초록 ▼

III. 연구개발의 내용 및 범위
식물의 광 반응성 및 광 이용성 조절 연구는 우선적으로 광수용체 및 하위 신호전달인자들의 개발을 통하여 이루어질 수 있다. 이에 본 과제 연구에서는 식물 광수용체 파이토크롬과 omics 정보를 이용하여 확보한 신규 광신호전달인자들의 기능 연구를 중점적으로 수행하고자 하였다. 여기에는 먼저 파이토크롬 돌연변이를 이용한 파이토크롬에 의한 식물의 광신호전달 네트워크 조절 기작 연구를 수행하도록 하였고, 또한 파이토크롬 신호전달에서 하위 신호전달인자로 발굴된 여러 신호전달인자들의 기능 연구를 추진하였

III. 연구개발의 내용 및 범위
식물의 광 반응성 및 광 이용성 조절 연구는 우선적으로 광수용체 및 하위 신호전달인자들의 개발을 통하여 이루어질 수 있다. 이에 본 과제 연구에서는 식물 광수용체 파이토크롬과 omics 정보를 이용하여 확보한 신규 광신호전달인자들의 기능 연구를 중점적으로 수행하고자 하였다. 여기에는 먼저 파이토크롬 돌연변이를 이용한 파이토크롬에 의한 식물의 광신호전달 네트워크 조절 기작 연구를 수행하도록 하였고, 또한 파이토크롬 신호전달에서 하위 신호전달인자로 발굴된 여러 신호전달인자들의 기능 연구를 추진하였다. 이러한 연구를 통하여 본 과제에서는 쌍자엽 모델식물인 애기장대에서의 광신호전달 체계 확립에 기여하고, 궁극적으로는 식물의 광 반응성 및 광 이용성을 최적화시키는 기술을 개발하고자 하였다.
그리고 식물의 광신호전달 연구는 1950년대 이후 현재까지 꾸준히 활발하게 연구되고 있지만, 애기장대 이외에 대부분의 주곡 작물과 목초류 및 바이오에너지 작물이 속한 단자엽 식물에서의 광신호전달 연구는 아직 잘 확립되어 있지 않은 상황이다. 이에 본 과제에서는 최근 새롭게 대두된 단자엽 모델 식물 Brachypodium distachyon(숲개밀)에서의 신규 광신호전달인자를 발굴하여 기능 분석을 수행함으로써 단자엽 식물에서의 광신호전달 체계 구성을 위한 초석을 놓고자 하였다. 여기에는 Brachypodium 파이토크롬 유전자 클로닝을 포함하여 파이토크롬 유전자를 도입시킨 Brachypodium 형질전환체를 확보하여 분석하는 연구와 파이토크롬을 bait로 한 Yeast-two hybrid screening을 이용하여 단자엽 식물의 신규 광신호전달인자를 발굴하는 연구를 수행하도록 하였다. 이러한 연구들은 결국 쌍자엽 식물 및 단자엽 식물에서 파이토크롬 돌연변이 및 광신호전달인자를 이용한 광신호전달 네트워크 재설계를 통한 광 이용성 최적화를 위한 기술로 응용될 수 있도록 하였다.

Abstract ▼

Light plays a crucial role in many aspects of plant growth and development by regulating photomorphogenesis that includes plant's responses to light in seed germination, leaf and stem growth, shade avoidance, and flowering. Therefore, a deeper understanding of the molecular biological and genetic me

Light plays a crucial role in many aspects of plant growth and development by regulating photomorphogenesis that includes plant's responses to light in seed germination, leaf and stem growth, shade avoidance, and flowering. Therefore, a deeper understanding of the molecular biological and genetic mechanisms of photomorphogenesis is prerequisite for developing plants and crops of higher productivity, greater environmental remediation, and economic sustainability. In thepresent research project, we aimed to characterize the in vivo function of hyperactive photochrome mutants, and to perform the functional analysis of newly obtained light signal transducers. In addition, we also tried to obtain novel light signal transducer genes from Arabidopsis thaliana and Brachypodium distachyon, a new monocot model plant. In this research project, we elucidated that the hyperactive phytochromes functioned in other crop plants such as turfgrass than model plants. The results suggested the molecular mechanisms for the action of bathochromic and constitutively active phytochrome mutants. We also performed the functional characterization of newly obtained genes, which includes AtTCTP, At1g07050 and At3g52740. AtTCTP was proven to be involved in ABA-mediated stomatal closure via the interaction with microtubules in which calcium binding enhances the interaction. At1g07050 involved in the control of flowering by regulating the expression of COSTANS (CO) gene, and At3g52740 was shown to involve in blue light signaling. Furthermore, new phytochrome A(phyA)-specific signal transducer genes were selected by microarray data analysis of transgenic Arabidopsis plants overexpressing wild-type and constitutively active phytochromes. We also screened phytochrome-interacting proteins in the monocot model plant Brachypodium distachyon by yeast two-hybrid system, and obtained several putative genes that can interact with phytochromes. Overall, the results in this research project will be useful to establish the plant light signaling networks, which may be applicable to biotechnology in developing the crop plants with increased productivity, biomass, and metabolites.

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제출문 ... 2
• 요약문 ... 3
• SUMMARY ... 7
• 목차 ... 8
• 제1장 서 론 ... 9
• 제1절 연구개발의 필요성 ... 9
• 제2절 연구개발의 목적 ... 11
• 제3절 연구개발의 범위 ... 11
• 제2장 국내외 기술개발 현황 ... 13
• 제1절 국내외 관련기술의 현황 ... 13
• 제2절 연구결과의 기술개발현황에서 차지하는 위치 및 의의 ... 16
• 제3장 연구개발수행 내용 및 결과 ... 17
• 제1절 고활성 돌연변이 파이토크롬들의 기능 규명 ... 17
• 제2절 Protein kinase로서의 파이토크롬 기능 분석 ... 30
• 제3절 광신호전달인자 기능 규명 ... 34
• 제4절 애기장대에서 신규 파이토크롬A 신호전달인자 발굴 및 분석 ... 43
• 제5절 Brachypodium에서 파이토크롬 상호작용인자 발굴 및 분석 ... 48
• 제4장 연구개발목표 달성도 및 대외기여도 ... 53
• 제1절 목표대비 달성도 ... 53
• 제2절 정량적 성과 ... 54
• 제5장 연구개발결과의 활용계획 ... 56
• 제1절 추가연구의 필요성 ... 56
• 제2절 타연구에의 응용 ... 56
• 제3절 기업화 추진방안 ... 57
• 제6장 연구개발과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 58
• 제7장 기타 중요 변동사항 ... 59
• 제8장 국가과학기술종합정보시스템에 등록한 연구장비 현황 ... 59
• 제9장 참고문헌 ... 60
• <참고> 주요 연구성과 요약 ... 64