1 장. 아기장대의 CBF3/DREB1와 ABF3 전사인자를 이용한 스트레스 저항성 형질전환 벼 개발벼는 아열대성 단자엽 식물로써 쌍자엽 식물인 아기장대의 저온 순응 기작 (cold acclimation)과 다른 환경 스트레스 반응 기작을 가진다. 아기장대의 스트레스 반응기작은 식물 호르몬인 ABA를 중심으로 ABA 관련기작과 ABA 비관련기작으로 나뉘며, 이들 기작에는 CBF3/DREB1A (CBF3) 와 ABF3가 대표적인 전사인자로 보고되었다. 이에 벼와 아기장대의 스트레스 기작을 비교하기 위하여, 아기장대의 두 전사인자를 이용한 형질전환 벼를 제작하였다. 형질전환 벼와 비형질전환 벼의 스트레스 저항성 검정 결과, 형질전환 아기장대에서 보고된 바와 같이, CBF3형질전환 벼는 건조, 염, 저온 스트레스에서 저항성 향상을 보인 반면,ABF3 형질전환 벼에서는 건조 스트레스에서만 저항성 향상을 보였다. 60K벼 유전자 발현 칩과 ...
1 장. 아기장대의 CBF3/DREB1와 ABF3 전사인자를 이용한 스트레스 저항성 형질전환 벼 개발벼는 아열대성 단자엽 식물로써 쌍자엽 식물인 아기장대의 저온 순응 기작 (cold acclimation)과 다른 환경 스트레스 반응 기작을 가진다. 아기장대의 스트레스 반응기작은 식물 호르몬인 ABA를 중심으로 ABA 관련기작과 ABA 비관련기작으로 나뉘며, 이들 기작에는 CBF3/DREB1A (CBF3) 와 ABF3가 대표적인 전사인자로 보고되었다. 이에 벼와 아기장대의 스트레스 기작을 비교하기 위하여, 아기장대의 두 전사인자를 이용한 형질전환 벼를 제작하였다. 형질전환 벼와 비형질전환 벼의 스트레스 저항성 검정 결과, 형질전환 아기장대에서 보고된 바와 같이, CBF3형질전환 벼는 건조, 염, 저온 스트레스에서 저항성 향상을 보인 반면,ABF3 형질전환 벼에서는 건조 스트레스에서만 저항성 향상을 보였다. 60K벼 유전자 발현 칩과 RNA gel-blot 분석을 통해 CBF3에 의해 12개,ABF3에 의해 7개의 벼 환경 스트레스 관련유전자의 발현이 증가됨을 확인하였으며, 이들에 발현을 통해 형질전환 벼에서의 스트레스 저항성 차이가 나타나는 것으로 예측할 수 있었다. 또한, 건조 스트레스 처리 후에 유전자 발현을 60K 벼 유전자 발현 칩과 RNA gel-blot 분석을 수행한 결과, CBF3 형질전환 벼에서 13 종, 비 형질전환 벼에서는 27 종의 유전자가 발현의 차이를 보였는데, 이는 도입유전자의 효과에 따른형질전환 벼들의 스트레스 저항성 차이에 의한 것으로 보여진다.흥미롭게도 CBF3와 ABF3 형질전환 벼에서는 아기장대에서 보고된 성장저해가 나타나지 않았다. 2 장. 보리의 CBF1 전사인자를 이용한 환경스트레스 저항성 형질전환 벼개발CBF(DREB) 유전자군은 식물체에서의 주요 환경스트레스 관련 전사인자이다. 단자엽 식물과 쌍자엽 식물에서의 환경 스트레스 반응 기작을 비교하고자, 보리의 저온 스트레스 특이 발현 CBF 전사인자(bCBF1)를 분리하여 bCBF1 형질전환 벼를 개발하였고, bCBF1과 아기장대의 CBF3 (AtCBF3)의 기능을 형질전환 벼 내에서 비교 분석하였다. 두 전사인자가 들어간 벼는 성장 단계에서 성장의 장애도 보이지 않았으며,모든 스트레스에서 높은 저항성을 보였고, 광합성능을 이용한 저항성 검정분석을 통해 bCBF1 형질전환 벼가 비형질전환 벼와 AtCBF3 형질전환 벼에 비해 10-20% 높은 저온 스트레스 저항성을 가짐을 확인하였다. 60K유전자 발현 칩 및 RT-PCR 분석을 통하여 bCBF1에 의해 발현이 유도되는 15종의 유전자를 동정하였고, 이를 AtCBF3의 12개의 하부유전자와 비교하였을 때, 5 개의 유전자만이 두 전사인자에 의해 공통적으로 발현이 유도시켰고, bCBF1과 AtCBF3는 서로 다른 그룹의 유전자들의 발현에 관여하고 있었으며, 특히 AtCBF3의 대표적인 발현 유도 유전자인 Dip1과 Lip5가 bCBF1에 의해서는 발현의 변화를 보이고 있지 않지만, 형질전환체를 저온 스트레스에 노출하였을 경우 이 두 유전자의 발현이 증가함을 알 수 있었다. 이러한 결과를 통해 bCBF1은 AtCBF3와 다른 그룹의 유전자의 발현을 유도하는, 환경 스트레스 전사인자 임을 확인하였다.
1 장. 아기장대의 CBF3/DREB1와 ABF3 전사인자를 이용한 스트레스 저항성 형질전환 벼 개발벼는 아열대성 단자엽 식물로써 쌍자엽 식물인 아기장대의 저온 순응 기작 (cold acclimation)과 다른 환경 스트레스 반응 기작을 가진다. 아기장대의 스트레스 반응기작은 식물 호르몬인 ABA를 중심으로 ABA 관련기작과 ABA 비관련기작으로 나뉘며, 이들 기작에는 CBF3/DREB1A (CBF3) 와 ABF3가 대표적인 전사인자로 보고되었다. 이에 벼와 아기장대의 스트레스 기작을 비교하기 위하여, 아기장대의 두 전사인자를 이용한 형질전환 벼를 제작하였다. 형질전환 벼와 비형질전환 벼의 스트레스 저항성 검정 결과, 형질전환 아기장대에서 보고된 바와 같이, CBF3형질전환 벼는 건조, 염, 저온 스트레스에서 저항성 향상을 보인 반면,ABF3 형질전환 벼에서는 건조 스트레스에서만 저항성 향상을 보였다. 60K벼 유전자 발현 칩과 RNA gel-blot 분석을 통해 CBF3에 의해 12개,ABF3에 의해 7개의 벼 환경 스트레스 관련유전자의 발현이 증가됨을 확인하였으며, 이들에 발현을 통해 형질전환 벼에서의 스트레스 저항성 차이가 나타나는 것으로 예측할 수 있었다. 또한, 건조 스트레스 처리 후에 유전자 발현을 60K 벼 유전자 발현 칩과 RNA gel-blot 분석을 수행한 결과, CBF3 형질전환 벼에서 13 종, 비 형질전환 벼에서는 27 종의 유전자가 발현의 차이를 보였는데, 이는 도입유전자의 효과에 따른형질전환 벼들의 스트레스 저항성 차이에 의한 것으로 보여진다.흥미롭게도 CBF3와 ABF3 형질전환 벼에서는 아기장대에서 보고된 성장저해가 나타나지 않았다. 2 장. 보리의 CBF1 전사인자를 이용한 환경스트레스 저항성 형질전환 벼개발CBF(DREB) 유전자군은 식물체에서의 주요 환경스트레스 관련 전사인자이다. 단자엽 식물과 쌍자엽 식물에서의 환경 스트레스 반응 기작을 비교하고자, 보리의 저온 스트레스 특이 발현 CBF 전사인자(bCBF1)를 분리하여 bCBF1 형질전환 벼를 개발하였고, bCBF1과 아기장대의 CBF3 (AtCBF3)의 기능을 형질전환 벼 내에서 비교 분석하였다. 두 전사인자가 들어간 벼는 성장 단계에서 성장의 장애도 보이지 않았으며,모든 스트레스에서 높은 저항성을 보였고, 광합성능을 이용한 저항성 검정분석을 통해 bCBF1 형질전환 벼가 비형질전환 벼와 AtCBF3 형질전환 벼에 비해 10-20% 높은 저온 스트레스 저항성을 가짐을 확인하였다. 60K유전자 발현 칩 및 RT-PCR 분석을 통하여 bCBF1에 의해 발현이 유도되는 15종의 유전자를 동정하였고, 이를 AtCBF3의 12개의 하부유전자와 비교하였을 때, 5 개의 유전자만이 두 전사인자에 의해 공통적으로 발현이 유도시켰고, bCBF1과 AtCBF3는 서로 다른 그룹의 유전자들의 발현에 관여하고 있었으며, 특히 AtCBF3의 대표적인 발현 유도 유전자인 Dip1과 Lip5가 bCBF1에 의해서는 발현의 변화를 보이고 있지 않지만, 형질전환체를 저온 스트레스에 노출하였을 경우 이 두 유전자의 발현이 증가함을 알 수 있었다. 이러한 결과를 통해 bCBF1은 AtCBF3와 다른 그룹의 유전자의 발현을 유도하는, 환경 스트레스 전사인자 임을 확인하였다.
CHAPTER I. Arabidopsis CBF3/DREB1A and ABF3 in Transgenic Rice Increased Tolerance to Abiotic Stress without Stunting Growth Rice (Oryza sativa), a monocotyledonous plant that does not cold acclimate, has evolved differently from Arabidopsis that cold acclimates. To understand the stress response of...
CHAPTER I. Arabidopsis CBF3/DREB1A and ABF3 in Transgenic Rice Increased Tolerance to Abiotic Stress without Stunting Growth Rice (Oryza sativa), a monocotyledonous plant that does not cold acclimate, has evolved differently from Arabidopsis that cold acclimates. To understand the stress response of rice in comparison with that of Arabidopsis,we developed transgenic rice plants which constitutively expressed CBF3/DREB1A (CBF3) and ABF3; Arabidopsis genes that function in ABAindependent and ABA-dependent stress-response pathways, respectively. CBF3 in transgenic rice elevated tolerance to drought, high-salinity and relatively low levels of tolerance to low-temperature exposure. These data were in direct contrast to CBF3 in Arabidopsis which is known to function primarily to enhance freezing tolerance. ABF3 in transgenic rice increased tolerance to drought stress alone. By using the 60K Rice Whole Genome Microarray and RNA gel-blot analyses, we identified 12 and 7 target genes that were activated in transgenic rice plants by CBF3 and ABF3, respectively,that appears to render the corresponding plants acclimated for stress conditions. The target genes together with additional 13 and 27 genes are induced further upon exposure to drought stress, consequently making the transgenic plants more tolerant to stress conditions. Interestingly, our transgenic plants neither exhibited growth inhibition nor visible phenotypic alterations despite constitutive expression of the CBF3 or ABF3, unlike the results previously obtained from Arabidopsis where transgenic plants were stunted. CHAPTER II. Barley CBF1 in Transgenic Rice Increased Tolerance t0 Stress CBF(DREB)s are major transcription activators in the abiotic stress signaling pathway. To study the stress response of the monocotyledonous plant, we isolated a barley CBF ortholog, bCBF1 that was induced by lowtemperature stress. Transgenic overexpression of bCBF1 in rice resulted in increase in tolerance to drought and high-salinity and low-temperature exposure without stunting growth. Interestingly, under low temperature conditions, Fv/Fm levels in Ubi1:bCBF1 plants were higher by 20% and 10%than those of NT and Ubi1:AtCBF3 plants, respectively. By using the 60K Rice Whole Genome Microarray, we identified 16 rice genes that were activated by bCBF1. When compared with 12 target rice genes of AtCBF3 previously identified (Oh et al., 2005), 5 genes are common to both bCBF1 and AtCBF3; whereas, 11 and 7 genes are specific to bCBF1 and AtCBF3,respectively. Interestingly, bCBF1 did not activate Dip1 and Lip5, two important target genes of AtCBF3, in transgenic rice under normal growth conditions, but their expression was enhanced by bCBF1 under low temperature conditions. These results suggest that barley CBFs act differently from Arabidopsis CBFsin transgenic rice.
CHAPTER I. Arabidopsis CBF3/DREB1A and ABF3 in Transgenic Rice Increased Tolerance to Abiotic Stress without Stunting Growth Rice (Oryza sativa), a monocotyledonous plant that does not cold acclimate, has evolved differently from Arabidopsis that cold acclimates. To understand the stress response of rice in comparison with that of Arabidopsis,we developed transgenic rice plants which constitutively expressed CBF3/DREB1A (CBF3) and ABF3; Arabidopsis genes that function in ABAindependent and ABA-dependent stress-response pathways, respectively. CBF3 in transgenic rice elevated tolerance to drought, high-salinity and relatively low levels of tolerance to low-temperature exposure. These data were in direct contrast to CBF3 in Arabidopsis which is known to function primarily to enhance freezing tolerance. ABF3 in transgenic rice increased tolerance to drought stress alone. By using the 60K Rice Whole Genome Microarray and RNA gel-blot analyses, we identified 12 and 7 target genes that were activated in transgenic rice plants by CBF3 and ABF3, respectively,that appears to render the corresponding plants acclimated for stress conditions. The target genes together with additional 13 and 27 genes are induced further upon exposure to drought stress, consequently making the transgenic plants more tolerant to stress conditions. Interestingly, our transgenic plants neither exhibited growth inhibition nor visible phenotypic alterations despite constitutive expression of the CBF3 or ABF3, unlike the results previously obtained from Arabidopsis where transgenic plants were stunted. CHAPTER II. Barley CBF1 in Transgenic Rice Increased Tolerance t0 Stress CBF(DREB)s are major transcription activators in the abiotic stress signaling pathway. To study the stress response of the monocotyledonous plant, we isolated a barley CBF ortholog, bCBF1 that was induced by lowtemperature stress. Transgenic overexpression of bCBF1 in rice resulted in increase in tolerance to drought and high-salinity and low-temperature exposure without stunting growth. Interestingly, under low temperature conditions, Fv/Fm levels in Ubi1:bCBF1 plants were higher by 20% and 10%than those of NT and Ubi1:AtCBF3 plants, respectively. By using the 60K Rice Whole Genome Microarray, we identified 16 rice genes that were activated by bCBF1. When compared with 12 target rice genes of AtCBF3 previously identified (Oh et al., 2005), 5 genes are common to both bCBF1 and AtCBF3; whereas, 11 and 7 genes are specific to bCBF1 and AtCBF3,respectively. Interestingly, bCBF1 did not activate Dip1 and Lip5, two important target genes of AtCBF3, in transgenic rice under normal growth conditions, but their expression was enhanced by bCBF1 under low temperature conditions. These results suggest that barley CBFs act differently from Arabidopsis CBFsin transgenic rice.
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