초록 ▼

연구의 목적 및 내용
식물은 중요한 진화적 적응기작의 하나로·정교한 개화조절네트워크를 가지고 있다. 본 연구에서는 개화조절네트워크를 구성하는 개화유전자들을 분자유전학적, 생화학적 방법으로 대량 발굴하고, 이들의 기능을 분석함으로서 개화유도의 상세한 분자메커니즘을 규명하고자 하였다. 본 연구에서는 애기장대를 재료로 하여 생화학적 단백질 분리 방법과 분자유전학적 방법으로 개화유전자 대량발굴을 수행하였다. 개화유전자의 분자유전학적 발굴을 위해서는 본 연구실에 기확보하고 있는 조기개화 돌연변이체들과 춘화처리(개화를 촉진하는 장기간의

연구의 목적 및 내용
식물은 중요한 진화적 적응기작의 하나로·정교한 개화조절네트워크를 가지고 있다. 본 연구에서는 개화조절네트워크를 구성하는 개화유전자들을 분자유전학적, 생화학적 방법으로 대량 발굴하고, 이들의 기능을 분석함으로서 개화유도의 상세한 분자메커니즘을 규명하고자 하였다. 본 연구에서는 애기장대를 재료로 하여 생화학적 단백질 분리 방법과 분자유전학적 방법으로 개화유전자 대량발굴을 수행하였다. 개화유전자의 분자유전학적 발굴을 위해서는 본 연구실에 기확보하고 있는 조기개화 돌연변이체들과 춘화처리(개화를 촉진하는 장기간의 저온처리) 신호를 인식하지 못하는 돌연변이체들을 선별하여, 이들로부터 유전자를 클로닝하고 각각의 생화학적 기능을 분석하였다.
연구결과
본 연구에서는 애기장대를 재료로 하여 생화학적 단백질 분리 방법과 분자유전학적 방법으로 개화유전자 대량발굴을 수행하였다.
1단계 3년의 연구 기간 동안 동정된 개화유전자는 분자유전학적 방법으로 SUF4, SUF5, SUF9, SWC6 등 4종류를, 생화학적 방법으로 RGL1, DCL4 등 2종류를 얻었다. 또한 춘화처리 신호전달 관련 돌연변이체를 2종류 확보하고 유전자 클로닝을 진행하였다.
2단계 2년의 연구 기간 동안 애기장대 겨울종의 개화특성을 결정하는 유전자 FRI와 FLC의 기능을 생화학적으로 명쾌하게 규명하여 FRI complex의 전사조절단백질 기능이 어떻게 F LC 전사로 구현되는 지를 밝혀내었다. 또한 춘화처리 hypersensitive, insensitive mutants를 선별하여 이들로부터 유전자를 클로닝하는 작업을 여전히 진행중이다.
학술적으로는 본 연구를 통해 chromatin remodeling factor로서 H2AZ replacement를 담당하는 SWR1 complex가 애기장대에도 존재하며, 개화억제 조절인자인 F LC의 전사활성을 담당하고 있음을 밝혀내었다. 또한 애기장대 겨울종의 특성을 결정하는 주요 유전자 F R I 가 그동안 어떤 기능을 수행하는 지 알려져 있지 않았는데, 본 연구에서 map-based gene cloning을 통한 SUF 유전자의 발굴과 그 기능 분석을 통해 SUF4, SUF5, FES1, FRL1을 포함하는 상당히 큰 크기의 단백질 복합체, FRI complex가 FLC의 전사조절인자로 작용함을 밝혀내었다. 또한 FRI complex는 SWR1 complex와의 상호작용을 통해 전사활성을 증가시킨다는 가설을 세우게 되었다.
연구결과의 활용계획
개화조절기술은 식물분야에서 가장 응용성이 뛰어난 기술이다. 발굴된 개화조절 유전자를 적절히 이용하면 농작물의 개화시기를 정교하게 조절할 수 있다. 이 기술은 작물에 직접 적용하면 생산성 증대를 꾀할 수 있고, 작물의 출하시기 조절에 응용할 수 있으며, 분자육종 기간의 획기적 단축에 활용될 수 있다. 이 기술은 GMO 식품뿐만 아니라 직접 섭취하지 않는 기능성 형질전환작물에도 적용이 되는 범용성을 가진다.

Abstract ▼

Purpose & contents
Plant developed an elegant flowering regulatory network as an evolutionary adaptive mechanism. To understand the fine-tuning molecular mechanism of flowering, we isolated myriads of flowering time regulators by molecular genetics, biochemistry and analyzed their function. The k

Purpose & contents
Plant developed an elegant flowering regulatory network as an evolutionary adaptive mechanism. To understand the fine-tuning molecular mechanism of flowering, we isolated myriads of flowering time regulators by molecular genetics, biochemistry and analyzed their function. The knowledge we obtained in this study will be eventually used for the development of artificial flowering time regulation for the improvement of crop productivity.
Result
Arabidopsis is distributed world wide, thus has almost all of the flowering time regulatory mechanism we expect from plants. In this study, we isolated myriads of flowering time genes by using Arabidopsis with the approaches of molecular genetics and biochemistry.
For the molecular genetic approach, we used suf (suppressor of FRIGIDA) mutants we already had and cloned the genes by positional cloning approach. As a result, we isolated SUF3 which is a components of SWR1 complex in Arabidopsis. We also isolated AtSWC6, which is a binding partner of SUF3. Finally, the RNAi knockdown analysis of Arabidopsis H2AZ revealed that Arabidopsis has really SWR1 complex and it is required for the transcriptional activation of FLC. We also isolated SUF4, and SUF5, which are the components of FRI complex of which the function not known. In this study, we clearly demonstrated the existence of FRI complex and it links with SWR1 complex, which is how FRI complex transcriptionally activate FLC gene.
For the biochemical approach, we generated TAP fusion with previously known flowering time genes such as CO, FT, FLC, SOC1, SUF3, TFL2, LFY, FRI, and generated Arabidopsis transformants. Additionally, we used cauliflower protein crude extract and purified protein encoded by flowering time genes. In this study, we identified that FLC interacts with RGL1, a GA signaling component, and that SOC1 interacts with DCL4. We are now further analyzing what might be the biological meaning of such interaction.
To obtain vernalization signaing mutants, we used VIN3p-GUS transgenic lines because this line shows blue staining only after vernalization treatment. By activation tagging mutagenesis, we currently obtained two vern-insensitive mutants. The analysis of the corresponding genes will give an insight to the vern signaling.
Eventually, using the information we obtained in this study, we will develop the model for the fine-tuning mechanism
Expected Contribution
The technique of flowering time regulation is the most applicable techniques in plant biology field. The flowering time genes isolated here will be directly used for the crop improvement, such as wilful regulation of flowering time. This technique renders the crop productivity, and can be used for the regulation of marketing timing. It can also used for the molecular breeding, especially for the acceleration of generation time.

목차 Contents

• 도약연구사업(舊 국가지정연구실) 최종보고서 ... 1
• 목 차 ... 2
• Ⅰ. 연구계획 요약문 ... 3
• 1. 국문요약문 ... 3
• Ⅱ. 연구결과 요약문 ... 4
• 1. 한글요약문 ... 4
• 2. SUMMARY ... 5
• Ⅲ. 연구내용 및 결과 ... 6
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 6
• 2. 국내외 기술개발 현황 ... 7
• 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 7
• 4. 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 40
• 5. 연구결과의 활용계획 ... 41
• 6. 연구과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 41
• 7. 주관연구책임자 대표적 연구실적 ... 41
• 8. 참고문헌 ... 42
• 9. 연구성과 ... 44
• 10. 기타사항 ... 64