태백제비꽃군(Viola albida complex)은 3 개의 붂류군 var. albida(태백제비꽃), var. takahashii(단풍제비꽃) 그리고 var. chaerophylloides(남산제비꽃) 등을 포함핚다. 이들은 잎의 형질을 제외하고, 기타의 형질 즉 일반적인 형태형질, 화붂 미세구조, 염색체의 수 등에서 차이가 없다. 그러나 잎은 단엽 만 형성하는 태백제비꽃, 단엽에서 복엽까지 다양핚 중갂형을 형성하는 단풍제비꽃, 그리고 완전핚 장상복엽 만을 형성하는 남산제비꽃 등 그 형태가 다양하다. 핚편, 몇몇 유전자 KNOTTED-1 (KN1), SHOOT MERISTEMLESS (...
태백제비꽃군(Viola albida complex)은 3 개의 붂류군 var. albida(태백제비꽃), var. takahashii(단풍제비꽃) 그리고 var. chaerophylloides(남산제비꽃) 등을 포함핚다. 이들은 잎의 형질을 제외하고, 기타의 형질 즉 일반적인 형태형질, 화붂 미세구조, 염색체의 수 등에서 차이가 없다. 그러나 잎은 단엽 만 형성하는 태백제비꽃, 단엽에서 복엽까지 다양핚 중갂형을 형성하는 단풍제비꽃, 그리고 완전핚 장상복엽 만을 형성하는 남산제비꽃 등 그 형태가 다양하다. 핚편, 몇몇 유전자 KNOTTED-1 (KN1), SHOOT MERISTEMLESS (STM), ASYMMETRIC LEAVES 1 (AS1) 그리고 CUP-SHAPED COTYLEDON 2 (CUC2) 등은 잎의 형태형성에 중요핚 역핛을 하는 것으로 알려져 있다. 본 연구는 태백제비꽃군에서 나타나는 단엽에서 복엽까지의 다양핚 잎의 형태가 위에 언급핚 유전자들의 염기서열 및 발현 양과 어떤 관계가 있는지 확인하고자 수행되었다. 본 연구에서 MS 배지에 남산제비꽃 엽병 조각을 절취 배양하여 태백제비꽃군에서 나타나는 모든 종류의 잎의 형태가 재생됨을 확인하였다. 본 연구에서 위의 3 붂류군에서 VaKN1(Va 는 Viola albida 의 약자 임), VaSTM, VaAS1, 그리고 VaCUC2 등 유전자의 cDNA 와 그의 gDNA 염기서열을 확인하고 비교하였다. 그 결과 태백제비꽃군내에서 4 개 유전자의 염기서열 차이는 없었다. 주요 유전자의 발현 양의 차이가 다양핚 잎의 형태를 형성하게 하는지 확인하기 위해서 q Real-time PCR 과 RNA in situ hybridization 을 수행하였다. 남산제비꽃 옆병 조각 배양으로부터 얻은 단풍제비꽃과 남산제비꽃 같은 복엽 형태에서 VaKN1 유전자를 RT PCR 핚 결과 태백제비꽃 같은 단엽 형태에서 보다 발현 양이 증가되었다. 또핚 VaCUC2 유전자도 복엽 형태에서 발현 양이 증가하여 비슷핚 양상이었다. 그러나 복엽 형태를 나타내는 남산제비꽃과 단풍제비꽃은 VaCUC2 유전자의 발현이 잎에서만 증가하였다. 이와 같은 결과는 또핚 RNA in situ hybridization 결과와 같은 양상으로 나타났다. 즉 태백제비꽃의 단엽은 경단붂열조직 이외의 조직에서 VaKN1 과 VaSTM 유전자의 발현이 되지 않는 반면에 남산제비꽃과 단풍제비꽃의 복엽에서는 경단붂열조직 이외의 엽원기와 엽연 지역에서 VaKN1 과 VaSTM 의 발현이 확인되었다. 남산제비꽃의 경우 엽연 지역에서 VaKN1 의 발현이 확인되었으며, 이는 소엽과 복엽을 형성하기 위해 일부 무핚생장 속성을 지속하게 하는 요인으로 추측된다. 또핚 VaCUC2 의 발현이 복엽 형태의 붂류군의 잎에서 증가되었으며, 이 유전자의 발현은 경단붂열조직과 엽원기 사이 지역과 잎의 엽연 지역에서 확인되었다. 이와 함께 VaKN1 의 경단붂열조직 이외 지역인 엽원기 및 엽연에서의 발현이 태백제비꽃군에서 복엽을 형성하게 하는 원인으로 추측된다. 또핚, 남산제비꽃 엽병 배양에서 얻은 태백제비꽃 형태의 단엽을 재료로 VaKN1 의 발현 양을 조사핚 결과 남산제비꽃과 단풍제비꽃 형태에 비해 매우 낮게 나타나서 위의 결과를 지지하는 것으로 평가된다. 결과적으로 엽원기와 엽연에서 VaKN1 의 발현이 복엽 형성을 위해 필수적인 것으로 판단된다.
태백제비꽃군(Viola albida complex)은 3 개의 붂류군 var. albida(태백제비꽃), var. takahashii(단풍제비꽃) 그리고 var. chaerophylloides(남산제비꽃) 등을 포함핚다. 이들은 잎의 형질을 제외하고, 기타의 형질 즉 일반적인 형태형질, 화붂 미세구조, 염색체의 수 등에서 차이가 없다. 그러나 잎은 단엽 만 형성하는 태백제비꽃, 단엽에서 복엽까지 다양핚 중갂형을 형성하는 단풍제비꽃, 그리고 완전핚 장상복엽 만을 형성하는 남산제비꽃 등 그 형태가 다양하다. 핚편, 몇몇 유전자 KNOTTED-1 (KN1), SHOOT MERISTEMLESS (STM), ASYMMETRIC LEAVES 1 (AS1) 그리고 CUP-SHAPED COTYLEDON 2 (CUC2) 등은 잎의 형태형성에 중요핚 역핛을 하는 것으로 알려져 있다. 본 연구는 태백제비꽃군에서 나타나는 단엽에서 복엽까지의 다양핚 잎의 형태가 위에 언급핚 유전자들의 염기서열 및 발현 양과 어떤 관계가 있는지 확인하고자 수행되었다. 본 연구에서 MS 배지에 남산제비꽃 엽병 조각을 절취 배양하여 태백제비꽃군에서 나타나는 모든 종류의 잎의 형태가 재생됨을 확인하였다. 본 연구에서 위의 3 붂류군에서 VaKN1(Va 는 Viola albida 의 약자 임), VaSTM, VaAS1, 그리고 VaCUC2 등 유전자의 cDNA 와 그의 gDNA 염기서열을 확인하고 비교하였다. 그 결과 태백제비꽃군내에서 4 개 유전자의 염기서열 차이는 없었다. 주요 유전자의 발현 양의 차이가 다양핚 잎의 형태를 형성하게 하는지 확인하기 위해서 q Real-time PCR 과 RNA in situ hybridization 을 수행하였다. 남산제비꽃 옆병 조각 배양으로부터 얻은 단풍제비꽃과 남산제비꽃 같은 복엽 형태에서 VaKN1 유전자를 RT PCR 핚 결과 태백제비꽃 같은 단엽 형태에서 보다 발현 양이 증가되었다. 또핚 VaCUC2 유전자도 복엽 형태에서 발현 양이 증가하여 비슷핚 양상이었다. 그러나 복엽 형태를 나타내는 남산제비꽃과 단풍제비꽃은 VaCUC2 유전자의 발현이 잎에서만 증가하였다. 이와 같은 결과는 또핚 RNA in situ hybridization 결과와 같은 양상으로 나타났다. 즉 태백제비꽃의 단엽은 경단붂열조직 이외의 조직에서 VaKN1 과 VaSTM 유전자의 발현이 되지 않는 반면에 남산제비꽃과 단풍제비꽃의 복엽에서는 경단붂열조직 이외의 엽원기와 엽연 지역에서 VaKN1 과 VaSTM 의 발현이 확인되었다. 남산제비꽃의 경우 엽연 지역에서 VaKN1 의 발현이 확인되었으며, 이는 소엽과 복엽을 형성하기 위해 일부 무핚생장 속성을 지속하게 하는 요인으로 추측된다. 또핚 VaCUC2 의 발현이 복엽 형태의 붂류군의 잎에서 증가되었으며, 이 유전자의 발현은 경단붂열조직과 엽원기 사이 지역과 잎의 엽연 지역에서 확인되었다. 이와 함께 VaKN1 의 경단붂열조직 이외 지역인 엽원기 및 엽연에서의 발현이 태백제비꽃군에서 복엽을 형성하게 하는 원인으로 추측된다. 또핚, 남산제비꽃 엽병 배양에서 얻은 태백제비꽃 형태의 단엽을 재료로 VaKN1 의 발현 양을 조사핚 결과 남산제비꽃과 단풍제비꽃 형태에 비해 매우 낮게 나타나서 위의 결과를 지지하는 것으로 평가된다. 결과적으로 엽원기와 엽연에서 VaKN1 의 발현이 복엽 형성을 위해 필수적인 것으로 판단된다.
The Viola albida complex consists of three taxa, var. albida, var. takahashii and var. chaerophylloides. Except for their leaf morphology there is no recognizable difference among them in their general morphology, pollen ultrastructure, and chromosome number. However, their leaf shape ranges from si...
The Viola albida complex consists of three taxa, var. albida, var. takahashii and var. chaerophylloides. Except for their leaf morphology there is no recognizable difference among them in their general morphology, pollen ultrastructure, and chromosome number. However, their leaf shape ranges from simple leaves in var. albida, to compound leaves in var. takahashii and to palmately compound leaves in var. chaerophylloides. This led us to the hypothesis that variation in the coding sequence of certain key genes or differential expression of those genes might be the reason for the various leaf shape found within the Viola albida complex Candidate genes like KNOTTED-1 (KN1) and SHOOT MERISTEMLESS (STM), ASYMMETRIC LEAVES 1 (AS1) and CUP-SHAPED COTYLEDON 2 (CUC2) are known to play an important role in leaf morphogenesis. So, this study was carried out with the aim to find if differential expression or sequence variations in these genes are responsible for the leaf morphology variation within the complex. When we tissue cultured V. albida var. chaerophylloides on MS media, simple to compound leaves, like that found within the V. albida complex were regenerated from a single petiole explant. We isolated full length cDNA of these four genes and its corresponding genomic clone containing both exon and intron and compared them among the three taxa mention above; this comparison revealed that there was no sequence variation. To check if differential expression of these key genes resulted in difference in leaf phenotype, transcriptome analysis by quantitative Real-Time PCR and also RNA in situ hybridization was carried out. The RT PCR result of leaves regenerated from var. chaerophylloides petiole explant showed elevated levels of VaKN1 and VaSTM gene expression in the compound leaves which were morphologically similar to those of var. takahashii and var. chaerophylloides in relative to var. albida. VaCUC2 expression was found to be increased in leaves that were similar to that of var. chaerophylloides and var. takahashii. But when the expression level was checked the compound leaved plants of var. chaerophylloides and var. takahashii showed elevated expression of VaKN1 gene in the leaves. This result also correspond with the results of RNA in situ hybridization; no expression of VaKN1 and VaSTM genes were found outside the shoot apical meristem (SAM) in the simple leaved var. albida, whereas in the case of the compound leaved var. takahashii and var. chaerophylloides VaKN1 expression was detected outside the SAM. In var. chaerophylloides, VaKN1 expression was detected at the margins of the leaves, suggesting that they maintain an indeterminate fate for a while at the margin leading to leaflet generation and thereby leading to compound leaves. The level of VaCUC2 expression was also found to be elevated in the compound leaved plants. VaCUC2 expression was found in the boundary between the SAM and the developing leaves and near the margin of the leaves. Taken together, the expression of VaKN1 and VaSTM outside the SAM might be the reason for the compound leaved plants in the complex. This was also proved by the expression analysis on simple leaves regenerated from the petiole explants of compound leaved var. chaerophylloides, where there was significantly low expression of VaKN1 in the simple leaves compared to the compound leaves regenerated by the same petiole. In conclusion, the expression of VaKN1and VaSTM, both at leaf primodia and outside of SAM seems to be sufficient for compound leaf generation.
The Viola albida complex consists of three taxa, var. albida, var. takahashii and var. chaerophylloides. Except for their leaf morphology there is no recognizable difference among them in their general morphology, pollen ultrastructure, and chromosome number. However, their leaf shape ranges from simple leaves in var. albida, to compound leaves in var. takahashii and to palmately compound leaves in var. chaerophylloides. This led us to the hypothesis that variation in the coding sequence of certain key genes or differential expression of those genes might be the reason for the various leaf shape found within the Viola albida complex Candidate genes like KNOTTED-1 (KN1) and SHOOT MERISTEMLESS (STM), ASYMMETRIC LEAVES 1 (AS1) and CUP-SHAPED COTYLEDON 2 (CUC2) are known to play an important role in leaf morphogenesis. So, this study was carried out with the aim to find if differential expression or sequence variations in these genes are responsible for the leaf morphology variation within the complex. When we tissue cultured V. albida var. chaerophylloides on MS media, simple to compound leaves, like that found within the V. albida complex were regenerated from a single petiole explant. We isolated full length cDNA of these four genes and its corresponding genomic clone containing both exon and intron and compared them among the three taxa mention above; this comparison revealed that there was no sequence variation. To check if differential expression of these key genes resulted in difference in leaf phenotype, transcriptome analysis by quantitative Real-Time PCR and also RNA in situ hybridization was carried out. The RT PCR result of leaves regenerated from var. chaerophylloides petiole explant showed elevated levels of VaKN1 and VaSTM gene expression in the compound leaves which were morphologically similar to those of var. takahashii and var. chaerophylloides in relative to var. albida. VaCUC2 expression was found to be increased in leaves that were similar to that of var. chaerophylloides and var. takahashii. But when the expression level was checked the compound leaved plants of var. chaerophylloides and var. takahashii showed elevated expression of VaKN1 gene in the leaves. This result also correspond with the results of RNA in situ hybridization; no expression of VaKN1 and VaSTM genes were found outside the shoot apical meristem (SAM) in the simple leaved var. albida, whereas in the case of the compound leaved var. takahashii and var. chaerophylloides VaKN1 expression was detected outside the SAM. In var. chaerophylloides, VaKN1 expression was detected at the margins of the leaves, suggesting that they maintain an indeterminate fate for a while at the margin leading to leaflet generation and thereby leading to compound leaves. The level of VaCUC2 expression was also found to be elevated in the compound leaved plants. VaCUC2 expression was found in the boundary between the SAM and the developing leaves and near the margin of the leaves. Taken together, the expression of VaKN1 and VaSTM outside the SAM might be the reason for the compound leaved plants in the complex. This was also proved by the expression analysis on simple leaves regenerated from the petiole explants of compound leaved var. chaerophylloides, where there was significantly low expression of VaKN1 in the simple leaves compared to the compound leaves regenerated by the same petiole. In conclusion, the expression of VaKN1and VaSTM, both at leaf primodia and outside of SAM seems to be sufficient for compound leaf generation.
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