초록 ▼

본 연구는 자생식물의 성장/발생 조절유전자의 분리 및 그 기능 분석을 통하여 유용 형질전환 식물체 개발을 기본 방향으로 하고 있다. 따라서 본 연구는 (1) 기능성 유전자의 대량 분리와 기능 분석 (2) 식물호르몬 옥신과 에틸렌의 강호 작용 네트워크 기작 규명 (3) 에틸렌 신호전달 반응 규명 (4) 식물체에서의 telomerase와 telomeric repeat binding factor의 기능 분석 등 4가지의 궁극적 연구 목표를 설정하고 있다. 이러한 연구 목표를 달성하기 위해 기난 2단계 (2년 8개원) 동안의 연구에서는 (

본 연구는 자생식물의 성장/발생 조절유전자의 분리 및 그 기능 분석을 통하여 유용 형질전환 식물체 개발을 기본 방향으로 하고 있다. 따라서 본 연구는 (1) 기능성 유전자의 대량 분리와 기능 분석 (2) 식물호르몬 옥신과 에틸렌의 강호 작용 네트워크 기작 규명 (3) 에틸렌 신호전달 반응 규명 (4) 식물체에서의 telomerase와 telomeric repeat binding factor의 기능 분석 등 4가지의 궁극적 연구 목표를 설정하고 있다. 이러한 연구 목표를 달성하기 위해 기난 2단계 (2년 8개원) 동안의 연구에서는 (1) 형질전환 Arabidopsis를 이용하여 옥신과 brassinosteroid에 의해 유도되는 녹두 ACC synthase 7 유전자의 기능 분석 (2) CaXET 유전자가 과다 발현되는 형질전환 애기장대 제작 및 그 표현형분석 (3) BY-2 세포 주기 동안 telomeric repeat binding factor (NgTRF1) mRNA 발현 양상 규명과 그 세포내 기능 규명 (4) NgTRF1 발현이 변화된 담배 세포에서의 telomere 길이 변화 및 세포 사멸 기작 규명 (5) 고추의 뿌리 발생 단계 cDNA librarry로부터 총 3,000개 EST수행 과 18개 뿌리 특이적 유전자의 의 발현 양상 극명 등 5가지 연구 과제를 수해하였다. 그 결과 auxin-responsive 챤-acting element가 ACS7 promoter의 -500 nt이내에 있음을 밝혔으며 이 부분에 결합하는 핵단백질의 존재도 확인하였다. 합성 유전자 AtACS4를 강하게 유도됨을 밝혔다. 에틸렌 생합성 유전자 AtACS4와 AtACS8의 double knock-out 돌연변이체를 제작하였고, 그 표현형을 분석한 결과 애기장대의 초기 줄기 성장에 옥신, 에틸렌 및 brassinosteroid emd 3종류의 호르몬이 작용함을 알 수 있었다. 담배 BY-2 세포를 모델시스템으로 하는 식물 telomerase/TRF 연구는 NgTRF1이 telomerase 활성의 negative 인자로 작용함을 밝혔으며 이 결과는 The Plant Cell에 2004년 12월에 발표하였다. 또한 TRF mRNA의 발현 양상이 변화되는 BY-2 세포는 결국 programmed cell death의 기작을 거쳐 사멸됨을 밝힘으로써 telomere 길이 조절이 식물세포 수명에 매우 중요하다는 모델을 게시하였다. 마지막으로 1-2단계 연구를 통하여 제작한 고추의 early root와 early hairy root의 cDNA library에서 4,000개의 EST를 분석하였다. Reverse Northern과 Northern 분석 결과 18종류의 뿌리 발생 관련 유전자를 분리하여 그 발현 양상을 자세히 분석한 바 있다. 이상과 같이 요약한 본 과제의 2단계 연구 결과는 3단계에서 진행할 예정인 보다 심층적인 연구에 중요한기본적 기식을 제공하고 있다고 사료된다.

Abstract ▼

Telomeres are specialized nucleoprotein complexes that areessential for preserving chromosome integrity in eukaryotic cells. Several potential telomere-bindingproteins have recently been identified in higher plants, but nothing is known about their in vivo functions. We previously identified NgTRF1

Telomeres are specialized nucleoprotein complexes that areessential for preserving chromosome integrity in eukaryotic cells. Several potential telomere-bindingproteins have recently been identified in higher plants, but nothing is known about their in vivo functions. We previously identified NgTRF1 as a double-stranded telomeric repeat binding factor in tobacco and here show that the binding of NgTRF1 to telomeric repeats inhibits telomerase-mediated telomere extension. To determine whether NgTRF1 is involved in telomere length regulation, we established transgenictobacco BY-2 cell lines that overexpress or suppress NgTRF1. Pulsed-field gel electrophoresis showed that 35S::NgTRF1 cells exhibited significantly shortened telomeres (45-10 kb), whereas 35S::antisense-NgTRF1 cells contained longer telomeres (80-25 kb) compared to wild type and 35S::GUS control cells (65-15 kb), indicatingthat telomere length inversely correlates with the amount of functional NgTRF1 in BY-2 cells. 35S::NgTRF1 cells with shorter telomeres displayed a progressive reduction in cell viability and stopped dividing after 25-40 successive rounds of 12-day batch subculture, in sharp contrast to control cells, which have an unlimited capacity for division. Inter-nucleosomal DNA fragmentation, mitochondrial release of cytochrome c and TUNEL-positive nuclei were detected in 35S::NgTRF1 cells during prolonged subculture, indicating that enhanced cell death was due to anapoptosis-like mechanism. 35S:antisense-NgTRF1 cells containing low levels of NgTRF1 also exhibited a progressive decrease in cell viability and apoptotic cell death, but less so than did 35S::NgTRF1 cells, suggesting that the level of NgTRF1 is critically associated with cell viability. Taken together, these data indicate that perturbation of NgTRF1expression results in changes in telomere length and stability, which in turn causesapoptotic cell death in transgenic BY-2 cells. These results are discussed in light of the suggestion that NgTRF1 is involved in the mechanism by which telomere length and stability are maintained. We further suggest that the structural stability of telomeres, in addition to length maintenance, is essential for their function and for the immortality of BY-2 cells.

목차 Contents

• 제 1 장 연구개발과제의 개요...16
• 제 2 장 국내외 기술개발 현황...18
• 제 3 장 연구개발수행 내용 및 결과...20
• 제 1 절 : The Vr-PLC3 gene encodes a putative plasma membrane-localized phosphinositide-specific phospholipase C whose expression is induced by abiotic stress in mung bean...22
• 제 2 절 : A proteomic analysis identifies glutathione S-transferase isoforms whose abundance is differentially regulated by ethylene during the formation of early root epidermis in Arabidopsis seedlings...32
• 제 3 절 : Light Differentially Regulates the Expression of Two Members of the Auxin-induced 1-Aminocyclopropane-1-carboxylate Synthase Gene Family in Mung Bean (Vigna radiataL.) Seedlings...41
• 제 4 절 : The ethylene-responsive factor like protein 1 (CaERFLP1) of hot pepper (Capsicum annuum L.) interacts in vitro with both Gee and DRE/CRT sequences with different binding affinities: possible biological roles of CaERFLP1 in response to pathogen infection and high salinity conditions in transgenic tobacco plants...54
• 제 5 절 : The CaPRP1 gene encoding a putative proline-rich glycoprotein is highly expressed in rapidly elongating early roots and leaves in hot pepper (Capsicum annuum L. cv. Pukang)...75
• 제 6 절 : Perturbation of NgTRF1expression induces apoptosis-like cell death in tobacco BY-2 cells and implicates NgTRF1 in the control of telomere length and stability...81
• 제 7 절 : Isolationand functional characterization of the Ca-DREBLP1 gene encoding a dehydration responsive element-binding factor like protein 1 from Capsicum annuum L. cv Pukang)...97
• 제 4 장 목표달성도 및 관련분야에의 기여도...111
• 제 5 장 연구개발결과의 활용계획...113
• 제 6 장 연구개발과정에서 수집한 해외과학기술정보...113
• 제 7 장 참고문헌...114
• 세부과제: 저온신호전달 구성성분 유전자 발굴 및 기능연구와 cross-talk 규명...130