[논문]식물 유성 생식과정에서 후성유전학적 정보해석 및 연구현황

정유진; 조용구; 강권규

doi:10.5010/jpb.2017.44.1.019

식물 유성 생식과정에서 후성유전학적 정보해석 및 연구현황
Current status and prospects of epigenetic information in sexual reproductive processes of plants 원문보기

Journal of plant biotechnology = 식물생명공학회지, v.44 no.1, 2017년, pp.19 - 26

정유진 (국립한경대학교 원예생명과학과) , 조용구 (충북대학교 식물자원학과) , 강권규 (국립한경대학교 유전공학연구소)

Abstract ▼ AI-Helper

Rapid progress in epigenetic studies has resulted in genome wide information of genetic functions, other than DNA sequence information. However, insufficient understanding and unclear research direction in epigenetics has failed to attract many researchers. Here, we review the sexual reproduction processes that are particularly related to epigenetics in plants. We aim to elucidate the roles of epigenetic information and molecular mechanisms involved in the complex sexual reproduction process of plants, and examine their biological significance.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

정세포에서 CpHpH 배열의 메틸화 손실과 수정 후 재설계 기능, 생식에 부수적인 기능을 가진 영양세포에서 CpG 배열의 DNA 탈메틸화 기구, 그리고 정세포와 저분자 RNA의 상호작용 등에 대해서도 게놈 안정성, 이러한 과정의 생물학적 의의에 대해 더 많은 연구가 이루어질 것으로 예상된다. 본 리뷰에서는 식물의 생식 과정상에서 후성유전학적 제어기구는 애기장대 같은 균일한 게놈 정보 및 후성유전학 정보를 가진 모델 생물을 중심으로 연구가 진행된 결과를 토대로 설명하였다. 한편, 향후 우리 인간을 포함한 유전 정보가 균일하지 않은 생물을 대상으로 집단 및 개체의 후성유전학 정보에 다양성을 내포하면서 후성유전학 정보는 어떻게 견고성을 유지하고 있는지, 다양성이 없어지면 유성생식 과정에 어떤 파탄을 초래되는지, 그들이 오랜 세월 동안 진화과정에서 어떻게 영향을 주는지, 연구해 나아갈 것으로 생각된다.
식물의 생식 과정에서 후성유전학 정보 특히 DNA의 메틸화가 어떻게 제어되는지를 이해하려면 속씨 식물의 중복수정의 구조를 이해하는 것이 필수적이다. 본 리뷰에서는 식물의 생식과정에서 일어나는 암수 배우체, 수정 후 배 발생 및 배유 발생에 있어서 후성유전학 정보의 제어 및 재설계에 대해 이해하고자 현재까지 밝혀진 내용을 중심으로 자세히 설명하고자 한다.

제안 방법

2012). DNA 탈메틸화 효소 돌연변이체의 영양조직에서 기능하는 ROS1 유전자, DML2 유전자, DML3 유전자의 삼중 돌연변이체를 육성한 후, 이들 식물체를 이용하여 genome wide DNA 메틸화 분석을 수행하였다(Hsieh et al. 2009; Ibarra et al. 2012;Penterman et al. 2007). 그 결과 ROS1 유전자의 돌연변이체 분석에서 DNA 탈메틸화 효소는 영양조직에 과도하게 발현하여 유해한 5-메틸시토신을 제거하고, 유전자 발현을 일정하게 유지하는 기능이 있었다고 하였다(Zhu et al.
2004). 중앙세포에서 중추적인 기능을 가진 DNA 탈메틸화 효소인 DME에 돌연변이 애기장대 식물체의 배유를 분획하여 genome wide DNA 메틸화 분석을 수행하였다. Shotgun bisulphite sequencing 해석에서 야생형 애기장대의 배유 분획에서는 모든 카테고리의 DNA 메틸화 수준이 배 분획보다 낮은 것으로 나타났다(Hsieh et al.

성능/효과

그래서 몇몇 연구자들은 유지형 DNA 메틸화 효소 MET1 돌연변이체 met1와 DNA 탈메틸화 효소 DME의 돌연변이체 dme와이중헤테로 접합체를 육성하고, FWA-GFP 유전자를 이용하여 GUS 활성 정도를 분석하였다. 그 결과 중앙세포에서 dme 돌연변이체는 FWA-GFP 유전자가 활성화되지 않았으며, met1 돌연변이체는 활성이 완전하게 억제되는 것을 확인하였다. 따라서 dme 돌연변이에 의해 DNA 탈메틸화를 할 수 없게 된 세포에서도 미리 met1 돌연변이에 의해 DNA 메틸화의 수준을 저하시켜주면 유전자가 발현된다는 사실을 보여줬다(Ikeda et al.
이러한 표현형은 자발적인 배아발생(autonomous endosperm development)이라고 불리며, 다른 imprinting 관련 MEA 유전자의 돌연변이체에서도 같은 결과가 보여졌다. 다양한 imprinting 유전자들의 발현 양상을 조사한 결과 ssrp1 유전자의 돌연변이체는 많은 imprinting 유전자의 발현에 영향을 주는 것으로 나타났다. 또한, FWA 유전자의 DNA 메틸화 영역, 즉 게놈 imprinting 제어 영역의 DNA 탈메틸화에 영향을 미치는 것으로 나타났다(Ikeda et al.
2009). 따라서 이들 결과로부터 식물은 DNA 메틸화의 정보를 다이나믹하게 제어하고 있다는 것을 알 수 있다.
2012). 따라서, CpG 배열에서는 실험에 사용한 세포의 게놈내에서 DMR은 명확하게 구별할 수 있었으나,포유동물의 결과와는 상이하게 나타났다고 하였다. 그러나 CpHpG 배열에서는 DMR이 관찰되지 않았으며, CpHpH 배열에서는 소포자의 세포 단계에서 이미 DNA 메틸화의 정보가 유실되어 있는 것을 보고하였다(Calarco et al.
차세대 시컨서를 이용한 DNA 메칠화 분석 등을 통해 식물의 웅성배우체의 영양세포와 정세포에서 3가지 범주의 DNA메칠화 제어가 밝혀졌다. 정세포에서 CpHpH 배열의 메틸화 손실과 수정 후 재설계 기능, 생식에 부수적인 기능을 가진 영양세포에서 CpG 배열의 DNA 탈메틸화 기구, 그리고 정세포와 저분자 RNA의 상호작용 등에 대해서도 게놈 안정성, 이러한 과정의 생물학적 의의에 대해 더 많은 연구가 이루어질 것으로 예상된다.

후속연구

차세대 시컨서를 이용한 DNA 메칠화 분석 등을 통해 식물의 웅성배우체의 영양세포와 정세포에서 3가지 범주의 DNA메칠화 제어가 밝혀졌다. 정세포에서 CpHpH 배열의 메틸화 손실과 수정 후 재설계 기능, 생식에 부수적인 기능을 가진 영양세포에서 CpG 배열의 DNA 탈메틸화 기구, 그리고 정세포와 저분자 RNA의 상호작용 등에 대해서도 게놈 안정성, 이러한 과정의 생물학적 의의에 대해 더 많은 연구가 이루어질 것으로 예상된다. 본 리뷰에서는 식물의 생식 과정상에서 후성유전학적 제어기구는 애기장대 같은 균일한 게놈 정보 및 후성유전학 정보를 가진 모델 생물을 중심으로 연구가 진행된 결과를 토대로 설명하였다.
본 리뷰에서는 식물의 생식 과정상에서 후성유전학적 제어기구는 애기장대 같은 균일한 게놈 정보 및 후성유전학 정보를 가진 모델 생물을 중심으로 연구가 진행된 결과를 토대로 설명하였다. 한편, 향후 우리 인간을 포함한 유전 정보가 균일하지 않은 생물을 대상으로 집단 및 개체의 후성유전학 정보에 다양성을 내포하면서 후성유전학 정보는 어떻게 견고성을 유지하고 있는지, 다양성이 없어지면 유성생식 과정에 어떤 파탄을 초래되는지, 그들이 오랜 세월 동안 진화과정에서 어떻게 영향을 주는지, 연구해 나아갈 것으로 생각된다. 특히 식물 종간 또는 배수체간에서 잡종형성이 비교적 용이하고 잡종강세기구 등 그 과정에서 후성유전학적 제어기구의 해명이 금후 과제라고 생각된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	크로마틴 기능이 FWA 유전자의 전사를 저해한다고 생각되는 이유는?	2012). 한편, Ikeda et al. (2011)은 FACT 히스톤 chaperone 구성 단백질을 코드하는 SSRP1 유전자의 경우에는 met1 돌연변이체와 ssrp1 돌연변이체와 이중헤테로 접합체에서는 중앙세포의 met1 변이에 의한 ssrp1 돌연변이 억제 효과는 미미하였으며, met1 돌연변이체와dme 돌연변이체와 이중헤테로 접합체의 결과와는 다른 양상을 보였다. 이 때문에 DNA 메틸화 이외에도 크로마틴 기능이 FWA 유전자의 전사를 저해하고 있다고 생각되며,SSRP1 유전자의 기능과 잘 일치한다고 하였다(Formosa 2012).
	식물의 생식과정은 어떠한가?	식물은 적당한 광과 온도 조건이 되면 꽃을 피우게 되는데 이는 다음 세대에 종자를 전달하는 가장 기본적인 행위이다. 식물의 생식과정은 수술과 암술의 상호작용에 의해 종의 정체성 유지 및 집단의 다양성 유지 면에서 놀라울 정도로 역동성을 지니고 있다. 식물은 후성유전학 정보를 포함한 유전정보를 다음세대로 어떻게 제대로 전달하는지, 어떤 허용범위 내에서 변화되어 전달하는지, 만약 전달되었다며 어떤 특성과 다양성이 부여되는지, 또는 세대를 거듭함에 따라 진화에 어떤 영향을 주는지에 대한 정보는 아직 자세히 밝혀져 있지 않다.
	식물이 꽃을 피우는 조건과 의의는?	식물은 적당한 광과 온도 조건이 되면 꽃을 피우게 되는데 이는 다음 세대에 종자를 전달하는 가장 기본적인 행위이다. 식물의 생식과정은 수술과 암술의 상호작용에 의해 종의 정체성 유지 및 집단의 다양성 유지 면에서 놀라울 정도로 역동성을 지니고 있다.

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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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