초록 ▼

양분이용효율(NUE) 개량에 필요한 정보와 재료를 확보하기 위하여 NUE의 특성을 조사하고 NUE관련 유전자를 탐색하여 선발된 유전자의 구조와 기능을 분석하였음. 질소, 인, 칼륨, 마그네슘, 철 등이 결핍된 조건에서 발현이 특이적으로 조절되는 전사체 분석과 역 Northern 분석을 통하여 NUE관련유전자 400여종을 선발하였음. 이중 양분수송자(PT, AMT), 지질수송단백질(LTP), 항산화효소(CAT) 등에 대한 구조와 기능 및 발현특성을 상세히 구명하였음. PT유전자의 식물체내 기능검정을 위해 형질전환 벼 계통을 개발하였으

양분이용효율(NUE) 개량에 필요한 정보와 재료를 확보하기 위하여 NUE의 특성을 조사하고 NUE관련 유전자를 탐색하여 선발된 유전자의 구조와 기능을 분석하였음. 질소, 인, 칼륨, 마그네슘, 철 등이 결핍된 조건에서 발현이 특이적으로 조절되는 전사체 분석과 역 Northern 분석을 통하여 NUE관련유전자 400여종을 선발하였음. 이중 양분수송자(PT, AMT), 지질수송단백질(LTP), 항산화효소(CAT) 등에 대한 구조와 기능 및 발현특성을 상세히 구명하였음. PT유전자의 식물체내 기능검정을 위해 형질전환 벼 계통을 개발하였으며, NUE개량용 유용유전자원으로 이용될 수 있을 것으로 기대됨. 양분조건에 대한 차별발현 조절이 확인된 기능미지 전사체중 8종에 대해 RNA전사억제에 의한 기능확인을 시도하였음. 인산결핍시 주요형질의 반응을 분석하여 NUE가 양적형질임을 입증하고 화분의 발달과 발아과정에 칼륨이 중요함을 확인하였음. 인산과 질소 결핍조건에서의 벼 전체유전체의 발현양상을 60K microarray를 이용하여 분석하여 다수 유전자의 발현억제와 소수 유전자의 발현 증가를 확인하였음. 연구결과는 NUE 개량을 위해서는 주요NUE 단일유전자를 포함한 다수 유전자의 조절이 필요함을 제시하였음.

Abstract ▼

Nutrient use efficiency (NUE) is a trait affected by multiple genetic factors. This study was conducted to isolate and characterize genes involved in NUE and understand NUE at molecular levels. About 400 putative NUE-related genes were selected by comparatively analyzing the transcripts expressed un

Nutrient use efficiency (NUE) is a trait affected by multiple genetic factors. This study was conducted to isolate and characterize genes involved in NUE and understand NUE at molecular levels. About 400 putative NUE-related genes were selected by comparatively analyzing the transcripts expressed under various nutrients deficiency conditions. Detailed molecular characterizations were conducted for phosphate transporter (PT), lipid transporter protein (LTP), and catalase (CAT). Four OsPT clones were isolated and their structural and functional characteristics were identified through expression analyses and complementations of yeast mutants. The expression of OsPT1 was root-specfic and also highly specific to phosphorus (P) deficiency. A new OsLTP 1 gene was isolated and its root- and nutrient-stress-specific expression was demonstrated, suggesting its possible involvement in NUE. Regulation of CAT　expression by mineral nutrients was clearly shown at activity, isozyme and gene expression levels. Expression of Cat B gene was drastically increased under Pdeficiency, suggesting its possible role in P use efficiency. Transgenic rice plants overexpressing PT were developed to examine the role of PT in phosphate uptake in vivo. RNA interference was also attempted to identify functions of unknown genes. The transgenic plants should be useful for functional identification and eventually for the improvement of NUE of rice and other crop plants. Responses of growth and acid phosphatases to Pdeficiency indicated the quantitative nature of NUE expression. Microarray analysis was employed to understand NUE at the whole genome level. In addition, the critical role of potassium (K) in pollen germination was suggested by the observations of specific distribution of K at the aperture area.
Overall, many genes of potential use in NUE study and improvement were obtained. Together with the genetic materials, information on NUE expression suggests the importance of major individual genes as well as minor genes in determining NUE.

목차 Contents

• 표지...1
• 제출문...2
• 보고서 초록...3
• 요약문...4
• SUMMARY...8
• CONTENTS...9
• 목차...11
• 제1장 연구개발과제의 개요...13
• 제2장 국내외 연구개발 현황...14
• 1. 국내외 연구개발 현황...14
• 2. 문제점...15
• 3. 앞으로의 전망...15
• 제3장 연구개발수행 내용 및 결과...16
• 제1절 양분이용효율관련 유전자 탐색...16
• 1. 목표 유전자 발현 유도...16
• 2. 양분반응 유전자전사체 탐색...16
• 가. 재료 및 방법...16
• (1) Suppressive subtraction hybridization...16
• (2) 임의서열 primer 증폭 유전자전사체 탐색...16
• (3) cDNA clone의 염기서열 분석에 의한 탐색...18
• 나. 결과 및 고찰...19
• (1) Suppressive subtraction hybridization clone 선발...19
• (2) 임의서열 primer 증폭 유전자전사체 분리...23
• (3) cDNA clone의 염기서열 분석...28
• 제2절 양분이용효율관련 유전자 분리와 발현 특성...35
• 1. 양분수송자 유전자...35
• 가. 재료 및 방법...35
• 나. 결과 및 고찰...37
• (1) 인산수송자...37
• (2) 암모니움수송자...53
• 2. 지질수송단백질 유전자...57
• 가. 재료 및 방법...57
• 나. 결과 및 고찰...57
• 3. 항산화효소 유전자...61
• 가. 재료 및 방법...61
• 나. 결과 및 고찰...62
• 4. 유전자의 식물체 내 기능검정...66
• 가. 재료 및 방법...66
• 나. 결과 및 고찰...68
• (1) 양분수송자 유전자 형질전환 벼 육성...68
• (2) RNA억제(RNAi)에 의한 기능미지 유전자 기능 검정...70
• 제3절 양분이용효율 형질의 발현 특성...73
• 1. 양분결핍에 대한 주요 생육형질의 반응...73
• 가. 재료 및 방법...73
• 나. 결과 및 고찰...73
• 2. 양분결핍에 대한 Acid phosphatase의 반응...77
• 가. 재료 및 방법...77
• 나. 결과 및 고찰...77
• 3. 양분이 화분발달에 미치는 영향...83
• 가. 재료 및 방법...83
• 나. 결과 및 고찰...83
• 4. 양분결핍에 대한 전체 유전체 발현 반응...86
• 가. 재료 및 방법...86
• 나. 결과 및 고찰...86
• 제4장 목표달성도 및 관련분야에의 기여도...90
• 제1절 목표의 달성도...90
• 제2절 관련분야의 기여도...94
• 제5장 연구개발결과의 활용계획...96
• 제6장 연구개발과정에서 수집한 해외과학기술정보...97
• 제7장 참고문헌...98