[학위논문]애기장대 SAUR26-29, 73 유전자 소그룹의 발현양상 분석 및 CRISPR/Cas9 기법을 이용한 게놈 수준의 돌연변이체 제작 및 분석을 통한 식물체내 기능 규명 Elucidation of in planta functional roles of SAUR26-29, 73 gene subfamily via the expression patten analysis and CRISPR/Cas9-mediated genomic fragment deletion mutagenesis.원문보기
식물 호르몬옥신은 수많은 유전자를 조절함으로써 식물의 생장과 발달 조절하며, 옥신에 의한 식물 생장과 발달은 옥신에 의해 초기 반응하는 유전자인 AUX/IAA, GH3, Small auxin up rna(SAUR)가 매개되어 나타난다. 그 중 SAUR 유전자는 애기장대에서 79개의 대규모 집단으로 이루어졌으며, 여러 SAUR의 선행 연구를 통해 SAUR가 옥신에 의한 세포신장을 나타내는 것으로 보고되었다. 최근 SAUR가 PP2C-D를 억제함으로써 ...
식물 호르몬옥신은 수많은 유전자를 조절함으로써 식물의 생장과 발달 조절하며, 옥신에 의한 식물 생장과 발달은 옥신에 의해 초기 반응하는 유전자인 AUX/IAA, GH3, Small auxin up rna(SAUR)가 매개되어 나타난다. 그 중 SAUR 유전자는 애기장대에서 79개의 대규모 집단으로 이루어졌으며, 여러 SAUR의 선행 연구를 통해 SAUR가 옥신에 의한 세포신장을 나타내는 것으로 보고되었다. 최근 SAUR가 PP2C-D를 억제함으로써 plasmamembrane H+- ATPase를 활성화시켜 세포신장을 촉진시킬 수 있는 것으로 밝혀짐에 따라 대규모 집단을 이루는 SAUR가 식물에서 조직 특이적으로 발현하여 세포신장을 조절할 수 있을 것이라 제시되고 있다. 본 연구에서는 애기장대 79개의 SAUR 유전자 중 계통적으로 소집단을 이루고 있는 SAUR26, 27, 28, 29, 73(SAUR26- 29,73)의 식물내 기능을 규명하기 위해서, SAUR26-29,73의 N-말단에 GFP가 융합된 과다발현체를 통한 표현형 분석, promoterGUS(pSAUR26-29,73:GUS)를 통한 공간적 발현 양상을 분석함과 동시에 SAUR26-29,73 유전자가 한꺼번에 기능상실 된 돌연변이체를 제작과 표현형 분석을 진행하였다. SAUR26, 28, 29 과다발현 유식물에서 하배축 신장, 자엽 면적 증가, 자엽 조기 열림, 과도한 뿌리굴곡 생장 그리고 측근 형성 증가와 같은 옥신에 의한 세포신장 표현형을 보였지만, SAUR27, 73 과다발현 유식물은 Col-0와 비슷한 표현형을 보였다. 공초점 형광 현미경을 통해 SAUR26-29,73 과다발현체의 GFP 발현을 확인한 결과 세포막과 핵에서 발현을 하였고, Col-0에 비해 뚜렷한 표현형을 나타내는 SUAR26, 28, 29 과다발현체는 GFP 단백질의 강한 발현을 보였다. 또한 pSAUR26-29,73:GUS는 세포가 신장하는 부위인 하배축 상단부, 정단 훅, 자엽, 꽃의 수술에서 공간적 발현 양상을 보였으며, 추가적으로 뿌리와 꽃에서도 발현을 하였다. 기능상실 돌연변이를 통한 SAUR26-29,73의 식물체내 기능을 규명하기 위해 유전자 편집기술인 CRISPR/Cas9 통해 SAUR26-29,73이 한꺼번에 기능상실 된 돌연변이체(SAUR-LD-A)를 제작하였으며, SAUR-LD-A는 SAUR26 -29,73 과다발현체와 반대되는 하배축 신장, 자엽 면적, 자엽 조기 열림, 측근 형성이 감소하는 표현형을 보였다. 이를 종합해보면 SAUR26-29,73의 과다발현체, promoter GUS, 기능상실 돌연변이는 세포신장과 관련된 표현형을 보였으며, 본 연구를 통해 CRISPR/Cas9을 이용해 SAUR26-29,73 유전자를 한꺼번에 기능상실 된 돌연변이를 처음 보고하였으며, SAUR26-29,73은 식물 내에서 세포신장을 촉진할 수 있음을 보였다.
식물 호르몬 옥신은 수많은 유전자를 조절함으로써 식물의 생장과 발달 조절하며, 옥신에 의한 식물 생장과 발달은 옥신에 의해 초기 반응하는 유전자인 AUX/IAA, GH3, Small auxin up rna(SAUR)가 매개되어 나타난다. 그 중 SAUR 유전자는 애기장대에서 79개의 대규모 집단으로 이루어졌으며, 여러 SAUR의 선행 연구를 통해 SAUR가 옥신에 의한 세포신장을 나타내는 것으로 보고되었다. 최근 SAUR가 PP2C-D를 억제함으로써 plasma membrane H+- ATPase를 활성화시켜 세포신장을 촉진시킬 수 있는 것으로 밝혀짐에 따라 대규모 집단을 이루는 SAUR가 식물에서 조직 특이적으로 발현하여 세포신장을 조절할 수 있을 것이라 제시되고 있다. 본 연구에서는 애기장대 79개의 SAUR 유전자 중 계통적으로 소집단을 이루고 있는 SAUR26, 27, 28, 29, 73(SAUR26- 29,73)의 식물내 기능을 규명하기 위해서, SAUR26-29,73의 N-말단에 GFP가 융합된 과다발현체를 통한 표현형 분석, promoter GUS(pSAUR26-29,73:GUS)를 통한 공간적 발현 양상을 분석함과 동시에 SAUR26-29,73 유전자가 한꺼번에 기능상실 된 돌연변이체를 제작과 표현형 분석을 진행하였다. SAUR26, 28, 29 과다발현 유식물에서 하배축 신장, 자엽 면적 증가, 자엽 조기 열림, 과도한 뿌리굴곡 생장 그리고 측근 형성 증가와 같은 옥신에 의한 세포신장 표현형을 보였지만, SAUR27, 73 과다발현 유식물은 Col-0와 비슷한 표현형을 보였다. 공초점 형광 현미경을 통해 SAUR26-29,73 과다발현체의 GFP 발현을 확인한 결과 세포막과 핵에서 발현을 하였고, Col-0에 비해 뚜렷한 표현형을 나타내는 SUAR26, 28, 29 과다발현체는 GFP 단백질의 강한 발현을 보였다. 또한 pSAUR26-29,73:GUS는 세포가 신장하는 부위인 하배축 상단부, 정단 훅, 자엽, 꽃의 수술에서 공간적 발현 양상을 보였으며, 추가적으로 뿌리와 꽃에서도 발현을 하였다. 기능상실 돌연변이를 통한 SAUR26-29,73의 식물체내 기능을 규명하기 위해 유전자 편집기술인 CRISPR/Cas9 통해 SAUR26-29,73이 한꺼번에 기능상실 된 돌연변이체(SAUR-LD-A)를 제작하였으며, SAUR-LD-A는 SAUR26 -29,73 과다발현체와 반대되는 하배축 신장, 자엽 면적, 자엽 조기 열림, 측근 형성이 감소하는 표현형을 보였다. 이를 종합해보면 SAUR26-29,73의 과다발현체, promoter GUS, 기능상실 돌연변이는 세포신장과 관련된 표현형을 보였으며, 본 연구를 통해 CRISPR/Cas9을 이용해 SAUR26-29,73 유전자를 한꺼번에 기능상실 된 돌연변이를 처음 보고하였으며, SAUR26-29,73은 식물 내에서 세포신장을 촉진할 수 있음을 보였다.
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