초록 ▼

- 본 과제는(1)SUT(5종)의 발현 분석 및 SUT KO 라인 분석, (2) 베타카로틴 함량이 크게 증가(12mg/g 종자)된 벼 형질전환 라인 확보, (3) 항암성 물질인 genistein (IFS1, 2 형질전환체 37ug/g)), apigenin 배당체 (myb 전사인자 형질전환체) 고함량이 형질전환 벼 확보, (4)벼의 플라보노이드 초기대사와 이소프레노이드 유전자의 발현 분석 (5) AP2 전사인자 과량발현 및 RNAi 형질전환체 분석으로 요약됨.
- 정량적으로 논문 25편 (SCI 19편, 비 SCI 6편), 특허

- 본 과제는(1)SUT(5종)의 발현 분석 및 SUT KO 라인 분석, (2) 베타카로틴 함량이 크게 증가(12mg/g 종자)된 벼 형질전환 라인 확보, (3) 항암성 물질인 genistein (IFS1, 2 형질전환체 37ug/g)), apigenin 배당체 (myb 전사인자 형질전환체) 고함량이 형질전환 벼 확보, (4)벼의 플라보노이드 초기대사와 이소프레노이드 유전자의 발현 분석 (5) AP2 전사인자 과량발현 및 RNAi 형질전환체 분석으로 요약됨.
- 정량적으로 논문 25편 (SCI 19편, 비 SCI 6편), 특허 8건(출원 6건, 등록 2건), 유용유전자 123종을 보고하였고, 교배모본으로 사용할 수 있는 5종의 유용물질 생산 라인을 확득함,
- 벼의 이소프레노이드와 플라보노이드 대사 자료를 확보함으로써 추후 벼 대사를 응용한 연구에 기초자료를 제공할 수 있고, 기능성 벼 생산 기반을 마련하였다고 자평함.

Abstract ▼

To produce the transgenic rice plants with value-added metabolites in seeds by modifying th primary and secondary metabolic properties, we figured out the functions of the genes encoding the enzymes by either regulation of carbon partitioning or secondary metabolism, i.e., isoprenoid and flavonoid p

To produce the transgenic rice plants with value-added metabolites in seeds by modifying th primary and secondary metabolic properties, we figured out the functions of the genes encoding the enzymes by either regulation of carbon partitioning or secondary metabolism, i.e., isoprenoid and flavonoid pathways, and the genes related with transcriptional regulation, i.e., AP2 and myb transcription factors. World-wide market dealing biotechnological products is continuously growing at a rate of approximately 11% per year, and its size of agricultural materials occupies about 69% of overall size. Seed revenue corresponds 300 million dollars a year (2005), and GMO seeds grew at a rate of 18% every year thereafter became 525 million dollars. Currently the commercialized sees are concentrated to only a few crops, soybean, mize, cotton, and canola with being 99% of whole market size. Moreover argnomical traits are limited to herbicide- and insect-tolerant genes. Concering transgenic rices underway field assessment, GoldenRice, and the insect-tolerant (China) and allergerin-forming (japan) cultivars are the current projects. Although a few genes and crops are only the target of genetic engineering, they produced a tremendous profits to the countries or farmers that cultivate these GM crops. In the contrary, even a single transgenic crops have not been assessed so far. This prompted us to develop the transgenic rices with a higher secondary metabolites in rice by the support of BioGreen21 program.
Current research program initiated by the 3 seperated, but related each other, topics in which transcriptional expression, overexpression, and metabolite analyses of the genes In (1) carbon partitioning, (2) isoprenoid and flavonoid pathways. Eventually, the research project aimed to provide the plant materials for the breeding program. First, transgenic rice lines expressing SPS (mutanized) and SUT were generated to address if they could increase the rate of photosynthetically fixed carbon to sink organs. SUT expression was examined using SUT:GUS transgenic lines to investigate the cellular localization of the SUT transcripts. Two T-DNA mutant lines defective SUT1 and SUT4 activities have been investigated as well. To extend the knowledge on the carbon degradation enzymes in source organs, six genes ioncluding FBPase, invertase, sucrose synthase, glucose 6-phosphate dehydrogenase were cloned, and transformed into rice. Second, to understand the isoprenoid pathway in rice, expression patterns of HMGR belonging to MVE pathway and DXS and DXR in non-MVE pathway were analysed together with the genes related with GA pathway. In the same line of study, 5 genes of isoprenoid pathway were fused to GFP genes, and analyzed the cellular localization. Furthermore, psy and crt genes derived from Erwinia and Korean cultivar pepper wereexpressed in the chloroplast under the control of seed-specific globuilin promoter to produce the beta-carotene enhanced lines which turned out to synthesize 1.2 mg per 100g dehusked seeds. Third, the early pathway of flavonoid synthesis in rice has been extensively examined using biochemical tools such as enzyme expression, purification and reaction. In addition, myb transcription factors that are putatively involved in the regulation of isoflavonoid synthesis were transformed into rice. Resulting transgenic rice plants produced apigenin derivatives known as an anti-cancer agent. We also obtained the transgenic plants expressing either IFS1 or IFS2 which derived from Korean cultivar soybean (Sinpaldalkong). The resulting plants produced the genistein (37.1 ug/1g dehulled seeds) known to anti-cancer agent as well. Overall results obtained during this study could be used for further advanced application.

목차 Contents

• 표지 ...1
• 제출문 ...2
• 최종보고서 초록 ...3
• 요약문 ...4
• SUMMARY ...9
• CONTENTS ...11
• 목차 ...12
• 제 1 장 서 론 ...14
• 제 1 절 형질전환 식물체 연구 필요성 ...15
• 제 2 절 연구의 필요성 ...16
• 제 3 절 연구 목적 ...19
• 제 2 장 국내외 기술개발 현황 ...20
• 제 1 절 벼에서 탄소분배 연구동향 ...20
• 제 2 절 AP2전사인자의 대사경로 조절 기능 ...21
• 제 3 절 Isoprenoid 대사 연구 동향 ...22
• 1. 작물 카로티노이드 대사공학 연구 ...24
• 2. 베타카로틴 생성 황금쌀golden rice) 개발 연구 ...24
• 제 4 절 Flavonoid 대사 연구현황 ...26
• 제 3 장 연구개발수행 내용 및 결과 ...29
• 제 1 절 유용 2차대사물질 대량생산을 위한 벼 탄수화물 분배조절 ...29
• 1. 탄소분배관련 sucrose transporter(SUT) 유전자의 발현 및 변이체 조사 ...29
• 2. Phosphate Transporter 변이체 조사 ...30
• 3. 종자특이 프로모터 개발 ...31
• 4. SPS 변이 유전자 개발 및 SPS 단백질 발현 ...32
• 제 2 절 AP2 전사인자 벼 과량발현 및 RNAi 형질전환에 의한 대사경로 조절 기능연구 ...33
• 1. AP2 전사인자 벼 형질전환체의 개발 ...33
• 2. Isoprenoid pathway 관련 효소 프로모터 GFP 형질전환체의 개발 ...37
• 제 3 절 벼 저장기관 탄소대사 조절에 의한 기능성물질 생산대사효율 증진 ...40
• 1. 탄수화물 대사 유전자 클로닝 및 형질전환 ...40
• 2. 탄수화물 대사관련 효소 유전자 발현 및 항체제작 ...43
• 제 4 절 대사공학 신기술을 이용한 카로티노이드 생산 작물 육성 ...44
• 1. 유전자 다중발현 기술 확립을 통한 베타카로틴 생성 벼 개발 ...44
• 2. 종자특이 발현 유도 고유 프로모터 개발 ...50
• 제 5 절 벼의 isoprenoid 대사체계 및 유전자 발현 조절기작 규명 ...52
• 1. 3종의 DXS 유전자 발현 분석 ...52
• 2. 유전자의 상대적 발현비율을 이용한 대사흐름분석 ...52
• 3. WRKY 전사조절인자의 발현분석 ...53
• 제 6 절 아이소플라본 합성 벼 형질전환체 개발 ...53
• 1. 신팔달통 2호 IFS 유전자 확보 및 형질전환 벡터 제작 ...53
• 2. Genistein 형질전환벼 분석 ...55
• 제 7 절 벼의 isoprenoid 대사체계 및 유전자 발현 조절기작 규명 ...56
• 1. Flavonoid 합성 유전자의 기능 분석 ...56
• 2. Flavonoid 발현 조절 시스템 및 전사 조절 유전자 연구 ...61
• 제 4 장 연구개발목표 달성도 및 대외기여도 ...65
• 1. 계획대비 달성도 ...65
• 2. 대외 기여도 ...66
• 제 5 장 연구개발결과의 활용계획 ...68
• 제 6 장 기타 중요 변동사항 ...69
• 제 7 장 참고문헌 ...70