초록 ▼

식물은 뿌리를 내린 곳에서 살아가야만 한다. 그래서 식물은 특히 한 장소에서 얻을 수 있는 한정된 자원을 적절하게 성장과 방어에 분배해야 한다. 그런데 가뭄, 병충해 등의 스트레스에 지속적으로 노출된 야생 식물과 달리 작물은 스트레스가 최소화된 영농 환경에서 자란다. 만약 작물이 불필요한 방어에 투자할 자원을 성장에 대신 사용할 수 있다면 작물의 생산성을 증대시킬 수 있을 것이다.

발달 호르몬과 스트레스 호르몬의 상호작용은 식물의 대표적인 성장-방어 조절 기작이다. 발달 호르몬인 gibberellin (GA) 과 스트레

식물은 뿌리를 내린 곳에서 살아가야만 한다. 그래서 식물은 특히 한 장소에서 얻을 수 있는 한정된 자원을 적절하게 성장과 방어에 분배해야 한다. 그런데 가뭄, 병충해 등의 스트레스에 지속적으로 노출된 야생 식물과 달리 작물은 스트레스가 최소화된 영농 환경에서 자란다. 만약 작물이 불필요한 방어에 투자할 자원을 성장에 대신 사용할 수 있다면 작물의 생산성을 증대시킬 수 있을 것이다.

발달 호르몬과 스트레스 호르몬의 상호작용은 식물의 대표적인 성장-방어 조절 기작이다. 발달 호르몬인 gibberellin (GA) 과 스트레스 호르몬인 jasmonate (JA)의 상호작용이 잘 알려져 있다. 애기장대를 이용한 사전 연구에서 GA 신호전달 과정상의 repressor 단백질인 DELLA와 JA 신호전달 과정상의 repressor 단백질인 JAZ의 직접적인 결합이 GA와 JA의 상호작용을 조절한다고 보고된 바 있다. 그러나 이러한 연구는 주로 쌍떡잎식물인 애기장대를 중심으로 연구되어서 외떡잎식물에서는 연구가 미흡하였다. 따라서 중요 식량자원이자 외떡잎식물인 벼에서 DELLA와 JAZ를 통한 성장-방어 조절 기작을 이해하고 활용하고자 연구를 수행하였다.

12개의 벼 OsJAZ 단백질 중에서 벼 DELLA 단백질 OsSLR1과 결합하는 OsJAZ 단백질을 찾기 위해 Yeast two-hybrid assay (Y2H)를 수행하였다. 그 결과 OsJAZ9 단백질이 벼 DELLA 단백질인 OsSLR1과 직접 결합한다는 것을 밝혀냈다. 또한 단백질 도메인별 Y2H를 통해 OsJAZ9은 ZIM domain 앞부분의 N-terminal domain을 통해 OsSLR1의 GRAS domain과 직접적으로 결합한다는 것을 밝혔다. 벼의 생육과정에서 OsJAZ9과 OsSLR1의 조직적 발현 특성을 분석한 결과 두 유전자가 시기적/조직적으로 유사하게 발현되는 것을 밝혔다. 또한 벼에서 JA와 GA의 길항작용을 OsbHLH148과 OsPIL14 유전자의 발현 분석을 통해서 정확하게 분석할 수 있다는 사실도 밝혔다.

만일 JA 반응을 매개하는 Jas domain을 제거한 truncated OsJAZ9 (OsJAZ9NZ) 단백질을 과발현한다면, 식물의 JA 반응을 억제하지 않으면서도 GA 반응을 촉진시킬 수 있으리라 예상하였다. 이를 위해 벼에서 과발현을 유도할 수 있는 PGD1 프로모터와 OsJAZ9, OsJAZ9NZ 유전자를 각각 재조합하여 OsJAZ9Ox와 OsJAZ9NZOx 형질전환 벼를 제작했다. 형질전환 벼에서 JA와 GA 반응 변화를 분석하기 위해 OsPIL14와 OsbHLH148 유전자 발현을 조사하였다. OsPIL14의 발현은 두 형질전환 벼 모두 야생형보다 높았으나 OsbHLH148의 발현 수준은 OsJAZ9Ox에서만 야생형보다 유의미하게 낮았다. 이는 OsJAZ9NZ 과발현이 JA에 반응에는 영향을 주지 않고 GA 반응만을 향상시킨 반면 OsJAZ9 과발현은 JA 반응은 감소, GA 반응은 향상시킨다는 것을 의미한다. OsJAZ9Ox와 OsJAZ9NZOx 형질전환 벼와는 달리 CRISPR/Cas9을 이용해 제작한 jaz9 돌연변이 식물에서는 GA 반응이 감소한다는 것을 밝혀냈다. 상기연구를 통해, JA와 GA의 상호작용이 벼 성장과 방어를 조절하는 중요한 원리이며 여기에는 OsJAZ9과 OsSLR1 단백질의 직접적인 결합이 관여한다는 것을 밝혔다. 나아가 이를 활용한다면 스트레스 저항성을 유지하거나 최소한도로 줄이면서 생산성은 향상된 작물품종을 육성할 수 있으리라 기대한다

(출처 : 연구결과 요약문 4p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 목차 ... 3
• Ⅰ. 연구결과 요약문 ... 4
• Ⅱ. 연구내용 및 결과 ... 5
• 1. 연구과제의 개요 ... 5
• 2. 국내외 기술개발 현황 ... 5
• 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 5
• 4. 목표 달성도 및 관련 분야에의 기여도 ... 7
• 5. 연구결과의 활용계획 ... 7
• 6. 연구과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 7
• Ⅲ. 연구성과 ... 8
• 끝페이지 ... 8