초록 ▼

본 연구의 목표는 애기장대의 배유 발달 과정에서 후생유전학적으로 유전자 발현을 억제하는 FIS2 polycomb group 복합체의 형성을 조절하는 원리를 규명하는 것이다. PcG 복합체에 의한 표적 유전자들의 발현 억제는 애기장대의 발달에 매우 중요한 조절 과정으로 잘 알려져 있으나, 다양한 단백질로 이루어진 PcG 복합체 자체의 형성을 조절하는 메커니즘에 관한 연구는 식물에서 아직 미미하다. 이에 본 연구에서는 본 연구팀이 분리한 UCL1 (UPWARD CURLY LEAF1) 유전자와 EFC (EARLY FLOWERING AND

본 연구의 목표는 애기장대의 배유 발달 과정에서 후생유전학적으로 유전자 발현을 억제하는 FIS2 polycomb group 복합체의 형성을 조절하는 원리를 규명하는 것이다. PcG 복합체에 의한 표적 유전자들의 발현 억제는 애기장대의 발달에 매우 중요한 조절 과정으로 잘 알려져 있으나, 다양한 단백질로 이루어진 PcG 복합체 자체의 형성을 조절하는 메커니즘에 관한 연구는 식물에서 아직 미미하다. 이에 본 연구에서는 본 연구팀이 분리한 UCL1 (UPWARD CURLY LEAF1) 유전자와 EFC (EARLY FLOWERING AND CURLY LEAF) 유전자의 연구를 통해 배유의 발달에 관여하는 FIS2 PcG 복합체의 형성을 조절하는 메커니즘을 규명하고자 하였다.
애기장대에서 UCL1 유전자는 F-box E3 ligase를 암호화하며 PcG 단백질인 CLF를 ubiquitination 시킴으로써 분해를 촉진하여 배유에서 FIS2 복합체의 형성을 돕는 유전자이며, 배유에서 특이하게 발현되는 것으로 확인되었다. 본 연구를 통해서 UCL1 유전자는 수정후 부계 대립 유전자만 발현되는 것으로 확인되었다. 이는 UCL1 유전자가 각인되는 것을 의미하며, 부계 유전자 각인 유전자로는 애기장대에서 PHERES1에 이어 두 번째로 인식된 것이다. 더 나아가서 UCL1 유전자의 각인을 조절하는 부위 (imprinting control region; ICR)는 5’ 부위에 존재하며, 번역 개시점으로부터 약 2.0–2.7 kb 부위에 위치하고 있었다. UCL1 유전자의 침묵에는 FIS2 복합체 뿐만 아니라 DME와 MET1이 관여하며 이러한 사실은 UCL1 유전자의 각인이 PHE1의 각인과 다른 메커니즘에 의해 조절된다는 것을 제시해 주는 것으로, 이는 다양한 부계 유전자의 각인 메커니즘이 애기장대의 진화과정에서 채택되었다는 것을 암시한다.
과발현시 UCL1과 같이 잎의 curling과 EMF2 복합체의 잘못 발현(misexpresssion)을 유도하는 At4g35733 유전자를 선별하고 이를 UCL2로 명명하였다. UCL2는 UCL1과 같이 배유에서 특이하게 발현되었으나, 각인은 되지 않는 것으로 확인되었다. UCL1은 단백질 수준에서 CLF를 조절하나, UCL2는 전사수준에서 CLF를 조절하는 것으로 확인되었다. ucl1 ucl2 이중돌연변이체를 얻어 표현형을 관찰해 보았으나, 배의 발달에는 유전자 중복성에 의해 영향이 나타나지 않는 것으로 나타났다.
EFC 유전자는 배유에서 발현될 뿐만 아니라 핵으로 수송되는 것으로 밝혀졌다. 인공 microRNA을 이용한 knock-down 돌연변이체에서 구형 배 단계에서 발달이 멈추는 낙태가 일어나는 것을 관찰되어, 이는 FIS2 복합체 구성인자의 돌연변이에서 관찰된 표현형과 동일한 것으로 확인되었다.
Co-immunoprecipitation을 통해 EFC는 FIS2 복합체 구성성분인 MSI1과는 결합하나, CLF와 FIE에서는 결합을 확인할 수 없었다. Database 탐색을 통해 EFC는 Arabidopsis thaliana와 진화적 유연관계가 높은 A. lyrata와 Capsella rubella에서만 발견되었는데, 본 연구를 통해 EFC는 MEA를 포함하고 있는 FIS2 복합체의 형성에 필수적이며, 반면에 CLF를 포함하는 EMF2 복합체는 해체시키는 것으로 추측되었다.
식물계의 탐색을 통하여 PcG 단백질은 조류나 선태류 뿐만 아니라 고등식물까지 다양한 식물에서 발견되었다. 이들 중에서 SET domain 단백질인 CLF와 그 상동단백질은 진화적으로 매우 흥미로운 단백질로서 애기장대에는 CLF, SWN, MEA의 유전자가 존재한다. 이들 중에서 MEA는 배유에서 발현되며 모계 유전자가 각인되었다. 본 연구에서는 이들 두 유전자의 진화적 관계에 근거하여 기능적 상보성을 조사하기 위하여 MEA와 EFC에 의한 clf의 complementation 여부를 조사하기 위한 실험을 수행하고 있다.
ntt-3D 돌연변이체는 비정상적인 잎의 표현형에 의해 활성화 표지 돌연변이 집단에서 분리되었다. ntt-3D 돌연변이체에서 At3g57670는 C2H2 type의 zinc finger 유전자의 과발현을 확인하였다. NTT가 다른 꽃 기관에 비해 암술에서 발현정도가 매우 높은 것을 확인했으며 이는 초기 암술 형성 과정에 있어 NTT가 어떤 기능을 수행하고 있음을 보여준다. 더 나아가서 암술형성 경로에 있어 FUL의 repressor로서 작용함을 발견하였다.