[학위논문]RNA 탈메틸화 단백질 ALKBH9C/10B 의 식물 생육 및 스트레스 반응 기능 Functional characterization of RNA demethylases ALKBH9C/10B in plant growth and stress response원문보기
가뭄, 염분, 고온 및 저온 등 다양한 환경스트레스는 작물 수확량을 크게 감소시킨다. Epitranscriptomic RNA 변형은 다양한 비생물 스트레스에 대한 식물의 적응에 중요한 역할을 한다. N6-메틸 아데노신 (m6A)은 mRNA 에 가장 빈번히 일어나는 epitranscriptomic RNA 변형이지만, 비 생물 스트레스에 대한 식물의 반응에서 그 기능적 역할이 거의 알려지지 않았다. 본 연구에서는 ...
가뭄, 염분, 고온 및 저온 등 다양한 환경스트레스는 작물 수확량을 크게 감소시킨다. Epitranscriptomic RNA 변형은 다양한 비생물 스트레스에 대한 식물의 적응에 중요한 역할을 한다. N6-메틸 아데노신 (m6A)은 mRNA 에 가장 빈번히 일어나는 epitranscriptomic RNA 변형이지만, 비 생물 스트레스에 대한 식물의 반응에서 그 기능적 역할이 거의 알려지지 않았다. 본 연구에서는 애기장대 (Arabidopsis thaliana)의 스트레스 반응에서 RNA 탈메틸화 단백질인 ALKBH9C 및 ALKBH10B 의 기능을 분석하였다. AtALKBH10B 유전자의 프로모터 서열을 분석한 결과 다양한 비생물적 스트레스 및 ABA 에 반응하는 cis-element 를 확인하였다. Real-time qRT-PCR 분석을 통해 ALKBH10B 의 발현이 염분 스트레스 하에서 증가하고, 열 또는 가뭄 스트레스 하에서 감소 함을 알 수 있었다. alkbh10b 돌연변이체의 발아는 염분 스트레스 하에서 지연되었지만 유식물의 생장과 생존율은 야생형에 비해 향상되었다. 대조적으로, 가뭄 스트레스와 ABA 하에서는 alkbh10b 돌연변이의 생육이 억제되었다. m6A 수준은 alkbh10b 돌연변이체에서 염분 또는 가뭄 스트레스하에서 야생형보다 높았으며, 이는 ALKBH10B 가 m6A eraser 로서 작용함을 의미한다. 중요한 사실은, ABA 신호 경로, 염분 및 가뭄 스트레스와 연관된 유전자들의 발현이 변화됨을 알 수 있었다. 또 다른 연구로, 스트레스 반응에 관여하는 ALKBH9C 의 역할을 분석하였다. 실시간 qRT-PCR 분석을 통하여 ALKBH9C 의 발현이 저온 스트레스 하에서는 증가하지만, 열 또는 가뭄 스트레스 하에서는 감소함을 알 수 있었다. T-DNA 삽입 alkbh9c 돌연변이체는 정상적인 성장 조건에서 식물 키와 종자 수확량이 크게 증가한 반면, 돌연변이체의 종자 발아 및 유식물 생장은 ABA 뿐만 아니라 염분 또는 가뭄 스트레스 하에서 야생형에 비해 억제되었다. 또한 alkbh9c 의 염분이나 가뭄 스트레스 하에서의 생존률은 감소하였다. 종합적으로, 본 연구결과는 ALKBH9C 또는 ALKBH10B 에 의한 m6A 탈메틸화가 다양한 비생물적 스트레스 또는 ABA 존재 하에서 종자 발아 및 유식물 생장에 관여하는 여러 스트레스 반응 유전자의 발현을 조절함으로써 스트레스 반응에 관여함을 알 수 있다
가뭄, 염분, 고온 및 저온 등 다양한 환경스트레스는 작물 수확량을 크게 감소시킨다. Epitranscriptomic RNA 변형은 다양한 비생물 스트레스에 대한 식물의 적응에 중요한 역할을 한다. N6-메틸 아데노신 (m6A)은 mRNA 에 가장 빈번히 일어나는 epitranscriptomic RNA 변형이지만, 비 생물 스트레스에 대한 식물의 반응에서 그 기능적 역할이 거의 알려지지 않았다. 본 연구에서는 애기장대 (Arabidopsis thaliana)의 스트레스 반응에서 RNA 탈메틸화 단백질인 ALKBH9C 및 ALKBH10B 의 기능을 분석하였다. AtALKBH10B 유전자의 프로모터 서열을 분석한 결과 다양한 비생물적 스트레스 및 ABA 에 반응하는 cis-element 를 확인하였다. Real-time qRT-PCR 분석을 통해 ALKBH10B 의 발현이 염분 스트레스 하에서 증가하고, 열 또는 가뭄 스트레스 하에서 감소 함을 알 수 있었다. alkbh10b 돌연변이체의 발아는 염분 스트레스 하에서 지연되었지만 유식물의 생장과 생존율은 야생형에 비해 향상되었다. 대조적으로, 가뭄 스트레스와 ABA 하에서는 alkbh10b 돌연변이의 생육이 억제되었다. m6A 수준은 alkbh10b 돌연변이체에서 염분 또는 가뭄 스트레스하에서 야생형보다 높았으며, 이는 ALKBH10B 가 m6A eraser 로서 작용함을 의미한다. 중요한 사실은, ABA 신호 경로, 염분 및 가뭄 스트레스와 연관된 유전자들의 발현이 변화됨을 알 수 있었다. 또 다른 연구로, 스트레스 반응에 관여하는 ALKBH9C 의 역할을 분석하였다. 실시간 qRT-PCR 분석을 통하여 ALKBH9C 의 발현이 저온 스트레스 하에서는 증가하지만, 열 또는 가뭄 스트레스 하에서는 감소함을 알 수 있었다. T-DNA 삽입 alkbh9c 돌연변이체는 정상적인 성장 조건에서 식물 키와 종자 수확량이 크게 증가한 반면, 돌연변이체의 종자 발아 및 유식물 생장은 ABA 뿐만 아니라 염분 또는 가뭄 스트레스 하에서 야생형에 비해 억제되었다. 또한 alkbh9c 의 염분이나 가뭄 스트레스 하에서의 생존률은 감소하였다. 종합적으로, 본 연구결과는 ALKBH9C 또는 ALKBH10B 에 의한 m6A 탈메틸화가 다양한 비생물적 스트레스 또는 ABA 존재 하에서 종자 발아 및 유식물 생장에 관여하는 여러 스트레스 반응 유전자의 발현을 조절함으로써 스트레스 반응에 관여함을 알 수 있다
Various environmental cues, including drought, salinity, and extreme temperatures, greatly reduce crop yield. Epitranscriptomic RNA modifications play significant roles in plant adaptation to various abiotic stresses. Although N6-methyladenosine (m6A) is an abundant epitranscriptomic RNA...
Various environmental cues, including drought, salinity, and extreme temperatures, greatly reduce crop yield. Epitranscriptomic RNA modifications play significant roles in plant adaptation to various abiotic stresses. Although N6-methyladenosine (m6A) is an abundant epitranscriptomic RNA modification, its functional roles in plants’ responses to abiotic stresses are largely unknown. In this study, I characterized two m6A demethylases in Arabidopsis (Arabidopsis thaliana), ALKBH9C and ALKBH10B, for their roles in stress response. A previous study has shown that ALKBH10B is essential for vegetative growth and floral transition in A. thaliana, however, its role in abiotic stress responses are unknown. Analysis of the promoter sequence of AtALKBH10B suggests the involvement of this m6A demethylase in various abiotic stresses and ABA. Real-time qRT-PCR analysis showed that the expression of ALKBH10B was increased under salt stress and decreased under heat or drought stress. Interestingly, although the germination rate of alkbh10b mutants was delayed in response to salt stress, the seedling growth and survival rate were enhanced as compare to the wild-type. By contrast, drought stress and ABA treatment reduced the seedling growth and root lengths of the alkbh10b mutants. Importantly, the m6A levels in the alkbh10b mutants were higher than those in the wild-type under salt or drought stress. Moreover, under these growth conditions, several ABA pathway genes and genes involved in salt or drought stress showed altered expression levels. I also determined the role of ALKBH9C in stress response. Real-time qRT-PCR analysis showed that the expression of ALKBH9C was enhanced under cold stress but reduced under heat or drought stress. The T-DNA insertion alkbh9c mutant displayed significantly enhanced plant height and seed yield under normal growth conditions, whereas the seed germination and seedling growth of the mutant were inhibited compared with those of the wild-type under salt or drought stress as well as upon ABA application. Moreover, the survival rate of the alkbh9c was reduced under salinity or drought stress. Collectively, these findings indicate that ALKBH9C-or ALKBH10B-mediated m6A demethylation regulates the expression of several stress-responsive genes, which are crucial for seed germination, seedling growth, and survival of Arabidopsis under diverse abiotic stresses or in the presence of ABA.
Various environmental cues, including drought, salinity, and extreme temperatures, greatly reduce crop yield. Epitranscriptomic RNA modifications play significant roles in plant adaptation to various abiotic stresses. Although N6-methyladenosine (m6A) is an abundant epitranscriptomic RNA modification, its functional roles in plants’ responses to abiotic stresses are largely unknown. In this study, I characterized two m6A demethylases in Arabidopsis (Arabidopsis thaliana), ALKBH9C and ALKBH10B, for their roles in stress response. A previous study has shown that ALKBH10B is essential for vegetative growth and floral transition in A. thaliana, however, its role in abiotic stress responses are unknown. Analysis of the promoter sequence of AtALKBH10B suggests the involvement of this m6A demethylase in various abiotic stresses and ABA. Real-time qRT-PCR analysis showed that the expression of ALKBH10B was increased under salt stress and decreased under heat or drought stress. Interestingly, although the germination rate of alkbh10b mutants was delayed in response to salt stress, the seedling growth and survival rate were enhanced as compare to the wild-type. By contrast, drought stress and ABA treatment reduced the seedling growth and root lengths of the alkbh10b mutants. Importantly, the m6A levels in the alkbh10b mutants were higher than those in the wild-type under salt or drought stress. Moreover, under these growth conditions, several ABA pathway genes and genes involved in salt or drought stress showed altered expression levels. I also determined the role of ALKBH9C in stress response. Real-time qRT-PCR analysis showed that the expression of ALKBH9C was enhanced under cold stress but reduced under heat or drought stress. The T-DNA insertion alkbh9c mutant displayed significantly enhanced plant height and seed yield under normal growth conditions, whereas the seed germination and seedling growth of the mutant were inhibited compared with those of the wild-type under salt or drought stress as well as upon ABA application. Moreover, the survival rate of the alkbh9c was reduced under salinity or drought stress. Collectively, these findings indicate that ALKBH9C-or ALKBH10B-mediated m6A demethylation regulates the expression of several stress-responsive genes, which are crucial for seed germination, seedling growth, and survival of Arabidopsis under diverse abiotic stresses or in the presence of ABA.
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