배추, 양배추, 유채 등이 속하는 배추 (Brassica)과 작물은 세계 넓은 지역에 걸쳐 재배되고 있다. 이 중에서 배추는 우리나라의 주요 3대 작물 중의 하나이며 김치의 주재료로 가장 넓은 면적에 재배되는 채소로 그 육종과 재배에 있어서 꾸준한 연구가 진행 중이다. 또한 중국과 일본 등지의 동부 아시아에서 비타민, 칼슘, 무기질과 섬유질의 중요한 급원으로 유지와 건강식품으로서 중요성을 갖는다. 배추는 개화 및 생식생리가 특이하여 개화를 하기 위해서는 일정기간 이상의 저온조건이 필요하며 고온 장일 조건에서 추대하며 ...
배추, 양배추, 유채 등이 속하는 배추 (Brassica)과 작물은 세계 넓은 지역에 걸쳐 재배되고 있다. 이 중에서 배추는 우리나라의 주요 3대 작물 중의 하나이며 김치의 주재료로 가장 넓은 면적에 재배되는 채소로 그 육종과 재배에 있어서 꾸준한 연구가 진행 중이다. 또한 중국과 일본 등지의 동부 아시아에서 비타민, 칼슘, 무기질과 섬유질의 중요한 급원으로 유지와 건강식품으로서 중요성을 갖는다. 배추는 개화 및 생식생리가 특이하여 개화를 하기 위해서는 일정기간 이상의 저온조건이 필요하며 고온 장일 조건에서 추대하며 자가 불화합성 특성을 갖는다. 배추는 서늘한 기후에 적합한 작물로 우리나라 여름철의 고온 다습한 환경에 생육이 저하되며 병해충의 피해를 쉽게 받는다. 또한 봄철에는 급작스런 온도 변화로 저온에 감응하여 추대하는 성질이 있어서 배추의 상품성을 크게 떨어뜨린다. 이러한 현상은 우리나라뿐만 아니라 우리나라와 비슷하거나 높은 위도에 있는 다른 나라에서도 해결해야 할 중요한 문제로 제시되고 있다. 이러한 추대 현상은 배추의 개화시기 및 화기발달과 관계가 있으며 이것은 온도와 일장 등의 환경적 요인과 호르몬, 식물의 나이 등에 의해 영향을 받는 것으로 알려져 있다. 최근에 들어서는 분자생물학적 방법을 이용하여 애기장대에서 개화시기 및 개화와 관련된 유전자들이 많이 분리되고 있으며 이들 유전자들간의 상호관계에 관한 모델을 제시하고 있다. 최근에는 애기장대와 같은 배추과 작물인 배추, 유채, 양배추 등에서 개화관련 유전자들의 비교분석과 유전자 분리가 이루어지고 있다. 본 실험에서는 우리나라 고유채소 작물인 배추로부터 개화시기의 여러 경로에서 중요한 역할을 하는 유전자들 (FLOWERING LOCUS C, CONSTANS, VERNALIZATION 1)을 분리하여 이들 유전자의 발현 분석을 하고 과발현 또는 발현억제를 통하여 배추의 개화시기조절에 관하여 연구하였다. 자연 생태형의 애기장대에서 볼 수 있는 다양한 개화특성은 FLC (FLOWERING LOCUS C)유전자의 발현 차이로 인해 결정된다. FLC는 개화억제 유전자로서 MADS domain을 가지고 있는 전사인자이며 개화를 결정하는 중심적인 역할을 한다. 배추에서의 개화는 저온에 의해 유도되는데 애기장대 연구결과 개화가 유도되기 전에는 FLC 유전자의 발현 때문에 개화가 유도되지 못하다가 저온으로 인해서 FLC 유전자 발현이 줄어들어 개화가 유도되는 것으로 알려져 있다. 이러한 FLC 유전자를 이용하여 개화를 억제함으로서 배추의 품질을 높이기 위해 지부계 배추에서 애기장대의 FLC 유전자와 상동유전자인 BrFLC1, BrFLC2, BrFLC3 유전자를 분리하였다. 이들 유전자는 BrFLC1 유전자가 애기장대의 유전자보다 긴 염기서열을 가지고 있는 것을 제외하고는 매우 높은 상동성을 나타내었다. 또한 이들 유전자는 BrFLC3가 뿌리에서 거의 발현하지 않는 것을 제외하고는 전체 조직에서 고르게 발현하였다. BrFLC 유전자의 발현을 만추대와 중추대와 비교하여 보았을 때 조추대 품종에서 낮게 발현하였는데 이는 BrFLC의 발현양이 배추의 개화특성과 관련되어 있다는 것을 보여준다. BrFLC 유전자의 지속적인 발현은 애기장대의 개화를 지연시키는 결과를 보였고 또한 배추에서도 BrFLC3의 지속적이 발현이 개화를 지연시키는 것을 관찰 할 수 있었다. 이러한 결과는 BrFLC 유전자가 애가장대 FLC 유전자와 유사한 역할을 한다는 것을 보여준다. CO (CONSTANS) 유전자는 일장에 반응하여 개화를 촉진시키는 유전자로 두개의 zinc-finger B-box를 가지고 있다. CO 유전자는 AGL20과 FT 유전자를 조절하여 개화를 유도한다. 배추에서 BrCO 유전자가 분리되었고 애기장대와 83% 유사성을 가지고 있었다. BrCO 유전자는 일주기적 발현 양상을 보이며 해진 후 한밤중에 가장 높고 새벽까지 점차 줄어든다. BrCO 유전자의 일부를 사용하여 RNAi벡터를 작성하여 배추에 형질전환하였다. 총 35개의 형질전환체를 획득하였고 northern 분석을 수행하였는데 이중 11개의 형질전환체에서 개화가 지연되었다. VRN1 (VERNALIZATION 1) 유전자는 저온에 의해 개화가 유도되는 식물체에서 FLC 유전자 발현 억제를 지속시키는 기능을 한다. BrVRN1 유전자를 배추에서 분리하였으며 애기장대와 88%의 상동성이 있었다. BrVRN1의 발현은 저온 전, 후로 일정한 양으로 상시발현 하였으며 저온처리 하였을 때 저온처리 전 보다 조금 더 증가하는 경향을 보였다. BrVRN1 유전자의 일부를 사용하여 RNAi 벡터를 작성하였고 배추에 형질전환하였다. 형질전환체는 20일 동안 전온처리하였을 때 BrVRN1 유전자 저온에서 비형질전환체에 비해 감소하였으며 비형질전환체는 FLC 유전자가 발현하지 않는데 비해 형질전환체는 FLC 유전자가 발현하였다. VRN1 유전자발현이 감소된 결과 FLC 유전자의 발현이 감소되지 않았으며 이러한 형질전환체는 비형질전환체와 비교했을 때 개화가 지연되는 것으로 나타났다. 개화를 효과적으로 지연시키기 위해 BrFLC 유전자와 BrCO 그리고 BrFLC 유전자와 BrVRN1 유전자를 이용하여 한 개체에 동시에 형질전환하였다. 일부 형질전환체에서 개화지연 효과를 보였으며 각각의 유전자를 형질전환하였을 때 보다 효과적으로 개화가 지연되는 효과를 보였다.
배추, 양배추, 유채 등이 속하는 배추 (Brassica)과 작물은 세계 넓은 지역에 걸쳐 재배되고 있다. 이 중에서 배추는 우리나라의 주요 3대 작물 중의 하나이며 김치의 주재료로 가장 넓은 면적에 재배되는 채소로 그 육종과 재배에 있어서 꾸준한 연구가 진행 중이다. 또한 중국과 일본 등지의 동부 아시아에서 비타민, 칼슘, 무기질과 섬유질의 중요한 급원으로 유지와 건강식품으로서 중요성을 갖는다. 배추는 개화 및 생식생리가 특이하여 개화를 하기 위해서는 일정기간 이상의 저온조건이 필요하며 고온 장일 조건에서 추대하며 자가 불화합성 특성을 갖는다. 배추는 서늘한 기후에 적합한 작물로 우리나라 여름철의 고온 다습한 환경에 생육이 저하되며 병해충의 피해를 쉽게 받는다. 또한 봄철에는 급작스런 온도 변화로 저온에 감응하여 추대하는 성질이 있어서 배추의 상품성을 크게 떨어뜨린다. 이러한 현상은 우리나라뿐만 아니라 우리나라와 비슷하거나 높은 위도에 있는 다른 나라에서도 해결해야 할 중요한 문제로 제시되고 있다. 이러한 추대 현상은 배추의 개화시기 및 화기발달과 관계가 있으며 이것은 온도와 일장 등의 환경적 요인과 호르몬, 식물의 나이 등에 의해 영향을 받는 것으로 알려져 있다. 최근에 들어서는 분자생물학적 방법을 이용하여 애기장대에서 개화시기 및 개화와 관련된 유전자들이 많이 분리되고 있으며 이들 유전자들간의 상호관계에 관한 모델을 제시하고 있다. 최근에는 애기장대와 같은 배추과 작물인 배추, 유채, 양배추 등에서 개화관련 유전자들의 비교분석과 유전자 분리가 이루어지고 있다. 본 실험에서는 우리나라 고유채소 작물인 배추로부터 개화시기의 여러 경로에서 중요한 역할을 하는 유전자들 (FLOWERING LOCUS C, CONSTANS, VERNALIZATION 1)을 분리하여 이들 유전자의 발현 분석을 하고 과발현 또는 발현억제를 통하여 배추의 개화시기조절에 관하여 연구하였다. 자연 생태형의 애기장대에서 볼 수 있는 다양한 개화특성은 FLC (FLOWERING LOCUS C)유전자의 발현 차이로 인해 결정된다. FLC는 개화억제 유전자로서 MADS domain을 가지고 있는 전사인자이며 개화를 결정하는 중심적인 역할을 한다. 배추에서의 개화는 저온에 의해 유도되는데 애기장대 연구결과 개화가 유도되기 전에는 FLC 유전자의 발현 때문에 개화가 유도되지 못하다가 저온으로 인해서 FLC 유전자 발현이 줄어들어 개화가 유도되는 것으로 알려져 있다. 이러한 FLC 유전자를 이용하여 개화를 억제함으로서 배추의 품질을 높이기 위해 지부계 배추에서 애기장대의 FLC 유전자와 상동유전자인 BrFLC1, BrFLC2, BrFLC3 유전자를 분리하였다. 이들 유전자는 BrFLC1 유전자가 애기장대의 유전자보다 긴 염기서열을 가지고 있는 것을 제외하고는 매우 높은 상동성을 나타내었다. 또한 이들 유전자는 BrFLC3가 뿌리에서 거의 발현하지 않는 것을 제외하고는 전체 조직에서 고르게 발현하였다. BrFLC 유전자의 발현을 만추대와 중추대와 비교하여 보았을 때 조추대 품종에서 낮게 발현하였는데 이는 BrFLC의 발현양이 배추의 개화특성과 관련되어 있다는 것을 보여준다. BrFLC 유전자의 지속적인 발현은 애기장대의 개화를 지연시키는 결과를 보였고 또한 배추에서도 BrFLC3의 지속적이 발현이 개화를 지연시키는 것을 관찰 할 수 있었다. 이러한 결과는 BrFLC 유전자가 애가장대 FLC 유전자와 유사한 역할을 한다는 것을 보여준다. CO (CONSTANS) 유전자는 일장에 반응하여 개화를 촉진시키는 유전자로 두개의 zinc-finger B-box를 가지고 있다. CO 유전자는 AGL20과 FT 유전자를 조절하여 개화를 유도한다. 배추에서 BrCO 유전자가 분리되었고 애기장대와 83% 유사성을 가지고 있었다. BrCO 유전자는 일주기적 발현 양상을 보이며 해진 후 한밤중에 가장 높고 새벽까지 점차 줄어든다. BrCO 유전자의 일부를 사용하여 RNAi 벡터를 작성하여 배추에 형질전환하였다. 총 35개의 형질전환체를 획득하였고 northern 분석을 수행하였는데 이중 11개의 형질전환체에서 개화가 지연되었다. VRN1 (VERNALIZATION 1) 유전자는 저온에 의해 개화가 유도되는 식물체에서 FLC 유전자 발현 억제를 지속시키는 기능을 한다. BrVRN1 유전자를 배추에서 분리하였으며 애기장대와 88%의 상동성이 있었다. BrVRN1의 발현은 저온 전, 후로 일정한 양으로 상시발현 하였으며 저온처리 하였을 때 저온처리 전 보다 조금 더 증가하는 경향을 보였다. BrVRN1 유전자의 일부를 사용하여 RNAi 벡터를 작성하였고 배추에 형질전환하였다. 형질전환체는 20일 동안 전온처리하였을 때 BrVRN1 유전자 저온에서 비형질전환체에 비해 감소하였으며 비형질전환체는 FLC 유전자가 발현하지 않는데 비해 형질전환체는 FLC 유전자가 발현하였다. VRN1 유전자발현이 감소된 결과 FLC 유전자의 발현이 감소되지 않았으며 이러한 형질전환체는 비형질전환체와 비교했을 때 개화가 지연되는 것으로 나타났다. 개화를 효과적으로 지연시키기 위해 BrFLC 유전자와 BrCO 그리고 BrFLC 유전자와 BrVRN1 유전자를 이용하여 한 개체에 동시에 형질전환하였다. 일부 형질전환체에서 개화지연 효과를 보였으며 각각의 유전자를 형질전환하였을 때 보다 효과적으로 개화가 지연되는 효과를 보였다.
In order to increase product value of Chinese cabbage by inhibiting floral transition, three genes (BrFLC1, BrFLC2, and BrFLC3) homologues to AtFLC, a floral repressor, were isolated from inbred line 'Chiffu'. These genes reveal high similarity to AtFLC and act similarly as does AtFLC.. Expression l...
In order to increase product value of Chinese cabbage by inhibiting floral transition, three genes (BrFLC1, BrFLC2, and BrFLC3) homologues to AtFLC, a floral repressor, were isolated from inbred line 'Chiffu'. These genes reveal high similarity to AtFLC and act similarly as does AtFLC.. Expression levels of three BrFLC genes were lower in an early flowering of cultivar of Chinese cabbage plants. Constitutive expression of BrFLC genes significantly delayed flowering in Arabidopsis. Delay in flowering was also observed in transgenic Chinese cabbage plants overexpressing BrFLC3. The CO promotes flowering in response to long photoperiod. BrCO showed 75% aligned score of amino acid sequence to that of AtCOL2 was expressed according to circadian rhythm. The partial consensus ORF region of BrCO was used to construct intron-spliced hairpin RNA (ihpRNA) for down regulation of CO. Nine over thirty transgenic plants showed down regulation of BrCO expression and delay in flowering time. Inbred line 'DA001' was co-transformed with two binary vectors (BrFLC3 over-expressing and BrCO RNAi vectors) and co-transformants gave additive effect for regulation of flowering time in Chinese cabbage. To analyze VRN1 expression, VRN1 was isolated from 'Samjin' Chinese cabbage using RT-PCR. BrVRN1 has conserved B3 domains and the transcription level of VRN1 was ubiquitously and constitutively expressed and increased a little during vernalization and then maintained after vernalization. In order to analysis FLC expression during vernalization, RNAi vector introduced into inbred line 'DA001' using Agrobacterium-mediated transformation. VRN1 transcription level in vernalized transformants was reduced compared with vernalized nontransformants. These reduced VRN1 transcript level induced FLC expression and AGL20 repression and delay flowering time in Chinese cabbage. In order to delay flowering time effectively, BrFLC3 over-expressing and BrVRN1 RNAi vectors were introduced into inbred line 'DA001'. Some transgenic plants showed an additive effects on delay the flowering time by co-transformation. To investigate the flowering time genes in Chinese cabbage, five genes BrFLC1, BrFLC2, BrFLC3, BrCO and BrVRN1 homologues, to Arabidopsis genes were isolated from Chinese cabbage. These genes showed structural and functional similarity to AtFLC. In order to increase product value of Chinese cabbage by inhibiting floral transition, the expression of these genes were manipulated in Chinese cabbage using genetic engineering. Manipulation of the expression these genes significantly influenced on flowering time, suggesting that these results provide a technique for controling flowering time in Chinese cabbage and other crops.
In order to increase product value of Chinese cabbage by inhibiting floral transition, three genes (BrFLC1, BrFLC2, and BrFLC3) homologues to AtFLC, a floral repressor, were isolated from inbred line 'Chiffu'. These genes reveal high similarity to AtFLC and act similarly as does AtFLC.. Expression levels of three BrFLC genes were lower in an early flowering of cultivar of Chinese cabbage plants. Constitutive expression of BrFLC genes significantly delayed flowering in Arabidopsis. Delay in flowering was also observed in transgenic Chinese cabbage plants overexpressing BrFLC3. The CO promotes flowering in response to long photoperiod. BrCO showed 75% aligned score of amino acid sequence to that of AtCOL2 was expressed according to circadian rhythm. The partial consensus ORF region of BrCO was used to construct intron-spliced hairpin RNA (ihpRNA) for down regulation of CO. Nine over thirty transgenic plants showed down regulation of BrCO expression and delay in flowering time. Inbred line 'DA001' was co-transformed with two binary vectors (BrFLC3 over-expressing and BrCO RNAi vectors) and co-transformants gave additive effect for regulation of flowering time in Chinese cabbage. To analyze VRN1 expression, VRN1 was isolated from 'Samjin' Chinese cabbage using RT-PCR. BrVRN1 has conserved B3 domains and the transcription level of VRN1 was ubiquitously and constitutively expressed and increased a little during vernalization and then maintained after vernalization. In order to analysis FLC expression during vernalization, RNAi vector introduced into inbred line 'DA001' using Agrobacterium-mediated transformation. VRN1 transcription level in vernalized transformants was reduced compared with vernalized nontransformants. These reduced VRN1 transcript level induced FLC expression and AGL20 repression and delay flowering time in Chinese cabbage. In order to delay flowering time effectively, BrFLC3 over-expressing and BrVRN1 RNAi vectors were introduced into inbred line 'DA001'. Some transgenic plants showed an additive effects on delay the flowering time by co-transformation. To investigate the flowering time genes in Chinese cabbage, five genes BrFLC1, BrFLC2, BrFLC3, BrCO and BrVRN1 homologues, to Arabidopsis genes were isolated from Chinese cabbage. These genes showed structural and functional similarity to AtFLC. In order to increase product value of Chinese cabbage by inhibiting floral transition, the expression of these genes were manipulated in Chinese cabbage using genetic engineering. Manipulation of the expression these genes significantly influenced on flowering time, suggesting that these results provide a technique for controling flowering time in Chinese cabbage and other crops.
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