[보고서]캡사이시노이드-전사체 상관네트워크 분석에 의한 고추의 매운맛 조절기작 연구

이제민

캡사이시노이드-전사체 상관네트워크 분석에 의한 고추의 매운맛 조절기작 연구
Deciphering regulatory mechanism of pungency in pepper via capsaicinoid-transcriptome correlation network 원문보기

보고서 정보
주관연구기관	경북대학교 KyungPook National University
연구책임자	이제민
보고서유형	최종보고서
발행국가	대한민국
언어	한국어
발행년월	2017-07
과제시작연도	2016
주관부처	과학기술정보통신부 Ministry of Science and ICT
등록번호	TRKO201800003666
과제고유번호	1711040650
사업명	개인연구지원
DB 구축일자	2018-04-21
키워드	캡사이시노이드.2차대사.시스템생물학.전사체.전사조절인자.capsaicinoid.secondary metabolite.systems biology.transcriptome.virus induced gene silencing.transcription factor.pepper.
DOI	https://doi.org/10.23000/TRKO201800003666

초록 ▼

연구의 목적 및 내용
캡사이시노이드는 모든 생물종에서 유일하게 고추 (Capsicum spp.)에서만 합성되는 매운맛을 결정하는 이차대사물질이다. 캡사이시노이드는 vanillylamine과 8-methyl-6-nonenoyl-CoA를 기질로 하는 capsaicin synthase에 의한 축합반응에 의해 고추 과실의 태좌조직에서 합성된다. 생합성 경로는 알려져 있으나 이의 조절기작에 대한 연구는 거의 전무한 실정이다. 본 연구는 캡사이시노이드로 대표되는 2차 대사체와 고추의 유전체를 기반하는 전사체 데이터를 융합하여 상관네트워크 방법으로 조절인자를 동정하는 것으로 구체적인 연구내용은 아래와 같다.

연구결과
1. 매운 고추 태좌발달단계별 캡사이시노이드 분석
2. 유전체 기반 RNA-seq에 의한 매운 고추 태좌발달단계별 전사체 동정
3. 캡사이시노이드-전사체 상관네트워크 분석에 의한 조절유전자 동정 및 새로운 기작 제안
4. 고추 과실에서 발현하는 유전자들의 기능분석을 위한 신규 VIGS(virus induced gene siliencing) 시스템 구축
5. 고추-토마토 비교유전체학 기법을 이용한 후보유전자 선발
6. 신규 VIGS 시스템에 의한 후보전사인자인 GLK2 유전자의 캡사이시노이드 함량 조절 여부 동정

연구결과의 활용계획
1. 캡사이시노이드 생합성의 신규조절 기작 제안
2. 캡사이시노이드 조절 신규전사인자 동정
3. 고추 과실형질 조절 유전자 분석을 위한 신규 기능유전체 방법 개발
4. carotenoid, ascorbate 등 주요 2차대사생합성 조절 유전자 연구로 확대

(출처 : 한글요약문 4p)

Abstract ▼

Purpose& contents
Capsaicinoids are the determinants of pungency in pepper. They are specialized secondary metabolites found only in Capsicum species. Capsaicinoids are synthesized by capsaicin synthase, which condenses vanillylamine from the phenylpropanoid pathway with 8-methyl-6-nonenoyl-CoA from the branched-chain fatty-acid pathway. Although the biosynthetic genes have been proposed and identified, regulation of capsaicinoid biosynthesis are still largely unknown. In order to decipher its regulatory mechanism, correlation network will be employed using capsaicinoid and transcriptome data during placenta development in pungent pepper. In order to develop functional genomics tool for Specifically, transcription factors will be gene of interest. From the correlation network, subnetwork analysis will be conducted to identify

Result
1. Deciphering regulatory mechanism of capsaicinoid biosynthesis in pepper via systems approach
2. Identifying regulatory genes of capsaicinoid biosynthesis
3. Developing new functional genomics tool for pepper fruit
4. Identifying novel transcription factor(s) of capsaicinoid biosynthesis
5. Proposing novel biotechnological method for controlling pepper pungency
6. Extending metabolic biology to other secondary metabolisms using systems approach

Expected Contribution
1. Proposing new regulatory mechanisom of capsaicinoid biosynthesis
2. Identifying additional capsaicinoid regulators
3. Pursuing pepper functional genomics by new VIGS method
4. Identifying regulators of health promoting compounds such as carotenoid and ascorbate by systems approach

(출처 : SUMMARY 5p)

목차 Contents

표지 ... 1
목차 ... 2
연구계획 요약문 ... 3
연구결과 요약문 ... 4
한글요약문 ... 4
SUMMARY ... 5
연구내용 및 결과 ... 6
1. 연구개발과제의 개요 ... 6
2. 연구수행 내용 및 결과 ... 9
3. 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 20
4. 연구결과의 활용계획 ... 20
5. 주관연구책임자 대표적 연구실적 ... 21
6. 참고문헌 ... 21
7. 연구성과 ... 22
8. 국가과학기술지식정보서비스에 등록한 연구시설‧장비 현황 ... 22
9. 기타사항 ... 22
별첨1 ... 23
끝페이지 ... 25

표/그림 (17)

표 capsaicinoid biosynthetic pathway. The biosynthetic genes are listed in Table 1.
표 Developmental stages of pepper and tomato fruit for RNA-seq analysis. Total RNAs were extracted from pepper and tomato at indicated developmental stages for RNA-seq library preparation
표 Capsaicinoid contents of placenta tissues in C. annuum cv. CM334 during fruit development and ripening. CAP: capsaicin, DCAP: dihydrocapsaicin, DPA: days after pollination, MG: mature green, BR: breaker, BR+5: 5 days after BR, BR+10: 10 days after BR
표 Expression of candidate genes involved in capsaicinoid biosynthesis in the pepper and tomato. Pathway genes in the pungent pepper, CM334, and non-pungent pepper, ECW30R, are compared in the left panel and their ortholog genes in tomato are presented in the right panel. PC, PL, and B indicate pericarp, placenta, and breaker stage with days post-anthesis, respectively. The pepper tissues and developmental stages where capsaicinoids are synthesized, along with their corresponding tissues in non-pungent pepper and tomato, are marked with asterisks at the bottom. The full names for the abbreviations are listed in Table 1.
표 New virus induced gene silencing (VIGS) system for pepper fruit (a) schematic diagram of TRV-based VIGS systems (Chung et al., 2004) (b) anthocyanin-rich pepper germplasm (C.annuum cv. Newmex halloween) used for new VIGS systems
표 Cloning procedure using the An2 reporter and the TRV2-LIC vector adapted from Dong et al.
표 Anthocyanin-mediated visualization of VIGS in peppers using TRV2-LIC and An2 as a reporter.
표 Cosilencing of capsaicin synthase (CS) and An2.
표 Distinct expression pattern of GLK2 potentially impacting immature fruit color in pepper and tomato.
표 Pepper germplasms showing diverse immature fruit colors. Detailed information of each germplasm by each number was given in Table 1.
표 10. Gene structure of CaGLK2 and allelic variation causing nonsense mutation in diverse pepper germplasms.
표 Normalized melting curves of HRM analysis to identify CaGLK2 variations.
표 qRT-PCR analysis of CaGLK2 expression and quantification of chlorophyll and carotenoids levels in representative lines by HPLC.
표 Correlation analysis between carotenoids and chlorophyll content.
표 Immature fruit color changes, carotenoid and chlorophyll variations and gene expression changes of chlorophyll biosynthesis due to CaGLK2 silencing Purple pepper, C. annuum “Newmex Halloween” were used for VIGS as wild type.
표 Ripe fruit color changes, carotenoid variations and expression changes of carotenoid biosynthesis genes due to CaGLK2 silencing
표 Capsaicinoid contents and expression level of capsaicinoid biosynthetic genes in GLK2-silenced immature fruits.

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