초록 ▼

연구의 목적 및 내용
종자발아는 산업적으로 매우 중요한 형질일 뿐만 아니라, 식물학적으로 매우 중요한 발달과정이다. 하지만, 종자발아 기작에 대한 이해는 아직 초보적 수준에 머물고 있다. 본 연구는 종자발아 돌연변이체들에 대한 분석과 분자유전학적 실험을 통해 종자발아 기작을 분자적 수준에서 규명하고, 이를 바탕으로 종자발아를 제어하는 새로운 기반기술을 확립하는데 있다.
연구결과
1. 유전체 레벨에서 PIL5 기능 규명 및 결합사이트 규명: ChIP-Chip 실험을 통하여 PIL5가 748개의 위치에 결합하고 그중 1

연구의 목적 및 내용
종자발아는 산업적으로 매우 중요한 형질일 뿐만 아니라, 식물학적으로 매우 중요한 발달과정이다. 하지만, 종자발아 기작에 대한 이해는 아직 초보적 수준에 머물고 있다. 본 연구는 종자발아 돌연변이체들에 대한 분석과 분자유전학적 실험을 통해 종자발아 기작을 분자적 수준에서 규명하고, 이를 바탕으로 종자발아를 제어하는 새로운 기반기술을 확립하는데 있다.
연구결과
1. 유전체 레벨에서 PIL5 기능 규명 및 결합사이트 규명: ChIP-Chip 실험을 통하여 PIL5가 748개의 위치에 결합하고 그중 166개 유전자의 발현을 씨에서 조절한다는 것을 밝혔다. 이들 유전자들의 기능 규명을 통하여, PIL5가 GA 및 ABA 외에도 각종 호르몬들의 신호전달을 협응시키고, 세포벽 성질을 조절해서 발아를 조절한다는 것을 규명하였다.
또한 PIL5가 세포내에서 748개에 어떻게 특이적으로 결합하는지를 분석해서, PIL5가 in vitro에서 결합하는 G-box외에도 3종의 GRE들이 필요함을 정보분석적 및 분자생물학적방법으로 규명하였다.
2. SOMNUS 기능 규명: 빛이 없는 상태에서도 발아가 되는 돌연변이체로 C3H-type zinc finger motif를 가지고 있는 단백질이다. PIL5의 direct target으로 밝혔졌고, GA 및 ABA 생합성 유전자를 조절하여 발아를 조절한다. SOM은 빛에 의한 종자발아 조절외에도 온도에 따른 발아 조절 과정에도 관여한다. SOM은 ABI3와 DELLA에 의해 발아가 조절되고 positive feedback loop를 형성해 발아하거나 말거나 하는 상태를 만들어낸다.
3. HONSU 기능 규명: HONSU는 빛이 있는 상태에서도 발아가 되지 않는 돌연변이체로 phosphatase이다. PIL5 direct target으로 역시 밝혀졌고, dormancy에 관여한다. HON 은 ABA 신호전달을 억제해서 dormancy를 깨뜨린다. seed dormancy는 HON에 의해 항상성이 조절된다.
연구결과의 활용계획
빛에 의한 종자발아 과정에 관여하는 핵심 유전자들 중 일부의 기능이 규명되었다. 이를 통해 종자발아 과정에 대한 대략적인 그림을 그릴수 있었다. 하지만, 향후 연구를 통해, 좀더 많은 요소들을 찾을 필요가 있고, 또한 응용적인 면에서도 이들 요소들을 활용할 필요가 있다.

Abstract ▼

Purpose&contents
Seed germination is an important botanical and agronomical trait. However, molecular mechanism of seed germination is not clearly understood. In this project, we want to elucidate the molecular mechanism of seed germination by isolating and characterizing germination mutants in A

Purpose&contents
Seed germination is an important botanical and agronomical trait. However, molecular mechanism of seed germination is not clearly understood. In this project, we want to elucidate the molecular mechanism of seed germination by isolating and characterizing germination mutants in Arabidopsis.
Result
1. Genome-wide identification of PIL5 target genes and characteristics of its in vivo binding sites. Using ChIP-Chip analysis, we identified 748 PIL5 binding sites and 166 direct target genes which expressions are regulated by PIL5 in imbibed seeds.
By analyzing those 166 genes, we were able to show that PIL5 coordinates various hormone signaling and regulate cell wall property to inhibit seed germination. By analyzing its in vivo binding sites, we were also able to show that PIL5 requires not just G-box but also three other GREs to bind to its target sites selectively in vivo.
2. Characterization of SOMNUS. The somnus mutant was isolated from the mutant screening based on its ability to germinate even in the dark. Later, we found that it is one of a direct target of PIL5. SOM encodes a C3H-type zinc finger protein and inhibit seed germination by regulating GA and ABA biosynthesis. We also show that SOM plays a critical role for regulating seed germination under high temp condition.
ABI3 and DELLA activate the expression of SOM, which in turn activate them, forming a positive feedback loop. This positive feedback loop establishes a bistable status of seed germination.
3. Characterization of HONSU. The honsu mutant was isolated from the mutant screening based on its inability to germinate even in the light condition. HON encodes a phosphatase that inhibit ABA signaling. The primary role of HON is breaking seed dormancy. Curiously, we found that seed dormancy is homeostatically regulated by HON.
Expected Contribution
Through this project, we were able to draw a rough molecular mechanism of seed germination process. However, much is still needed to understand this important process throughly.

목차 Contents

• 도약연구사업 최종보고서(제출용) ... 1
• 목차 ... 2
• 연구계획 요약문 ... 3
• 연구결과 요약문 ... 4
• 한글요약문 ... 4
• SUMMARY ... 5
• 연구내용 및 결과 ... 6
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 6
• 2. 국내외 기술개발 현황 ... 7
• 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 9
• 4. 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 30
• 5. 연구결과의 활용계획 ... 31
• 6. 연구과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 31
• 7. 주관연구책임자 대표적 연구실적 ... 31
• 8. 참고문헌 ... 32
• 9. 연구성과 ... 35
• 10. 기타사항 ... 44