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
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 염기서열상동성은 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.
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.
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...
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 the genomic DNAs of an $F3'H$ gene from a wild type (WT) chrysanthemum (cv. Argus) and its three color mutants. The sequence analysis revealed a putative open reading frame of 1,527 bp that encodes a polypeptide of 509 amino acids. Sequence homology ranged from 97% to 99% between 'Argus' and its three color mutants. The sequence analysis from the genomic DNA revealed that the chrysanthemum $DgF3'H$ gene consisted of three exons and two introns spanning a 3,830 bp length. The sizes of the gene for three mutants ranged from a shorter size of 3,828 bp to a longer size of 3,838 bp when compared to the size of WT. The total size of the two introns was 2,157 bp for WT, but those for three color mutants ranged from 2,154 bp to 2,159 bp. A result of an RT-PCR analysis indicated that the color variations of the mutants AM1 and AM2 can be partly explained by the structural modification derived from the sequencial changes in the gene caused by gamma ray. A Southern blot analysis revealed that the $DgF3'H$ gene existing as multiple copies in the chrysanthemum genome. A systemic study will be further needed to provide a genetic mechanism responsible for the color mutation and to uncover any involvement of genetic elements for the expression of the $DgF3'H$ gene for the color variation in chrysanthemum.
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 the genomic DNAs of an $F3'H$ gene from a wild type (WT) chrysanthemum (cv. Argus) and its three color mutants. The sequence analysis revealed a putative open reading frame of 1,527 bp that encodes a polypeptide of 509 amino acids. Sequence homology ranged from 97% to 99% between 'Argus' and its three color mutants. The sequence analysis from the genomic DNA revealed that the chrysanthemum $DgF3'H$ gene consisted of three exons and two introns spanning a 3,830 bp length. The sizes of the gene for three mutants ranged from a shorter size of 3,828 bp to a longer size of 3,838 bp when compared to the size of WT. The total size of the two introns was 2,157 bp for WT, but those for three color mutants ranged from 2,154 bp to 2,159 bp. A result of an RT-PCR analysis indicated that the color variations of the mutants AM1 and AM2 can be partly explained by the structural modification derived from the sequencial changes in the gene caused by gamma ray. A Southern blot analysis revealed that the $DgF3'H$ gene existing as multiple copies in the chrysanthemum genome. A systemic study will be further needed to provide a genetic mechanism responsible for the color mutation and to uncover any involvement of genetic elements for the expression of the $DgF3'H$ gene for the color variation in chrysanthemum.
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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.
제안 방법
10mg의 genomic DNA를 제한효소로 처리하여 1.0% 아가로즈 겔에 전기영동하여 제한효소에 의한 처리 정도를 확인하였다. 아가로즈 겔은 Hybond-N+ membrane(Amersham Biosciences, USA)에 옮긴 후 ultraviolet crosslinker(UVP Inc.
3’-과 5’-RACE 방법을 이용하여 국화에서 획득한 약 400bp와 500bp 크기의 단편 cDNA를 기초로 하여 완전장 DgF3’H cDNA를 획득하기 위한 유전자 특이적 프라이머를 제작하였다.
5’ RACE와 3’ RACE를 통해 확인된 완전장 DgF3’H cDNA 염기서열을 기초로 유전자 특이적 프라이머(DgF3’H-F와 R, Table 1)를 제작하여 DgF3’H 유전자를 증폭하였다.
5’ 영역의 염기서열은 재조합 프라이머와 RT-PCR을 통해 확인된 부분 단편 DgF3’H의 염기서열을 기초로 제작된 프라이머(F3’H-5race, Table 1) 와 SMARTTM RACE cDNA Amplification Kit(CLONTEC Laboratories, CA)에 포함되어 있는 프라이머를 이용하여 염기서열을 확인하였다.
Cetyltrimethylammoniumbromide 방법을 이용하여 ‘Argus’와 세가지 화색변이체로부터 genomic DNA를 분리하였다.
DgF3’H cDNA 분리와 유전자 발현패턴의 확인을 위한 RT-PCR 실험은 Takara RNA PCR Kit(AMV) Ver. 3.0(Takara, Japan)의 매뉴얼을 참조하여 수행하였다.
DgF3’H 유전자는 ClustalW2(http://www.ebi.ac.uk/Tools/clustalw2)를 이용하여 과꽃, 거베라, osteospermum, ageratina, 코스모스, 포도, 그리고 다알리아 등 여러 식물체에서 공통적으로 나타나는 염기서열로부터 재조합 프라이머(F3’Hde-F와 F3’Hde-R, Table 1)를 이용하여 부분단편을 획득하였고, RBC T&A cloning vector와 HIT competent cells(RBC Bioscience, Taiwan)을 이용하여 cloning한 후 염기서열을 확인하였다.
DgF3’H의 3’ 영역의 염기서열은 재조합 프라이머와 RT-PCR을 통해 확인된 부분 단편 DgF3’H의 염기서열을 기초로 제작된 프라이머(F3’H-3race, Table 1)와 Takara RNA PCR Kit(AMV) Ver. 3.0(Takara)의 oligo dT 프라이머를 이용하여 염기서열을 확인하였다.
PCR 반응은 MJ Research사의 Themal Cycler(PTC-100, USA)를 이용하여 최초 94℃에서 5분 수행 후 94℃에서 30초, 56℃에서 30초 그리고 72℃에서 1분 30초간 35회 반복한 후 72℃에서 5분간 수행하였다. PCR 산물의 증폭 여부를 전기영동으로 확인하고, RBC T&A cloning vector(RBC Bioscience)에 PCR 산물을 삽입한 후 염기서열을 확인하였다.
본 연구에 사용된 DgF3’H probe는 유전자 특이적 프라이머(DgF3’Hso-F와 F3’HcDNA-R, Table1)로 제작하였고, PCR DIG probe synthesis kit(Roche Diagnostics GmbH, Germany)를 이용하여 표지하였다. PCR 반응은 MJ Research사의 Thermal Cycler(PTC-100, USA)를 이용하여 최초 94℃에서 5분, 94℃에서 30초, 55℃에서 30초 그리고 72℃에서 50초간 35회 반복한 후 72℃에서 5분간 수행하였다. DIG 표지된 PCR 산물(약 600bp)의 증폭 여부는 전기영동을 통해 확인하였고 에탄올 침전법을 이용하여 침전 후 Southern 분석을 수행하기 바로 전에 100℃에서 10분간 처리하여 사용하였다.
PCR 산물의 증폭 여부를 전기영동으로 확인하고, RBC T&A cloning vector(RBC Bioscience)에 PCR 산물을 삽입한 후 염기서열을 확인하였다.
Total RNA는 원품종 ‘Argus’와 세가지 화색변이체의 꽃잎으로부터 TRIzol reagent(Invitrogen, Carlsbad, CA)를 이용하여 추출하였고 genomic DNA의 오염을 방지하기 위해 RNase-free DNase I(Promega, USA)을 처리한 후 실험에 이용하였다.
각각의 완전장 RT-PCR은 Takara RNA PCR Kit(AMV) Ver. 3.0(Takara)와 유전자 특이적 프라이머(DgF3’HcDNA-F와 R, Table 1)를 이용하였고, RBC T&A cloning vector(RBC Bioscience)를 이용하여 cloning한 후 염기서열을 확인하였다.
국화 게놈상의 유전자 Copy 수를 알아보기 위하여 본 실험에서는 두 가지 작용이 상이한 제한효소로 DgF3’H 유전자 내부에 절단부위를 갖지 않는 EcoRI과 한 곳을 인식하여 절단하는 EarI을 이용하였다(Fig. 3A).
국화 원품종 ‘Argus’와 화색변이체의 genomic DNA를 이용하여 DgF3’H의 Southern 분석을 수행하였다(Fig. 5B).
따라서 Southern 분석을 위한 probe는 EarI 절단부위를 포함하는 세 번째 exon의 primer(DgF3’Hso-F와 DgF3’HcDNA-R, Table 1)와 PCR DIG probe synthesis kit(Roche Diagnostics GmbH)를 이용하여 제작하였다.
또한 DgF3’H 유전자의 게놈 구조를 비교하기 위해 위에서 분리한 완전장 DgF3’H cDNA로부터 유전자 특이적 프라이머를 제작하여 PCR을 통해 DgF3’H의 ORF를 포함하는 genomic DNA를 획득하였다.
PCR 산물의 증폭 여부를 전기영동으로 확인하고, RBC T&A cloning vector(RBC Bioscience)에 PCR 산물을 삽입한 후 염기서열을 확인하였다. 모든 염기서열은 ABI 3130 XL Genetic analyzer(Applied Biosystems)을 이용하여 확인하였고, 원품종과 화색변이체들 사이의 염기서열과 상동성 분석은 GENETYX-WIN Software Ver. 5.0(Genetyx)과 ClustalW2를 이용하여 수행하였다.
본 연구에 사용된 DgF3’H probe는 유전자 특이적 프라이머(DgF3’Hso-F와 F3’HcDNA-R, Table 1)로 제작하였고, PCR DIG probe synthesis kit(Roche Diagnostics GmbH, Germany)를 이용하여 표지하였다.
본 연구에서 분리한 원품종과 화색변이체 사이의 DgF3’H 아미노산 염기서열 분석은 BioEdit software(Ver. 7.0.9.0, http://www.mbio.ncsu.edu/BioEdit/bioedit.html)를 이용하여 작성하였다.
본 연구팀에서는 이전에 발표한 논문에서 조직배양 기술과 감마선 조사 기술을 접목하여 개발한 화색 변이체 및 원품종 국화로부터 안토시아닌 합성에 관여하는 모든 유전자들 중 염기서열 정보가 발표되지 않은 유전자들의 재조합 프라이머를 제작하여 RT-PCR 방법을 통해 각각의 유전자 단편을 분리하였다(Lee et al., 2008). 또한 Lee et al.
0% 아가로즈 겔에 전기영동하여 제한효소에 의한 처리 정도를 확인하였다. 아가로즈 겔은 Hybond-N+ membrane(Amersham Biosciences, USA)에 옮긴 후 ultraviolet crosslinker(UVP Inc., USA)를 이용하여 고정화 시키고 DNA band를 확인하였다. 본 연구에 사용된 DgF3’H probe는 유전자 특이적 프라이머(DgF3’Hso-F와 F3’HcDNA-R, Table1)로 제작하였고, PCR DIG probe synthesis kit(Roche Diagnostics GmbH, Germany)를 이용하여 표지하였다.
얻어진 염기서열 정보들은 BLASTN을 이용하여 NCBI database에서 검색된 자료들과 비교 분석하였다. 원품종과 화색변이체들 사이의 염기서열 정보로부터 얻은 아미노산 서열에 대한 분석과 상동성 분석은 GENETYX-WIN Software Ver.
원품종 ‘Argus’와 화색변이체들에 대한 DgF3’H 유전자 특이발현 양상을 조사하기 위해 각각의 재료들의 꽃잎으로부터 추출한 RNase-free DNase I(Promega) 처리 total RNA와 유전자 특이 프라이머를 사용하여 RT-PCR을 수행하였다(Fig. 1B).
전기영동을 통해 약 3.8kb 크기의 밴드가 보여지는 것을 통해 genomic DNA가 성공적으로 증폭된 것을 확인하였고, 염기서열 분석을 이용해 DgF3’H genome 유전자의 구조를 분석하였다(Fig. 1B).
대상 데이터
그리고 본 실험에서 분리한 DgF3’H 유전자는 NCBI에 신규 유전자로서 원품종 ‘Argus’(GenBank accession no. GU249549)와 화색변이체(GenBank accession no. GU249550, GU249551 그리고 GU249553)를 등록하였다.
본 연구에서 DgF3’H 유전자의 분리와 구조의 비교 그리고 유전자 발현양상을 비교하는데 이용된 식물체는 한국원자력연구원 정읍방사선과학연구소에서 재배중인 국화 스프레이 신품종 ‘Argus’ [Dendranthema grandiflorum(Ramat.) Kitam.]와 그 식물체에 각각 40Gy(AM1과 AM2)와 50Gy(AM3)의 감마선 조사와 조직배양을 이용하여 선발된 세가지 화색 돌연변이체이다(Park et al., 2007).
세가지 화색변이체(AM1, AM2 및 AM3)는 한국원자력연구원 정읍방사선과학연구소에서 3년간의 삽목 번식을 이용한 후대 형질고정 및 평가과정을 통해 원품종 ‘Argus’와 육안으로 확실하게 차이점이 구별되는 재료이다(Fig. 1A).
데이터처리
얻어진 염기서열 정보들은 BLASTN을 이용하여 NCBI database에서 검색된 자료들과 비교 분석하였다. 원품종과 화색변이체들 사이의 염기서열 정보로부터 얻은 아미노산 서열에 대한 분석과 상동성 분석은 GENETYX-WIN Software Ver. 5.0(Genetyx, Japan)과 ClustalW2를 이용하여 수행하였다.
이론/모형
Phylogenic tree of the F3’H genes from the chrysanthemum and other reported plant species of the NCBI database. A phylogenetic tree was constructed by using the neighbor-joining methods (Saitou and Nei, 1987) in Molecular Evolutionary Genetics Analysis (MEGA) software version 4.0 (Tamura et al., 2007). The tree was built using the following F3’H sequences: Osteospermum hybrid (ABB29899), Callistephus chinensis (AAG49298), Chichorium intybus (ACN65825), Dahlia variabilis (ACO35754), Hieracium pilosella (ABC47161), Rudbeckia hirta (ACO35757), Tagetes erecta (ACO35756), Ageratina adenophora (ABM46853), Cosmos sulphureus (ACO35752), Arabidopsis thaliana (AAG16746), Oryza sativa (AAM00948), Sorghum bicolor (AAV74195), and Allium cepa (AAS48419)
PCR 반응은 MJ Research사의 Thermal Cycler(PTC-100, USA)를 이용하여 최초 94℃에서 5분, 94℃에서 30초, 55℃에서 30초 그리고 72℃에서 50초간 35회 반복한 후 72℃에서 5분간 수행하였다. DIG 표지된 PCR 산물(약 600bp)의 증폭 여부는 전기영동을 통해 확인하였고 에탄올 침전법을 이용하여 침전 후 Southern 분석을 수행하기 바로 전에 100℃에서 10분간 처리하여 사용하였다. Hybridization은 DIG Easy Hyb(Roche Diagnostics GmbH)를 이용하였고, membrane 세척은 DIG Wash and Blot set(Roche Diagnostics GmbH)을 이용하였다.
DIG 표지된 PCR 산물(약 600bp)의 증폭 여부는 전기영동을 통해 확인하였고 에탄올 침전법을 이용하여 침전 후 Southern 분석을 수행하기 바로 전에 100℃에서 10분간 처리하여 사용하였다. Hybridization은 DIG Easy Hyb(Roche Diagnostics GmbH)를 이용하였고, membrane 세척은 DIG Wash and Blot set(Roche Diagnostics GmbH)을 이용하였다. 위의 모든 과정은 제공된 매뉴얼에 따라 수행하였다.
그리고 DgF3’H 아미노산 염기서열의 유사도 분석은 Molecular Evolutionary Genetics Analysis(MEGA) software(ver. 4.0, http://www.megasoftware.net/index.html), (Tamura et al., 2007)의 neighbor-joining methods(Saitou and Nei, 1987)를 이용하여 작성하였다.
0(Takara)와 유전자 특이적 프라이머(DgF3’HcDNA-F와 R, Table 1)를 이용하였고, RBC T&A cloning vector(RBC Bioscience)를 이용하여 cloning한 후 염기서열을 확인하였다. 모든 염기서열은 ABI 3130 XL Genetic analyzer(Applied Biosystems, USA)을 이용하여 염기서열 정보를 획득하였다.
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. 현재 본 연구진은 안토시아닌 생합성 관련 유전자의 promoter 부분의 분리 및 suppression subtractive hybridization(SSH) 방법을 이용하여 국화 화색변이체들의 cDNA 라이브러리를 작성하고 있다. 이러한 연구결과들이 완료되었을 때 국화에서 나타나는 안토시아닌 생합성 조절의 특성을 보다 완벽하게 밝혀낼 것으로 기대하고 있다.
성능/효과
DgF3’H 유전자의 완전장 cDNA 단편은 1527bp의 open reading frame(ORF)을 포함하고 있으며, 5’ UTR이 15bp이고 3’ UTR이 polyA를 포함해서 132bp로 확인되었다(Fig. 2).
RT-PCR 수행 결과 원품종 ‘Argus’와 자주빛 화색변이체(AM1과 AM3)가 흰색 화색변이체(AM2)보다 높은 발현 패턴을 보였다.
RT-PCR 수행 결과 원품종 ‘Argus’와 자주빛 화색변이체(AM1과 AM3)가 흰색 화색변이체(AM2)보다 높은 발현 패턴을 보였다. 대조구로 사용한 actin 유전자의 RT-PCR 결과는 모든 재료에서 동일한 패턴의 밴드가 확인되어, 본 연구에 사용한 total RNA는 각 재료별로 동일한 양을 사용하였다는 것을 확인할 수 있었다. 이 결과는 Chung et al.
또한 원품종 ‘Argus’에서 분리한 DgF3’H의 아미노산 염기서열을 NCBI에 보고된 다른 식물 종 유래의 F3’H와 상동성 비교를 한 결과 같은 국화과에 속하는 Osteospermum hybrid(ABB29899, Seitz et al., 2006)와 84% 그리고 Callistephus chinensis(AAG49298, Seitz et al., 2006)와 83%로 가장 높게 나타났다.
본 연구에 사용된 야생종 ‘Argus’로부터 획득한 단편 cDNA는 약 1100bp의 크기였으며, PCR 산물의 염기서열을 BLASTN으로 검색한 결과, 다른 식물 종의 F3’H 유전자와 76에서 83%의 높은 상동성을 갖는 것을 확인하였다.
본 연구에서 획득한 원품종 ‘Argus’와 화색변이체 사이의 DgF3’H 유전자의 cDNA 및 genomic DNA 염기서열을 비교 분석한 결과, 원품종 ‘Argus’와 화색변이체 사이의 염기 서열 상동성은 97% 이상이었다.
원품종 ‘Argus’와 각각의 화색변이체에서 획득한 DgF3’H genome 유전자 염기서열을 분석한 결과, 3개의 exon 사이에 2개의 intron이 존재한다는 것을 알 수 있었다(Fig. 5A).
원품종 ‘Argus’와 각각의 화색변이체에서 획득한 ORF의 크기는 동일하였으나, 원품종 ‘Argus’와 화색변이체의 염기서열 정보는 약간의 차이가 있는 것으로 나타났다(Fig. 3).
이 결과를 기초로 한 유사도 분석 결과 그림 6과 같이 몇 개의 그룹으로 분리되었으며, DgF3’H 유전자의 경우 다른 식물 종의 F3’H보다는 같은 국화과인 과꽃(Callistephus chinensis)과 Osteospermum hybrid와 유사도가 높은 것으로 나타났다.
이러한 결과로 볼 때, 감마선 조사에 의해 DgF3’H의 구조적 변화가 일어났다는 것을 확인하였다.
이러한 결과로부터 3개의 exon 사이에 존재하는 intron의 총 길이는 원품종 ‘Argus’가 2,304bp이었고, AM1이 2,301bp, AM2는 2,307bp 그리고 AM3은 2,311bp로 원품종 ‘Argus’와 각각의 화색변이체 사이에 약간의 차이를 보이는 것으로 나타났다.
이러한 결과로부터 본 연구에서 분리한 DgF3’H 유전자는 확실한 국화 유래의 F3’H 유전자임을 확인할 수 있었다.
후속연구
현재 본 연구진은 안토시아닌 생합성 관련 유전자의 promoter 부분의 분리 및 suppression subtractive hybridization(SSH) 방법을 이용하여 국화 화색변이체들의 cDNA 라이브러리를 작성하고 있다. 이러한 연구결과들이 완료되었을 때 국화에서 나타나는 안토시아닌 생합성 조절의 특성을 보다 완벽하게 밝혀낼 것으로 기대하고 있다.
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. 이러한 연구는 화색을 결정하는 유전자의 기작을 파악할 수 있는 유용한 정보를 제시할 뿐만 아니라 새로운 국산 국화 품종의 개발을 위한 형질전환 등에 유용하게 이용될 수 있는 유전정보를 제공할 수 있다는 측면에서 향후 연구에 많은 도움을 줄 것으로 기대된다.
, 2004). 이러한 유전자의 전사와 관련한 조절부위에 의한 화색의 변화는 유전자의 구조와 더불어 화색의 차이를 밝히는 중요한 연구 대상이 될 수 있을 것이다.
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.
참고문헌 (28)
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