배추는 경제적으로 중요한 채소들로 이루어진 Brassica 속에 속하며, 전형적으로 뚜렷한 잡종강세를 가진 크세니아 식물의 한 예이다. 자가 불화합성 계통들은 F₁ 잡종 육종에 이용할 수 있음에도 불구하고, 모본증식과 순종을 얻는데 어려운 몇 가지 이유로 제한적으로 쓰이고 있다. 한편, 웅성불임 계통들은 배추의 교배육종을 위한 이상적인 방식이며, 화분 발달을 분자 세포학적으로 알아보는데 유용한 도구로 이용되고 있다.
이 연구에서는 웅성불임이 유도된 형질전환 배추 계통들을 분석하였다. 이 형질전환 계통은 T-DNA가 삽입된 웅성불임 계통 267번과 SAMS RNAi로 구성된다.
우선, T-DNA가 삽입된 계통들은 삽입 돌연변이의 유발로 얻어졌다. 온실에서 화분이 결핍된 표현형을 보이는 T-DNA 삽입 웅성불임계통, 267번은 T_(0) 식물체에서 확인되었다. 그러나 몇몇 약들이 비정상적인 화분들을 가짐에도 불구하고, 웅성불임성이 다음세대에서 부분적으로 회복되었다. 이 웅성불임성의 원인을 알아보기 위해, 식물 ...
배추는 경제적으로 중요한 채소들로 이루어진 Brassica 속에 속하며, 전형적으로 뚜렷한 잡종강세를 가진 크세니아 식물의 한 예이다. 자가 불화합성 계통들은 F₁ 잡종 육종에 이용할 수 있음에도 불구하고, 모본증식과 순종을 얻는데 어려운 몇 가지 이유로 제한적으로 쓰이고 있다. 한편, 웅성불임 계통들은 배추의 교배육종을 위한 이상적인 방식이며, 화분 발달을 분자 세포학적으로 알아보는데 유용한 도구로 이용되고 있다.
이 연구에서는 웅성불임이 유도된 형질전환 배추 계통들을 분석하였다. 이 형질전환 계통은 T-DNA가 삽입된 웅성불임 계통 267번과 SAMS RNAi로 구성된다.
우선, T-DNA가 삽입된 계통들은 삽입 돌연변이의 유발로 얻어졌다. 온실에서 화분이 결핍된 표현형을 보이는 T-DNA 삽입 웅성불임계통, 267번은 T_(0) 식물체에서 확인되었다. 그러나 몇몇 약들이 비정상적인 화분들을 가짐에도 불구하고, 웅성불임성이 다음세대에서 부분적으로 회복되었다. 이 웅성불임성의 원인을 알아보기 위해, 식물 지놈 DNA로부터 T-DNA를 추적하는 방법으로 inverse-PCR이 적용되었다. 그 결과, 267번 계통의 경우, T-DNA가 APG에 삽입된 것을 확인하였다. 또한 이 정보를 바탕으로 anther specific proline rich protein (APG) 유전자를 배추로부터 분리되었다.
흥미롭게도, SAMS (S-adenosyl-L-methionine synthetase) RNAi 로 형질전환된 개체에서도 웅성불임성을 확인하였다. 식물에서 SAM은 살아있는 모든 세포의 다양한 반응에서 cofactor와 methyl group donor의 역할을 하며, 식물의 스트레스 반응에 관련된 ethylene과 polyamine 합성의 공통적인 전구물질로 알려졌다. 더욱이 자스모닉산이 웅성불임성에 영향을 주는 SAMS와 관련되었다는 것을 밝혀내었다. 이 결과에 따라서, 60일 마다 형질전환체의 생장주기를 관찰하면서, polyamine의 발현을 real-time PCR로 조사하였다. 그리고 개화 시에 SAMS RNAi construct에 의해 유도된 웅성가임라인을 microarray 분석에 의해 형질전환 되지 않는 계통과 비교하였다. 약 발달과 관련하여, 봉오리에서는 15개의 유전자가 발현 변화를 보였고, 개화 시에는 2개의 유전자가 변화를 보였다. 그러나 웅성불임성과 관련된 유전자의 발현은 봉오리에서만 2개의 유전자가 변화를 나타냈다. 또한, 봉오리 단계에서 spermine과 관련된 하나의 유전자가 발현 변화를 보였고, 봉오리에서 1개, 개화 시에는 2개의 유전자가 각각 polyamine과 관련된 것으로 나타났다.
배추는 경제적으로 중요한 채소들로 이루어진 Brassica 속에 속하며, 전형적으로 뚜렷한 잡종강세를 가진 크세니아 식물의 한 예이다. 자가 불화합성 계통들은 F₁ 잡종 육종에 이용할 수 있음에도 불구하고, 모본증식과 순종을 얻는데 어려운 몇 가지 이유로 제한적으로 쓰이고 있다. 한편, 웅성불임 계통들은 배추의 교배육종을 위한 이상적인 방식이며, 화분 발달을 분자 세포학적으로 알아보는데 유용한 도구로 이용되고 있다.
이 연구에서는 웅성불임이 유도된 형질전환 배추 계통들을 분석하였다. 이 형질전환 계통은 T-DNA가 삽입된 웅성불임 계통 267번과 SAMS RNAi로 구성된다.
우선, T-DNA가 삽입된 계통들은 삽입 돌연변이의 유발로 얻어졌다. 온실에서 화분이 결핍된 표현형을 보이는 T-DNA 삽입 웅성불임계통, 267번은 T_(0) 식물체에서 확인되었다. 그러나 몇몇 약들이 비정상적인 화분들을 가짐에도 불구하고, 웅성불임성이 다음세대에서 부분적으로 회복되었다. 이 웅성불임성의 원인을 알아보기 위해, 식물 지놈 DNA로부터 T-DNA를 추적하는 방법으로 inverse-PCR이 적용되었다. 그 결과, 267번 계통의 경우, T-DNA가 APG에 삽입된 것을 확인하였다. 또한 이 정보를 바탕으로 anther specific proline rich protein (APG) 유전자를 배추로부터 분리되었다.
흥미롭게도, SAMS (S-adenosyl-L-methionine synthetase) RNAi 로 형질전환된 개체에서도 웅성불임성을 확인하였다. 식물에서 SAM은 살아있는 모든 세포의 다양한 반응에서 cofactor와 methyl group donor의 역할을 하며, 식물의 스트레스 반응에 관련된 ethylene과 polyamine 합성의 공통적인 전구물질로 알려졌다. 더욱이 자스모닉산이 웅성불임성에 영향을 주는 SAMS와 관련되었다는 것을 밝혀내었다. 이 결과에 따라서, 60일 마다 형질전환체의 생장주기를 관찰하면서, polyamine의 발현을 real-time PCR로 조사하였다. 그리고 개화 시에 SAMS RNAi construct에 의해 유도된 웅성가임라인을 microarray 분석에 의해 형질전환 되지 않는 계통과 비교하였다. 약 발달과 관련하여, 봉오리에서는 15개의 유전자가 발현 변화를 보였고, 개화 시에는 2개의 유전자가 변화를 보였다. 그러나 웅성불임성과 관련된 유전자의 발현은 봉오리에서만 2개의 유전자가 변화를 나타냈다. 또한, 봉오리 단계에서 spermine과 관련된 하나의 유전자가 발현 변화를 보였고, 봉오리에서 1개, 개화 시에는 2개의 유전자가 각각 polyamine과 관련된 것으로 나타났다.
Chinese cabbage (Brassica rapa L.) belongs to the genus Brassica, which comprises many economically important vegetable plants. It is an example of a typically xenia plant, which has quite obvious heterosis. Although self-incompatible lines could be applied to the breeding of F1 hybrids, this applic...
Chinese cabbage (Brassica rapa L.) belongs to the genus Brassica, which comprises many economically important vegetable plants. It is an example of a typically xenia plant, which has quite obvious heterosis. Although self-incompatible lines could be applied to the breeding of F1 hybrids, this application is limited for several reasons such inconvenience to propagate female parents, and difficult to obtain pure hybrids. On the other hand, male sterile lines are the ideal system for the cross-breeding of Chinese cabbage. Also, male sterile mutants represent useful tools to understand the molecular and cellular aspects of pollen development.
In this study, transgenic Chinese cabbage lines with gene inducing male sterility were analyzed. These transgenic mutant lines consisted of T-DNA inserted male sterile-mutant line, NO. 267 and SAMS RNAi mutant lines.
First of all, T-DNA inserted line was obtained by insertional mutagenesis. T-DNA inserted male sterile-mutant line, NO. 267, which showed the phenotype that lacked pollen development, was found at T_(0) plants in the greenhouse. However, male sterility was restored partially even though some anthers had abnormal pollen. To figure out the reasons for this male sterility, inverse-PCR was applied to tag T-DNA from plant genomic DNA. As the results, in cases of NO. 267 line, it was thought that T-DNA was inserted to anther specific proline rich protein gene. Based on the information from the NO. 267 line, an anther specific proline rich protein gene was isolated from Chinese cabbage.
Interestingly, transgenic Chinese cabbage line with S-adenosyl-L-methionine synthetase (SAMS) RNAi construct also showed the male-sterility. In plants, SAM serves as a cofactor and a methyl group donor in a variety of reaction in all living cells. Moreover, it acts as a common precursor of ethylene and polyamine biosynthesis related to plant responses under stresses. Furthermore it was found that a jasmonic acid related to SAMS has influence on male sterility. According to these facts, polyamine expression was analyzed from the mutants using real time PCR. During the flowering period, this male-sterile line induced by SAMS RNAi construct was compared with nontransformant by microarray analysis. The expression changes from 15 genes related to anther development were found at bud stage and two genes at flowering stage. However, at bud stage, only two genes related to male sterility were changed their expression levels. Just one gene related to spermine expression was changed at both stages. Also one gene related to polyamine expression at bud stage and two genes at flowering stage were changed, respectively.
Chinese cabbage (Brassica rapa L.) belongs to the genus Brassica, which comprises many economically important vegetable plants. It is an example of a typically xenia plant, which has quite obvious heterosis. Although self-incompatible lines could be applied to the breeding of F1 hybrids, this application is limited for several reasons such inconvenience to propagate female parents, and difficult to obtain pure hybrids. On the other hand, male sterile lines are the ideal system for the cross-breeding of Chinese cabbage. Also, male sterile mutants represent useful tools to understand the molecular and cellular aspects of pollen development.
In this study, transgenic Chinese cabbage lines with gene inducing male sterility were analyzed. These transgenic mutant lines consisted of T-DNA inserted male sterile-mutant line, NO. 267 and SAMS RNAi mutant lines.
First of all, T-DNA inserted line was obtained by insertional mutagenesis. T-DNA inserted male sterile-mutant line, NO. 267, which showed the phenotype that lacked pollen development, was found at T_(0) plants in the greenhouse. However, male sterility was restored partially even though some anthers had abnormal pollen. To figure out the reasons for this male sterility, inverse-PCR was applied to tag T-DNA from plant genomic DNA. As the results, in cases of NO. 267 line, it was thought that T-DNA was inserted to anther specific proline rich protein gene. Based on the information from the NO. 267 line, an anther specific proline rich protein gene was isolated from Chinese cabbage.
Interestingly, transgenic Chinese cabbage line with S-adenosyl-L-methionine synthetase (SAMS) RNAi construct also showed the male-sterility. In plants, SAM serves as a cofactor and a methyl group donor in a variety of reaction in all living cells. Moreover, it acts as a common precursor of ethylene and polyamine biosynthesis related to plant responses under stresses. Furthermore it was found that a jasmonic acid related to SAMS has influence on male sterility. According to these facts, polyamine expression was analyzed from the mutants using real time PCR. During the flowering period, this male-sterile line induced by SAMS RNAi construct was compared with nontransformant by microarray analysis. The expression changes from 15 genes related to anther development were found at bud stage and two genes at flowering stage. However, at bud stage, only two genes related to male sterility were changed their expression levels. Just one gene related to spermine expression was changed at both stages. Also one gene related to polyamine expression at bud stage and two genes at flowering stage were changed, respectively.
주제어
#male sterility
#transgenic chinese cabbage
#웅성불임성
#anther specific proline rich protein
#S-adenosylmethionin synthase
#microarray analysis
학위논문 정보
저자
오연이
학위수여기관
경희대학교 대학원
학위구분
국내석사
학과
원예학과
지도교수
박영두
발행연도
2009
총페이지
vii, 107 p.
키워드
male sterility,
transgenic chinese cabbage,
웅성불임성,
anther specific proline rich protein,
S-adenosylmethionin synthase,
microarray analysis
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