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Kafe 바로가기주관연구기관 | 포항공과대학교 Pohang University of Science and Technology |
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연구책임자 | 황일두 |
보고서유형 | 최종보고서 |
발행국가 | 대한민국 |
언어 | 한국어 |
발행년월 | 2014-06 |
과제시작연도 | 2013 |
주관부처 | 농림수산식품부 |
사업 관리 기관 | 농림수산식품기술기획평가원 |
등록번호 | TRKO201400019032 |
과제고유번호 | 1545006239 |
사업명 | 생명산업기술개발 |
DB 구축일자 | 2014-11-29 |
Ⅳ. 연구개발결과
[1세부: 식물 줄기 형성층 활성 조절을 통한 바이오매스 증진기술 개발]
- CKI1, ICA2 등 줄기 형성층 활성 증대 기능 확인
- ICA2의 바이오매스 증대 표현형 확인
- CKI1 포플러 형질전환체 확보
- PHD의 줄기 체관 발달 조절 기능 확인
[1협동: 바이오매스 증대를 위한 포플러 형질전환체 개발]
바이오매스 증대관련 유전자를 이용한 유채와 포플러의 형질전환 조건 규명
- 형질전환체 후보 개체(200개 이상)를 선발하기 위한 기내 검정 및 생육특성 조사 형
Ⅳ. 연구개발결과
[1세부: 식물 줄기 형성층 활성 조절을 통한 바이오매스 증진기술 개발]
- CKI1, ICA2 등 줄기 형성층 활성 증대 기능 확인
- ICA2의 바이오매스 증대 표현형 확인
- CKI1 포플러 형질전환체 확보
- PHD의 줄기 체관 발달 조절 기능 확인
[1협동: 바이오매스 증대를 위한 포플러 형질전환체 개발]
바이오매스 증대관련 유전자를 이용한 유채와 포플러의 형질전환 조건 규명
- 형질전환체 후보 개체(200개 이상)를 선발하기 위한 기내 검정 및 생육특성 조사 형질로 분지수, 줄기의 직경 및 수고(높이) 측정
- 기외 순화 후 후보개체의 세대진전을 통한 목표형질 고정(안정적인 발현 조사, 도입형질 및 바이오매스 증대 검정)
- 1차 선발과정에서 3개의 유전자로부터 각각 4개의 후보 개체를 선발하여 총 12개체의 생육특성 및 발현 분석
- 형질전환체의 분자생물학적 분석으로 도입 유전자와 gnomic DNA specific primer를 이용한 도입 유전자의 안정성 분석
- 선발 후보 형질전환체 3개의 도입 유전자 위치(insertion site) 확인 및 BLAST search
- 선발된 포플러 형질전환체의 수령에 따른 도입 유전자의 발현량 비교 분석
- 도입형질에 의한 바이오매스 전환효율 관련 성분으로 리그닌과 cellulose 함량 분석
- 수령에 따른 형질전환체의 해부학적 특성과 도입유전자의 발현량 및 바이오매스 성분 비교 분석
- 형질전환체의 최종 선발 및 증식
- 다년생 목본류 형질전환체의 경우 developmental homeostasis 기작에 의한 생장(바이오매스 증대) 조절존재 확인
[2협동: Brachypodium 및 Miscanthus를 이용한 바이오매스 증진 식물 개발 연구]
- 생체시계 유전자 alternative splicing에 의한 저온반응성 유도 연구: CCA1 의 pre-mRNA가 alternative splicing에 의해 MYB domain 하나가 제거된 CCA1β isoform이 생성되고, 이것이 functional isoform으로 알려진 CCA1α와 heterodimer를 이룸으로써 CCA1α를 negative하게 조절함을 밝힘.
- HOS1 E3 ubiquitin ligase의 식물 발달 조절 연구: HOS1은 E3 ubiquitin ligase로서 뿐만 아니라 다양한 역할을 한다는 사실을 증명함.
- 식물 내 철 이온 검출을 위한 형광 probe 개발: 식물체내 철 이온을 검출할 수 있는 형광 센서를 개발하였음.
- CO alternative splicing 연구: COβ가 PEPi 기작에 의해 COα에 대한 dominant negative regulator로 작용하여 개화시기를 조절함.
- CCA1에 의한 개화시기 조절 연구: 생체시계를 조절하는 주요 전사인자인 CCA1의 개화시기 조절 기능 증명.
- 환경스트레스에 의한 생체시계 유전자들의 alternative splicing 조절 연구: 생체시계 관련 유전자들이 대체적으로 alternative splicing을 통해 발현량을 조절한다는 것과 외부 환경에 따라 구성 인자들의 alternative splicing pattern 변화가 분명하다는 것을 확인함.
- 저온 저항성 유전자가 도입된 Brachypodium 형질전환체 연구: Brachypodium 내에도 CBFs가 존재함을 확인하였고, Brachypodium에서 CBF와 상동성이 높은 유전자인 CBF1을 동정.
[3협동: 억새 (Miscanthus sinensis) 형질전환 시스템 구축 및 광 이용성 증대 억새 품종 개발]
- 억새 재분화 및 형질전환 조건 확립 완료: 우선적으로 성숙 종자를 이용한 효율적인 억새 조직배양 및 재분화 조건을 확립. 또한 국내에서 서울대 연구진(제4협동과제)에서 채집한 억새 (Miscanthus sinensis) germplam SNU-M-045를 이용하여 Agrobacterium을 이용한 억새 형질전환 조건을 확립. 생명공학 억새 개발 기술을 확보.
- 유용 유전자가 도입된 억새 형질전환체 확보: Agrobacterium을 이용한 억새 형질전환을 통하여 제초제 저항성 억새 형질전환체를 확보. 또한 식물 광수용체 파이토크롬B 유전자 두 종류(Arabidopsis thaliana 파이토크롬B = AtPhyB, Brachypodium distachyon 파이토크롬B = BdPhyB)가 도입된 억새 형질전환체 및 고활성 파이토크롬 돌연변이인 BdYVB 형질전환체와 선발된 유용 유전자 CaPLA1 형질전환체 확보. 이 외, CaSRP1 등 일부 유용 유전자들은 기능 검증을 위하여 단자엽 모델식물인 Brachypodium로 도입시켜 형질전환체를 확보하였고, 이들의 표현형 분석을 통하여 기능을 조사하였다.
○ 광 이용성이 증대된 생명공학 억새 개발
: 억새의 광 이용성을 증대시키기 위하여 파이토크롬B 유전자가 도입된 형질전환체를 확보하여 분석하였다. 여기에는 제4 협동과제 연구진들과 함께 억새 형질전환체들의 LMO 포장시험을 포함하였다. 본 과제 연구에서는 AtPhyB 및 BdPhyB 유전자가 도입된 억새 형질전환체들의 분자생물학적 분석, 엽록소 함량 측정, 식물체 길이 및 개화 시기 조사 등의 분석이 완료되었으며, 이를 통하여 개발된 생명공학 억새 식물체의 바이오매스 증대 가능성을 검증하였다.
[4협동: 억새(Miscanthus)의 유전적 재배 생리생태적 특성평가 및 포장재배법 개발]
- 총 390여개의 억새를 한국, 중국, 러시아, 일본 등에서 수집
- 유전자원포장을 조성하여 수집된 억새 유전자원의 다양한 표현형질은 물론 바이오매스 생산성관련 농업형질, 환경스트레스 반응 형질, 분자마커를 이용한 유전형질 비교 등을 실시
- 바이오매스 생산성이 높고, 환경 및 지역적응성이 높은 핵심 유전자원집단 50여종을 선발
- 이들 가운데 우량한 유전자원을 선발하여 타 협동과제와 공동으로 2종의 바이오매스 증대형질전환체를 개발
- 영국의 연구팀과 ABS계약을 통해 20여종의 유전자원을 공급하여 바이오매스용 억새품종 개발의 기반과 국제적인 상용화의 기반을 마련
- 재식시기, 심도, 시비, 제초, 수확과 관련된 기반기술을 확립하여 표준재배법을 구축
- 선발된 우량억새들을 소규모 포장평가를 통하여 대량재배생산을 위한 기초기술을 확립
To increase biomass as resources of bioenergy, we selected genes related to regulation of procambium activity or vascular development, and generated transgenic plants with Arabidopsis and poplar which were analyzed their function in biomass production. CKI1 and ICA2 overexpression lines showed impro
To increase biomass as resources of bioenergy, we selected genes related to regulation of procambium activity or vascular development, and generated transgenic plants with Arabidopsis and poplar which were analyzed their function in biomass production. CKI1 and ICA2 overexpression lines showed improve of biomass production by increase of cambial activity. And ICA2 plants regulated biomass production of surrounding wild type plants, which might be caused by voletile signal from ICA2.
On the other hand, we carried out research with search tools and molecular biological technology in the Brachypodium which is a model monocot for bioenery grass studies, such as identification of functional genes and promoters and transformation methods. Based on this study, we established functions of several genes related to flowering and photosynthesis which are major factor to produce biomass.
In addtion, we tried to make transgenic Miscanthus with useful genes for biomass production and stress resistance. For this approach, first we established Miscanthus transformation technique which was the 1st on the world, and the most efficient. Transgenic Miscanthus showed high yeild on biomass compared to wild type. And also we collected Miscanthus on the world, and analyzed their physiological traits, and selected the most appropriate varieties to specific growth conditions.
Our results proposed that various model transgenic plants having useful genes are used to improve biomass on the limited growth condition such as Korea or stress condition such as a savanna. And the standard cultivation method can also be applied to future Miscanthus plantation for massive biomass production, which will save our efforts and costs and facilitate our own bioenergy production in the near future. Other outcomes than those mentioned above will be used for various scientific publication as well.
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