초록 ▼

O 본 연구는 식물병의 효과적인 방재를 위하여 방선균이 생성하는 다양한 폴리케타이드계 항생물질을 생물학적 방제재로서 이용하고 기존에 사용되고 있는 길항미생물과 식물 생장 촉진 근권미생물 (PGPR) 의 생물학적 방제재로서의 potency를 증진할 수 있는 새로운 생물적 방제시스템의 개발을 목표로 한다. 이를 위하여 방선균이 생성하는 항균활성물질의 생합성유전자군을 발굴하여 근권미생물에서 발현 시키는 시스템을 개발한다. 이 시스템을 이용하여 도입된 방선균의 항균활성물질 생합성 유전자군은 근권미생물에서 발현되어 이들 길항미생물의 식물병

O 본 연구는 식물병의 효과적인 방재를 위하여 방선균이 생성하는 다양한 폴리케타이드계 항생물질을 생물학적 방제재로서 이용하고 기존에 사용되고 있는 길항미생물과 식물 생장 촉진 근권미생물 (PGPR) 의 생물학적 방제재로서의 potency를 증진할 수 있는 새로운 생물적 방제시스템의 개발을 목표로 한다. 이를 위하여 방선균이 생성하는 항균활성물질의 생합성유전자군을 발굴하여 근권미생물에서 발현 시키는 시스템을 개발한다. 이 시스템을 이용하여 도입된 방선균의 항균활성물질 생합성 유전자군은 근권미생물에서 발현되어 이들 길항미생물의 식물병 방제효과를 증진시키게 될 것이다.
○ 이형발현체를 이용한 항균활성물질의 전달 시스템 제작을 통해 토양병원균의 침입 부위인 근권 및 지제부와 같은 target area에 항균활성물질을 직접전달해 주는 전달체 (delevery system) 로서의 개념을 근권세균에 부여하고, agrochemical delivery system으
로서의 근권미생물 역할을 실용화 하고자 한다. 이를 위한 세부 목표는 다음과 같다.
1. 식물병방제용 길항방선균의 발굴 및 이형발현용 항균활성물질의 탐색
토양 미생물인 방선균으로부터 식물병방제용 유용항균활성물질을 탐색하여 구조를 결정하고, 이들 근권미생물에서 분리 순화된 이형발현용 항균활성물질의 방제효과를 검정
2. 단순화된 이형발현체의 모델 시스템 제작
1) 고추재배 토양에서 분리된 Psuedomonas putidda 균주의 transformation system
2) 길항미생물 균주들의 polyketide 생합성관련 precursor pool 의 동정 및 정량 분석
3) Model polyketide인 erythromycin의 생합성 유전자 산물의 하나인 DEBS1 으로부터 생산되는 triketide lactone 생합성 유전자의 도입과 이를 통한 방선균 유전자의 이형발현시 생산량 변동 및 전구물질체의 변동 확인
2. 근권미생물 (rhizobacteria) 모델 시스템에서 발현할 모델 화합물의 생합성 유전자군의 확보
1) 방선균이 생성하는 항균활성물질인 폴리케타이드계 항생물질의 생합성 유전자군을 탐색하기 위하여, 생산균주인 Streptomyces sp.의 genomic DNA library를 제작
2) Sequence based screening을 위 한 probe제 작 및 Fosmid clone의 확인
3) 생합성 유전자군의 클로닝
3. Expression vector system의 개발
1) 항목 1. 에서 개발된 생합성유전자군을 근권미생물에 도입시키기위한 expression vector system의 제작과 생합성 유전자의 클로닝
4. 발현효율 검정
배양액 상태에서의 도입 유전자의 발현 효율 검정-metabolite 변동 양상의 검정
5. 방제효과 검정
도입된 길항 미생물에 의한 온실조건하에서의 Phytophthora capsici에 의한 병발생 억제 효과 검정

Abstract ▼

Actinomycetes produce an immense variety of natural products. Among them, polyketide family is a class of structurally diverse natural products. They are synthesized by enzymatic systems known as polyketide synthases using simple precursor such as propionyl-CoA and malonyl-CoA in a manner similar to

Actinomycetes produce an immense variety of natural products. Among them, polyketide family is a class of structurally diverse natural products. They are synthesized by enzymatic systems known as polyketide synthases using simple precursor such as propionyl-CoA and malonyl-CoA in a manner similar to fatty acid biosynthesis. Many of polyketides have potent antifungal activity against plant pathogenic fungi and their producer actinomycetes have potential as a biological control agent for soil-borne plant diseases since most of actinomycetes are soil-dwelling microorganisms. However, many actinomycetes have limited ability in colonizing the rhizosphere of plants where the infection by plant pathogen occurs. This may diminish their potential as biocontrol agents. On the other hand, rhizobacteria such as Pseudomonas sp. and Rhizobium sp. have innate ability to establish their population in the rhizosphere, although they produce only limited numbers of antibiotic substances. We reasoned that an engineered rhizobacteria producing diverse polyketide antibiotics originating from actinomycetes might be a potent biocontrol agent equipped with both chemical weapons of actinomycetes and root colonizing ability of rhizobacteria. In order to examine the possibility of transplanting the polyketide biosynthetic machinery of actinomycetes into rhizobacteria, we tried heterologous expression of a fusion protein DEBS1-thioesterase (DEBS1-TE) of Saccharopolyspora erythrea in a rhizobacteria strain. DEBS1-TE, is the simplest type I polyketide synthetase which produces triketide lactones. It was constructed by fusion of two genes, eryA1 encoding DEBS1 and eryAIV encoding thioesterase from the gene cluster of the erythromycin polyketide synthase. DEBS1-TE was cloned into an E. coli-Pseudomonas shuttle vector and transferred into Pseudomonas putida strain KT2440. GC-MS analysis of the culture extract of the recombinant strain revealed that the eryA1 was successfully expressed to produce triketide lactones in Pseudomonas putida. This study showed that Pseudomonas rhizobacteria are capable of producing the polyketide antibiotics of heterologous origin. In order to examine the expression of polyketide synthase of antifungal antibiotics in heterologous host, we decided to clone the biosynthetic gene cluster of pradimicin. Pradimicins are potent antifungal antibiotics having an unusual dihydrobenzo[α]naphthacenequinone aglycone substituted with D-alanine and sugars. Pradimicins are polyketide antibiotics produced by Actinomadura hibisca P157-2. The gene cluster involved in the biosynthesis of pradimicins was cloned andsequenced.

목차 Contents

• 표지...1
• 제출문...2
• 요약문...3
• SUMMARY...11
• CONTENTS...13
• 목차...15
• 제 1 장 서 론...17
• 제 2 장 국내외 기술개발 현황...23
• 제 3 장 연구개발수행 내용 및 결과...24
• 제 1 절 이형발현체용 후보 항균활성물질의 확보...24
• 제 2 절 Colletotruchum orbiculare 와 Phytophthora capsici에 대한 salaceyin의 항진균 특성들과 병 방제 효과...27
• 제 3 절 Streptomyces roseoflavus strain LS-A24로부터 staurosporine의 분리와 항진균 및 항난균류활성...35
• 제 4 절 잿빛 곰팡이에 길항 효과를 보이는 Streptomyces sp. strain M10에 의해 생성되는 펩타이드계 항생물질 발리노마이신의 in vitro 항균활성과 in vivo 방제효과...41
• 제 5 절 방선균 2차대사산물 생합성 유전자의 단순화된 이형발현체의 모델시스템 제작...48
• 가. Deoxyerythronolide B (DEB) 생합성 유전자를 이용한 expression 모델시스템제작...48
• 나. 방선균의 2차대사산물 생합성 유전자의 근권세균으로의 도입을 위한 genome-based expression system 제작...51
• 다. 이형발체의 온실조건에서의 근권정착력 검정 실험...53
• 제 6 절 근권세균의 모델시스템에서 발현할 모델화합물의 생합성 유전자군의 확보...54
• 가. 방선균 Streptomyces sp. strain S11이 생성하는 peptide계 항생물질의 생합성유전자 탐색...54
• 나. Actinomadura hibisca 균주로부터 폴리케타이드계 항생물질인 pradimicin의 생합성 유전자군의 확보...57
• 다. Pradimicin 생합성 유전자군의 분석...63
• 제 7 절 프라디마이신 생합성 유전자의 이형발현 및 방제효과 검정...68
• 제 4 장 연구개발목표 달성도 및 대외기여도...70
• 제 5 장 연구개발결과의 활용계획...72
• 제 6 장 기타 중요 변동사항...72
• 제 7 장 참고문헌...73