Jasmonic acid signaling in rice as revealed by expressing an arbidopsis jasmonic acid carboxyl methyltransferase gene : 애기장대 자스몬산 메틸화 효소 발현 형질전환 벼 내의 자스몬산 신호전달 체계 연구원문보기
김은혜
(Myong-ji university
Department of Biological Science
국내박사)
자스몬산 (jasmonic acid)과 자스몬산의 메틸화된 형태인 메틸자스몬산 (methyljasmonic acid)은 여러 환경적 스트레스에 반응하는 신호전달 체계에 있는 물질이다. 본 실험에서는 애기장대에서 보고되어 있는 자스몬산 ...
자스몬산 (jasmonic acid)과 자스몬산의 메틸화된 형태인 메틸자스몬산 (methyljasmonic acid)은 여러 환경적 스트레스에 반응하는 신호전달 체계에 있는 물질이다. 본 실험에서는 애기장대에서 보고되어 있는 자스몬산 메틸화효소(jasmonic acid carboxyl methyltransferase)를 암호화 하는 AtJMT의 단자엽 식물체 내에서의 기능을 연구하기 위하여 ubi1 promoter에 AtJMT를 연결하여 벼에 형질전환 하였다. 형질전환 식물체에서 AtJMT가 발현됨에 따라 애기장대에서 유도되는 유전자와 다른 SalT, VSP, TLP와 같은 유전자가 발현됨을 확인 하였고, 위와 같은 유전자는 형질전환 되지 않은 벼의 잎에 메틸자스몬산을 처리하였을 때에도 동일하게 발현됨을 확인하였다. 그러나 자스몬산을 처리한 벼에서는 TLP만이 발현됨을 확인하였다. 이것은 애기장대의 AtJMT 유전자가 형질전환 벼에서 메틸자스몬산을 생산하는 유전자를 활성화 시키는 것으로 보여지는 것이다. 본 연구에서는 벼의 살리실산 메틸화 효소를 암호화하는 OsSMT1과 OsSMT2를 분리하였다. OsSMTl과 2 유전자들의 재조합 단백질을 대장균 내에서 발현하여, 이 단백질의 효소 활성과 기질 특이성을 확인한 결과 OsSMT1은 살리실산 (salicylic acid)과 안식향산 (benzoic acid)을 메틸살리실산 (methylsalicylic acid)과 메틸안식향산 (methylbenzoic acid)으로 메틸화 시키는 살리실산 메틸화 효소 (salicylic acid carboxyl methyltransferase)임을 확인하였다. 놀랍게도 OsSMT1과 2는 AtJMT 형질전환체에서 발현됨을 확인하였다. 이것은 벼에서의 애기장대 자스몬산 메틸화 효소의 발현은 살리실산의 신호전달 체계와 관련되고 있음을 시사하는 것이다. 이 형질전환체는 꽃의 형태적 변화를 제외한 성장과 발달상태는 정상적이다. 자스몬산에 의한 꽃의 형태적 변화는 애기장대와 다른 식물체에서는 보고되지 않았었다 이 형질전환체의 꽃은 암술과 수술, 꽃잎 등의 수가 증가하거나 감소여 일반적인 벼의 꽃과는 다른 형태를 띄고 있다. 결국 벼 내에서의 AtJMT의 발현은 애기장대와 벼에서 서로 다른 유전자를 유도하고, 다른 형태적 변화를 가짐을 알 수 있다.
자스몬산 (jasmonic acid)과 자스몬산의 메틸화된 형태인 메틸자스몬산 (methyljasmonic acid)은 여러 환경적 스트레스에 반응하는 신호전달 체계에 있는 물질이다. 본 실험에서는 애기장대에서 보고되어 있는 자스몬산 메틸화효소(jasmonic acid carboxyl methyltransferase)를 암호화 하는 AtJMT의 단자엽 식물체 내에서의 기능을 연구하기 위하여 ubi1 promoter에 AtJMT를 연결하여 벼에 형질전환 하였다. 형질전환 식물체에서 AtJMT가 발현됨에 따라 애기장대에서 유도되는 유전자와 다른 SalT, VSP, TLP와 같은 유전자가 발현됨을 확인 하였고, 위와 같은 유전자는 형질전환 되지 않은 벼의 잎에 메틸자스몬산을 처리하였을 때에도 동일하게 발현됨을 확인하였다. 그러나 자스몬산을 처리한 벼에서는 TLP만이 발현됨을 확인하였다. 이것은 애기장대의 AtJMT 유전자가 형질전환 벼에서 메틸자스몬산을 생산하는 유전자를 활성화 시키는 것으로 보여지는 것이다. 본 연구에서는 벼의 살리실산 메틸화 효소를 암호화하는 OsSMT1과 OsSMT2를 분리하였다. OsSMTl과 2 유전자들의 재조합 단백질을 대장균 내에서 발현하여, 이 단백질의 효소 활성과 기질 특이성을 확인한 결과 OsSMT1은 살리실산 (salicylic acid)과 안식향산 (benzoic acid)을 메틸살리실산 (methylsalicylic acid)과 메틸안식향산 (methylbenzoic acid)으로 메틸화 시키는 살리실산 메틸화 효소 (salicylic acid carboxyl methyltransferase)임을 확인하였다. 놀랍게도 OsSMT1과 2는 AtJMT 형질전환체에서 발현됨을 확인하였다. 이것은 벼에서의 애기장대 자스몬산 메틸화 효소의 발현은 살리실산의 신호전달 체계와 관련되고 있음을 시사하는 것이다. 이 형질전환체는 꽃의 형태적 변화를 제외한 성장과 발달상태는 정상적이다. 자스몬산에 의한 꽃의 형태적 변화는 애기장대와 다른 식물체에서는 보고되지 않았었다 이 형질전환체의 꽃은 암술과 수술, 꽃잎 등의 수가 증가하거나 감소여 일반적인 벼의 꽃과는 다른 형태를 띄고 있다. 결국 벼 내에서의 AtJMT의 발현은 애기장대와 벼에서 서로 다른 유전자를 유도하고, 다른 형태적 변화를 가짐을 알 수 있다.
Jasmonic acid (JA) and its methyl ester, methyl jasmonate (MeJA) are involved in plant responses to biotic and abiotic stresses. An Arabidopsis jasmonic acid carboxyl methyltransferase gene (AtJMT) was previously isolated and characterized. In order to study the function of AtJMT in monocot plants, ...
Jasmonic acid (JA) and its methyl ester, methyl jasmonate (MeJA) are involved in plant responses to biotic and abiotic stresses. An Arabidopsis jasmonic acid carboxyl methyltransferase gene (AtJMT) was previously isolated and characterized. In order to study the function of AtJMT in monocot plants, the gene was linked to the maize Ubi1 promoter and transformed into rice. Expression of AtJMT in transgenic rice induced a set of rice genes involving SalT, VSP and TLP, which is different from genes induced in Arabidopsis. The same target genes were also induced in leaf tissues by treatment with MeJA, but not with JA, suggesting that AtJMT produces MeJA, which in turn activate the target genes. We have identified two rice salicylic acid methyltransferase genes, OsSMT1 and 2. OsSMT1 and 2 recombinant proteins were made in E. coli cell their enzymatic activities and substrate specificity were analyzed by the GC-MS method, revealing that the OsSMT1 and 2 encodes SA methyltransferase which specifically convert SA and BA to MeSA and MeBA, respectively. Surprisingly, OsSMT1 and 2 were activated by the expression of AtJMT, implying that AtJMT may have a role in SA signaling pathway(s) in rice. Ubi1::AtJMT plants grow and develop normally except that flower organs are severely altered, which has not been observed in Arabidopsis or other plants. The numbers of carpel, anther, lodicule, lamma and pelea were increased or decreased as compared to nontransgenic controls, causing poor fertility of the transgenic plants. Thus, target genes and phenotype that are induced by AtJMT in rice are distinct from those in Arabidopsis.
Jasmonic acid (JA) and its methyl ester, methyl jasmonate (MeJA) are involved in plant responses to biotic and abiotic stresses. An Arabidopsis jasmonic acid carboxyl methyltransferase gene (AtJMT) was previously isolated and characterized. In order to study the function of AtJMT in monocot plants, the gene was linked to the maize Ubi1 promoter and transformed into rice. Expression of AtJMT in transgenic rice induced a set of rice genes involving SalT, VSP and TLP, which is different from genes induced in Arabidopsis. The same target genes were also induced in leaf tissues by treatment with MeJA, but not with JA, suggesting that AtJMT produces MeJA, which in turn activate the target genes. We have identified two rice salicylic acid methyltransferase genes, OsSMT1 and 2. OsSMT1 and 2 recombinant proteins were made in E. coli cell their enzymatic activities and substrate specificity were analyzed by the GC-MS method, revealing that the OsSMT1 and 2 encodes SA methyltransferase which specifically convert SA and BA to MeSA and MeBA, respectively. Surprisingly, OsSMT1 and 2 were activated by the expression of AtJMT, implying that AtJMT may have a role in SA signaling pathway(s) in rice. Ubi1::AtJMT plants grow and develop normally except that flower organs are severely altered, which has not been observed in Arabidopsis or other plants. The numbers of carpel, anther, lodicule, lamma and pelea were increased or decreased as compared to nontransgenic controls, causing poor fertility of the transgenic plants. Thus, target genes and phenotype that are induced by AtJMT in rice are distinct from those in Arabidopsis.
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