초록 ▼

본 연구는 DNA와 RNA에 결합하는 핵산 결합 단백질들에 의한 유전자 발현 조절과 환경스트레스 극복 기작 규명을 목표로 하였다. 유전자 발현의 전사 단계에 관여하는 DNA 결합 단백질들(DNA-binding proteins)과, 전사된 mRNA의 processing, transport, translation, stabilization 등과 같이 전사후(post-transcription) 단계에 관여하는 RNA 결합 단백질들 (RNA-binding proteins)의 작용 기작을 규명하고자 하였다. 특히, 동·식물체 및 미생물이 저

본 연구는 DNA와 RNA에 결합하는 핵산 결합 단백질들에 의한 유전자 발현 조절과 환경스트레스 극복 기작 규명을 목표로 하였다. 유전자 발현의 전사 단계에 관여하는 DNA 결합 단백질들(DNA-binding proteins)과, 전사된 mRNA의 processing, transport, translation, stabilization 등과 같이 전사후(post-transcription) 단계에 관여하는 RNA 결합 단백질들 (RNA-binding proteins)의 작용 기작을 규명하고자 하였다. 특히, 동·식물체 및 미생물이 저온 스트레스에 노출되었을 때, RNA folding에 관여함으로써 유전자 발현을 조절하는 RNA 결합 단백질의 “RNA chaperone”으로써의 기능을 규명하고자 하였다.
DNA나 RNA에 결합하여 전사 과정에나 전사 후 과정의 유전자 발현 및 조절에 관여하는 핵산 결합 단백질들을 분리하였고, 분리한 유전자의 작용 기작을 애기장대를 모델식물체로 이용하여 조사하였다. DNA에 결합하는 high mobility group (HMG) 단백질을 연구하였고, RNA에 결합하여 가뭄, 저온, 고염분 등의 환경 스트레스 반응에 기능을 할 것으로 여겨진 glycine-rich RNA-binding proteins (GRP)과 cold shock domain protein (CSDP)에 대한 연구를 수행하였다. 그 결과, 가) 애기장대의 HMG 단백질과 GRP 유전자를 다수 분리하여, 나) 각 유전자의 조직별 발현정도를 정량적으로 분석하였고, 가뭄, 저온, 고염분 등 다양한 환경 스트레스에 따른 발현양상을 조사하였다. 다) 이들 단백질의 핵산 결합 여부를 확인하였고, 라) 기능 규명을 위하여 과발현 형질전환체를 제작하였고 T-DNA tagged 돌연변이체를 확보하였으며, 이들 식물체를 활용하여 다양한 환경 스트레스 하에서의 기능을 조사하였다. 또한 마) 대장균을 활용한 cold shock assay를 통하여 저온 내성에 관여하는 GRP 및 CSDP의 RNA chaperone으로서의 기능을 확인하였다. 바) GRP가 결합하는 RNA target을 찾기 위하여 과발현 형질전환체 및 돌연변이체의 단백체(proteome) 분석을 하였고, GRP에 의해 발현이 조절되는 다수의 유전자를 확인하였다.
본 연구결과는 HMG 단백질 및 GRP의 스트레스 내성 기능을 이해하는데 중요한 단서를 제공하였다. HMG 단백질이 스트레스 조건하에서 다양한 유전자의 전사를 조절함으로서 스트레스 내성에 관여할 수 있음을 제시하였다. 또한 그동안 가능성으로만 제시되었던 GRP의 스트레스 내성 기능을 처음으로 밝혀, 스트레스 극복과정에 관여하는 유전자의 전사 후 단계에서의 조절과정을 이해하는데 중요한 진전을 이루었다. 본 연구는 식물체뿐만 아니라 동물 및 미생물 등 다른 생명체의 스트레스 극복과정을 이해하고, 생명체가 어떻게 외부 스트레스에 대응하는지 그 저항성을 이해 하는데도 크게 도움이 될 것이며, 본 연구결과 기능이 규명된 유용 유전자를 활용하여 저온에 내성을 가진 벼, 오이작물 및 수박의 개발이나, 가뭄에 저항성을 가진 콩품종의 개발 등 여러 가지 작물에 다양하게 이용될 수 있는 기반을 제시하였다.

Abstract ▼

The aim of this research is to elucidate the control of gene expression and the mechanism of stress adaptation by nucleic acid-binding proteins. The research includes DNA-binding proteins that play roles in transcriptional regulation, and RNA-binding proteins that play roles in posttranscriptional r

The aim of this research is to elucidate the control of gene expression and the mechanism of stress adaptation by nucleic acid-binding proteins. The research includes DNA-binding proteins that play roles in transcriptional regulation, and RNA-binding proteins that play roles in posttranscriptional regulation such as mRNA processing, stabilization, transport and translation. Special focus is given to investigate the function of RNA-binding proteins as "RNA chaperone" that are involved in RNA-folding process, which play roles in gene regulation in plants, animal, and microorganisms under cold stress.
In this research, the function and reaction mechanism of nucleic acid-binding proteins, which bind to DNA or RNA and play important roles in transcriptional and post-transcriptional regulations of gene expression, are studied in Arabidopsis as a model plant. The high mobility group protein, glycine-rich RNA-binding protein (GRP) and cold shock domain protein (CSDP), which are induced by drought, cold, or high salinity are the main focus for this study. A) Several HMG and GRP genes were isolated, and B) the tissue-specific and stress-related expression patterns were analyzed. C) Nucleic acid-binding properties were investigated, and D) in order to probe the function of these genes, the Arabidopsis transgenic plants and knockout mutants were generated and their responses to different stress conditions were analyzed. E) The possible roles of GRPs and CSDP as "RNA chaperone" were assessed using E. coli cold shock assay system. (F) To find the potential targets for GRPs, the proteomes of transgenic Arabidopsis plants and knockout mutants were analyzed, and several proteins that were either up- or down-regulated by GRP were identified.
The results of this research provided a novel information for understanding the stress-related functions of HMGs and GRPs in plants. The results add our knowledges of the transcriptional and posttranscriptional regulations of gene expression involved in stress adaptation process. The results are of primary importance to understand the mechanisms of stress adaptation in living organisms including plants, animals, and microorganisms under stress conditions, which in turn provides a valuable way to generate transgenic plants with higher resistance to environmental stresses by genetic transformation of the genes encoding nucleic acid-binding proteins.

목차 Contents

• Ⅰ. 연구계획 요약문...3
• 1. 국문요약문...3
• Ⅱ. 연구결과 요약문...4
• 1. 국문요약문...4
• 2. 영문요약문...5
• Ⅲ. 연구내용...6
• 1. 서론...6
• 2. 연구방법 및 이론...9
• 3. 결과 및 고찰...11
• 4. 결론...35
• 5. 인용문헌...36