초록 ▼

본 연구과제는 식물체내 스테로이드성 식물호르몬 Brassinosteorids (BRs)의 함량조절을 위한 생합성과 생분해 과정을 효소반응을 중심으로 subcellular level에서 확립하고, 이렇게 함량 조절된 BRs가 식물 뿌리에서 굴중성 촉진 활성과 관계하여 어떠한 작용기작을 통하여 활성을 나타내는가를 밝히는 것을 연구의 목표로 하였다.
BRs의 생합성 과정을 보다 명확히 밝히기 위하여 하등식물인 우산이끼를 대상으로 BRs 생합성 전구물질 및 내생의 BRs를 조사한 뒤 우산이끼 내 존재하는 BRs 생합성 경로를 효소변환

본 연구과제는 식물체내 스테로이드성 식물호르몬 Brassinosteorids (BRs)의 함량조절을 위한 생합성과 생분해 과정을 효소반응을 중심으로 subcellular level에서 확립하고, 이렇게 함량 조절된 BRs가 식물 뿌리에서 굴중성 촉진 활성과 관계하여 어떠한 작용기작을 통하여 활성을 나타내는가를 밝히는 것을 연구의 목표로 하였다.
BRs의 생합성 과정을 보다 명확히 밝히기 위하여 하등식물인 우산이끼를 대상으로 BRs 생합성 전구물질 및 내생의 BRs를 조사한 뒤 우산이끼 내 존재하는 BRs 생합성 경로를 효소변환 연구에 의해 확인하였다. 강낭콩 배양세포를 사용하여 BRs 생합성 효소 중 아직 특성이 알려지지 않은 효소의 특성을 조사하였다. 또한 BRs의 초기 생분해 과정을 우산이끼와 강낭콩 배양세포에서 brassinolide(BL)과 castasterone (CS)의 feeding 실험 또는 효소변환 연구를 통해 면밀히 조사하고자 하였다. 다음으로, 식물 뿌리 내의 BRs의 생리작용을 조사하기 위해 식물뿌리의 굴중성 반응에 대한 BRs의 활성을 확인하고 BRs의 활성을 IAA과 연계하여 그 상호작용을 조사하고자 하였다. 마지막으로 BRs의 굴중성 촉진 활성의 작용기작을 protein kinase와 expansin 단백질의 발현과 상관하여 조사하였다.
우산이끼 세포로부터 BRs의 생합성 전구물질과 내생의 BRs를 동정하고 효소변환 실험을 중심으로 동세포내 BRs의 생합성 경로를 확립하였다. 또한 강낭콩 현탁 배양세포를 이이용하여 BRs 활성 발현에 중요한 TY 2$\alpha$-hydroxylase, 6-deoxoCS oxidase와 BL synthase가 Cyt P450 효소임을 증명하였다. BRs의 생분해 연구에 있어서는 BL가 생체 내에서 26번 탄소의 demethylation을 통해 26-norBL로 변환되어 활성을 잃어가며, 유사한 C26-demethylation이 CS의 경우에도 일어남을 최초로 증명하였다.
옥수수 뿌리에서 BRs의 굴중성 활성은 뿌리 내 존재하는 BRs에 의해 일어남을 최초로 증명하였으며, 이러한 BR의 굴중성 촉진효과는 auxin의 이동과 상관하여 일어나고, myelin basic protein을 기질로 하는 42-kD protein kinase에 의하여 신호가 전달될 가능성을 확인하였다. 마지막으로 BRs의 굴중성 반응과 Expansin발현의 상관관계를 알아보기 위하여 관련 mutants를 확보하였으며 각 expansins 유전자의 promoter내 IAA responsive element 존재유무를 분석하여 expansin promoter-GUS construct 제조와 expansin mRNA의 3UTR region을 cloning하였다. 향후 mutants의 phenotype을 통한 연구 및 GUS 형질 전환체와 Northern blot을 통하여 굴중성과 관련된 각 expansin 유전자의 발현 양상을 발달 stage와 tissue별로 조사하고자 한다.

Abstract ▼

The purposes of this research are to understand how plants regulate
steady state endogenous level of brassinosteroids (BRs) to show their biological activity, and to establish the action mechanism of BRs activity in plant roots, especially in root gravitropic response.
To understand more about

The purposes of this research are to understand how plants regulate
steady state endogenous level of brassinosteroids (BRs) to show their biological activity, and to establish the action mechanism of BRs activity in plant roots, especially in root gravitropic response.
To understand more about biosynthesis of BRs, biosynthetic pathways for BRs in a liverwort, Marcl-zarztia polymorp ha was examined. To the end, identification of endogenous BRs and BRs biosynthetic precursors in the lower plant were investigated, and proposed biosynthetic pathways were confirmed by in vitro enzymatic conversions. In addition, some important enzymes involved in BRs biosynthesis were characterized by enzyme reactions in cultured cells of Phaseolus vulagris. To elucidate biodegradative process of BRs, feeding experiments and enzymatic conversions of brassinolide (BL) and castasterone (CS) were carned out in both plants. Next, BRs activity in plant root gravitropism was determined, and interaction of BRs and IAA in the gravitropic activity was investigated in maize roots. Possible involvement of protein kinase(s) and expansin(s) in signal transduction of the gravitropic activity induced by BRs was also examined.
From a liverwort, M. polymorpha, BRs and BRs precursors were the first identified. Based on the structural characteristics of endogenous BRs and their precursors, the presence of the early and late C6 oxidation pathway for BRs biosynthesis in the lower plant was proposed, and the possibility was verified by in vivo feeding experiments and/or in vitro enzymatic conversions using isotope labelled substrates. Important enzymes to show BR activity such as TY 2ci hydroxylase, 6 deoxoCS oxidase and BL synthase were the first characterized to be Cyt P450s in Phaseolus cells. In addition, it was the first demonstrated that BL and CS were biodegraded into 26 norBL and 26 noCS in both plants.
Activation of gravitropic curvature by BRs was the first demonstrated in maize roots, and the activity were enhanced in the presence of IAA. Possible involvement of 42 kD protein kinase which can phosphorylate myelin basic protein in the gravitropic response enhanced by BRs was proposed. To examine whether expansin is the target protein to show BR induced gravitropic activity, selection of expansin deficient mutants, synthesis of expansin promoter GUS construct, cloning of 3’ UTR region of expansin mRNA were carried out. With these, molecular genetic study of expansin in BR induced gravitropic curvature will be performed.

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 ...10
• 3. 결과 및 고찰 ...14
• 4. 결론 ...62
• 5. 인용문헌 ...68