• Molecules and Cells
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• 제38권3호
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• pp.259-266
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• 2015

The regulation of flowering time has crucial implications for plant fitness. MicroRNA156 (miR156) represses the floral transition in Arabidopsis thaliana, but the mechanisms regulating its transcription remain unclear. Here, we show that two AGAMOUS-like proteins, AGL15 and AGL18, act as positive regulators of the expression of MIR156. Small RNA northern blot analysis revealed a significant decrease in the levels of mature miR156 in agl15 agl18 double mutants, but not in the single mutants, suggesting that AGL15 and AGL18 co-regulate miR156 expression. Histochemical analysis further indicated that the double mutants showed a reduction in MIR156 promoter strength. The double mutants also showed reduced abundance of pri-miR156a and pri-miR156c, two of the primary transcripts from MIR156 genes. Electrophoretic mobility shift assays demonstrated that AGL15 directly associated with the CArG motifs in the MIR156a/c promoters. AGL18 did not show binding affinity to the CArG motifs, but pull-down and yeast two-hybrid assays showed that AGL18 forms a heterodimer with AGL15. GFP reporter assays and bimolecular fluorescence complementation (BiFC) showed that AGL15 and AGL18 co-localize in the nucleus and confirmed their in vivo interaction. Overexpression of miR156 did not affect the levels of AGL15 and AGL18 transcripts. Taking these data together, we present a model for the transcriptional regulation of MIR156. In this model, AGL15 and AGL18 may form a complex along with other proteins, and bind to the CArG motifs of the promoters of MIR156 to activate the MIR156 expression.

• BMB Reports
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• 제37권5호
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• pp.538-545
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• 2004

A new CRT binding factor (CBF) gene designated Cbcbf25 was cloned from Capsella bursa-pastoris, a wild grass, by the rapid amplification of cDNA ends (RACE). The full-length cDNA of Cbcbf25 was 898 bp with a 669 bp open reading frame (ORF) encoding a putative DRE/CRT (LTRE)-binding protein of 223 amino acids. The predicted CbCBF25 protein contained a potential nuclear localization signal (NLS) in its N-terminal region followed by an AP2 DNA-binding motif and a possible acidic activation domain in the C-terminal region. Bioinformatic analysis revealed that Cbcbf25 has a high level of similarity with other CBF genes like cbf1, cbf2, and cbf3 from Arabidopsis thaliana, and Bncbf5, Bncbf7, Bncbf16, and Bncbf17 from Brassica napus. A cold acclimation assay showed that Cbcbf25 was expressed immediately after cold triggering, but this expression was transient, suggesting that it concerns cold acclimation. Our study implies that Cbcbf25 is an analogue of other CBF genes and may participate in cold-response, by for example, controlling the expression of cold-regulated genes or increasing the freezing tolerance of plants.

• Journal of Plant Biotechnology
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• 제37권2호
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• pp.166-173
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• 2010

식물생명공학 분야에 있어 기능유전체 연구는 식물체가 지니고 있는 유용한 유전자의 생물학적 기능을 밝히고, 농업적 유용성을 확보하여 가치를 부여하는 것을 목적으로 한다. 배추는 우리나라 대표 음식 중의 하나인 김치의 주원료이며 식품영양학적으로도 우수성이 인정되었고 약 5만 ha에서 연간 약 250만 톤이 생산되어 1조원의 국내 시장 및 1억 달러의 수출액을 기록하는 경제작물이다. 그리고 우리나라가 주요 종자수출국의 위치를 차지하고 있어 재배에 있어서나 경제적, 상업적으로 그 중요성이 매우 높은 작물이다. Multinational Brassica Genome Project (MBGP)가 시작되고 배추와 같은 속에 속하는 애기장대의 전 염기서열 분석이 완료됨으로써 배추의 기능유전체 연구가 더욱 활발해 질 수 있는 환경이 마련되었다. 또한 유전자 기능 분석 연구에 필요한 새로운 기술들이 계속 개발되고 있으며 우리나라를 선두로 하여 국제적으로도 연구가 이루어져 해마다 많은 성과들이 보고되고 있다. 본 총설에서는 기능유전체 연구의 첫 단계인 배추 돌연변이체 유기 방법을 시작으로 다양한 표현형의 돌연변이체를 소개하고 이 돌연변이 배추의 게놈내 flanking DNA 분석 및 유전자 동정, microarray를 이용한 유전자 분석, 대표적인 기능유전체 연구 사례를 제시하고자 하였다.

• 한국식물병리학회:학술대회논문집
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• 한국식물병리학회 1995년도 Proceedings of special lectures on Molecular Biological Approaches to Plant Disease National Agricultural Science and Technology Institute Suwon, Korea
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• pp.27-53
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• 1995

In plant pathology there is an increasing necessity for improved cytological techniques as basis for the localization of cellular substances within the dynamic fine structure of the host-(plant)-pathogen-interaction. Low temperature (LT) preparation techniques (shock freezing, freeze substitution, LT embedding) are now successfully applied in plant pathology. They are regarded as important tools to stabilize the dynamic plant-pathogen-interaction as it exists under physiological conditions. - The main advantage of LT techniques versus conventional chemical fixation is seen in the maintenance of the hydration shell of molecules and macromolecular structures. This results in an improved fine structural preservation and in a superior retention of the antigenicity of proteins. - A well defined ultrastructure of small, fungal organisms and large biological samples such as plant material and as well as the plant-pathogen (fungus) infection sites are presented. The mesophyll tissue of Arabidopsis thaliana is characterized by homogeneously structured cytoplasm closely attached to the cell wall. From analyses of the compatible interaction between Erysiphe graminis f. sp. hordei on barley (Hordeum vulgare), various steps in the infection sequence can be identified. Infection sites of powdery mildew on primary leaves of barley are analysed with regard to the fine structural preservation of the haustoria. The presentation s focussed on the ultrastructure of the extrahaustorial matrix and the extrahaustorial membrane. - The integration of improved cellular preservation with a molecular analysis of the infected host cell is achieved by the application of secondary probing techniques, i.e. immunocytochemistry. Recent data on the characterization of freeze substituted powdery mildew and urst infected plant tissue by immunogold methodology are described with special emphasis on the localization of THRGP-like (threonine-hydrxyproline-rich glycoprotein) epitopes. Infection sites of powdery mildew on barley, stem rust as well as leaf rust (Puccinia recondita) on primary leaves of wheat were probed with a polyclonal antiserum to maize THRGP. Cross-reactivity with the anti-THRGP antiserum was observed over the extrahaustorial matrix of the both compatible and incompatible plant-pathogen interactions. The highly localized accumulation of THRGP-like epitopes at the extrahaustorial host-pathogen interface suggests the involvement of structural, interfacial proteins during the infection of monocotyledonous plants by obligate, biotrophic fungi.

• 한국잡초학회지
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• 제31권3호
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• pp.240-249
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• 2011

식물 유래 naphthoquinone계 juglone의 신규 제초제 작용점 KAPAS에 대한 in vitro 및 in vivo에서의 활성 평가를 통해 천연물 유래 제초제로서의 가능을 검토하였다. Juglone은 농도의존적인 반응으로 KAPAS를 효과적으로 저해하였으며, 50% 저해농도는 $9.5{\mu}M$이었다. 바랭이(Digitaria sanquinalis)에 대한 경엽처리에서 juglone 125, 250, 500 및 $1000{\mu}g\;mL^{-1}$ 농도에서의 활성정도는 각각 70, 95, 100 및 100%이었다. 또한, 8종의 화본과 및 광엽잡초에 대한 juglone 2,000 및 $1000{\mu}g\;mL^{-1}$ 농도에서의 살초력은 완전하였으며(100%), $500{\mu}g\;mL^{-1}$에서도 90~100%이었다. Juglone을 처리했을 때 나타나는 주요 증상은 고사(desiccation) 또는화염상(burndown)이었다. Juglone 처리에 의한 전해물질 누출은 광조건에 관계없이 농도의존적으로 일어났으나, 엽록소 함량 감소 정도는 광조건에서도 경미한 수준이었으며, 암 조건에서는 전혀 일어나지 않았다. Juglone에 의해 억제되었던 애기장대 종자의 발아율은 biotin 공급에 의해 뚜렷하게 회복되었다. 이상의 실험에 결과에 의하면 천연 naphthoquinone계 juglone은 신규 제초제 작용점 KAPAS를 효과적으로 저해하는 친환경적인 천연물 유래 제초제로서의 가능성을 확인하였다.

• Journal of Plant Biotechnology
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• 제33권2호
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• pp.85-91
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• 2006

Flavanone 3$\beta$-hydroxylase (FHT)는 flavonoid 생합성 경로의 가장 중심부에 작용하는 효소로 flavanone으로부터 dihydroflavonol으로의 변환을 촉매하는 역할을 한다. 본 연구에서는 색소유전자의 전이를 통하여 새로운 색소발현체계를 가진 품종을 육종하기 위한 기초연구로 숙성안개초 (Gypsophila paniculata L.)의 꽃봉오리로부터 cDNA-library를 합성하였고 카네이션의 FHT 유전자를 probe로 사용하여 anthocyanin 합성경로의 중요 효소의 하나인 FHT 유전자를 분리하였다. 염기서열분석을 수행하여 분리유전자의 크기가 1471 bp 이며 이 중 coding region은 1047 bp 임을 확인하였다. 이미 밝혀진 다른 식물체의 FHT 유전자와 서로 염기서열의 일치성을 비교해 본 결과 아라비돕시스, 오렌지, 카네이션, 고구마, 스톡, 페튜니아, 감자 및 포도에서 각각 69% 이상을 나타내었다. 분리유전자의 발현을 확인하기 위하여 Northern blot분석 및 인위적으로 기내에서의 transcription과 translation을 수행하였고, 분리한 유전자의 효소활성을 측정해 본 결과 dihtydrokaempferol의 작은 peak을 확인하였다. Southern blot 분석의 결과 안개초의 FHT 유전자는 다른 대부분의 식물체와 유사하게 한 개가 존재함을 확인하였다

• 한국육종학회지
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• 제42권5호
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• pp.534-539
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• 2010

사과 국내 육성 품종인 '홍로'의 형질전환 체계를 확립하고 칼슘이 강화된 '홍로' 형질전환체를 육성하기 위하여 CAX1 유전자 전환을 실시하였다. 접종에 사용되는 절편체는 기내에서 증식 배양 중인 신초의 유엽을 사용하는 경우가 생육기 수체의 유엽을 사용하는 것보다 높은 재분화율을 보여 효과적이었다. 항생제가 첨가된 재분화 선발 배지에서 재분화된 신초들을 대상으로 PCR을 실시한 결과 5개체에서 유전자 도입을 확인할 수 있었고, 이들을 Southern blot 분석한 결과 2개체에서 안정적으로 유전자가 도입되었음을 확인할 수 있었다. 또한 유전자의 정량적 발현 분석을 위해 real-time PCR을 실시한 결과 대조구에 비해 형질전환체 모두에서 CAX1 유전자의 상대적 발현량이 높게 나타났다. 형질 전환체의 칼슘 분석 결과 기내 증식 잎과 결실된 과실의 과육과 잎에서 칼슘 함량이 대조구에 비해 높게 나타났다.

• Journal of Plant Biotechnology
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• 제50권
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• pp.142-154
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• 2023

식물의 탈리(abscission)는 기관 혹은 조직이 분리되는 현상으로, 필요 없어진 기관을 떨어트리거나 종자와 과실을 널리 퍼트리기 위해 자연이 선택해온 전략이다. 하지만 농업적 관점에서 이러한 종자나 과실의 탈리는 작물의 생산성과 상품의 품질을 떨어트리는 주요 요인이 될 수 있다. 때문에 전통 농업의 작물화 과정을 통해 탈리가 저해된 돌연변이들이 선택되어 교배되면서 자연적으로 익은 과일이나 종자를 떨어트리지 않는 현대의 벼, 토마토, 유채, 콩과 같은 주요 작물 품종을 얻을 수 있었다. 한 세기 가량 진행된 quantitative trait loci (QTLs) 연구 및 애기장대에서의 유전학적･분자생물학적 연구를 통해 탈리 활성에 관여하는 다양한 세포생물학적 메커니즘과 신호전달 경로 및 전사조절인자가 규명되었다. 뿐만 아니라, 식물 생장에 관여하는 다양한 호르몬 신호전달 역시 탈리 활성을 조절하는 데에 중요함이 밝혀졌으며, 이들 호르몬과 신호전달에 작용하는 여러 케미칼 처리제가 개발되어 작물의 수확량을 증대시키는데 사용되어왔다. 본 리뷰에선 최근까지 밝혀진 탈리 활성에 관여하는 신호전달과 주요 조절인자에 대해 소개하고, smart farm 시대의 미래농업에 적용되어야할 작물의 탈리 조절 메커니즘 연구가 무엇일지, 또 이를 위해 모델시스템에서 앞으로 더 연구되어야 할 것이 무엇인지에 대해 논의하고자 한다.

• Journal of Plant Biotechnology
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• 제33권3호
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• pp.153-160
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• 2006

유전체 연구란 목적하는 유전체의 구조를 밝히고 가지고 있는 모든 유전자의 기능 및 진화과정을 망라하여 이해하고자 하는 것이다. 계통발생학상 애기장대와 연관되어 있는 Brassica rapa는 채소, 유지 및 사료로 이용되는 중요한 작물의 하나이다. Brassica rapa의 유전체 연구를 착수하는 데는 적합한 유전학적 재료 및 유전체 재료가 있어야 한다. 우리는 배추 (Brassica rapa spp. pekinensis)를 재료로 하여 표준 mapping 집단을 개발하여, 78계통으로 구성된 DH집단과 약 250 계통으로 구성된 RI집단을 개발하였다. 2가지 제한효소 (HintIII, BamHI)를 이용해 세균인공염색체 (BAC) library (KBrH, KBrB)를 만들었고, 이들은 각각 56,592개와 50,688개의 클론으로 구성되어 있다. 또한 배추의 각기 다른 부위를 이용하여 만든 22가지의 cDNA library를 이용하여 평균 575bp의 길이를 가지는 104,914개의 EST 분석을 실시 하였다. 세계적으로 'Multinational Brassica Genome Project (MBGP)' 조직이 구성되었고 배추의 전 염기서열 분석을 하기로 2003년 결정되었다. 그 첫 단계로 104,914개의 BAC 클론의 BAC-end 염기서열분석이 제안되어 2006년 9월 5개국 공동 프로젝트로 추진하여 완성하게 되었다. 이러한 BAC-end 염기서열분석의 결과는 유전자의 염기서열 해석, 및 풍부하게 존재하는 반복염기서열 DNA를 분석함으로써 배추의 유전체 구조를 이해할 수 있는 실마리를 주었다. BAC 클론의 전체 염기서열분석은, 비록 단편 내에 유전자의 결실이 변화무쌍하게 일어나지만 배추 DNA 단편이 유전체에서 광범위하게 삼중복으로 존재함을 나타냈다. 이러한 BAC-end 염기서열을 아기장대 염기서열에 비교하여 629개의 종자 BAC을 선정하게 되었고, 이들의 염기서열 분석을 완성하였다. MBGP에서는2단계로서 배추의 전 유전체 염기서열 분석을 추진하게 되었고, 유전자지도에 위치한 종자 BAC을 이용하여 인접한 BAC 클론을 찾아 염기서열 분석하는 BAC-to-BAC 방법을 추진하고 있으며 8개국에서 참여하여 현재 염기서열 분석을 추진 중 이다. 최근에 각 국에서는 생물정보학기법을 활용한 염기서열 분석 기반에 대하여 많은 토론이 진행되고 있다. 앞으로 다양한 유전체 정보가 축적됨에 따라 배추의 유전체 구조를 이해하고 농업적으로 적용하고자 하는데 기여를 할 것이다.

• 한국잡초학회지
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• 제31권3호
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• pp.250-259
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• 2011

본 실험은 식물에서 유래한 천연 naphthoquinone계 5,8-dihydroxy-1,4-naphthoquinone(DHNQ)의 온실조건에서의 제초활성 정도를 평가하고 효소활성 저해를 포함한 생리 생화학적인 규명을 통해 살초특성을 알아보고자 수행하였다. 온실조건에서 바랭이(Digitaria sanquinalis)에 대한 경엽처리에서 DHNQ 125, 250, 500 및 $1000{\mu}g\;mL^{-1}$ 농도에서의 활성정도는 각각 60, 70, 95 및 100%이었다. 돌피를 포함한 화본과 잡초 3종과 까마중을 포함한 5종의 광엽 잡초에 대한 살초활성 평가에서 2,000 및 $1000{\mu}g\;mL^{-1}$ 농도에서는 완전방제되었고, $500{\mu}g\;mL^{-1}$ 수준에서는 70~100%이었다. 주요 증상은 화염상(burndown)이었고, 약제 처리 24시간 이내에 활성이 나타나 속효성이지만 완전하게 방제되지 않은 개체에서는 처리 5일 이후에 재생되었다. DHNQ를 처리했을 때 KAPAS를 농도의존적으로 저해하였으며, 50% 저해농도는 $4.4{\mu}M$이었다. 엽절편으로부터의 전해물질 누출은 광 암 조건에 관계없이 농도 의존적으로 증가되었으나 누출된 총량은 상대적으로 적었다. DHNQ은 광 암 조건에 관계없이 엽록소 함량 감소는 거의 일어나지 않았다. 한편, DHNQ에 의해 억제되었던 애기장대 종자 발아율은 biotin을 공급해 줌으로서 크게 증가되었다. 이상의 실험에 결과에 의하면 천연 naphthoquinone계 DHNQ는 식물체 내로의 흡수 또는 침투성을 증가시킬 수 있는 제형개발을 통해 살초력을 증가시킬 수 있는 방안이 강구된다면 신규 제초제 작용점으로 발굴한 KAPAS를 효과적으로 저해하는 친환경적인 천연물 유래 제초제로서의 가능성을 확인하였다.