초록 ▼

연구의 목적 및 내용
본 연구는 식물뿐만 아니라 동물 및 미생물 등 생명체의 RNA folding에 관여하는 RNA 샤페론의 기능을 규명하고, 특히 저온 스트레스 극복과정에 RNA 샤페론이 어떻게 그 기능을 발휘하는지를 밝히고자 하였다. 본 연구에서는 glycine-rich RNA-binding protein(GRP) 및 cold shock domain protein(CSDP)이 스트레스 하에서 전사 후 유전자발현을 조절하는 RNA 샤페론으로 작용하는지를 밝히고, 이를 활용하여 다양한 스트레스 내성 작물 육성 기술을 개발하는

연구의 목적 및 내용
본 연구는 식물뿐만 아니라 동물 및 미생물 등 생명체의 RNA folding에 관여하는 RNA 샤페론의 기능을 규명하고, 특히 저온 스트레스 극복과정에 RNA 샤페론이 어떻게 그 기능을 발휘하는지를 밝히고자 하였다. 본 연구에서는 glycine-rich RNA-binding protein(GRP) 및 cold shock domain protein(CSDP)이 스트레스 하에서 전사 후 유전자발현을 조절하는 RNA 샤페론으로 작용하는지를 밝히고, 이를 활용하여 다양한 스트레스 내성 작물 육성 기술을 개발하는 것을 최종목표로 수행하였다.
연구결과
RNA 가공, 안정성, 번역 등 RNA 대사 과정을 조절하는 RNA-결합 단백질 가운데, 본 연구에서는 다양한 환경 스트레스에 의해 발현이 크게 유도되는 CSDP, GRP 및 RNA helicase를 대상으로, 이들 유전자의 스트레스 내성 기능과 RNA 샤페론 활성을 규명하였다. 1) 애기장대 과발현 형질전환체 및 knockout 돌연변이체의 스트레스 반응 및 내성 여부를 분석하여 이들 유전자의 스트레스 관련 기능을 조사하였고, 2) CSDP, GRP 및 RNA helicase의 RNA 샤페론으로서의 작용 여부를 대장균을 이용한 cold shock assay, transcription anti-termination assay, DNA-melting assay, RNase cleavage assay 등을 통하여 규명하였다. 특히, 본 연구의 핵심사항의 하나인 RNA 샤페론의 기능을 명확히 밝히기 위하여, 3) RNA 샤페론 활성도에 큰 차이를 보인 GRP 및 CSP family member 간의 domain swapping 실험을 통하여, N-terminal RRM(RNA-recognition motif), N-terminal CSD, C-terminal glycine-rich, C-terminal zinc finger domain 등이 RNA 샤페론 활성도에 미치는 영향을 분석하였다. 4) 이러한 연구결과를 바탕으로 RNA 샤페론을 활용한 스트레스 내성 작물 개발 가능성을 제시하였다.
연구결과의 활용계획
본 연구결과는 스트레스 극복과정에 관여하는 유전자의 전사 후 단계에서의 조절과정을 이해하는데 기여하였으며, 식물이 어떻게 외부 스트레스에 대응하는지 그 저항성을 이해하는데 기여하였다. 본 연구결과 RNA 대사 과정을 조절하는 RNA 샤페론의 기능을 한차원 높게 이해할 수 있는 학문적 기반이 마련되었다. 본 연구를 통하여 기능이 규명된 RNA 샤페론 유전자원을 경제 작물에 형질전환하여 저온에 내성을 가진 벼, 밀, 오이작물 등 스트레스 저항성 고부가가치 작물을 개발하는데 활용할 수 있을 것으로 기대된다.

Abstract ▼

Purpose & contents
The aim of this research was to elucidate the molecular functions of RNA-chaperones that play a critical role in RNA folding in plants, animals and microorganisms. Special focus was given to elucidate how RNA chaperones exert their roles during cold stress adaptation. In this r

Purpose & contents
The aim of this research was to elucidate the molecular functions of RNA-chaperones that play a critical role in RNA folding in plants, animals and microorganisms. Special focus was given to elucidate how RNA chaperones exert their roles during cold stress adaptation. In this research, glycine-rich RNA-binding proteins (GRPs) and cold shock domain proteins (CSDPs) were investigated whether they function as RNA chaperones in the posttranscriptional regulation of gene expression under stress conditions. The ultimate goal of this research was to utilize RNA chaperones as a means to generate stress-tolerant crops.
Result
Among the RNA-binding proteins that modulate RNA metabolism, including RNA processing, stability and translation, CSDPs, GRPs and RNA helicases that are highly induced during environmental stresses were investigated whether they function as RNA chaperones during stress adaptation process. First, the overexpression transgenic plants and loss-of-function mutants were analysed for their responses and resistance to various stresses. Second, the RNA chaperone activities of CSDPs, GRPs and RNA helicases were tested using cold shock assay, transcription anti-termination assay, DNA-melting assay and RNase cleavage assay. Third, in oder to elucidate definitely the action mechanisms of RNA chaperones, domain swapping experiments between N-terminal RRM (RNA-recognition motif), N-terminal CSD, C-terminal glycine-rich and C-terminal zinc finger domains were conducted, which is crucial to understand the importance of each domain in RNA chaperone activity. Finally, the possibility to generate stress-tolerant plants was proposed by utilizing RNA chaperones.
Expected Contribution
This research provided an important information for our understanding of posttranscriptional regulation of stress adaptation and tolerance process in plants. The results of this research also provided a solid scientific background for better understanding the functions of RNA chaperones as a modulator for the control of RNA metabolism. RNA chaperones whose activities and functional roles have been confirmed in this study can be used to generate stress-tolerant crops such as rice, wheat and cucumber by genetic transformation.

목차 Contents

• 중견연구자지원사업(핵심연구) 최종보고서 ... 1
• 목 차 ... 2
• Ⅰ. 연구 계획 요약문 ... 3
• 1. 국문 요약문 ... 3
• Ⅱ. 연구 결과 요약문 ... 4
• 1. 한글요약문 ... 4
• 2. SUMMARY ... 5
• Ⅲ. 연구 내용 및 결과 ... 6
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 6
• 2. 국내외 기술개발 현황 ... 7
• 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 8
• 4. 목표 달성도 및 관련 분야에의 기여도 ... 29
• 5. 연구결과의 활용계획 ... 30
• 6. 연구과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 31
• 7. 주관연구책임자(공동연구원) 대표적 연구 실적 ... 32
• 8. 참고 문헌 ... 33
• 9. 연구 성과 ... 35
• 10. 기타사항 ... 41