환경스트레스에 의해 유도되는 RNA결합 단백질 유전자의 분리 및 기능 규명 Isolation and characterization of the genes encoding RNA-binding proteins in response to environmental stresses in Arabidopsis thaliana원문보기
진핵 생물에서 유전자 발현의 전사후조절은 생장과 발육에 매우 중요하며 전사후조절에는 pre-mRNA splicing, polyadenylation, mRNA transport, translation 과 stability등이 포함된다. 이러한 조절은 주로 RNA 결합 단백질이 RNA에 직접적으로 결합하거나 간접적으로 다른 조절 인자들의 기능을 조절함으로써 이루어진다. 최근에, 식물체에서 RNA 결합 단백질의 발현이 저온, 건조, 상해, 고농도의 염류 그리고 자외선 조사와 같은 스트레스하에서 증가된다는 연구 보고가 있었는데 이는 식물체의 환경 스트레스에 대한 반응과정에서 RNA 결합 단백질이 중요한 역할을 한다는 것을 암시하는 것이다. 본 연구에서는 다양한 환경 스트레스 하에서 식물체 내에서 RNA 결합 단백질의 기능과 관련된 유전자의 전사후조절에 의한 기작을 이해하기 위해서 몇 가지 RNA 결합 단백질을 ...
진핵 생물에서 유전자 발현의 전사후조절은 생장과 발육에 매우 중요하며 전사후조절에는 pre-mRNA splicing, polyadenylation, mRNA transport, translation 과 stability등이 포함된다. 이러한 조절은 주로 RNA 결합 단백질이 RNA에 직접적으로 결합하거나 간접적으로 다른 조절 인자들의 기능을 조절함으로써 이루어진다. 최근에, 식물체에서 RNA 결합 단백질의 발현이 저온, 건조, 상해, 고농도의 염류 그리고 자외선 조사와 같은 스트레스하에서 증가된다는 연구 보고가 있었는데 이는 식물체의 환경 스트레스에 대한 반응과정에서 RNA 결합 단백질이 중요한 역할을 한다는 것을 암시하는 것이다. 본 연구에서는 다양한 환경 스트레스 하에서 식물체 내에서 RNA 결합 단백질의 기능과 관련된 유전자의 전사후조절에 의한 기작을 이해하기 위해서 몇 가지 RNA 결합 단백질을 애기장대에서 분리하였고 그 유전자들의 기능을 조사하였다. 역전사 PCR(RT-PCR)과 real-time RT-PCR을 이용하여 저온, 건조, 고농도의 염류와 낙엽산 등의 여러 가지 스트레스 하에서 발현이 유도되는 유전자들을 선별하였다. 조사한 14개의 애기장대 RNA 결합 단백질 가운데 6개의 RNA 결합 단백질을 암호화하는 유전자가 환경 스트레스, 특히 저온처리에서 높게 유도되었으며, 본 연구에서는 이들 유전자들 중 2개의 유전자 (AY84, CA41)에 대해서 자세히 조사하였다. Northern과 RT-PCR 분석 결과 AY84와 CA41의 발현이 저온 처리에 의해 증가된 반면 가뭄, 고 염분 그리고 낙엽산 처리에 의해서는 그 전사량이 감소되는 것으로 나타났다. Western 분석에 의해서도 AY84의 발현이 저온처리에 의해 유도됨이 확인되었다. RNA-결합 단백질이 인지하고 결합하는 RNA 염기 서열을 찾기 위한 기내 실험에 필요한 재조합 단백질을 얻기 위하여 RNA-결합 단백질 유전자를 대장균 발현 벡터 내로 클로닝 하였으며, 그 발현 조건을 최적화 하였다. 환경 스트레스에 반응하는 RNA-결합 단백질의 기능을 식물체에서 규명하기 위하여 AY84 유전자를 제거하기 위한 RNA interference 벡터와 과발현을 위한 벡터를 제작하였다. 형질 전환체를 얻기 위한 이러한 노력과 함께 애기장대 연구 국제 협회로부터 AY84 유전자가 파괴된 T-DNA tagging mutant 종자를 분양 받아 그 돌연변이체의 표현형과 환경 스트레스에 대한 반응의 차이를 조사하였다. 지금까지의 관찰 결과 AY84 돌연변이체는 야생형과 비교하여 현저한 표현형의 차이를 보이지 않았다. 본 연구결과 애기장대의 유전체 분석을 통하여 여섯 개의 RNA-결합 단백질이 환경 스트레스에 반응함을 알 수 있었고 AY84 와 CA41이 특히 저온 처리에 의해 높게 유도됨을 알 수 있었다. 이러한 연구 결과 환경 스트레스에 반응하는 식물체의 유전자 발현의 전사 후 조절과 관련된 RNA-결합 단백질의 분자적 기작을 이해하는데 필요한 기초 자료를 제공하였다.
진핵 생물에서 유전자 발현의 전사후조절은 생장과 발육에 매우 중요하며 전사후조절에는 pre-mRNA splicing, polyadenylation, mRNA transport, translation 과 stability등이 포함된다. 이러한 조절은 주로 RNA 결합 단백질이 RNA에 직접적으로 결합하거나 간접적으로 다른 조절 인자들의 기능을 조절함으로써 이루어진다. 최근에, 식물체에서 RNA 결합 단백질의 발현이 저온, 건조, 상해, 고농도의 염류 그리고 자외선 조사와 같은 스트레스하에서 증가된다는 연구 보고가 있었는데 이는 식물체의 환경 스트레스에 대한 반응과정에서 RNA 결합 단백질이 중요한 역할을 한다는 것을 암시하는 것이다. 본 연구에서는 다양한 환경 스트레스 하에서 식물체 내에서 RNA 결합 단백질의 기능과 관련된 유전자의 전사후조절에 의한 기작을 이해하기 위해서 몇 가지 RNA 결합 단백질을 애기장대에서 분리하였고 그 유전자들의 기능을 조사하였다. 역전사 PCR(RT-PCR)과 real-time RT-PCR을 이용하여 저온, 건조, 고농도의 염류와 낙엽산 등의 여러 가지 스트레스 하에서 발현이 유도되는 유전자들을 선별하였다. 조사한 14개의 애기장대 RNA 결합 단백질 가운데 6개의 RNA 결합 단백질을 암호화하는 유전자가 환경 스트레스, 특히 저온처리에서 높게 유도되었으며, 본 연구에서는 이들 유전자들 중 2개의 유전자 (AY84, CA41)에 대해서 자세히 조사하였다. Northern과 RT-PCR 분석 결과 AY84와 CA41의 발현이 저온 처리에 의해 증가된 반면 가뭄, 고 염분 그리고 낙엽산 처리에 의해서는 그 전사량이 감소되는 것으로 나타났다. Western 분석에 의해서도 AY84의 발현이 저온처리에 의해 유도됨이 확인되었다. RNA-결합 단백질이 인지하고 결합하는 RNA 염기 서열을 찾기 위한 기내 실험에 필요한 재조합 단백질을 얻기 위하여 RNA-결합 단백질 유전자를 대장균 발현 벡터 내로 클로닝 하였으며, 그 발현 조건을 최적화 하였다. 환경 스트레스에 반응하는 RNA-결합 단백질의 기능을 식물체에서 규명하기 위하여 AY84 유전자를 제거하기 위한 RNA interference 벡터와 과발현을 위한 벡터를 제작하였다. 형질 전환체를 얻기 위한 이러한 노력과 함께 애기장대 연구 국제 협회로부터 AY84 유전자가 파괴된 T-DNA tagging mutant 종자를 분양 받아 그 돌연변이체의 표현형과 환경 스트레스에 대한 반응의 차이를 조사하였다. 지금까지의 관찰 결과 AY84 돌연변이체는 야생형과 비교하여 현저한 표현형의 차이를 보이지 않았다. 본 연구결과 애기장대의 유전체 분석을 통하여 여섯 개의 RNA-결합 단백질이 환경 스트레스에 반응함을 알 수 있었고 AY84 와 CA41이 특히 저온 처리에 의해 높게 유도됨을 알 수 있었다. 이러한 연구 결과 환경 스트레스에 반응하는 식물체의 유전자 발현의 전사 후 조절과 관련된 RNA-결합 단백질의 분자적 기작을 이해하는데 필요한 기초 자료를 제공하였다.
Posttranscriptional regulations of gene expression in eukaryotes are of crucial importance for growth and development. The levels of regulation include pre-mRNA splicing, polyadenylation, mRNA transport, translation and stability. Regulation is mainly achieved either directly by RNA-binding proteins...
Posttranscriptional regulations of gene expression in eukaryotes are of crucial importance for growth and development. The levels of regulation include pre-mRNA splicing, polyadenylation, mRNA transport, translation and stability. Regulation is mainly achieved either directly by RNA-binding proteins (RBPs) or indirectly, whereby RNA- binding proteins modulate the function of other regulatory factors. In recent years, a number of studies have demonstrated that the expression of RBP in plants increased in stress conditions, such as cold, drought, wounding, high salinity, and UV-irradiation, which imply that RBPs play roles in plant responses to environmental stresses. To understand the function of RBP and the mechanism of the RBP-mediated posttranscriptional regulation of genes in plants under various environmental stimuli, a number of target RBPs were identified among complete genome of Arabidopsis thaliana and the function of some of the selected genes was investigated. Both reverse transcription PCR (RT-PCR) and realtime RT-PCR were employed for an efficient screening of target genes induced upon various stress treatments including cold, drought, NaCl, and ABA. Among 14 potential genes tested, six RBP-encoding genes were highly induced by environmental stimuli, especially cold treatment, and two of these target genes, named AY84 and CA41, have been investigated in this study. The expression and function of the two genes were investigated by various biochemical and transgenic strategies. Northern and real-time RT-PCR analysis showed that the expressions of the AY84 and CA41 increased by cold treatment, whereas their transcript levels decreased by drought, salt, and ABA treatments. Western analysis also revealed that the expression of AY84 was induced by cold treatment. To obtain the recombinant RBP that could be used to search for the potential target RNA sequences in vitro, the RBP genes were sub-cloned into E. coli expression vector, and the expression conditions were optimized. To test the function of RBP in response to environmental stresses, the constructs for RNA interference and overexpression experiments for the AY84 have been generated. In addition to these in-house efforts to generate transgenic plants, the Arabidopsis T-DNA tagging mutant seeds with potential AY84 knockout mutation were obtained from the international consortium for Arabidopsis research, and the plants from the mutant seed were analyzed for the altered phenotype and different response to various environmental stresses. Results showed that the AY84 knockout mutant plant did not show any significant phenotype differences compared with the wild type plant. The present study have identified six potential RBPs in complete Arabidopsis genome and indicated the AY84 and CA41 as the RBPs highly induced by cold treatment, which provides a basis for further study to unravel the molecular mechanism of RBP-mediated posttranscriptional regulation of gene expression in stress response in plants.
Posttranscriptional regulations of gene expression in eukaryotes are of crucial importance for growth and development. The levels of regulation include pre-mRNA splicing, polyadenylation, mRNA transport, translation and stability. Regulation is mainly achieved either directly by RNA-binding proteins (RBPs) or indirectly, whereby RNA- binding proteins modulate the function of other regulatory factors. In recent years, a number of studies have demonstrated that the expression of RBP in plants increased in stress conditions, such as cold, drought, wounding, high salinity, and UV-irradiation, which imply that RBPs play roles in plant responses to environmental stresses. To understand the function of RBP and the mechanism of the RBP-mediated posttranscriptional regulation of genes in plants under various environmental stimuli, a number of target RBPs were identified among complete genome of Arabidopsis thaliana and the function of some of the selected genes was investigated. Both reverse transcription PCR (RT-PCR) and realtime RT-PCR were employed for an efficient screening of target genes induced upon various stress treatments including cold, drought, NaCl, and ABA. Among 14 potential genes tested, six RBP-encoding genes were highly induced by environmental stimuli, especially cold treatment, and two of these target genes, named AY84 and CA41, have been investigated in this study. The expression and function of the two genes were investigated by various biochemical and transgenic strategies. Northern and real-time RT-PCR analysis showed that the expressions of the AY84 and CA41 increased by cold treatment, whereas their transcript levels decreased by drought, salt, and ABA treatments. Western analysis also revealed that the expression of AY84 was induced by cold treatment. To obtain the recombinant RBP that could be used to search for the potential target RNA sequences in vitro, the RBP genes were sub-cloned into E. coli expression vector, and the expression conditions were optimized. To test the function of RBP in response to environmental stresses, the constructs for RNA interference and overexpression experiments for the AY84 have been generated. In addition to these in-house efforts to generate transgenic plants, the Arabidopsis T-DNA tagging mutant seeds with potential AY84 knockout mutation were obtained from the international consortium for Arabidopsis research, and the plants from the mutant seed were analyzed for the altered phenotype and different response to various environmental stresses. Results showed that the AY84 knockout mutant plant did not show any significant phenotype differences compared with the wild type plant. The present study have identified six potential RBPs in complete Arabidopsis genome and indicated the AY84 and CA41 as the RBPs highly induced by cold treatment, which provides a basis for further study to unravel the molecular mechanism of RBP-mediated posttranscriptional regulation of gene expression in stress response in plants.
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