초록 ▼

기능적 녹색지속성(functional stay-green)은 광합성능을 유지하면서 잎의 노화시기를 지연시키는 반면 비기능적 녹색지속성(nonfunctional stay-green)은 종자등숙기에 광합성능이 유지되지 않으므로 수량하고는 관계가 없다. 그리하여 기능적 녹색지속성은 식량작물의 수확량 증가에 기여할 수 있을 것으로 기대된다. 벼의 기능적 녹색지속 변이체인 SNU-SG1은 수확량과 임실률 증대에 상당한 연관이 있다는 것을 밝혔고 주동 QTL을 밝히기 위해서 SNU-SG1을 우리나라 고수량성 재배품종(일품벼 및 밀양23호)과

기능적 녹색지속성(functional stay-green)은 광합성능을 유지하면서 잎의 노화시기를 지연시키는 반면 비기능적 녹색지속성(nonfunctional stay-green)은 종자등숙기에 광합성능이 유지되지 않으므로 수량하고는 관계가 없다. 그리하여 기능적 녹색지속성은 식량작물의 수확량 증가에 기여할 수 있을 것으로 기대된다. 벼의 기능적 녹색지속 변이체인 SNU-SG1은 수확량과 임실률 증대에 상당한 연관이 있다는 것을 밝혔고 주동 QTL을 밝히기 위해서 SNU-SG1을 우리나라 고수량성 재배품종(일품벼 및 밀양23호)과 교배를 하여 QTL 분석을 위해 약 100개 이상의 PCR-based DNA 마커를 각각 사용하여 F2 집단과 F6 RIL 집단을 분석하였다. polymorphism을 보이는 분자마커를 기반으로 SNU-SG1/밀양23호 F2 집단 및 RIL 집단의 QTL 분석으로 SNU-SG1의 기능적 녹색지속 표현형은 적은 수의 주동 QTL에 의해 조절되며 특히 9번 염색체에서 발견된 2개의 주동 QTL은 SNU-SG1의 기능적 녹색지속성에 가장 큰 영향을 주는 타겟 유전자좌임을 밝혔다. 이러한 QTL 마커를 기반으로 한 SNU-SG1의 분자육종을 통해 저투입 고수량성 자포니카벼의 육종에 도움이 될 것으로 사료된다. 비기능적 녹색지속 돌연변이체를 이용하여 동정한 Sgr 유전자를 과다발현시킨 벼는 잎이 황갈색이 되는 것을 보아 Sgr 유전자가 전사단계에서 엽록소 분해를 조절하는 것으로 판단된다. 그리고 노화가 진행되는 동안 엽록소와 Lhcp 단백질의 분해의 전제조건인 Lhcp complex의 불안정성이 sgr에서는 일어나지 않는 것을 관찰하였는데, 담배에 Sgr을 과다 발현시켜 in vivo pull-down 방법을 통해 Sgr과 LhcpII가 서로 interaction하고 있음을 밝혀내어 노화가 진행 중인 잎에서 Sgr이 직접적으로 LhcpII의 분해를 유도하여 엽록소 분해효소에가 엽록소를, protease들이 LhcpII를 분해 할 수 있도록 유도하고 있음을 보였다. 벼 돌연변이체를 이용하여 다음에 명시한 수량성 관련 벼 유전자들을 지도기초 동정하여 현재 연구중이다. Chlorina-1(Chl1)과 Chl9은 각각 Mg-chelatase의 ChlD와 ChlI subunit을, Virescent-1과 Stripe-1은 각각 Ribonucleotide reductase large 및 small subunit 단백질을, Zebra-necrosis는 chloroplast thylakoid-bound high affinity nickel transport 단백질을, Rolled fine striped leaf는 chromatin-remodeling 단백질을, Narrow leaf-2/-3는 벼 염색체 11번 및 12번에 위치한 AtPRS homolog인 전사인자를, Bright green leaf는 신호전달 기작중 Rop(Rhp of plant)를 활성화시키는 RopGEF 단백질을, Narrow leaf-1/5는 trypsin-like serine protease domain을 갖는 단백질을 인코딩하는 유전자들은 현재 형질전환 및 단백질 기능분석 등 분자유전학적 및 분자생화학 연구를 진행하고 있다. Sgr 유전자를 잔디품종 육성에 활용하기 위하여 유전자를 RNAi 삭물형질전환 벡터 pB7GWIW2(II)에 삽입하고 아그로박테리아를 이용하여 한국들잔디“Zenith" 배발생 캘러스를 형질전환하여 선발한 결과 74계통의 형질전환체를 얻었으며, 그 중 58계통에서 형질전환에 따른 bar 유전자의 삽입이 확인되었다. Sgr 유전자의 발현을 조사하기 위하여 sgr(ZjSgr1) 형질전환 잔디 잎을 10일간 암처리 한 결과 대조식물들의 잎은 전반적으로 갈변한 반면에 형질 전환 잔디들은 잎이 다양한 수준의 녹색을 유지하고 있음을 확인할 수 있었다. 이로써 Sgr RNAi 유전자를 잔디에 도입함으로써 휴면잔디의 엽색이 녹색인 계통을 육성할 수 있을 것으로 판단된다.

Abstract ▼

In the near future, we will suffer from the shortage of total crop yield because the more crop production will be needed for not only food for mankinds and feeds for livestock, but also for the production of biofuels. In the 21 century, conventional crossbreeding is no more promising approach for th

In the near future, we will suffer from the shortage of total crop yield because the more crop production will be needed for not only food for mankinds and feeds for livestock, but also for the production of biofuels. In the 21 century, conventional crossbreeding is no more promising approach for the increase of crop yield or improvement of crop quality. Thus, in order to overcome the barrier of conventional breeding technology, the current biotechnological research trends are to search for the value-additive genes from wild species as well as phenotypic mutants obtained by the knock-out transformation, enhancer trap, transposon tagging, and chemical mutagenesis. Most inheritable traits that control crop yield are discovered mostly as quantitative trait loci (QTL) from the cross with their wild species or some specific breeding lines. The main-effect QTL genes can be isolated only by map-based cloning approach. In addition, some phenotypic mutants display such similar symptoms as leaf chlorisis (sudden leaf yellowing) occurred typically when the plants are severely stressed by unfavorable environmental factors, eg. cold, drought, or salt damages) and pest-pathogen attacks. These varients or mutants become the most valuable genetic sources to give information of the value-additive genes as well as study the molecular resistant mechanisms to overcome and/or protect from abiotic and biotic stresses.
In contrast to a dicot plant Arabidopsis, rice is a model plant for studying the genomics of monocotyledon species whose DNA markers and molecular genetic map have been well-developed compared to other crop plants. Based on the current research progress on rice genomics, the value-additive genes can be easily isolated and then intensively studied to determine the function in crop improvement. In this project, we have been focus on the photosynthesis-related genes, especially chlorophyll synthesis and chloroplast development during leaf development and senescence, more accurately during grain filling. The improvement of genes affecting photosynthesis will lead to either increase of total biomass for food and biofuel or improvement of economical value. The major parts of this research is 1) the QTL identification of functional stay-green trait in SNU-SG1 and the analysis of their physiological benefits for increasing grain yield, and the evaluation of possible molecular marker for marker-assisted breeding for low-input high-yield rice, 2) the functional analysis of a nonfunctional stay-green Sgr gene during leaf senescence and the achievement of international patent for the gene itself and the methods for generating the transgenic stay-green plants, 3) the map-based cloning and functional analysis of the yield-related genes in rice for decipher the mystery of the regulatory mechanism of chloroplast development and maintenance, 4) the generation of transgenic stay-green turfgrass through RNA interference or antisense silencing technology to extend the green period of the playing grounds.

목차 Contents

• 제출문...1
• 보고서 초록...2
• 요약문...3
• SUMMARY...8
• CONTENTS...11
• 목차...12
• 제1장 연구개발과제의 개요...13
• 제2장 국내외 기술개발의 현황...15
• 1. 기능적 녹색지속 형질 및 농업적 특성 연구...15
• 2. 비기능적 녹색지속 형질 및 농업적 특성 연구...16
• 3. 엽록소 합성 및 엽록체 발달에 관여하는 Mg-chelatase 유전자 연구...18
• 4. 녹색지속 잔디 형질전환에 관한 연구...19
• 제3장 연구개발수행내용 및 결과...20
• 제1절 SNU-SG1 벼의 기능적 녹색지속성 QTL 동정 연구...20
• 제2절 비기능적 녹색지속성 Sgr 유전자 동정 및 기능 연구...37
• 제3절 Mg-chelatase의 ChlD 및 ChlI subunit을 코딩하는 Chlorina-1 및 Chlorina-9 유전자 동정 및 기능 연구 ...63
• 제4절 녹색지속 잔디 형질전환에 관한 연구...78
• 제4장 목표 달성도 및 관련분야에의 기여도...83
• 1. 연차별 연구 개발목표 및 내용...83
• 2. 2단계 연구개발 최종목표...83
• 3. 연구의 세부목표 및 추진 실적...84
• 4. 관련분야 기여도...84
• 제5장 연구개발 결과의 활용 계획...85
• 제6장 연구개발과정에서 수집한 해외기술과학 정보...86
• 제7장 참고문헌...88