초록 ▼

연구의 목적 및 내용
본 연구에서는 애기장대에서 임프린팅 된 유전자들의 일차적인 조절자 중 하나인 DEMETER(DME)를 이용하여 새로운 임프린팅 유전자들을 발굴하고 배발생 과정에서의 이들의 기능과 부모 기원에 따른 후성학적 조절 메커니즘, 이들 간의 상호작용을 밝힘으로써 진화적으로 고등 생물에게 획득된 형질인 임프린팅의 네트워크와 패러다임 구축을 목표로 한다.
- 선행연구를 통하여 얻어진 야생종과 DME 과다발현체에서의 transcriptome을 바탕으로 DME에 의하여 조절되는 유전자이면서 배와 배유 발달, 종자

연구의 목적 및 내용
본 연구에서는 애기장대에서 임프린팅 된 유전자들의 일차적인 조절자 중 하나인 DEMETER(DME)를 이용하여 새로운 임프린팅 유전자들을 발굴하고 배발생 과정에서의 이들의 기능과 부모 기원에 따른 후성학적 조절 메커니즘, 이들 간의 상호작용을 밝힘으로써 진화적으로 고등 생물에게 획득된 형질인 임프린팅의 네트워크와 패러다임 구축을 목표로 한다.
- 선행연구를 통하여 얻어진 야생종과 DME 과다발현체에서의 transcriptome을 바탕으로 DME에 의하여 조절되는 유전자이면서 배와 배유 발달, 종자의 생존여부에 필수적인 새로운 임프린팅 유전자들을 발굴하고 이의 기능에 대해 연구하며 현재까지 밝혀진 임프린팅된 유전자들과의 상하관계와 기능적 상호작용을 밝히고자 하였다.
- 기존에 다른 그룹에서 발표한 애기장대에서의 female gametophyte transcriptome, female gametophyte development에 필요한 유전자군,, female gametophyte에서 발현하는 유전자군, reproduction에 필수적인 유전자군들을 비교 분석하여 공통적으로 나타나는 유전자군을 선별하고 이들의 유전자들이 애기장대 배발생 과정에서의 기능에 대한 연구를 목표로 하였다.
연구결과
● DME 하부 유전자 선별
- 야생종과 CaMV:DME 식물체의 수술과 꽃밥에서의 발현 비교 분석,
- 독립된 RNA 샘플에서의 검정과정 ICU2 선별돌연변이체 확보
● ICU2 유전자 연구
- 돌연변이 표현형분석
- ICU2와 DME, MEA의 관계분석, ICU2의 임프린팅 여부 조사
- 춘화처리에 따른 돌연변이 표현형, FLC 유전자의 epigenetic repression 관찰
- ICU2 유전자의 분열세포 특이적인 발현패턴을 관찰
- 돌연변이체에서의 크로마틴 상태, 다양한 유전자위의 에피유전학적 상태 분석
- icu2-1 및 lhp1 돌연변이체에서의 polycomb 단백질 하부 유전자의 크로마틴 상태 분석
- ICU2 단백질과 LHP1 단백질의 생화학적 관계
- ICU2 단백질과 다른 heterochromatin에 관련된 단백질과의 상호작용 검정
● Reverse Genetics를 이용한 후보 유전자군 선별
- GAM2, GAM8, GAM15, GAM30의 종자 표현형과 임프린팅 여부 조사
- 종자 표현형을 보이지 않는 유전자들의 임프린팅 여부 조사
● 활성화 표지 선별법을 이용한 돌연변이 라인의 선별
- 라인 65033 연구
65033의 배주 및 종자 표현형 분석, 라인 65033의 화분 이동 경로 및 화분 표현형 관찰
T-DNA 삽입 위치 확인 및 유전자의 발현 확인
- 라인 CL-121 연구
CL-121 유전자의 임프린팅 조사 (PHE1과 같은 임프린팅 패턴)
MEA에 의한 CL-121의 모계 대립 유전자 억제 조절 확인
CL-121 유전자의 발현 부위 확인 -> 종자 특이적인 유전자 발현
CL-121 유전자 과발현 돌연변이체에서 꽃기관의 호메오 변화
Yeast Two Hybrid assay 실험을 통한 MEA단백질과 CL-121단백질의 결합 확인
- 기타 종자 유산 표현형 분석한 돌연변이 라인들
(라인 23220, 라인 80-121, 라인 32644, 라인 38157, 라인 65634 등 200개 라인)
● 대립유전자 발현조절 유전자 연구
- dme 돌연변이체 화분의 유전적 형태적 연구
- 야생형과 dme 돌연변이체 화분의 발아율 분석
연구결과의 활용계획
본 연구는 후생유전학적 조절 기작 중 유전체 임프린팅에 관련하여 심도깊은 연구를 수행하였다. 임프린팅에 관련된 PRC2에 의한 후생유전학적 기억의 유지와 배유에 발현하며 임프린팅에 의해 조절되는 유전자들의 발굴, 그리고 임프린팅을 조절하는 DNA 디메틸화에 핵심적인 역할을 하는 DME의 수배우체 생식세포에서의 또다른 기능을 보여주는 가능성에 대한 연구 등은 현재 알려진 연구를 더 폭넓게 만들어 준다. 현재 진행되어 있는 연구를 추가하여 더 심도 깊게 진행 시킬 수 있다면 이를 통해 학문적, 그리고 산업적 활용이 가능할 것으로 예상된다.
● 학문적인 측면
- 암 억제 기반 기초 제공
- 임프린팅과 선천적 기형 혹은 질병관련 원천 기술 제공
● 산업적 측면
- 작물의 생산성ㆍ상품성 증대를 위한 원천기술 개발의 근거를 제공

Abstract ▼

Purpose&contents
- In this study, we will identify new imprinted genes and their functions during embryogenesis in Arabidopsis by using DEMETER(DME) demethylase, a primary regulator of imprinted genes. We will also elucidate epigenetic regulation of new imprinted genes and their interaction among

Purpose&contents
- In this study, we will identify new imprinted genes and their functions during embryogenesis in Arabidopsis by using DEMETER(DME) demethylase, a primary regulator of imprinted genes. We will also elucidate epigenetic regulation of new imprinted genes and their interaction among all known imprinting regulators, thus aiming establishment of imprinting network and its paradigm.
- From the preliminary data of Affymetrix GeneChip analysis, we obtained transcriptome of genes induced by DME. We will identify new imprinted genes or genes which are essential for endosperm development and seed viability. We will investigate their functions and genetic and epigenetic relationship. In addition, We compared data published from other groups which are female gametophyte transcriptome, genes essential for female gametophyte development, genes expressed in the female gametophyte and genes necessary for reproduction.
Result
● Isolation of DME-downstream genes
- Expression analysis in WT and CaMV:DME stamen and pollen grain
- Isolation of ICU2 with independent RNA expression analysis
● ICU2 study
- Phenotypic analysis of icu2 mutants
- Relationship among ICU2, DME and MEA. Imprinting test of ICU2 gene
- Vernalization response and expression analysis of FLC in WT and icu2-1 mutant
- ICU2 expression in actively proliferating cells during development
- Analysis of chromatin states of PcG target genes and transposons in WT, icu2-1 and lhp1
- Biochemical relationship between ICU2 and LHP1 proteins
- Interaction analysis of ICU2 and heterochromatin-related proteins
● Candidated gene isolation by reverse genetics
- Seed phenotype and imprinting test in GAM2, GAM8, GAM15, GAM30 lines
- Imprinting test in other lines with absence of seed phenotype
● Mutant line isolation with activation tagging screening
- Line 65033 study
ovule, pollen and seed phenotype analysis, mutant allele transmission through male in line
T-DNA insertion site confirmation and gene expression analysis
- Line CL-121 study
Imprinting analysis of CL-121 (same pattern with PHE1 imprinting)
Maternal CL-121 allele repression by MEA PcG
Analysis of CL-121 expression -> endosperm-specific expression
Floral homeotic change in CL-121 overexpression mutants
MEA protein and CL-121 interaction in Y2H and plant cells
- Other mutant lines confirmed showing seed phenotype
(More than 200 lines including 23220, 80-121, 32644, 38157, 65634 lines)
● Allele-specific expression study
- genetic and morphological analysis in dme mutant pollen
- germination analysis in WT and dme mutant pollen grains
Expected Contribution
We did in-depth analysis of epigenetic phenomena and imprinting. We confirmed maintenance of epigenetic memory by PRC2 complex, isolated new imprinted genes expressed in the endosperm and its function in regulating PcG protein, and finally we uncovered a new function of DME demethylase in male gametophyte development. If we continue to expand our study, we can broaden current knowledge in epigenetics which can be applied to medical and industry field.
● Basic science field
- contribution to the cancer research
- contribution to the medical remedy for congenital disorder with imprinted genes
● Industry field
- contribution of basic technology for agricultural improvement and production

목차 Contents

• 중견연구자지원사업(핵심연구) 최종보고서 ... 1
• 목 차 ... 2
• 연구계획 요약문 ... 3
• 연구결과 요약문 ... 4
• 한글요약문 ... 4
• SUMMARY ... 5
• 연구내용 및 결과 ... 6
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 6
• 2. 국내외 기술개발 현황 ... 10
• 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 19
• 4. 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 78
• 5. 연구결과의 활용계획 ... 81
• 6. 연구과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 82
• 7. 주관연구책임자 대표적 연구실적 ... 84
• 8. 참고문헌 ... 84
• 9. 연구성과 ... 87
• 10. 기타사항 ... 90