Korean Journal of Breeding Science (한국육종학회지)

The Korean Society of Breeding Science (한국육종학회)
권호 표지

Cloning of Low-molecular-weight Glutenin Subunit Genes and Identification of their Protein Products in Common Wheat (Triticum aestivum L.)

보통 밀에서 저분자글루테닌 유전자 클로닝 및 단백질 동정

  • 이종열 (농촌진흥청 국립농업과학원) ;
  • 김영태 (농촌진흥청 국립농업과학원) ;
  • 김보미 (농촌진흥청 국립농업과학원) ;
  • 이정혜 (농촌진흥청 국립농업과학원) ;
  • 임선형 (농촌진흥청 국립농업과학원) ;
  • 하선화 (농촌진흥청 국립농업과학원) ;
  • 안상낙 (충남대학교 농업생명과학대학 농학과) ;
  • 남명희 (한국기초과학지원연구원) ;
  • 김영미 (농촌진흥청 국립농업과학원)
  • Received : 2010.12.06
  • Published : 2010.12.31
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Abstract

Low-molecular-weight glutenin subunit (LMW-GS) in common wheat (Triticum aestivum L.) is important for quality processing of bread and noodles. The objectives of this study were to clarify the composition of LMW-GSs and to identify their corresponding proteins. Using LMW-GS specific primers we cloned and characterized 43 LMW-GS genes in the wheat cultivar 'Jokyoung'. Some of these genes contain polypeptides different in size due to the presence of various deletions or insertions within repetitive and glutamine-rich domains. The comparison of deduced amino acid sequence of the LMW-GS genes in Jokyoung with that of 12 groups LMW-GSs of wheat cultivar Norin 61 showed that the deduced amino acid sequences were nearly the same to LMW-GS groups of 1, 2, 3/4, 5, 7, 10 and 11. All LMW-GS genes contain eight cysteine residues, which are conserved among all of the typical LMW-GS sequences. The relative positions of cysteine residues are also conserved, except those of the first and seventh. Based on phylogenetic analysis, the 43 sequences with the same N-terminal and C-terminal amino acid sequences were clustered in the same group. To identify the proteins containing the corresponding amino acid sequences, we determined the N-terminal amino acid sequence of 7 spots of LMW-GSs of Jokyoung separated by two-dimensional gel electrophoresis (2DE). Of them, Glu-B3 (LMW-m and LMW-s) and Glu-D3 (LMW-m) were detected in two and three spots, respectively and the others were not clear. Collectively, we classified diverse LMW-GSs and identified their corresponding protein products. These results will be helpful in breeding programs for improvement of wheat flour quality.

미성숙 종자로부터 추출된 전체 RNA를 이용하여 합성한 cDNA와 LMW-GS 특이 프라이머세트를 이용하여 43개의 LMW-GS 유전자를 분리하였다. 각각의 유추 아미노산은 상동성이 높은 20개의 시그널 펩타이드, N-말단 영역, 반복서열영역 그리고 C-말단 영역을 가지며 C-말단 영역에 분자내 혹은 분자간 이황화 결합을 형성하는 전형적인 8개의 시스테인을 가지고 있었다. 이들 시스테인의 위치는 첫번째, 일곱번째를 제외하고는 보존되어 있었다. Ikeda 분류법과 비교할 경우, 이들은 각각 그룹 1, 2, 3 또는 4, 5, 7, 10(이중 그룹 2와 5가 가장 많음) 그리고 11에 속하며 그룹 6, 8, 9 그리고 12에 속한 단백질은 탐지되지 않았다. 이들 43개 LMW-GS 유전자들을 Lasergene Version 7.0을 이용하여 DNA 염기서열 수준에서 계통도를 분석한 결과 Ikeda 그룹의 분류법과 일치하였다. 단백질 수준에서 LMW-GS들을 확인하기 위해 2DE로 이들 단백질을 분리하여 이들의 N-말단 아미노산 서열을 분석하였다. 7개 스팟의 N-말단 아미노산 서열을 확인할 수 있었고 이중 2개는 N-말단 아미노산 서열이 세린으로 시작하는 LMW-s 타입이었고 5개는 N-말단 아미노산 서열이 메티오닌으로 시작하는 LMW-m 타입이었다. 이들 서열은 Ikeda 그룹의 분류법에 따르면 그룹 1, 2, 3, 3/4, 5 그리고 10이었다. 이들 LMW-GS 단백질 중 2개는 Glu-D3 그리고 3개는 Glu-B3에 의해 encoding 되었고 나머지는 확인이 불가능 하였다. 그룹 6, 7, 8, 9, 11, 그리고 12의 스팟은 확인할 수 없었다. N-말단 아미노산 서열들과 클로닝된 LMW-GS 유전자군을 비교해 보면 그룹 1, 2, 3/4, 5 그리고 10이 모두 유전자와 단백질 수준에서 존재하고 있음을 확인하였다. 본 연구는 다양한 LMW-GS 유전자들을 분리, 동정하였고 이들의 해당 단백질을 확인할 수 있었다. 이러한 결과는 밀가루 품질 향상을 위한 육종 프로그램에 도움이 될 것이다.

Keywords

Acknowledgement

Supported by : 국립농업과학원

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