[논문]배추에서 염 저항성 관련 유전자, BrSSR의 기능 검정 및 발현 네트워크 분석

유재경; 이기호; 박지현; 박영두

doi:10.7235/hort.2014.14040

배추에서 염 저항성 관련 유전자, BrSSR의 기능 검정 및 발현 네트워크 분석
Characterization and Gene Co-expression Network Analysis of a Salt Tolerance-related Gene, BrSSR, in Brassica rapa 원문보기

원예과학기술지 = Korean journal of horticultural science & technology, v.32 no.6, 2014년, pp.845 - 852

유재경 (경희대학교 생명과학대학 원예생명공학과) , 이기호 (경희대학교 생명과학대학 원예생명공학과) , 박지현 (경희대학교 생명과학대학 원예생명공학과) , 박영두 (경희대학교 생명과학대학 원예생명공학과)

초록
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다양한 비생물적 스트레스 중 토양 염 집적은 식물의 광합성 효율, 생장 및 수확량의 감소를 초래한다. 최근 염 저항성 향상을 위한 많은 유전자들이 보고되고 있다. 본 연구의 목적은 형질전환 배추를 이용하여 아직 기능이 밝혀져 있지 않지만 완전장이 보고된 Brassica rapa Salt Stress Resistance(BrSSR) 유전자의 기능을 검정하는 것이다. BrSSR의 생리적 역할을 분석하기 위해, BrSSR의 과발현 vector인 pSL94 vector를 이용하여 내혼계 배추('CT001')를 형질전환하였다. Quantitative real-time RT-PCR 분석에서 형질전환체의 BrSSR 발현량은 대조군 대비 2.59배까지 증가하였다. 한편, 염 처리 후 표현형 분석에서 BrSSR이 과발현된 형질전환체들이 정상적인 생장을 보여줌으로써 염 스트레스에 내성을 가지는 것을 확인할 수 있었다. Microarray 분석을 통해 구축된 염 스트레스 저항성 관련 유전자들의 발현 네트워크 상에서 BrSSR은 기존에 염 저항성 관련 유전자로 보고되어 있는 ERD15(AT2G41430), protein containing PAM2(AT4G14270), GABA-T(AT3G22200)와 매우 밀접하게 연결되어 있는 것으로 분석되었다. 위 결과들을 바탕으로 BrSSR은 염 스트레스 발생 시 식물의 생장 및 저항성에 관련된 중요한 역할을 하는 것으로 판단된다.

Abstract ▼ AI-Helper

Among various abiotic stress factors, soil salinity decreases the photosynthetic rate, growth, and yield of plants. Recently, many genes have been reported to enhance salt tolerance. The objective of this study was to characterize the Brassica rapa Salt Stress Resistance (BrSSR) gene, of which the function was unclear, although the full-length sequence was known. To characterize the role of BrSSR, a B. rapa Chinese cabbage inbred line ('CT001') was transformed with pSL94 vector containing the full length BrSSR cDNA. Quantitative real-time polymerase chain reaction (qRT-PCR) analysis showed that the expression of BrSSR in the transgenic line was 2.59-fold higher than that in the wild type. Analysis of phenotypic characteristics showed that plants overexpressing BrSSR were resistant to salinity stress and showed normal growth. Microarray analysis of BrSSR over-expressing plants confirmed that BrSSR was strongly associated with ERD15 (AT2G41430), a gene encoding a protein containing a PAM2 motif (AT4G14270), and GABA-T (AT3G22200), all of which have been associated with salt tolerance, in the co-expression network of genes related to salt stress. The results of this study indicate that BrSSR plays an important role in plant growth and tolerance to salinity.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

pekinensis ‘Chiifu’를 대상으로 한 “KBGP-24K microarray chip”을 분석하여 DUF581 도메인을 보유하고 있는 BrSSR 유전자를 내혼계 배추 ‘CT001’(시원씨드, 경기도 평택)에서 동정하였으며, 담배(Nicotiana tabacum)에서 과발현을 유도하여 BrSSR의 과발현이 염 저항성 획득에 기여함을 확인하였다(Yu and Park, 2013). 따라서 본 연구는 염 저항성 유전자로 추정되는 BrSSR(Brassica rapa Salt Stress Resistance) 유전자를 과발현(overexpression) 시킨 형질전환 배추(B. rapa ssp. pekinensis)를 이용하여 BrSSR 유전자의 염 저항성 기능 검정을 수행하였다. 또한 microarray 데이터를 이용한 배추의 염 저항성 관련 유전자들의 발현 네트워크를 비교･분석하여 BrSSR과 밀접하게 연관된 유전자들을 밝혀 내었다.
본 연구는 실제 내혼계 배추(B. rapa ssp. pekinensis inbred line ‘CT001’)에서도 BrSSR이 염 저항성 획득에 관여하는지를 확인하고, 아울러 microarray 분석을 수행하여 염 스트레스에 반응하는 저항성 관련 유전자들의 발현 양상을 분석하기 위해, Lee et al.
최근 염 저항성 향상을 위한 많은 유전자들이 보고되고 있다. 본 연구의 목적은 형질전환 배추를 이용하여 아직 기능이 밝혀져 있지 않지만 완전장이 보고된 Brassica rapa Salt Stress Resistance(BrSSR) 유전자의 기능을 검정하는 것이다. BrSSR의 생리적 역할을 분석하기 위해, BrSSR의 과발현 vector인 pSL94 vector를 이용하여 내혼계 배추(‘CT001’)를 형질전환하였다.

제안 방법

(2008)에서 보고된 “KBGP-24K 올리고 칩” 데이터와 PlantArrayNet(GreenGene Bio Tech Inc., Korea)의 “Brassica 300K microarray” 데이터를 분석하여 배추 내 염 저항성 관련 유전자들의 발현 네트워크를 구축하였다.
10μg의 gDNA를 SacI 제한효소로 18시간 동안 처리한 후, phenol-chloroform-isoamyl alcohol(25:24:1) 용액을 이용하여 정제하였다.
생육조건은 생물적･비생물적 변수가 최대한 억제된 공간에서 진행되었으며 광도 250μmol･m^-2･s^-1, 광주기 16시간 명처리/8시간 암처리, 온도 22 ± 2℃, 습도 30-50%로 유지해 주었다. 3일 처리된 개체들에서 total RNA를 추출하였으며, 추출된 RNA를 이용하여 quantitative real-time RT-PCR을 수행하여 체내 BrSSR의 발현 수준을 분석하였다(Yu and Park, 2013). Quantitative real-time RT PCR 분석 결과로 체내 BrSSR가 과발현된 형질전환 배추와 대조군인 비형질전환 배추(CON)를 대상으로 15일간 염 스트레스 발생 시 표현형의 변화를 관찰하였다.
BrSSR 유전자의 배추 내 염 저항성 여부를 알아보기 위해 내혼계 배추(‘CT001’)를 이용하여 BrSSR 과발현 vector인 pSL94 vector로 형질전환하였다.
BrSSR의 생리적 역할을 분석하기 위해, BrSSR의 과발현 vector인 pSL94 vector를 이용하여 내혼계 배추(‘CT001’)를 형질전환하였다.
Microarray 데이터를 활용하여 구축된 네트워크상의 유전자들을 대상으로 대조군(CON) 대비 형질전환체에서의 발현량의 차이를 분석하기 위해 semi-quantitative RT-PCR을 수행하였다. Yu et al.
PCR산물의 염기서열을 확인하고 이를 “Flanking Sequence Tag Validator(FSTVAL)” 프로그램(GreenGene Bio Tech Inc., Korea)을 이용하여 배추 게놈 내 T-DNA 삽입 위치를 분석하였다.
(2012)에 제시된 방법으로 대조군과 형질전환체에서 RNA를 추출한 후, Maxime RT-PCR premix(iNtRON Biotechnology, Korea)를 이용하여 cDNA 합성 및 PCR 증폭을 수행하였다. PCR에 사용된 primer 정보는 Table 1에 제시하였으며, 증폭은 9℃에서 5분간/1회 predenaturation 한 후 94℃에서 30초간 denaturation, 60℃에서 30초간 annealing, 72℃에서 30초간 extension 과정을 진행하였으며, 증폭 회수는 대조군 대비 형질전환체에서 4가지 유전자(ERD15, PAM2, GABA-T, BrSSR)의 발현량의 차이가 현저하게 나타나는 25cycle로 수행하였다. 증폭된 PCR 산물은 1× TBE buffer를 사용하여 1% agarose gel 상에서 100V, 30분간 전기영동 하여 ethidium bromide (EtBr)로 염색한 후, UV illuminator를 이용하여 반응산물을 확인하였다.
3일 처리된 개체들에서 total RNA를 추출하였으며, 추출된 RNA를 이용하여 quantitative real-time RT-PCR을 수행하여 체내 BrSSR의 발현 수준을 분석하였다(Yu and Park, 2013). Quantitative real-time RT PCR 분석 결과로 체내 BrSSR가 과발현된 형질전환 배추와 대조군인 비형질전환 배추(CON)를 대상으로 15일간 염 스트레스 발생 시 표현형의 변화를 관찰하였다.
pekinensis ‘Chiifu’를 대상으로 한 “KBGP-24K microarray chip”을 분석하여 DUF581 도메인을 보유하고 있는 BrSSR 유전자를 내혼계 배추 ‘CT001’(시원씨드, 경기도 평택)에서 동정하였으며, 담배(Nicotiana tabacum)에서 과발현을 유도하여 BrSSR의 과발현이 염 저항성 획득에 기여함을 확인하였다(Yu and Park, 2013).
rapa genome 135K cDNA microarray 데이터”를 분석하였다.
rapa genome 135K cDNA 칩” 데이터를 이용하여 과발현된 BrSSR 유전자의 발현 네트워크를 분석하였다(Fig. 3).
rapa genome 135K cDNA 칩”을 제작 및 분석하여 형질전환체 내 BrSSR 유전자 및 관련 유전자들의 발현 패턴을 분석하였다.
그 후, thermocycler(Biometra, USA)를 사용하여 50μL 반응액으로 inverse PCR을 수행하였다(Yu et al., 2010).
, 2009; Zhu, 2003). 또한 FDR값으로 선별된 유전자들을 대상으로 MapMan 프로그램을 이용하여 식물 호르몬 및 비생물적 스트레스와 관련된 유전자들의 발현 수준을 분석하였다(Table 2). 식물 5대 호르몬(옥신, 사이토키닌, 지베렐린, 앱시스산, 에틸렌)과 jasmonic acid, salicylic acid 합성 및 작용 경로 관련 분석에서, 특히 앱시스산 및 에틸렌, jasmonate 관련 반응 유전자들의 발현량이 큰 차이를 보였다.
pekinensis)를 이용하여 BrSSR 유전자의 염 저항성 기능 검정을 수행하였다. 또한 microarray 데이터를 이용한 배추의 염 저항성 관련 유전자들의 발현 네트워크를 비교･분석하여 BrSSR과 밀접하게 연관된 유전자들을 밝혀 내었다.
배추의 환경 스트레스 저항성 관련 전사체(transcriptome) 분석용 KBGP-24K 올리고 칩 데이터를 분석한 결과(Lee et al., 2008), 아직 기능이 알려지지 않았으며 염 스트레스 발생 시 대조군 대비 5배 이상 발현이 증가한 것으로 확인된 BrSSR 유전자를 이용하여 과발현용 형질전환 vector인 pSL94 vector를 제작하였다. 본 연구는 실제 내혼계 배추(B.
BrSSR 유전자의 배추 내 염 저항성 여부를 알아보기 위해 내혼계 배추(‘CT001’)를 이용하여 BrSSR 과발현 vector인 pSL94 vector로 형질전환하였다. 생산된 T₀ 배추 형질전환 체들 중 hygromycin 저항성 유전자(hpt)를 대상으로 DNA blot 분석을 수행하여 1 copy의 T-DNA가 삽입된 계통을 선발하고(Fig. 1A), 삽입이 확인된 계통의 종자를 파종하여 PCR분석 및 염기서열 분석을 통해 6개의 T₁ 형질전환체를 확보하여 S1, -2, -3, -4, -5, -6으로 명명하였다(Fig. 1B). 선발된 T₁ 형질전환체들을 대상으로 염 스트레스 환경 시 내부 BrSSR 유전자의 발현 수준을 분석하기 위해 3일간 염 처리를 수행하였다.
생육조건은 생물적･비생물적 변수가 최대한 억제된 공간에서 진행되었으며 광도 250μmol･m-2･s-1, 광주기 16시간 명처리/8시간 암처리, 온도 22 ± 2℃, 습도 30-50%로 유지해 주었다.
1B). 선발된 T₁ 형질전환체들을 대상으로 염 스트레스 환경 시 내부 BrSSR 유전자의 발현 수준을 분석하기 위해 3일간 염 처리를 수행하였다. 스트레스가 처리된 비형질전환체(CON)와 형질전환체들(S1-S6)에서 각각 total RNA를 추출하였고, 이를 이용하여 quantitative real-time RT-PCR 분석을 수행하였으며 내부 대조 유전자인 actin 유전자의 발현량을 이용하여 BrSSR의 발현값을 보정하였다.
선발된 T₁ 형질전환체들을 대상으로 염 스트레스 환경 시 내부 BrSSR 유전자의 발현 수준을 분석하기 위해 3일간 염 처리를 수행하였다. 스트레스가 처리된 비형질전환체(CON)와 형질전환체들(S1-S6)에서 각각 total RNA를 추출하였고, 이를 이용하여 quantitative real-time RT-PCR 분석을 수행하였으며 내부 대조 유전자인 actin 유전자의 발현량을 이용하여 BrSSR의 발현값을 보정하였다. 그 결과, 6개체들 모두에서 체내 BrSSR의 발현량이 대조계통(CON) 대비 1.
염 스트레스 발생 시 BrSSR 유전자의 발현 양상을 확인하기 위해, 바로커 상토(원예범용, 서울바이오)에서 생장하여 본엽이 6-8매가 된 비형질전환 대조군(CON)과 형질전환체들을 3일(유전자 발현 수준 분석용), 15일(표현형 분석용) 동안 250mM NaCl 용액으로 건조하지 않게 처리하였다. 생육조건은 생물적･비생물적 변수가 최대한 억제된 공간에서 진행되었으며 광도 250μmol･m^-2･s^-1, 광주기 16시간 명처리/8시간 암처리, 온도 22 ± 2℃, 습도 30-50%로 유지해 주었다.
염 저항성을 보인 배추 형질전환체를 대상으로 전이된 T-DNA의 염색체 내 삽입 위치를 확인하기 위하여 inverse PCR 분석을 수행하였다. PCR산물의 염기서열을 확인하고 이를 “Flanking Sequence Tag Validator(FSTVAL)” 프로그램(GreenGene Bio Tech Inc.
05], 발현 증가 유전자 집단에서 265개, 발현감소 유전자 집단에서 109개로 총 374개 유전자들을 선별하였다. 이들 주요 유전자들을 각각 TAIR gene ontology annotation을 이용하여 3가지 기능 범주(biological process, cellular component, and molecular function) 중 어느 범주에 속하는 지를 확인하여 체내 유전자들의 변화를 분석하였다. 분석 결과, cellular component에서는 “Chloroplast”, “Nucleus”에 속한 유전자들이 많이 발현하며, molecular function에서는 “Transferase activity”, “Hydrolase activity”에 속한 유전자들이 많이 발현되었다.
증폭된 PCR 산물은 1× TBE buffer를 사용하여 1% agarose gel 상에서 100V, 30분간 전기영동 하여 ethidium bromide (EtBr)로 염색한 후, UV illuminator를 이용하여 반응산물을 확인하였다.
, 2010). 증폭된 PCR 산물은 pGemT-easy vector(Promega, USA)에 삽입 후 염기서열을 분석(Macrogen Co., Korea)하였다. 확인된 flanking DNA 염기서열은 “Flanking Sequence Tag Validator(FSTVAL)” 프로그램(GreenGene Bio Tech Inc.
(2004)에 의해 보고된 배추 형질전환 방법을 이용하여 pSL94 vector를 내혼계 배추에 도입하였다. 형질전환이 확인된 배추계통들은 뇌수분 방법으로 T₁ 세대로 진전시킨 후 본 연구에 이용하였다.
확인된 flanking DNA 염기서열은 “Flanking Sequence Tag Validator(FSTVAL)” 프로그램(GreenGene Bio Tech Inc., Korea)을 이용하여 배추 게놈 내 삽입 위치를 분석하였다(Kim et al., 2012).

대상 데이터

rapa genome 135K cDNA 칩”을 제작 및 분석하여 형질전환체 내 BrSSR 유전자 및 관련 유전자들의 발현 패턴을 분석하였다. B. rapa genome 135K cDNA 칩(Nimblegen, Madison, WI, http://www.nimblegen.com)은 41,173개의 unigene을 포함하고 있 으며, 한 유전자당 3개의 probe로 발현이 탐지되도록 제작되었다. 추출된 RNA를 이용한 혼성화 단계는 Yu et al.
, Korea)의 “Brassica 300K microarray” 데이터를 분석하여 배추 내 염 저항성 관련 유전자들의 발현 네트워크를 구축하였다. 구축된 유전자 발현 네트워크는 multi-edge node pair와 self-loop node를 분석하여 총 1,853개의 node와 5,740개의 edge로 구성되었다. 구축된 네트워크의 connected component의 수가 142개를 이루고 있어 높은 상호 관계를 이룬 네트워크만이 구축되어 있음을 보이고 있으며, 이들 하위 connected component 중 가장 크게 차지하고 있는 그룹은 1,398개의 node와 5,375개의 edge를 포함하고 있어, 전체 네트워크의 node 중 75.
이 분석 데이터를 바탕으로 대조군 대비 발현이 크게 변화하고 높은 유의성을 가지는 유전자들을 재차 분석하여[false discovery rate(FDR) < 0.05], 발현 증가 유전자 집단에서 265개, 발현감소 유전자 집단에서 109개로 총 374개 유전자들을 선별하였다.

데이터처리

5 software(Nimblegen, WI)를 통해 수치화하였다. 획득한 데이터 값을 바탕으로 우선 MultiExperiment Viewer(http://www.tm4.org) 프로그램을 이용하여 발현 수준에 따라 유전자들을 분류하고, 높은 유의성을 가지는 false discovery rate(FDR)값의 주요 유전자들은 TAIR gene ontology annotation(http://www.arabidopsis.org), MapMan(http://mapman. gabipd.org), cytoscape(http://www.cytoscape.org) 분석 프로그램들을 이용하여 BrSSR과 염 저항성 관련 유전자들의 발현 패턴을 비교･분석하였다.

이론/모형

pekinensis inbred line ‘CT001’)에서도 BrSSR이 염 저항성 획득에 관여하는지를 확인하고, 아울러 microarray 분석을 수행하여 염 스트레스에 반응하는 저항성 관련 유전자들의 발현 양상을 분석하기 위해, Lee et al.(2004)에 의해 보고된 배추 형질전환 방법을 이용하여 pSL94 vector를 내혼계 배추에 도입하였다. 형질전환이 확인된 배추계통들은 뇌수분 방법으로 T₁ 세대로 진전시킨 후 본 연구에 이용하였다.
Yu et al.(2012)에 제시된 방법으로 대조군과 형질전환체에서 RNA를 추출한 후, Maxime RT-PCR premix(iNtRON Biotechnology, Korea)를 이용하여 cDNA 합성 및 PCR 증폭을 수행하였다. PCR에 사용된 primer 정보는 Table 1에 제시하였으며, 증폭은 9℃에서 5분간/1회 predenaturation 한 후 94℃에서 30초간 denaturation, 60℃에서 30초간 annealing, 72℃에서 30초간 extension 과정을 진행하였으며, 증폭 회수는 대조군 대비 형질전환체에서 4가지 유전자(ERD15, PAM2, GABA-T, BrSSR)의 발현량의 차이가 현저하게 나타나는 25cycle로 수행하였다.
(2004)에 제시된 방법과 동일하게 수행하였다. 또한 형질전환체들을 선발하기 위한 hygromycin 저항성 유전자(hpt) 대상 PCR 분석 및 삽입된 T-DNA 개수의 확인을 위한 DNA blot 분석은 Yu and Park(2013)에 제시된 방법과 동일하게 수행하였다.

성능/효과

Biological process에서는 “Response to stress”, “Response to abiotic or biotic stimulus”에 속한 유전자들 중 발현이 증가한 유전자들이 많이 분석되었는데, 특히 “Calcineurin B-like protein-interacting protein kinases (CIPKs, CBL-interacting protein kinases)” 관련 유전자들의 발현이 크게 증가한 것으로 확인되었다.
BrSSR 유전자와 발현 네트워크상에서 직접적으로 연결된 주요 유전자로는 polyadenyl 결합 단백질의 PABC domain과 반응하는 “Protein containing PAM2(AT4G14270)”과 “gamma-aminobutyrate transaminase(GABA-T)(AT3G22200)”가 확인되었다.
한편, 염 처리 후 표현형 분석에서 BrSSR이 과발현된 형질전환체들이 정상적인 생장을 보여줌으로써 염 스트레스에 내성을 가지는 것을 확인할 수 있었다. Microarray 분석을 통해 구축된 염 스트레스 저항성 관련 유전자들의 발현 네트워크 상에서 BrSSR은 기존에 염 저항성 관련 유전자로 보고되어 있는 ERD15(AT2G41430), protein containing PAM2(AT4G14270), GABA-T(AT3G22200)와 매우 밀접하게 연결되어 있는 것으로 분석되었다. 위 결과들을 바탕으로 BrSSR은 염 스트레스 발생 시 식물의 생장 및 저항성에 관련된 중요한 역할을 하는 것으로 판단된다.
BrSSR의 생리적 역할을 분석하기 위해, BrSSR의 과발현 vector인 pSL94 vector를 이용하여 내혼계 배추(‘CT001’)를 형질전환하였다. Quantitative real-time RT-PCR 분석에서 형질전환체의 BrSSR 발현량은 대조군 대비 2.59배까지 증가하였다. 한편, 염 처리 후 표현형 분석에서 BrSSR이 과발현된 형질전환체들이 정상적인 생장을 보여줌으로써 염 스트레스에 내성을 가지는 것을 확인할 수 있었다.
결론적으로 본 연구에서의 배추의 염 저항성 표현형 분석 및 발현 네트워크 결과를 종합해 볼 때, BrSSR 유전자는 기존에 보고된 염 저항성 관련 유전자들과 네트워크적으로 연결되어 있으며 실제 염 스트레스 처리 시에도 뚜렷한 저항성을 보여줌으로써 배추의 염 스트레스 발생 시 발현량의 증가를 통해 염 저항성 향상에 기여하는 것으로 판단된다.
구축된 유전자 발현 네트워크는 multi-edge node pair와 self-loop node를 분석하여 총 1,853개의 node와 5,740개의 edge로 구성되었다. 구축된 네트워크의 connected component의 수가 142개를 이루고 있어 높은 상호 관계를 이룬 네트워크만이 구축되어 있음을 보이고 있으며, 이들 하위 connected component 중 가장 크게 차지하고 있는 그룹은 1,398개의 node와 5,375개의 edge를 포함하고 있어, 전체 네트워크의 node 중 75.44%를 차지하고, 총 edge의 93.64%를 차지하고 있었다. 또한 네트워크 내에 연결된 2개의 node의 거리를 나타내는 characteristic path length 값은 18.
스트레스가 처리된 비형질전환체(CON)와 형질전환체들(S1-S6)에서 각각 total RNA를 추출하였고, 이를 이용하여 quantitative real-time RT-PCR 분석을 수행하였으며 내부 대조 유전자인 actin 유전자의 발현량을 이용하여 BrSSR의 발현값을 보정하였다. 그 결과, 6개체들 모두에서 체내 BrSSR의 발현량이 대조계통(CON) 대비 1.90-2.59배까지 증가한 것으로 분석되었다(Fig. 1C).
, Korea)을 이용하여 배추 게놈 내 T-DNA 삽입 위치를 분석하였다. 그 결과, pSL94 vector의 T-DNA가 A03염색체의 intergenic region에 삽입되어 있는 것으로 확인되었다(Fig. 2).
분석 결과, cellular component에서는 “Chloroplast”, “Nucleus”에 속한 유전자들이 많이 발현하며, molecular function에서는 “Transferase activity”, “Hydrolase activity”에 속한 유전자들이 많이 발현되었다.
또한 FDR값으로 선별된 유전자들을 대상으로 MapMan 프로그램을 이용하여 식물 호르몬 및 비생물적 스트레스와 관련된 유전자들의 발현 수준을 분석하였다(Table 2). 식물 5대 호르몬(옥신, 사이토키닌, 지베렐린, 앱시스산, 에틸렌)과 jasmonic acid, salicylic acid 합성 및 작용 경로 관련 분석에서, 특히 앱시스산 및 에틸렌, jasmonate 관련 반응 유전자들의 발현량이 큰 차이를 보였다. 또한 비생물적 스트레스 반응 기작과 관련된 분석 결과, 염 스트레스에 반응하고 salicylic acid 대사 과정을 조절하는 “Calmodulin binding protein of 25kDa”의 변화가 가장 크게 발현됨을 알 수 있었다(Perruc et al.
즉, BrSSR은 PAM2 motif를 가진 unknown 유전자들을 매개로 GABA-T와 함께 succinate의 발현을 유지하고 ERD15의 발현을 촉진하여 PSII의 효율을 증진시키는 것으로 염 저항성을 부여하는 것으로 추정된다. 실제로 염 처리된 형질전환체와 대조군을 대상으로 BrSSR을 포함한 3개의 유전자의 발현량을 semi-quantitative RT-PCR로 분석한 결과, 모두 대조군보다 높은 발현 수준을 보여 줌으로써 4개의 유전자가 서로 연결되어 있음을 확인할 수 있었다.
rapa genome 135K cDNA microarray 데이터”를 분석하였다. 우선 microarray 데이터를 MultiExperiment Viewer 프로그램으로 분석한 결과, 분석된 총 4,009개의 유전자 중 대조군 대비 발현이 증가한 유전자는 2,103개이고, 발현이 감소한 유전자는 1,906개로 분석되었다. 이들 중 4배 이상 발현이 변화한 유전자 선별 결과, 총 710개이며 498개는 발현이 4배 이상 증가하였고, 212개는 발현이 4배 이상 감소한 것으로 나타났다.
Microarray 분석을 통해 구축된 염 스트레스 저항성 관련 유전자들의 발현 네트워크 상에서 BrSSR은 기존에 염 저항성 관련 유전자로 보고되어 있는 ERD15(AT2G41430), protein containing PAM2(AT4G14270), GABA-T(AT3G22200)와 매우 밀접하게 연결되어 있는 것으로 분석되었다. 위 결과들을 바탕으로 BrSSR은 염 스트레스 발생 시 식물의 생장 및 저항성에 관련된 중요한 역할을 하는 것으로 판단된다.
우선 microarray 데이터를 MultiExperiment Viewer 프로그램으로 분석한 결과, 분석된 총 4,009개의 유전자 중 대조군 대비 발현이 증가한 유전자는 2,103개이고, 발현이 감소한 유전자는 1,906개로 분석되었다. 이들 중 4배 이상 발현이 변화한 유전자 선별 결과, 총 710개이며 498개는 발현이 4배 이상 증가하였고, 212개는 발현이 4배 이상 감소한 것으로 나타났다. 이 분석 데이터를 바탕으로 대조군 대비 발현이 크게 변화하고 높은 유의성을 가지는 유전자들을 재차 분석하여[false discovery rate(FDR) < 0.
, 2008; Yu and Park, 2013). 즉, 아직까지 명확한 기능이 알려지지 않았던 BrSSR 유전자는 염 스트레스 환경 조건 시 식물의 염 저항성 향상 기작에 있어 중요한 역할을 하고 있는 것으로 판단된다.
59배까지 증가하였다. 한편, 염 처리 후 표현형 분석에서 BrSSR이 과발현된 형질전환체들이 정상적인 생장을 보여줌으로써 염 스트레스에 내성을 가지는 것을 확인할 수 있었다. Microarray 분석을 통해 구축된 염 스트레스 저항성 관련 유전자들의 발현 네트워크 상에서 BrSSR은 기존에 염 저항성 관련 유전자로 보고되어 있는 ERD15(AT2G41430), protein containing PAM2(AT4G14270), GABA-T(AT3G22200)와 매우 밀접하게 연결되어 있는 것으로 분석되었다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	Na+ 이온의 세포 내 증가는, 식물체 생육에 어떤 영향을 끼치는가?	토양에서 상대적으로 높은 농도의 염이 집적되면 식물체가 토양에서 수분을 흡수하는 것을 제한하게 되어 식물 세포의 죽음으로 이어진다(Munns, 2002). 또한 삼투성 스트레스(osmotic stress)와 이온 유독성(ion toxicity)으로 잘 알려진 Na+ 이온의 세포 내 증가는 산화적 스트레스(oxidative stress)로 이어져 식물체 생육에 불리하게 작용하지만, 작물의 염 저항성 획득이 산화적 스트레스에 대한 내성을 향상시켜 주었다는 보고도 있다(Hernandez et al., 2001).
	다양한 비생물적 스트레스 중, 토양 염 집적이 식물에 미치는 영향은?	다양한 비생물적 스트레스 중 토양 염 집적은 식물의 광합성 효율, 생장 및 수확량의 감소를 초래한다. 최근 염 저항성 향상을 위한 많은 유전자들이 보고되고 있다.
	토양의 염 집적으로 인한 스트레스는, 전세계적으로 어떤 영향을 끼치고 있나?	다양한 비생물적 스트레스 중에서 토양의 염 집적은 거의 대부분의 작물에서 생장 및 생존을 위협하는 큰 요인 중의 하나이다. 이러한 염 스트레스는 100개국 이상의 국가에서 농업작물의 수확량을 감소시키고 있는 것으로 보고되었다(Flowers and Yeo, 1995; Munns, 2002, Rengasamy, 2006). 토양에서 상대적으로 높은 농도의 염이 집적되면 식물체가 토양에서 수분을 흡수하는 것을 제한하게 되어 식물 세포의 죽음으로 이어진다(Munns, 2002).

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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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