• Journal of Microbiology and Biotechnology
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• 제30권10호
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• pp.1597-1606
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• 2020

Transcription factor engineering to regulate multiple genes has shown promise in the field of microalgae genetic engineering. Here, we report the first use of transcription factor engineering in Chlorella sp. HS2, thought to have potential for producing biofuels and bioproducts. We identified seven endogenous bZIP transcription factors in Chlorella sp. HS2 and named them HSbZIP1 through HSbZIP7. We overexpressed HSbZIP1, a C-type bZIP transcription factor, in Chlorella sp. HS2 with the goal of enhancing lipid production. Phenotype screening under heterotrophic conditions showed that all transformants exhibited increased fatty acid production. In particular, HSbZIP1 37 and 58 showed fatty acid methyl ester (FAME) yields of 859 and 1,052 mg/l, respectively, at day 10 of growth under heterotrophic conditions, and these yields were 74% and 113% higher, respectively, than that of WT. To elucidate the mechanism underlying the improved phenotypes, we identified candidate HSbZIP1-regulated genes via transcription factor binding site analysis. We then selected three genes involved in fatty acid synthesis and investigated mRNA expression levels of the genes by qRT-PCR. The result revealed that the possible HSbZIP1-regulated genes involved in fatty acid synthesis were upregulated in the HSbZIP1 transformants. Taken together, our results demonstrate that HSbZIP1 can be utilized to improve lipid production in Chlorella sp. HS2 under heterotrophic conditions.

• BMB Reports
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• 제41권2호
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• pp.132-138
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• 2008

AtbZIP16 and AtbZIP68 are two putative G group bZIP transcription factors in Arabidopsis thaliana, the other three members of G group bZIPs are GBF1-3 which can bind G-box. Members of G group have conservative protein structure: highly homological basic region and a proline-rich domain in the N-terminal region. Here, we report that AtbZIP16 and AtbZIP68 could bind cis elements with ACGT core, such as G-box, Hex, C-box and As-1, but with different binding affinities which from high to low were G-box > Hex > C-box > As-1; AtbZIP16 and AtbZIP68 could form homodimer and form heterodimer with other members of G group; N-terminal proline rich domain of AtbZIP16 had transactivation activity in yeast cells while that of AtbZIP68 did not; AtbZIP16 and AtbZIP68 GFP fusion protein localized in the nucleus of onion epidermal cells. These results indicated that AtbZIP16 and AtbZIP68 were two new members of GBFs. In Arabidopsis, AtbZIP16 and AtbZIP68 may also participate in light-responsive process in which GBF1-3 are involved.

• 한국작물학회:학술대회논문집
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• 한국작물학회 2017년도 9th Asian Crop Science Association conference
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• pp.160-160
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• 2017

Drought stress is a major constraint of crop development and productivity. Plants have evolutionally developed several mechanisms at the molecular, cellular, and physiological levels to overcome drought stress. The basic Leucine zipper (bZIP) transcription factor (TF) family members are starting to be concerned about their roles in drought stress responses. In this study, we functionally characterized OsbZIP66, a rice group-E bZIP TF, to be associated with rice drought tolerance mechanisms. Expression of OsbZIP66 was significantly induced upon treatments of rice plants with drought, high salinity, and ABA. These observations and the fact that the OsbZIP66 promoter contains ten ABA-responsive elements suggest that OsbZIP66 is up-regulated by drought stress in an ABA-dependent manner. Overexpression of both OsbZIP66 in a whole plant body and specifically in roots enhanced drought tolerance of rice plants, indicating that the rice drought tolerance positively correlates with the expression levels of OsbZIP66. Thus, our results demonstrated that OsbZIP66 has a potential for use in biotechnological development of high-yielding rice plants under drought conditions.

• 한국산림과학회지
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• 제103권2호
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• pp.189-195
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• 2014

Basic leucine zipper(bZIP) 단백질은 식물의 성장과 발달 그리고 스트레스 반응을 조절하는 전사인자이다. 본 연구에서는 현사시나무(Populus alba ${\times}$ P. glandulosa)에서 SE3 그룹에 속하는 bZIP인 PagbZIP1 유전자를 분리하여 구조와 발현 특성 등을 조사하였다. 현사시나무의 PagbZIP1 유전자는 844개의 염기쌍으로 이루어져 있으며, 144개의 아미노산으로 구성되는 예상 분자량 16.6 kDa의 단백질을 암호화한다. PagbZIP1은 보존영역인 basic domain과 leucine zipper domain을 가지고 있으며, 현사시나무의 염색체에 2 copy가 존재하는 것으로 나타났다. PagbZIP1은 현사시나무의 뿌리와 배양세포에서 특이적으로 발현하며, 배양세포의 생장주기에서는 정지기에 높게 발현하였다. 또한 건조와 염 그리고 저온 스트레스 뿐 아니라 식물호르몬인 ABA 처리에 의해서도 발현이 유도되어, ABA를 경유한 신호전달경로를 따라 유전자 발현을 조절하는 것으로 판단되었다. 본 연구결과는 PagbZIP1 유전자의 도입과 발현조절을 통한 바이오매스 증진 및 스트레스 내성 나무의 개발에 도움을 줄 것으로 생각된다.

• 한국자원식물학회지
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• 제30권5호
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• pp.571-577
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• 2017

ABA는 식물에서 비 생물학적 스트레스 내성에 관여하는 중요한 식물 호르몬이다. 애기장대의 group A bZIP 전사인자는 ABA 신호전달 과정에 중요한 역할을 한다고 알려져 있다. 그러나 벼에서는 group A bZIP 전사인자의 기능이 잘 알려져 있지 않다. 따라서 우리는 벼에서 group A bZIP 전사인자인 OsABF3(Oryza sativa ABA responsive element binding factor 3)를 연구하였다. 이를 위해 벼의 다양한 조직과 다양한 스트레스(가뭄, 염분, 저온, ABA, 산화 스트레스)에 따른OsABF3발현 패턴을 분석하였다. 또한 maize의 원형질체에서 GFP fusion 벡터를 사용한 세포 내 위치 분석을 통해 OsABF3가 핵단백질이라는 것을 확인하였다. Yeast one-hybrid 실험을 통해 OsABF3의 C-terminal 부분이 ABREs에 결합한다는 것과 N-terminal 부분이 하위 유전자의 transactivation 하는데 필요하다는 것을 알 수 있었다. 그리고 T-DNA가 삽입된 OsABF3의 homozygous 돌연변이체가 야생형과 과발현체에 비해 발아와 발아 후 단계에서 고농도의 ABA에 대한 민감도가 더 감소한 것을 알 수 있었다. 결과적으로 종합해 볼 때 OsABF3는 ABA의 의존적인 경로를 통해 비 생물학적 스트레스에 반응하는 유전자의 발현을 조절하는 기능을 하는 전사 조절자이다. 또한 OsABF3의 transactivation을 측정하는 실험에 있어서 억제 domain이 존재한다는 결과를 얻었다.

• 생명과학회지
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• 제22권11호
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• pp.1515-1522
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• 2012

식물호르몬인 abscisic acid (ABA)는 식물의 비생물학적 스트레스의 적응과정에서 중요한 역할을 수행하고 있다. 또한 ABA는 종자휴면, 발아, 세포분열의 저해, 기공개폐와 같은 중요한 과정에 관여하고 있다. OsABF2(Oryza sativa ABRE Binding Factor2)는 벼에서 비생물학적 스트레스와 ABA 신호전달 과정에 양성적으로 관여하는 bZIP 형태의 전사인자이다. OsABF2 유전자의 발현은 ABA와 다양한 스트레스 처리에 의해 유도된다. 본 논문에서는 OsABF2 유전자를 과발현한 애기장대가 가뭄, 고염, 고온 상태에서의 생존율이 야생형보다 증가하는 것을 확인하였다. 또한 ABA가 존재하는 상황에서 OsABF2 유전자를 과발현한 애기장대의 발아율이 감소하는 것을 확인하였다. 이러한 결과로 미루어 OsABF2 유전자를 과발현한 애기장대는 비생물학적 스트레스에 대한 내성이 증가하고 ABA 감수성은 증가하는 것으로 확인되었다.

• 한국작물학회지
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• 제59권3호
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• pp.263-281
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• 2014

전사인자는 식물에서 유전자 발현을 조절하기 위해 필수적이며, 유전자의 promoter나 enhancer 부위에 결합하며, 기본 전사 조절, 전사의 향상, 발달, 세포내 신호전달, 환경에 반응, 세포 주기의 조절 등의 역할을 수행한다. 옥수수 게놈의 염기서열 분석은 전사인자의 유전자 발현 조절의 기작을 이해하는데 도움을 줄 것으로 기대된다. 과거 옥수수의 전체 게놈의 중복으로 옥수수에서 4,000개 이상의 전사인자가 코딩 될 것으로 예상된다. 본 논문에서는 옥수수의 ABI3/VP1, AP2/EREBP, ARF, ARID, AS2, AUX/IAA, BES1, bHLH, bZIP, C2C2-CO-like, C2C2-Dof, C2C2-GATA, C2C2-YABBY, C2H2, E2F/DP, FHA, GARP-ARR-B, GeBP, GRAS, HMG, HSF, MADS, MYB, MYB-related, NAC, PHD, WRKY 전사인자의 특징을 간략히 서술하고, 전사인자의 염기서열을 분석하여 sequence logo를 통하여 각각의 도메인을 표시하였다. 이러한 전사인자 및 관련된 유전자의 분자생물학적 연구는 옥수수에서 중요한 기능을 하는 유전자의 발굴 및 육종을 위한 목표 유전자의 선발에 도움을 줄 것으로 기대된다.

• 한국균학회소식:학술대회논문집
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• 한국균학회 2016년도 춘계학술대회 및 임시총회
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• pp.27-27
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• 2016

The ascomycete fungus Fusarium graminearum is the most common pathogen of Fusarium head blight (FHB), a devastating disease for major cereal crops worldwide. FHB causes significant crop losses by reducing grain yield and quality as well as contaminating cereals with trichothecenes and zearalenone (ZEA) that pose a serious threat to animal health and food safety. ZEA is a causative agent of hyperestrogenic syndrome in mammals and can result in reproductive disorders in farm animals. In F. graminearum, the ZEA biosynthetic cluster is composed of four genes, PKS4, PKS13, ZEB1, and ZEB2, which encode a reducing polyketide synthase, a nonreducing polyketide synthase, an isoamyl alcohol oxidase, and a transcription factor, respectively. Although it is known that ZEB2 primarily acts as a regulator of ZEA biosynthetic cluster genes, the mechanism underlying this regulation remains undetermined. In this study, two isoforms (ZEB2L and ZEB2S) from the ZEB2 gene in F. graminearum were characterized. It was revealed that ZEB2L contains a basic leucine zipper (bZIP) DNA-binding domain at the N-terminus, whereas ZEB2S is an N-terminally truncated form of ZEB2L that lacks the bZIP domain. Interestingly, ZEA triggered the induction of both ZEB2L and ZEB2S transcription. In ZEA producing condition, the expression of ZEB2S transcripts via alternative promoter usage was directly or indirectly initiated by ZEA. Physical interaction between ZEB2L and ZEB2L as well as between ZEB2L and ZEB2S was observed in the nucleus. The ZEB2S-ZEB2S interaction was detected in both the cytosol and the nucleus. ZEB2L-ZEB2L oligomers activated ZEA biosynthetic cluster genes, including ZEB2L. ZEB2S inhibited ZEB2L transcription by forming ZEB2L-ZEB2S heterodimers, which reduced the DNA-binding activity of ZEB2L. This study provides insight into the autoregulation of ZEB2 expression by alternative promoter usage and a feedback loop during ZEA production.

• 환경생물
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• 제37권4호
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• pp.493-502
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• 2019

본 연구는 옥수수 재배 시 환경에 영향을 미치는 노균병 저항성과 관련된 유전자 후보군을 탐색해서 노균병으로 인한 토양오염과 옥수수 생산량 감소를 해결하기 위하여 노균병 저항성 품종을 효율적으로 발굴하기 위한 연구이다. 옥수수의 6번 염색체의 152,892,333과 154,335,437 사이에 있는 노균병 저항성 유전자를 탐색하였으며 이 부분에 존재할 것으로 예상되는 전사체에서 38개의 프라이머 세트를 디자인하여 이 중 16개의 예측 전사체를 가려 내었다. 또한 RT-PCR을 수행하여 감염된 Ki11의 발현이 높은 7개의 전사체로 5개의 품종에 대하여 건강한 샘플과 감염된 샘플을 검정하였고 최종 5개의 후보 유전자군[알려지지 않은 미확인 유전자 2개, OFP transcription factor, bZIP transcription factor, pentatricopeptide repeat (Ppr)]이 발견되었다. 본 연구의 결과로 추가적인 실험 설계를 통해 5개의 후보 유전자군에 대한 재검정을 통하여 확실한 노균병 저항성 유전자를 발굴하고 이를 노균병 저항성 품종 개발 및 방재에 이용할 수 있을 것으로 사료된다.

• 생명과학회지
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• 제25권4호
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• pp.473-480
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• 2015

진핵세포의 소포체는 분비를 담당하는 첫 번째 기관이다. 대부분의 분비단백질과 막 형성단백질은 소포체에서 세포질/핵으로 전달되는 신호전달에 의한 번역후수식에 의해서 소포체를 통해서 분비된다. 그 결과 완전하게 접 힘이 일어난 단백질만 세포 밖으로 분비된다. 소포체내에서 완전하게 접힘이 일어나지 않아 축적된 단백질은 세 포내스트레스(소포체스트레스)가 되어 unfolded protein response (UPR)시스템을 작동시킨다. UPR을 작동시키는 3종류의 소포체막단백질은 inositol requiring 1 (IRE1), PKR-like ER kinase (PERK), activating transcription factor 6 (ATF6)이 존재한다. 최근에 새로운 종류의 ATF6이 동정되었다. 이들은(Luman, OASIS, BBF2H7, CREBH, CREB4) 공통적으로 소포체막관통영역, 전사활성영역, bZIP영역을 가지며 특이조직과 세포내기관에서 기능을 가 진다. 현재로서는 OASIS family의 정확한 분자기전 설명은 어렵지만, 본 리뷰에서 이들 분자신호를 포괄적으로 소개할 것이다