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감마선 처리에 의한 스프레이형 국화 화색변이체로부터 Flavonoid 3'-Hydroxylase(F3'H) 유전자의 분리 및 특성 구명

Isolation and Characterization of a Novel Flavonoid 3'-Hydroxylase (F3'H) Gene from a Chrysanthemum (Dendranthema grandiflorum) and Its Gamma-ray Irradiated Mutants

원예과학기술지 = Korean journal of horticultural science & technology, v.30 no.2, 2012년, pp.162 - 170  

정성진 (한국원자력연구원 정읍방사선과학연구소) ,  이긍주 (충남대학교 원예학과) ,  김진백 (한국원자력연구원 정읍방사선과학연구소) ,  김동섭 (한국원자력연구원 정읍방사선과학연구소) ,  김상훈 (한국원자력연구원 정읍방사선과학연구소) ,  강시용 (한국원자력연구원 정읍방사선과학연구소)

초록
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스프레이 국화품종 'Argus'와 감마선 조사에 의해 화색변이가 일어난 돌연변이체의 꽃잎으로부터 안토시아닌 생합성 경로에서 중요한 역할을 담당하는 신규 $DgF3'H$의 전장 cDNA와 genomic DNA를 분리하였다. 전장 cDNA는 1,527bp(509 아미노산)의 ORF를 포함하고 있으며, 원품종 'Argus'와 화색변이체 사이의 염기서열 상동성은 97% 이상을 나타내었다. Genomic DNA의 크기는 야생형 'Argus'에서 3,831bp이었고, 3가지 화색 변이체에서는 3,828부터 3,838bp의 크기를 나타내었다. $DgF3'H$ 유전자는 세 개의 exon사이에 두개의 intron을 갖고 있는 구조이고, 3'과 5' UTR 부분을 제외한 intron의 크기는 야생형 'Argus'에서 2,157bp이지만 3가지 화색 변이체에서는 2,155부터 2,159bp의 크기를 갖고 있었다. 이것은 감마선 조사에 의해 intron 부분의 유전자가 결실 또는 삽입된 것으로 추정된다. Southern 분석 결과 국화의 genome 내에서는 복수의 F3'H 유전자를 갖는 것이 확인되었다. $DgF3'H$ 유전자의 발현 정도를 분석한 결과, 연분홍의 'Argus'와 두 개의 보라색 변이체(AM1 and AM3)에서 높게 발현되었으나 흰색 변이체(AM2)에서는 매우 약하게 발현되었으며, 염기서열 변이에 의한 F3'H 유전자의 구조적 차이가 화색의 변이에 관련된 것으로 추정되었다. 국화 'Argus' 및 화색 변이체를 이용하여 본 연구에서 분리한 신규 F3'H 유전자의 구조 및 유전자 발현 등을 포함하는 유전정보들은 화색 변이의 유전적 기작을 밝히는데 중요한 자료로 이용될 것으로 기대되나 향후 다른 유전적 발현요소들이 국화의 F3'H 유전자의 발현에 관여하는지에 관한 추가적인 연구가 필요하다고 하겠다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

The objectives of this study were to isolate and the sequence of novel $F3'H$ gene related to an anthocyanin pathway, and to confirm the expression patterns of the gene involved in the flower color variations of chrysanthemum mutants. In this study, we isolated the full-length cDNAs and t...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 연구에서는 감마선 조사로 생산된 국화 화색 변이체로부터 안토시아닌 합성에 중요한 역할을 담당하는 신규 F3’H 유전자의 cDNA와 genomic DNA 염기서열 분석을 통해 원 품종과 돌연변이체 사이의 유전적 변이를 밝혀내고자 하였다.
  • 본 연구에서는 처음으로 국화에서 신규 F3’H 유전자를 분리하는데 성공하였고, 이러한 연구결과는 국화뿐 아니라 다른 식물체의 화색변이와 관련된 유전자의 기작을 밝히는데 도움을 줄 것으로 확신한다.

가설 설정

  • A. Variations in the flower color of the wild type ‘Argus’ and its mutants derived from gamma ray irradiation.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
국화의 화색의 종류는 무엇이 있는가? 국화는 국내뿐 아니라 세계시장에서도 장미 다음으로 중요한 화훼작물이다. 국화에는 백색, 녹색, 황색, 오렌지, 핑크, 적색 등 여러 가지 화색이 존재하고 있다. 하지만 국내 시장에서 대부분을 점하고 있는 외국 품종을 대체하고 소비자들의 기호도 변화를 충족시키기 위해서는 다양한 화색과 화형을 갖춘 국산 품종의 개발이 필요하다.
꽃의 색깔은 어떤 색소에 의해 결정되는가? 꽃의 색깔은 세 종류의 색소(flavonoids, carotenoids, betalains)에 의해서 결정되며, 그 중에 flavonoids는 식물의 2차 대사에서 중요한 구성 성분이다(Dixon and Steele, 1999; Forkmann and Martens, 2001). 꽃의 색깔은 anthocyanidins에 의해 유도되고 합성된 cyanidin(적색/핑크색), delphinidin (자주색/푸른색) 그리고 pelagonidin(오랜지색) 등의 anthocyanin 종류에 따라 결정되며, flavonoid도 색 결정에 중요한 역할을 담당하게 된다.
Flavonoid의 생합성 과정의 첫 단계는 어떻게 이루어지는가? , 1996; Holton and Cornish, 1995; Gerats and Martin, 1992; WinkelShirly, 2001). 생합성 과정의 첫 단계는 chalcone synthase(CHS)에 의하여 세 분자의 malonyl-CoA와 한 분자의 pcoumaroyl-CoA로부터 tetrahydroxychalcone이 생성되고, 이 생성물은 다시 chalcone isomerase(CHI)에 의해 naringenin 으로 바뀌게 된다. CHI에 의해 만들어진 naringenin은 dihydrokaempferol이 되고 flavonoid 3’-hydroxylase(F3’H)에 의해 dihydroquercetin으로 변환된다.
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참고문헌 (28)

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