식물 호르몬옥신 (auxin)은 세포신장을 포함하여 식물체 전반의 생장 및 발달을 조절하는 중요한 성장인자 호르몬이며, 이러한 옥신의 작용은 주로 초기 반응 유전자들인 AUX/IAA, GH3, SAUR (SMALL AUXIN UP RNA) 유전자 집단들의 발현 활성에 의해 매개된다. 이 중 SAUR 유전자들은 최근 진행된 연구들을 통해 옥신에 의한 세포 신장 촉진 조절에서 중요한 역할을 수행하는 것으로 보고되었다. 특히 SAUR 유전자가 옥신이 ...
식물 호르몬옥신 (auxin)은 세포신장을 포함하여 식물체 전반의 생장 및 발달을 조절하는 중요한 성장인자 호르몬이며, 이러한 옥신의 작용은 주로 초기 반응 유전자들인 AUX/IAA, GH3, SAUR (SMALL AUXIN UP RNA) 유전자 집단들의 발현 활성에 의해 매개된다. 이 중 SAUR 유전자들은 최근 진행된 연구들을 통해 옥신에 의한 세포 신장 촉진 조절에서 중요한 역할을 수행하는 것으로 보고되었다. 특히 SAUR 유전자가 옥신이 세포막 양성자-ATPase (H+-ATPase)를 활성화시킴에 따라 축적된 산이 세포의 신장을 촉진시킨다는 “산-생장 설 (acid-growth theory)”의 중요 구성요소임이 최근에 규명됨에 따라, 이들 SAUR 유전자들이 식물의 다양한 조직 및 발달단계에서 차등적으로 진행되는 세포신장 과정의 주요 조절인자일 것으로 생각되기 시작하였다. 본 연구에서는 계통적으로 연관되어 있는 SAUR26, 27, 28, 29 그리고 73 (SAUR26-29, 73) 유전자들의 식물체 내 기능을 분석하기 위하여 크게 다음의 2가지 접근법을 이용하였다. 우선, 이들 SAUR를 단독으로 또는 GFP 융합 단백질 형태로 과다 발현하는 형질전환체를 제작하고 이들에 대한 분석을 진행하였다. 또한, 제 3세대 유전체 편집기술인 CRISPR/Cas9 기술을 적용하여 단일 또는 복수의 SAUR 유전자들의 기능상실 돌연변이 형질전환체를 제작 및 1차 분석하였다. 지속적인 명조건에서 배양 시 GFP-SAUR 발현 유식물은 하배축 길이 생장이 야생형에 비해 촉진되는 현상이 관찰되었으며, 암조건에서 배양한 GFP-SAUR 유식물들 중 일부에서 정단 훅의 열림 현상이 야생형에 비해 빠르게 촉진되었다. 또한 이러한 표현형이 뚜렷하게 관찰된 GFP-SAUR26과 GFP-SAUR29 유식물들에서 뿌리의 과도한 굴곡생장, 그리고 하배축에서의 안토시아닌 축적 증대 현상이 관찰되었다. 이러한 표현형들이 실제 SAUR 유전자의 발현 증대와 관련되어 있는지를 확인하기 위해 RT-PCR을 수행한 결과 SAUR29와 GFP-SAUR29 형질전환체에서 모두 SAUR29 유전자의 전사 발현이 촉진되었음을 확인할 수 있었다. 그리고, GFP-SAUR 형질전환체의 GFP 형광을 공초점 현미경을 통해 분석한 결과 GFP-SAUR26 및 GFP-SAUR29의 경우 세포막 경계와 핵에서 매우 강력한 발현을 확인할 수 있었다. 이러한 결과들을 종합해 볼 때 이들 GFP-SAUR 과다발현 형질전환체에서 확인된 표현형은 계통적으로 연관되어 있는 SAUR19, 20, 21, 22, 23 그리고 24 (SAUR19-24) 유전자의 과다발현 형질전환 유식물 표현형과 매우 유사하였으며, 따라서 SAUR26 및 SAUR29 등도 옥신에 의한 세포신장 촉진 조절을 매개하는 분자적 활성을 가지고 있는 것으로 분석되었다. 한편 SAUR26-29, 73 유전자 소집단 및 SAUR19-24 유전자 소집단을 대상으로 이들 유전자 중 1개 또는 다수에 indel을 유도할 수 있는 sgRNA 2개를 제작하였고, 이들의 형질전환 벡터 시스템을 구축하여 각각 SM-RGEN-A, SM-RGEN-B로 명명한 뒤 이들의 형질전환 애기장대 식물체를 제작하여 돌연변이를 분석하였다. 사용한 3 종류의 벡터 시스템 중 pBAtC 시스템을 이용한 경우 T1 세대에서 74-92%의 높은 indel %가 나타났으며, 이후 T2 세대 분석을 통해 SAUR19 및 SAUR24 유전자상에서 homologous한 indel을 가지는 돌연변이 형질전환체들을 확보 할 수 있었다. 또한 이들 돌연변이체들의 유식물 표현형을 살펴본 결과 암조건에서 배양 시에 정단 훅 열림 현상이 야생형에 비해 촉진되는 현상을 확인 할 수 있었다. 이러한 결과들을 종합 정리해보면, 본 연구를 통하여 SAUR26 및 SAUR29 유전자 산물이 세포신장 촉진 조절과 관련되어 있음이 처음으로 확인되었고, CRISPR/Cas9 기술을 이용한 개별 또는 복수의 SAUR19-24 및 SAUR26-29, 73 유전자들의 기능상실 돌연변이체 제작을 처음으로 보고하였다.
식물 호르몬 옥신 (auxin)은 세포신장을 포함하여 식물체 전반의 생장 및 발달을 조절하는 중요한 성장인자 호르몬이며, 이러한 옥신의 작용은 주로 초기 반응 유전자들인 AUX/IAA, GH3, SAUR (SMALL AUXIN UP RNA) 유전자 집단들의 발현 활성에 의해 매개된다. 이 중 SAUR 유전자들은 최근 진행된 연구들을 통해 옥신에 의한 세포 신장 촉진 조절에서 중요한 역할을 수행하는 것으로 보고되었다. 특히 SAUR 유전자가 옥신이 세포막 양성자-ATPase (H+-ATPase)를 활성화시킴에 따라 축적된 산이 세포의 신장을 촉진시킨다는 “산-생장 설 (acid-growth theory)”의 중요 구성요소임이 최근에 규명됨에 따라, 이들 SAUR 유전자들이 식물의 다양한 조직 및 발달단계에서 차등적으로 진행되는 세포신장 과정의 주요 조절인자일 것으로 생각되기 시작하였다. 본 연구에서는 계통적으로 연관되어 있는 SAUR26, 27, 28, 29 그리고 73 (SAUR26-29, 73) 유전자들의 식물체 내 기능을 분석하기 위하여 크게 다음의 2가지 접근법을 이용하였다. 우선, 이들 SAUR를 단독으로 또는 GFP 융합 단백질 형태로 과다 발현하는 형질전환체를 제작하고 이들에 대한 분석을 진행하였다. 또한, 제 3세대 유전체 편집기술인 CRISPR/Cas9 기술을 적용하여 단일 또는 복수의 SAUR 유전자들의 기능상실 돌연변이 형질전환체를 제작 및 1차 분석하였다. 지속적인 명조건에서 배양 시 GFP-SAUR 발현 유식물은 하배축 길이 생장이 야생형에 비해 촉진되는 현상이 관찰되었으며, 암조건에서 배양한 GFP-SAUR 유식물들 중 일부에서 정단 훅의 열림 현상이 야생형에 비해 빠르게 촉진되었다. 또한 이러한 표현형이 뚜렷하게 관찰된 GFP-SAUR26과 GFP-SAUR29 유식물들에서 뿌리의 과도한 굴곡생장, 그리고 하배축에서의 안토시아닌 축적 증대 현상이 관찰되었다. 이러한 표현형들이 실제 SAUR 유전자의 발현 증대와 관련되어 있는지를 확인하기 위해 RT-PCR을 수행한 결과 SAUR29와 GFP-SAUR29 형질전환체에서 모두 SAUR29 유전자의 전사 발현이 촉진되었음을 확인할 수 있었다. 그리고, GFP-SAUR 형질전환체의 GFP 형광을 공초점 현미경을 통해 분석한 결과 GFP-SAUR26 및 GFP-SAUR29의 경우 세포막 경계와 핵에서 매우 강력한 발현을 확인할 수 있었다. 이러한 결과들을 종합해 볼 때 이들 GFP-SAUR 과다발현 형질전환체에서 확인된 표현형은 계통적으로 연관되어 있는 SAUR19, 20, 21, 22, 23 그리고 24 (SAUR19-24) 유전자의 과다발현 형질전환 유식물 표현형과 매우 유사하였으며, 따라서 SAUR26 및 SAUR29 등도 옥신에 의한 세포신장 촉진 조절을 매개하는 분자적 활성을 가지고 있는 것으로 분석되었다. 한편 SAUR26-29, 73 유전자 소집단 및 SAUR19-24 유전자 소집단을 대상으로 이들 유전자 중 1개 또는 다수에 indel을 유도할 수 있는 sgRNA 2개를 제작하였고, 이들의 형질전환 벡터 시스템을 구축하여 각각 SM-RGEN-A, SM-RGEN-B로 명명한 뒤 이들의 형질전환 애기장대 식물체를 제작하여 돌연변이를 분석하였다. 사용한 3 종류의 벡터 시스템 중 pBAtC 시스템을 이용한 경우 T1 세대에서 74-92%의 높은 indel %가 나타났으며, 이후 T2 세대 분석을 통해 SAUR19 및 SAUR24 유전자상에서 homologous한 indel을 가지는 돌연변이 형질전환체들을 확보 할 수 있었다. 또한 이들 돌연변이체들의 유식물 표현형을 살펴본 결과 암조건에서 배양 시에 정단 훅 열림 현상이 야생형에 비해 촉진되는 현상을 확인 할 수 있었다. 이러한 결과들을 종합 정리해보면, 본 연구를 통하여 SAUR26 및 SAUR29 유전자 산물이 세포신장 촉진 조절과 관련되어 있음이 처음으로 확인되었고, CRISPR/Cas9 기술을 이용한 개별 또는 복수의 SAUR19-24 및 SAUR26-29, 73 유전자들의 기능상실 돌연변이체 제작을 처음으로 보고하였다.
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