• Journal of Plant Biotechnology
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• 제38권1호
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• pp.54-61
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• 2011

에틸렌 생합성 효소인 ACC oxidase 유전자인 CAO cDNA가 antisense 방향으로 도입된 형질전환 담배 식물체는 endogenous한 NtACO의 발현 및 에틸렌 생합성이 모두 억제되었다. 또한 폴리아민 생합성 효소인 SAMDC의 유전자 발현 및 효소 활성이 증가하였고 spermidine 함량이 증가하였다. 이러한 결과는 에틸렌 생합성의 감소로 인하여 세포 내 폴리아민 함량의 변화가 유도되는 경쟁적 관계로 spermidine이 증가하였고 이것은 SAMDC의 발현 및 활성 증가를 유도하였다고 여겨진다. 또한 이들 형질전환 식물체는 담배 역병균에 대한 저항 효과 뿐만 아니라 PR 단백질의 유전자들의 발현양이 증가하였는데 이는 에틸렌 감소에 유도되는 폴리아민 중에서도 spermidine의 증가가 PR 단백질의 유전자들의 발현을 촉진시키고 그 결과 병원균 감염에 대한 저항성을 유도하는 기작이 작동한 것으로 여겨진다. Spermidine을 합성하는데 중요하게 작용하는 SAMDC의 활성을 억제하는 MGBG를 처리한 경우에는 PR1a 발현이 억제된 경우에서 이 기작의 가능성을 확인하였다. 결론적으로 병원균 감염에 대한 과정에서 spermidine의 생합성이 증가하게 되면 PR 단백질 등 스트레스 저항성 관련 단백질들이 유도되어 스트레스 저항성을 높일 수 있을 것으로 사료된다.

• 생물환경조절학회지
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• 제25권4호
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• pp.240-248
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• 2016

식물 호르몬의 일종인 ABA의 처리가 사과 과피의 착색에 미치는 영향을 알아보기 위하여, 착색이 시작되는 시기의 'Hongro' 사과에 abscisic acid (ABA)와 ABA의 생합성 저해제인 fluridone (FD)을 처리한 뒤 과피의 색변화를 관찰하였다. 실험 결과, ABA와 FD 처리에 의해 'Hongro' 사과의 착색이 큰 영향을 받지 않았다. 과피의 붉은 색을 나타내는 hunter a값이 처리 7일 후까지 처리간에 차이가 없었다. 실제 과피의 안토시아닌 함량은 과피의 hunter a값의 변화와 같은 경향을 보이며 증가하였으며, ABA나 FD의 처리가 과피의 안토시아닌 축적에 영향을 주지 않았다. ABA의 처리 직후 과피의 내생 ABA함량이 급격히 증가하였고 처리 종료 시까지 높게 유지되었다. FD 처리구의 과피 내 ABA함량은 처리 6시간 후부터 대조구보다 낮아지다가, 처리 4일 후까지 지속적으로 감소하였다. ABA의 처리에 의해서 과피의 MdNCED2 (ABA 생합성 유전자)의 발현량이 증가하였고, MdACO1 (ethlyene 생합성 유전자) 및 안토시아닌 생합성 유전자 중 MdCHS와 MdDFR의 발현량이 증가하였다. 하지만 MdUFGT의 발현량은 ABA 처리에 의해서 변화가 없었다.

• 생명과학회지
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• 제21권7호
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• pp.969-975
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• 2011

본 연구에서는 식물뿌리의 굴중성 반응에 있어서 식물호르몬과 AtEXPA3 유전자와의 관계를 밝히고자 하였다. AtEXPA3 유전자의 RT-PCR을 통한 발현분석 결과 잎, 근출엽, 뿌리 꽃 등 생장이 활발한 조직에서 발현률이 높게 나타났으며, 굴중성 자극과 BRs, IAA에 의해서도 발현이 증가되었다. 또한 ethylene 생합성 저해제인 AVG를 처리하면 굴중성 반응이 현저히 억제되었는데 이는 ethylene 그 자체도 BR과 IAA처럼 굴중성을 촉진시키는 활성을 갖고 있음을 의미한다. 한편 호르몬을 처리하지 않은 AtEXPA3 RNAi mutant에서 굴중성 반응이 억제되는 현상은 애기장대 뿌리의 생장에 관여하는 AtEXPA3의 조절 인자로 BRs, auxin, ethylene 등의 식물호르몬이 관여하고 있음을 나타낸다. 아울러 BRs signaling mutant에서 변화된 굴중성(bri1-301, bak1에서 감소, BRI-GFP에 서 증가) 반응의 감소와 증가는 굴중성 반응이 BRs의 신호전달 과정을 통하여 일어남을 의미한다. 결론적으로 애기장대 뿌리의 굴중성 반응은 식물호르몬에 의한 AtEXPA3 유전자의 발현 증가의 결과로 인해 애기장대 뿌리의 생장이 촉진되어 나타나는 결과라 하겠다.

• Journal of Plant Biotechnology
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• 제38권1호
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• pp.22-29
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• 2011

비생물학적 스트레스로 $H_2O_2$를 이용하여 산화적 스트레스와 고염분 스트레스를 처리한 후 ROS의 생성을 확인한 결과 스트레스 처리 후 30분에 일시적으로 1차 peak를 형성하였다가 거의 basal level까지 감소하고 다시 증가하여 3시간에 매우 다량의 2차 peak를 형성한 후 거의 basal level로 다시 낮아지는 biphasic 양상을 나타내게 된다. 따라서 ROS의 생성은 초기 30분 내에 일시적으로 발생한 Phase I의 ROS와 Phase II의 좀 더 장기적으로 다량의 고농도로 발생된 ROS의 생리적 역할이 다를 것으로 여겨진다. 본 논문에서는 스트레스 처리 시 생성되는 ROS를 확인한 후 ROS 생성 유전자인 RbohD와 RbohF 유전자 발현이 억제된 RbohD-AS, RbohF-AS 형질전환 식물체를 이용하여 실험을 수행하였다. 스트레스에 의해 생성되는 ROS의 생성을 억제시킴으로써 스트레스에 대한 ethylene 생성이 더 적은 것으로 나타났다. 또한, 이들 형질전환 식물체에서 ethylene 생성과 $H_2O_2$ 억제 효과를 확인하였으며 고염분 등의 스트레스에 대한 저항성은 ROS와 ethylene의 생성이 저하되어 나타난 것으로 판단된다. 산화적 스트레스와 고염분 스트레스에서 후기 ethylene이 다량으로 생성되는 시기, 즉 세포손상이 초래되는 후기에서 DNA fragmentation 분석을 통해서 ROS와 ethylene의 생성이 높은 식물체일수록 PCD가 높게 나타난 것으로 여겨지며, 이 과정에서 작용하는 유전자는 RbohD와 RbohF인 것으로 보이며, RbohD가 더 효과적으로 작용하는 것으로 생각된다. 따라서 스트레스에 반응하는 신호전달과정에서 초기에 ROS가 생성이 되고 후기에 ethylene이 다량으로 생성되어 결국 세포죽음에 이르게 하는 상호 synergism을 일으켜 반응을 나타내며, 이러한 반응 과정에서 RbohD와 RbohF 유전자 발현의 억제가 스트레스에 대한 식물체의 저항성을 높이는 것으로 사료된다.

• 한국육종학회지
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• 제42권5호
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• pp.565-573
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• 2010

사과의 경우 한 과총에 5개의 꽃이 피는데 그 중 한 가운데의 중심화가 먼저 개화하여 과일로 발달하고 주위의 측과 4개는 스스로 낙과되는 현상을 자가적과성이라고 한다. 적과는 인위적으로 과실의 숫자를 줄여 잎 수와 과실 수의 균형을 맞추는 작업으로 과실의 크기를 증가시키고, 수세, 수형을 유지시켜 안정적인 생산에 도움을 준다. 노동력 절감을 위해 인간에게 유용하게 사용될 수 있는 특성이 자가적과성인데, 자가적과성 품종의 사과에서 측과는 만개 후 30일 이내에 떨어지고 중심과만 남아서 성숙하게 된다. 51개의 사과 품종으로부터 비자가적과성 그룹 20종, 6월 생리적 낙과 그룹 16종, 자가적과성 그룹 15종을 분류하였다. 대표적인 자가적과성 품종인 Aori #9 로부터 중심과와 측과에서 다르게 발현이 되는 유전자들을 DD-PCR 방법으로 확인하였다. 중심과에서 30개의 clones 과 측과에서 24개의 clones을 선발하여 염기서열을 분석하였다. 주로 측과에서 발현되는 유전자들은 pathogenesis, senescence, temperature stress, protein degradation, fruit browning, sorbitol metabolism에 관여하는 유전자들과 높은 상동성을 나타내고, 중심과에서 발현되는 유전자들의 염기서열을 분석해 보면 anthocyanin의 up-regulation이나 flavonol 생합성, ethylene 생합성에 관여하는 유전자들이 분포한다. Cytochrome P450 유전자의 발현양상을 보기 위해 Real time PCR 분석을 한 결과 중심과보다 측과에서 발현량이 높게 나타났다. 중심과와 측과에서 다르게 발현되는 유전자들의 실제 발현양상을 분석하기 위해 Real time PCR을 이용해서 상대정량을 분석할 계획이며 분자수준에서의 자가적과를 조절하는 기작에 대한 앞으로의 연구는 생력 재배가 가능한 품종 육성의 육종 소재 개발에 활용될 수 있을 것이다.

• 한국식품저장유통학회지
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• 제24권7호
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• pp.891-897
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• 2017

사과는 에틸렌에 의해 호흡량이 일시적으로 상승하는 호흡급등형 과실이다. 에틸렌 발생은 세포벽분해효소 활성화와 세포벽 연화를 진행시켜 사과의 상품성과 저장성을 떨어뜨리는 원인이 된다. 사과의 에틸렌 생합성 과정에는 Md-ACS1 및 Md-ACO1 유전자가 연관되어 있으며, 두 유전자는 과실의 에틸렌 발생량과 경도에 영향을 미치는 것으로 알려져 있다. 본 연구는 사과 국내육성 28품종의 Md-ACS1 및 Md-ACO1 대립유전자형을 분석하고, 'Fuji(FJ)', 'RubyS(RS)', 'Hongro(HR)', 'Arisoo(AS)', 'Summer King(SK)', 'Greenball(GB)', 'Golden Supreme(GS)'을 대상으로 수확 후 25일까지의 에틸렌 발생량 및 상온저장($20^{\circ}C$) 20일 동안의 경도 연화율을 조사하였다. 그 결과, 낮은 에틸렌 발생량과 관련 된 대립유전자(favorable alleles0(FA)) ACS1-2, ACO1-1이 많을수록 에틸렌 발생량과 경도 연화율이 낮은 경향을 보였다. GS은 ACS1-1/1, ACO1-1/2(FA 1)으로 모든 품종 중 가장 높은 에틸렌 발생 수치와 경도 연화율를 보였다. SK와 GB은 ACS1-1/2, ACO1-1/2(FA 2)으로 ACS1-2/2, ACO1-1/2(FA 3)인 HR와 AS 보다는 높고 GS 보다 낮은 에틸렌 발생량과 경도 연화율을 보였다. ACS1-2/2, ACO1-1/1(FA 4)인 FJ는 RS를 제외한 모든 품종 중에 에틸렌 발생량과 경도 연화율이 가장 낮았다. 본 실험의 결과 Md-ACS1 및 Md-ACO1 대립유전자형과 사과의 에틸렌 발생량 및 경도 연화율은 상관성이 있는 것으로 확인되었다. 따라서, Md-ACS1 및 Md-ACO1 분자표지를 사과 국내육성품종의 저장성 예측과 육종 효율 향상을 위한 Marker-assisted selection에 활용할 수 있을 것으로 생각 된다.

• 한국생물공학회:학술대회논문집
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• 한국생물공학회 2001년도 추계학술발표대회
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• pp.189-192
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• 2001

Polyamine 함량이 증가된 형질전환 식물체들은 $H_2O_2$ 처리에 의해서 야기된 산화적스트레스에 대해 야생형 식물체보다 조직 손상이 월등히 낮았으며 백화와 괴사되는 정도도 훨씬 낮았으며 chlorophyll 양의 손실도 비교적 적은 편이었다. 또한 고염분 스트레스를 처리하면서 야생형보다 비교적 높게 유지되었으며 4달 정도까지 생장이 지속되었지만 야생형 식물체에서는 생장이 거의 정지되어 식물체가 고사하였다. 그 외에 ABA를 처리하여 노화를 유도한 경우 야생형에서 훨씬 빠르게 노화가 일어났으며 형질전환 식물체 잎에서는 노화가 트게 지연되었다. 또한 pH3.0의 potassium phosphate를 처리한 경우에도 야생형의 잎보다 형질전환 식물체 잎에서 갈변등의 세포 손상이 크게 지연되었다. 곰팡이 감염에서도 높은 저항성을 보였으며 항산화효소임 GST와 CAT 유전자 발현이 증가하였다. Ethylene 발현 저해 식물체에서도 스트레스를 처리한 후 ethylene 생합성 효소의 발현이 억제되면서 스트레스 저항성을 나타내었다. 따라서 이러한 스트레스에 의하여 유도되는 노화의 지연현상이 야생형 식물체보다 형질전환 식물체 잎에서 두드러지게 나타나는데 그 기작은 mpolyamine이 이러한 스트레스를 완화시키는데 작용하였기 때문이라고 생각된다.

• 미생물학회지
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• 제53권4호
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• pp.257-264
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• 2017

Pseudomonas veronii MS1과 P. migulae MS2는 여러 가지의 구리-내성 및 식물 생장 촉진 방법을 갖고 있으며 또한 스트레스 에틸렌의 전구체인 1-aminocyclopropane-1-carboxylic acid (ACC)의 ACC deaminase에 의한 가수분해를 통해 식물에서 비생물적 스트레스를 완화시킬 수 있다. 구리 농도 700 mg/kg 토양에서의 4주간 소규모 토마토 재배 실험에서 MS1과 MS2 접종은 비접종 대조군에 비해 토마토 식물의 지상부와 뿌리 길이 및 습윤중량과 건조중량을 모두 유의성 있게 증가시켰다. 접종 토마토 식물은 비생물적 스트레스로부터 식물을 보호할 수 있는 proline및 산화 스트레스 지표인 malondialdehyde도 비접종 대조군보다 적게 함유하였다. 에틸렌 생합성에 관여하는 ACC synthase 유전자, ACS4와 ACS6 그리고 ACC oxidase 유전자, ACO1와 ACO4는 구리 스트레스를 받는 토마토에서 강하게 발현된 반면 MS1과 MS2 접종 토마토에서는 유의성 있게 감소했다. 또한 금속 결합 단백질인 metallothionein 암호화 유전자인 MT2도 위의 유전자들과 유사한 발현 양상을 보였다. 이 모든 결과들은 이 근권세균들이 구리 스트레스 하의 토마토 식물에 구리 내성을 부여하여 낮은 수준의 구리 스트레스와 생장 촉진을 허용하는 것을 가리킨다.

• 원예과학기술지
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• 제30권6호
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• pp.734-742
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• 2012

본 연구는 배추의 유전자 기능분석을 위한 RNAi 유전자 침묵 기법과 T-DNA 삽입 기법을 비교하기 위해 수행하였다. 두 종류의 형질전환 계통이 이용되었으며 BrSAMS-knockout(KO) 계통은 T-DNA 삽입으로 한 개의 Brassica rapa S-adenosylmethionine synthetase(BrSAMS) 유전자가 기능을 상실한 계통이었으며 BrSAMS-knockdown(KD) 계통은 RNAi 방법을 통해 BrSAMS 유전자들의 발현이 억제된 계통이었다. KO 계통과 KD 계통의 microarray 분석 결과에서는 SAMS 유전자와 관련된 sterol, 자당, homogalacturonan 생합성 및 glutaredoxin-related protein, serine/threonine protein kinase, 그리고 gibberellin-responsive protein 유전자들의 발현 수준이 뚜렷한 차이를 보여 주었다. 그러나 KO 계통의 유전자 발현 양상은 하나의 BrSAMS 유전자가 기능을 상실하였음에도 불구하고 대조 계통과 비교하여 RNAi기법을 적용한 KD 계통에 비해 큰 차이를 보여주지 못했다. 또한 직접적으로 SAMS 유전자와 관련된 폴리아민과 에틸렌 합성 유전자들의 발현 변화도 KD 계통에서 더 잘 나타났다. 본 연구에서 microarray 결과를 이용한 KO 계통의 BrSAMS 기능분석은 배추과식물의 게놈 triplication 발생으로 인하여 다수로 존재하는 SAMS 유전자들 때문에 명확한 결론을 얻을 수 없었다. 결론적으로 배추와 같은 배수체 작물의 유전자 기능 분석은 RNAi silencing에 의한 유전자 knock-down 기법이 T-DNA 삽입에 의한 knock-out 기법보다 더욱 효율적인 것으로 나타났다.

• Journal of Plant Biotechnology
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• 제41권3호
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• pp.159-167
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• 2014

진핵생물의 유전자 발현 과정에서 생성된 단백질은 전사후 변형 과정을 통해 소포체와 골지체에서 당질화가 일어난다. 당질화된 당단백질은 접힘의 오류가 있는 경우를 비롯하여 식물의 분화 조절 등의 경우 당단백질이 분해되며, 이 때 PNGase에 의해 N-당사슬이 단백질의 아스파라긴산 잔기로부터 절단된다. 그러나 식물의 발달과 분화 과정에서 PNGase의 발현 조절에 대해서는 거의 알려진 바가 없다. 기존에 보고된 유전적 정보를 활용하여 토마토의 잎에서 제조된 cDNA library에서 nested RT-PCR을 통하여 PNGase T의 유전자(GenBank Accession number KM401550)를 분리하였는데 이의 ORF는 1,767 bp, 588개의 이미노산으로 이루어졌으며, 분자량은 65.8 KDa이었다. PNGase T의 유전자는 토마토 과육에서 높은 수준으로 항시적으로 발현되었으며, 특히 녹색과보다는 오렌지색으로 숙성되는 과정에서 PNGase T의 전사체량이 크게 증가하였다. 이러한 발현 패턴은 토마토 과육에서 세포죽음의 과정에서 증가하는 단백질 가수분해 효소인 metacaspase의 전사체 증가 페턴과 유사하였으며, 이 시기에는 에틸렌의 생합성 효소 중 노화관련 ACC synthase의 유전자 members (LeACS2, LeACS4, LeACS6)의 발현 패턴과도 유사하였다. 따라서 토마토 과육에서 PNGase T의 유전자 발현은 거대분자가 분해되는 시기에서 과육의 숙성과 노화 과정에서 특이적인 생리적 기능을 나타내는 것으로 판단된다. 향 후 고가의 의약용 재조합단백질의 면역부작용을 완화하기 위하여 식물체 유래의 당단백질의 탈당질화과정에서 PNGase T를 활용함으로써 식물생명공학 분야에서 활용가치가 높을 것으로 사료된다.