉および選択、または組織または細胞の培養技術を用いた単一親からの栄養増殖により作られ得る。品種は、別の系統または品種から、本質的に得ることができる。植物の新品種の保護に関する国際条約（１９６１年１２月２日。１９７２年１１月１０日、１９７８年１０月２３日、および１９９１年３月１９日に、ジュネーブにて改正）により定義されるとおり、品種は：ａ）原品種の遺伝子型または遺伝子型の組み合わせに起因する本質的な特徴の発現を保持しながら、原品種から、または原品種から主に得られる品種から、主に得られる場合；ｂ）原品種から明確に区別可能である場合；および、ｃ）派生行為（ａｃｔ  ｏｆ  ｄｅｒｉｖａｔｉｏｎ）に起因する違いを除き、原品種の遺伝子型または遺伝子型の組み合わせに起因する本質的な特徴の発現において原品種に準ずる場合に、原品種から「本質的に得られる」。本質的に得られる品種は、例えば、天然または誘導の突然変異体、体細胞繁殖系の変異、原品種の植物由来の個々の変異、戻し交配、または形質転換の選択により、得ることができる。品種から区別される「系列」は、非商業的に、例えば植物研究において用いられる植物群を表わすことが最も多い。系列は、典型的に、１つまたは複数の対象となる形質について個体間で全般的な多様性をほとんど示さないが、他の形質については個体間で多少の多様性があってよい。
【００４２】
本明細書で提供される方法を用いて、野生型植物由来の対応する植物部分または産物と比較して、オレイン酸含有量が増加してリノール酸含有量が減少した、植物部分（例えば種子）または植物産物（例えば油）を生産することができる。植物部分または植物産物の脂肪酸含有量は、標準的な方法、例えば本明細書の実施例５などに記載の方法などを用いて、評価することができる。
【００４３】
本発明を以下の実施例でさらに説明し、それは、特許請求の範囲に記載される本発明の範囲を限定しない。
【実施例】
【００４４】
実施例１−ＦＡＤ２−１ＡおよびＦＡＤ２−１Ｂ遺伝子を突然変異誘発するための、配列特異的なヌクレアーゼの操作
Ｇ．ｍａｘにおけるＦＡＤ２−１ＡおよびＦＡＤ２−１Ｂ遺伝子の対立遺伝子を完全に不活化またはノックアウトするために、スタートコドンに近接したタンパク質コード領域を標的化する配列特異的なヌクレアーゼを設計した。ＴＡＬエフェクターエンドヌクレアーゼ認識部位を特異的に同定するソフトウェア、例えばＴＡＬＥ−ＮＴ  ２．０（Ｄｏｙｌｅ  ｅｔ  ａｌ．，Ｎｕｃｌ．Ａｃｉｄｓ  Ｒｅｓ．４０：Ｗ１１７−１２２，２０１２）を用いて、コード配列の最初の５００ｂｐ内のＦＡＤ２−１遺伝子ファミリーを標的化するように８つのＴＡＬエフェクターエンドヌクレアーゼペアを設計した。ＦＡＤ２−１遺伝子に関するＴＡＬエフェクターエンドヌクレアーゼ認識部位を、図１において下線を引き、表１にリスト化する。ＴＡＬエフェクターエンドヌクレアーゼは、他に記載の方法（Ｃｅｒｍａｋ  ｅｔ  ａｌ．，Ｎｕｃｌ．Ａｃｉｄｓ  Ｒｅｓ．３９：ｅ８２，２０１１；Ｒｅｙｏｎ  ｅｔ  ａｌ．，Ｎａｔ．Ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌ．３０：４６０−４６５，２０１２；および、Ｚｈａｎｇ  ｅｔ  ａｌ．，Ｎａｔ．Ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌ．２９：１４９−１５３，２０１１）と同様の方法を用いて合成した。
【００４５】
実施例２−酵母でのＦＡＤ２−１  ＴＡＬエフェクターエンドヌクレアーゼ活性
ＦＡＤ２−１遺伝子を標的化するＴＡＬエフェクターエンドヌクレアーゼの活性を評価するために、他に記載の方法（Ｃｈｒｉｓｔｉａｎ  ｅｔ  ａｌ．，Ｇｅｎｅｔｉｃｓ  １８６：７５７−７６１，２０１０）と同様の方法により、酵母において活性分析を行なった。これらの分析のために、非機能性β−ガラクトシダーゼレポーター遺伝子内にクローン化されたＴＡＬエフェクターエンドヌクレアーゼ認識部位（表２）を有する標的プラスミドを構築した。レポーター遺伝子がＴＡＬエフェクターエンドヌクレアーゼにより切断されたら、ダイレクトリピート間で組換えが生じて、機能がβ−ガラクトシダーゼ遺伝子に復元されるように、標的部位の横にβ−ガラクトシダーゼコード配列のダイレクトリピートを配置した。したがって、β−ガラクトシダーゼ活性は、ＴＡＬエフェクターエンドヌクレアーゼ切断活性の尺度としての役割を果たした。結果を図３に要約する。全てのＦＡＤ２−１  ＴＡＬエフェクターエンドヌクレアーゼペアが、切断活性を示した。切断活性を、ベンチマークのヌクレアーゼ、Ｉ−ＳｃｅＩに標準化した。
【００４６】
【表１】
0006591898.tif 000002
【００４７】
【表２】
0006591898.tif 000003
【００４８】
【表３】
0006591898.tif 000004
【００４９】
実施例３−大豆毛根での、ＴＡＬエフェクターエンドヌクレアーゼ発現および活性
酵母での様々なＦＡＤ２  ＴＡＬエフェクターエンドヌクレアーゼの活性に基づき、２つの異なる足場内の４つのＴＡＬエフェクターエンドヌクレアーゼを、大豆細胞での発現に選択した：Ｃ４０構造におけるＦＡＤ２＿Ｔ０１、Ｃ４０構造におけるＦＡＤ２＿Ｔ０２、Ｃ４０構造におけるＦＡＤ２＿Ｔ０３、および、Ｃ１１構造におけるＦＡＤ２＿Ｔ０４。これらのＴＡＬエフェクターエンドヌクレアーゼの活性を、他に記載（Ｃｕｒｔｉｎ  ｅｔ  ａｌ．Ｐｌａｎｔ  Ｐｈｙｓｉｏｌｏｇｙ  １５６（２）：４６６−４７３，２０１１）の毛根アッセイを用いて、大豆でのそれらの内因性標的部位において評価した。始めに、各ＴＡＬエフェクターエンドヌクレアーゼを、Ｔ−ＤＮＡベクター中に、エストラジオール誘導性プロモーター（Ｚｕｏ  ｅｔ  ａｌ．，Ｐｌａｎｔ  Ｊ．２４：２６５−２７３，２０００）の下流にクローン化し、それから、Ａｇｒｏｂａｃｔｅｒｉｕｍ  ｒｈｉｚｏｇｅｎｅｓのＫ５９９株に形質転換した（Ｇｏｖｉｎｄａｒａｊｕｌｕ  ｅｔ  ａｌ．，Ｍｏｌ．Ｐｌａｎｔ  Ｍｉｃｒｏｂｅ  Ｉｎｔｅｒａｃｔ．２１：１０２７−１０３５，２００８）。それから、様々なＴＡＬエフェクターエンドヌクレアーゼを有するＡ．ｒｈｉｚｏｇｅｎｅｓ株を用いて、大豆の半子葉（ｈａｌｆ−ｃｏｔｙｌｅｄｏｎ）を感染させて、トランスジェニック毛根を生産した。感染の３週間後に、毛根を集めて、液体窒素中で凍らせ、標準的な方法（Ｍｕｒｒａｙ  ｅｔ  ａｌ．，Ｎｕｃｌ．Ａｃｉｄｓ  Ｒｅｓ．８（１９）：４３２１−４３２５，１９８０）を用いてゲノムＤＮＡを調製した。
【００５０】
ＮＨＥＪにより仲介される変異が、ＴＡＬエフェクターエンドヌクレアーゼによって大豆ゲノム内の標的部位で生じたかどうか判定するために、９つの毛根由来のＤＮＡを、ＰＣＲエンリッチメントアッセイ（Ｚｈａｎｇ  ｅｔ  ａｌ．，Ｐｒｏｃ．Ｎａｔｌ．Ａｃａｄ．Ｓｃｉ．ＵＳＡ  １０７（２６）：１２０２８−１２０３３，２０１０）に供した。このアッセイは、ＮＨＥＪにより誘導される変異に起因する、ＴＡＬエフェクターエンドヌクレアーゼのスペーサー配列内の制限酵素部位の欠失をモニターする。このアッセイで用いた制限酵素部位を図１に示す（小文字で表す）。ＦＡＤ２＿Ｔ０１を発現する３つの毛根サンプル由来のゲノムＤＮＡをＭｎｌＩで消化して、ＦＡＤ２−１Ａ遺伝子座での変異をモニターした。ＨｐｈＩを用いて、ＦＡＤ２＿Ｔ０１に起因するＦＡＤ２−１Ｂでの変異をモニターした。ＡｃｉＩを用いて、ＦＡＤ２＿Ｔ０４を発現する６つの毛根サンプル由来の消化したゲノムＤＮＡ内のＦＡＤ２−１ＡおよびＦＡＤ２−１Ｂの両方の遺伝子座での変異をモニターした。消化に続いて、各反応液のアリコートを、ＦＡＤ２＿Ｔ０１またはＦＡＤ２＿Ｔ０４標的部位のいずれかの脇のプライマーを用いたＰＣＲのためのテンプレートとして用いた。ＦＡＤ２＿Ｔ０１の活性を評価するために、ＦＡＤ２−１ＡおよびＦＡＤ２−１Ｂに特異的なプライマーを用いて、別個のＰＣＲ反応を行なった。ＰＣＲ産物を、最初に１％アガロースゲル上で分析し、増幅が生じていることを確認し、それから、分析される特定のＴＡＬエフェクターエンドヌクレアーゼのスペーサー配列内に位置する制限酵素を用いて消化した。それから、この第二の制限消化反応を、野生型サンプル由来のコントロールＤＮＡの消化および未消化と並べて、２％アガロースゲル上で分析した。ＴＡＬエフェクターエンドヌクレアーゼにより誘導されるＮＨＥＪ変異を有するサンプルは、スペーサー配列内の制限酵素部位を欠失し得て、未消化のＰＣＲ産物をもたらし、それは、ゲル上に全長のバンドとして現れる。図２に示すように、未消化のＰＣＲ産物は、同一のサンプル中で、ＦＡＤ２−１Ａ、ＦＡＤ２−１Ｂ、または両方の遺伝子について観察された。例えば、図２Ｃ中のサンプル「ｂ」は、ＦＡＤ２−１Ｂに変異が存在したことを示し、図２Ｂ中のサンプル「ｄ」は、ＦＡＤ２−１Ａに変異が存在したことを示し、図２Ｂおよび図２Ｄ中のサンプル「ｆ」は、ＦＡＤ２−１ＡおよびＦＡＤ２−１Ｂの両方に変異が存在したことを示す。
【００５１】
未消化のＰＣＲ産物をクローン化およびシーケンスして、それらが、ＴＡＬエフェクターエンドヌクレアーゼにより誘導される変異をスペーサー配列内に含むことを確認した。ＰＣＲ産物は、Ｑｉａｇｅｎ  ＴＯＰＯクローニングキットを用いて、メーカーの取り扱い説明書に従ってクローン化した。所定の未消化フラグメント由来の個々のクローンをシーケンスして、ＤＮＡ配列を、野生型ＦＡＤ２−１ＡまたはＦＡＤ２−１Ｂ配列とともにアラインした。図３に示すように、多数の非依存性の欠失が、ＦＡＤ２−１ＡおよびＦＡＤ２−１Ｂの両方において、６〜９２塩基対のサイズにわたって復元された。
【００５２】
実施例４−ＦＡＤ２遺伝子においてＴＡＬエフェクターエンドヌクレアーゼにより誘導される変異を用いた、大豆植物の再生
ＦＡＤ２＿ＴＡＬ０１およびＦＡＤ２＿ＴＡＬ０４が、内因性標的部位において標的化した改変を生じたという検証に続き、ＦＡＤ２−１ＡおよびＦＡＤ２−１Ｂ内に変異を有する大豆植物を作るために実験を行なった。これを達成するために、４つのＦＡＤ２−１  ＴＡＬエフェクターエンドヌクレアーゼのそれぞれを、Ｔ−ＤＮＡベクター内にクローン化して、ＴＡＬエフェクターエンドヌクレアーゼ発現を、カリフラワーモザイクウイルス３５Ｓプロモーター、または、エストラジオールにより誘導されるＸＶＥプロモーター系（Ｚｕｏら、上記）のいずれかにより作動した。また、Ｔ−ＤＮＡベクターは、グルホシネートに対する耐性を与えるバー選択マーカー（ｂａｒ  ｓｅｌｅｃｔａｂｌｅ  ｍａｒｋｅｒ）も含んだ。
【００５３】
ＴＡＬエフェクターエンドヌクレアーゼを発現するトランスジェニック大豆植物を、標準的なＡｇｒｏｂａｃｔｅｒｉｕｍ  ｔｕｍｅｆａｃｉｅｎｓの形質転換プロトコル（Ｃｕｒｔｉｎら、上記）を用いて生産した。Ｔ−ＤＮＡを含むＡ．ｔｕｍｅｆａｃｉｅｎｓ株の、大豆半子葉（品種Ｂｅｒｔ（ｖａｒｉｅｔｙ  Ｂｅｒｔ））との培養に続いて、推定的にトランスジェニック植物を再生した。植物を土壌に移して、およそ４週間の生育後、ＤＮＡ抽出および遺伝子型決定のために、各植物から小さい葉を回収した。各ＤＮＡサンプルを、初めに、ＰＣＲを用いてＴ−ＤＮＡの存在に関してスクリーニングした。それから、全てのＴ−ＤＮＡ−陽性植物をＴ７Ｅ１アッセイに供して、ＦＡＤ２−１ＡおよびＦＡＤ２−１Ｂ  ＴＡＬエフェクターエンドヌクレアーゼ認識部位に変異を有する植物を同定した（Ｋｉｍ  ｅｔ  ａｌ．，Ｇｅｎｏｍｅ  Ｒｅｓ．１９：１２７９−１２８８，２００９）。手短には、ＴＡＬエフェクターエンドヌクレアーゼ認識部位にまたがるＰＣＲ産物を生産し、変性させ、そして再アニールさせた。野生型ＤＮＡフラグメントが、ＴＡＬエフェクターエンドヌクレアーゼにより誘導される変異を有するフラグメントとアニールした場合に生産される、ヘテロ二本鎖を切断するために、アニールした産物にＴ７Ｅ１エンドヌクレアーゼを加え、アガロースゲル電気泳動により切断産物を可視化した。図４に示すように、４つの植物は、ＴＡＬエフェクターエンドヌクレアーゼにより誘導される変異（ＧＭ０２６−１８、ＧＭ０２６−２３、ＧＭ０２７−０６およびＧＭ０２７−０７）の証拠を示した。加えて、４つの植物は全て、ＦＡＤ２−１ＡおよびＦＡＤ２−１Ｂの両方に変異を有し、両方の遺伝子が同時に突然変異誘発されることを示した。再生された全ての植物に関する遺伝子型決定データを表４Ｂに示す。
【００５４】
葉組織においてＴＡＬエフェクターエンドヌクレアーゼによって導入された変異が次の世代に伝達されるかどうか判定するために、Ｍ０植物ＧＭ０２６−１８、ＧＭ０２６−２３およびＧＭ０２７−０６から種子を回収した。各Ｍ１個体群において、２０〜６０の個々の植物を遺伝子型決定し、変異の伝達を確認した。ＦＡＤ２−１ＡおよびＦＡＤ２−１Ｂ変異の両方とも、ＧＭ０２６−１８のＭ１子孫において分離された。対照的に、ＦＡＤ２−１ＡまたはＦＡＤ２−１Ｂ変異のみが、それぞれ、ＧＭ−０２６−２３およびＧＭ０２７−６のＭ１子孫に伝達された。遺伝性変異のＤＮＡ配列を図５に示す。
【００５５】
実施例５−大豆ＦＡＤ２遺伝子においてＴＡＬエフェクターエンドヌクレアーゼにより誘導される変異によって生産された種子における、脂肪酸プロファイル分析
大豆系列ＧＭ０２６−１８を成熟まで生育させて、そして自家受精させて、ＦＡＤ２−１Ａ（ａａＢＢと表される）またはＦＡＤ２−１Ｂ（ＡＡｂｂと表される）のいずれかでのホモ接合型の突然変異体、または、ＦＡＤ２−１ＡおよびＦＡＤ２−１Ｂの両方に関するホモ接合型（ａａｂｂと表される）である種子を生じさせた。これらの種子を、脂肪酸組成物に関して分析した。手短には、個々の大豆種子を粉砕して、基本組織部分からＤＮＡを調製し、分析して各種子の遺伝子型を確立した。ＦＡＤ２−１Ａホモ接合型（ＡＡｂｂ）、ＦＡＤ２−１Ｂホモ接合型（ａａＢＢ）、またはＦＡＤ２−１Ａ／ＦＡＤ２−１Ｂのダブルのホモ接合型（ａａｂｂ）のノックアウト種子由来の残っている粉砕組織を用いて、脂肪酸メチルエステル（ＦＡＭＥ）ガスクロマトグラフィー（Ｂｅｕｓｅｌｉｎｃｋ  ｅｔ  ａｌ．，Ｃｒｏｐ  Ｓｃｉ．４７：７４７−７５０，２００６）を用いて脂肪酸組成物を決定した。分析結果を図６に示す。図に見ることができるように、野生型植物、および、ａａＢＢおよびＡＡｂｂ系列は、同様の脂肪酸プロファイル−およそ２０％オレイン酸および５０％リノール酸を示した。しかしながら、ａａｂｂ系列（ＦＡＤ２−１ＡおよびＦＡＤ２−１Ｂに関するホモ接合型の突然変異体）は、高度に増加したレベルのオレイン酸を示し、それは８０％と見積もられた。ａａｂｂ系列におけるリノール酸レベルは大いに減少し、３％未満であった。
【００５６】
【表４】
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【００５７】
【表５】
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【００５８】
【表６】
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【００５９】
実施例６−導入遺伝子フリーの突然変異体の大豆系列の作成
ＦＡＤ２−１変異を有するがＦＡＤ２＿Ｔ０４  ＴＡＬエフェクターエンドヌクレアーゼ構築物およびその関連する選択マーカーが欠失した大豆系列を得るために、ＧＭ０２６−１８の子孫を、ａａｂｂ遺伝子型に関してスクリーニングした。それから、突然変異体、導入遺伝子フリーの分離個体を、２セットのプライマーペア：１つはＴＡＬエフェクターエンドヌクレアーゼコード配列にまたがり、もう片方は大豆の内因性アルコールデヒドロゲナーゼ遺伝子（ＰＣＲ反応のコントロール；図７）を使用したＰＣＲストラテジーを用いて探索した。１５個のａａｂｂ子孫を分析し、６つはそれらのゲノム中にＴＡＬＥＮ配列の証拠を示さず、ＴＡＬエフェクターエンドヌクレアーゼ構築物が、これらの植物において分離されていることを示唆した。これらの結果は、ＦＡＤ２−１ＡおよびＦＡＤ２−１Ｂ遺伝子の両方における変異を用いて、導入遺伝子フリーの系列を作成する実施可能性を示す。
【００６０】
［他の実施態様］
本発明はその詳細な説明とともに記載されているが、前述の記載は説明目的であり、添付の特許請求の範囲により定義される本発明の範囲を制限しないことが理解されるべきである。他の態様、利点、および改変は、以下の特許請求の範囲の範囲内である。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【配列表】
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