[논문]식물의 생장 및 발달과정에서 Glycogen synthase kinase 3 (GSK3) 유전자의 역할

류호진

doi:10.5010/jpb.2015.42.1.1

식물의 생장 및 발달과정에서 Glycogen synthase kinase 3 (GSK3) 유전자의 역할
The functional roles of plant glycogen synthase kinase 3 (GSK3) in plant growth and development 원문보기

Journal of plant biotechnology = 식물생명공학회지, v.42 no.1, 2015년, pp.1 - 5

Abstract ▼ AI-Helper

The biological roles of glycogen synthase kinase 3 (GSK3) proteins have long been extensively explored in eukaryotic organisms including fungi, animals and plants. This gene family has evolutionary well conserved kinase domain and shares similar phosphorylation properties to their substrate proteins. However, their specific biological roles are surprisingly distinct in different organisms. GSK3s play key role in key regulating the cytoskeleton and metabolic processes in animal systems, but plant GSKs are involved in quite different processes, such as flower development, brassinosteroid signaling, abiotic stresses, and organogenesis. In particular, recent studies have reported the critical multiple functions of BIN2 and its related paralogues plant GSK3s during organogenesis via connecting hormonal or developmental programs. In this review, we outline the recent understanding in the versatile functions related in physiological and biochemical relevance, which are mediated by plant GSK3s in various cellular signaling.

AI 본문요약
AI-Helper

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

본 리뷰에서는 최근에 발견된 GSK3유전자의 새로운 기능들이 어떻게 식물의 발달과 생장에 관여하고 있는지를 서술하고자 한다. 또한 향후 이들 중요성이 부각되고 있는 GSK3유전자의 기능연구를 통해 어떠한 생명공학적 발전을 이룰 수 있는지를 제시하고자 한다.
본 논문을 통해 식물의 발달 및 호르몬 신호전달과정에서 GSK3에 의해 유도되는 다양한 유전자들의 인산화를 조사하였다. 주요 발달 프로그램 및 호르몬 신호전달에서 다양한 단백질이 GSK3의 타겟이 되고 있으며, 인산화에 의한 유전자들의 기능이 매우 견고하게 조절되고 있음을 확인 할 수 있었다(Fig.
이러한 증거들은 동물에서와 마찬가지로 식물에서도 GSK3에 의해 유도되는 인산화 과정들이 발달과 생장에 매우 중요하게 작용하고 있음을 예상하게 해준다. 본 리뷰에서는 최근에 발견된 GSK3유전자의 새로운 기능들이 어떻게 식물의 발달과 생장에 관여하고 있는지를 서술하고자 한다. 또한 향후 이들 중요성이 부각되고 있는 GSK3유전자의 기능연구를 통해 어떠한 생명공학적 발전을 이룰 수 있는지를 제시하고자 한다.

성능/효과

즉 현재까지 알려진 BIN2에 의해 조절되는 다양한 신호전달 경로 이외에도 다양한 GSK3에 의해 정교하게 조절되는 발달프로그램이 매우 다양하게 존재하고 있음을 의미한다. 본 논문을 통해 확인 할 수 있듯이 주요 유전자들의 인산화는 식물의 생장 및 발달에 매우 중요한 역할을 담당하고 있다. 특히 동물에서는 2개의 GSK3가 암, 발달, 생식, 세포분열 등 매우 중요한 역할을 담당하고 있다는 사실은 매우 고무적인 것이다.
특히 동물에서는 2개의 GSK3가 암, 발달, 생식, 세포분열 등 매우 중요한 역할을 담당하고 있다는 사실은 매우 고무적인 것이다. 식물의 경우에는 좀더 많은 수의 GSK3들이 존재하면서, 아마도 식물발달 및 생장을 체계적으로 조절할 것으로 예상된다. 좀더 심층적이고 체계적인 연구를 통한 GSK3유전자의 기능연구는 식물을 통한 생명현상의 이해뿐만 아니라 다양한 생명공학적인 접근을 통한 작물개량에 매우 중요한 정보를 제공해 줄 수 있으리라 판단된다.
2013). 이러한 결과는 그룹Ⅱ에서 특이적으로 브라시노스테로이드 신호전달에 관여될 것으로 여겨졌으나, 다른 식물의 GSK3도 식물의 발달과정 중에 다양하게 브라시노스테로이드 신호전달에 관여할 수 있는 가능성을 보여주고 있다.
본 논문을 통해 식물의 발달 및 호르몬 신호전달과정에서 GSK3에 의해 유도되는 다양한 유전자들의 인산화를 조사하였다. 주요 발달 프로그램 및 호르몬 신호전달에서 다양한 단백질이 GSK3의 타겟이 되고 있으며, 인산화에 의한 유전자들의 기능이 매우 견고하게 조절되고 있음을 확인 할 수 있었다(Fig. 1).
하지만 모델식물 애기장대에는 총10개의 GSK3 유전자가 존재하며, 대부분의 식물에서도 많은 수의 GSK3 유전자를 지니고 있음이 최근 알려지고 있다. 즉 현재까지 알려진 BIN2에 의해 조절되는 다양한 신호전달 경로 이외에도 다양한 GSK3에 의해 정교하게 조절되는 발달프로그램이 매우 다양하게 존재하고 있음을 의미한다. 본 논문을 통해 확인 할 수 있듯이 주요 유전자들의 인산화는 식물의 생장 및 발달에 매우 중요한 역할을 담당하고 있다.
하지만 현재까지의 연구는 대부분이 BIN2 및 그룹 Ⅱ에 속하는 BIL1, BIL2에 의한 인산화 과정이 주 대상이 되어왔다. 하지만 모델식물 애기장대에는 총10개의 GSK3 유전자가 존재하며, 대부분의 식물에서도 많은 수의 GSK3 유전자를 지니고 있음이 최근 알려지고 있다. 즉 현재까지 알려진 BIN2에 의해 조절되는 다양한 신호전달 경로 이외에도 다양한 GSK3에 의해 정교하게 조절되는 발달프로그램이 매우 다양하게 존재하고 있음을 의미한다.

후속연구

식물의 경우에는 좀더 많은 수의 GSK3들이 존재하면서, 아마도 식물발달 및 생장을 체계적으로 조절할 것으로 예상된다. 좀더 심층적이고 체계적인 연구를 통한 GSK3유전자의 기능연구는 식물을 통한 생명현상의 이해뿐만 아니라 다양한 생명공학적인 접근을 통한 작물개량에 매우 중요한 정보를 제공해 줄 수 있으리라 판단된다.
이러한 상반된 결과는 식물의 발달과정에서 서로 다른 신호전달 경로를 통해 매우 중요한 조절이 이뤄질 수 있음을 의미한다. 향후 좀더 자세한 연구를 통해 다양한 식물의 발달프로그램과 GSK3가 어떠한 상호작용을 일으키는지에 대한 해답을 제시해야 할 것이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	Glycogen synthase kinase 3 단백질이란?	진핵생물에서 발견되는 Glycogen synthase kinase 3 (GSK3) 단백질은 동물의 인슐린에 의해 조절되는 Glycogen 합성의 최종단계에 관여하는 중요 단백질에 인산화를 유도하는 특성을 지니는 인산화효소를 코딩하는 유전자로 처음 발견되었다(Saidi et al. 2012).
	식물에서 GSK3 유전자 연구가 본격적으로 이루어진 계기는 무엇인가?	2012). 식물에서 GSK3 유전자에 대한 연구가 본격적으로 이뤄진 것은 식물호르몬 브라시노스테로이드에 대한 반응성이 나타나지 않는 난쟁이 표현형을 보이는 brassinosteroid-insensitive 2 (bin2)/dwarf12 돌연변이가 발견되고, 그 원인이 되는 유전자 BIN2의 기능학적 연구가 진행되면서 부터이다(Choe et al. 2002; He et al.
	브라시노스테로이드 신호 개시는 어떻게 이루어지는가?	식물에서 브라시노스테로이드 신호전달은 모델식물 애기장대를 통해 많은 연구가 진행되어 졌으며, 대부분의 주요 신호전달 인자들이 동정되어왔다. 브라시노스테로이드는 생체막에 존재하는 수용체 BRI1 (BRASSINOSTEROID-INSENSITIVE 1)에 의해 인식이 되어 신호개시가 이뤄지게 된다. 이들 신호는 최종적으로 두 전사인자 BES1과 BZR1의 활성화를 통해 다양한 브라시스토스테로이드 효과를 나타내게 된다.

참고문헌 (28)

Bergmann DC, Sack FD (2007) Stomatal development. Annu Rev Plant Biol 58 : 163-181

상세보기
Cai Z, Liu J, Wang H, Yang C, Chen Y, Li Y, Pan S, Dong R, Tang G, Barajas-Lopez Jde D, Fujii H, Wang X (2014) GSK3-like kinases positively modulate abscisic acid signaling through phosphorylating subgroup III SnRK2s in Arabidopsis. Proc Natl Acad Sci USA 111 : 9651-9656

상세보기
Charrier B, Champion A, Henry Y, Kreis M (2002) Expression profiling of the whole Arabidopsis shaggy-like kinase multigene family by real-time reverse transcriptase-polymerase chain reaction. Plant Physiol 130 : 577-590

상세보기
Cho H, Ryu H, Rho S, Hill K, Smith S, Audenaert D, Park J, Han S, Beeckman T, Bennett MJ, Hwang D, De Smet I, Hwang I (2014) A secreted peptide acts on BIN2-mediated phosphorylation of ARFs to potentiate auxin response during lateral root development. Nat Cell Biol 16 : 66-76

상세보기
Choe S, Schmitz RJ, Fujioka S, Takatsuto S, Lee MO, Yoshida S, Feldmann KA, Tax FE (2002) Arabidopsis brassinosteroid-insensitive dwarf12 mutants are semidominant and defective in a glycogen synthase kinase 3beta-like kinase. Plant Physiol 130 : 1506-1515

상세보기
Dal Santo S, Stampfl H, Krasensky J, Kempa S, Gibon Y, Petutschnig E, Rozhon W, Heuck A, Clausen T, Jonak C (2012) Stress-induced GSK3 regulates the redox stress response by phosphorylating glucose-6-phosphate dehydrogenase in Arabidopsis. Plant Cell 24 : 3380-3392

상세보기
Gudesblat GE, Betti C, Russinova E (2012) Brassinosteroids tailor stomatal production to different environments. Trends Plant Sci 17 : 685-687

상세보기
Gudesblat GE, Schneider-Pizon J, Betti C, Mayerhofer J, Vanhoutte I, van Dongen W, Boeren S, Zhiponova M, de Vries S, Jonak C, Russinova E (2012) SPEECHLESS integrates brassinosteroid and stomata signalling pathways. Nat Cell Biol 14 : 548-554

상세보기
Guilfoyle T (2007) Plant biology: sticking with auxin. Nature 446 : 621-622

상세보기
Guilfoyle TJ, Hagen G (2007) Auxin response factors. Curr Opi Plant Biol 10 : 453-460

상세보기
He JX, Gendron JM, Yang Y, Li J, Wang ZY (2002) The GSK3-like kinase BIN2 phosphorylates and destabilizes BZR1, a positive regulator of the brassinosteroid signaling pathway in Arabidopsis. Proc Natl Acad Sci USA 99 : 10185-10190

상세보기
Jonak C, Heberle-Bors E, Hirt H (1995) Inflorescence-specific expression of AtK-1, a novel Arabidopsis thaliana homologue of shaggy/glycogen synthase kinase-3. Plant Mol Biol 27 : 217-221

상세보기
Jonak C, Hirt H (2002) Glycogen synthase kinase 3/SHAGGY-like kinases in plants: an emerging family with novel functions. Trends Plant Sci 7 : 457-461

상세보기
Khan M, Rozhon W, Bigeard J, Pflieger D, Husar S, Pitzschke A, Teige M, Jonak C, Hirt H, Poppenberger B (2013) Brassinosteroid-regulated GSK3/Shaggy-like kinases phosphorylate mitogen-activated protein (MAP) kinase kinases, which control stomata development in Arabidopsis thaliana. J Biol Chem 288 : 7519-7527

상세보기
Kim TW, Michniewicz M, Bergmann DC, Wang ZY (2012) Brassinosteroid regulates stomatal development by GSK3-mediated inhibition of a MAPK pathway. Nature 482 : 419-422

상세보기
Kutschera U, Wang ZY (2012) Brassinosteroid action in flowering plants: a Darwinian perspective. J Exp Bot 63 : 3511-3522

상세보기
Lampard GR, Bergmann DC (2007) A Shout-Out to Stomatal Development: How the bHLH Proteins SPEECHLESS, MUTE and FAMA Regulate Cell Division and Cell Fate. Plant signaling & behavior 2 : 290-292

상세보기
Lau S, Jurgens G, De Smet I (2008) The evolving complexity of the auxin pathway. The Plant cell 20 : 1738-1746

상세보기
Li J, Nam KH (2002) Regulation of brassinosteroid signaling by a GSK3/SHAGGY-like kinase. Science 295 : 1299-1301

상세보기
Ryu H, Cho H, Bae W, Hwang I (2014) Control of early seedling development by BES1/TPL/HDA19-mediated epigenetic regulation of ABI3. Nature Commun 5 : 4138
Ryu H, Cho H, Kim K, Hwang I (2010) Phosphorylation dependent nucleocytoplasmic shuttling of BES1 is a key regulatory event in brassinosteroid signaling. Mol Cells 29 : 283-290

원문보기 상세보기
Ryu H, Kim K, Cho H, Park J, Choe S, Hwang I (2007) Nucleocytoplasmic shuttling of BZR1 mediated by phosphorylation is essential in Arabidopsis brassinosteroid signaling. Plant Cell 19 : 2749-2762

상세보기
Saidi Y, Hearn TJ, Coates JC (2012) Function and evolution of 'green' GSK3/Shaggy-like kinases. Trends Plant Sci 17 : 39-46

상세보기
Sutherland C (2011) What Are the bona fide GSK3 Substrates? Inter J Alzheimer's Disease 2011 : 505607
Tang W, Deng Z, Oses-Prieto JA, Suzuki N, Zhu S, Zhang X, Burlingame AL, Wang ZY (2008) Proteomics studies of brassinosteroid signal transduction using prefractionation and two-dimensional DIGE. Mol Cell Proteom : MCP 7 : 728-738
Vert G, Walcher CL, Chory J, Nemhauser JL (2008) Integration of auxin and brassinosteroid pathways by Auxin Response Factor 2. Proc Natl Acad Sci USA 105 : 9829-9834

상세보기
Yin Y, Vafeados D, Tao Y, Yoshida S, Asami T, Chory J (2005) A new class of transcription factors mediates brassinosteroid-regulated gene expression in Arabidopsis. Cell 120 : 249-259

상세보기
Zhang D, Chen ZG, Liu SH, Dong ZQ, Dalin M, Bao SS, Hu YW, Wei FC (2013) Galectin-3 gene silencing inhibits migration and invasion of human tongue cancer cells in vitro via downregulating beta-catenin. Acta Pharm Sinica 34 : 176-184

상세보기

저자의 다른 논문 :

LOADING...

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].

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증