초록 ▼

□ 연구의 목적 및 내용
벼-흰빛잎마름병 상호작용에서 병 반응이 직접 일어나는 세포간극 (apoplast)으로부터 in vivo 상에서 배양된 흰빛잎마름병원균으로부터 RNA을 분리하여 RNAseq분석을 실시한다. 벼 흰빛잎마름병원균 병원성관련 effector 후보 유전자 발현양상을 정량분석하고 in vivo특이 유전자를 대량 발굴하여 그 유전자의 기능을 분석한다. 지난 3년간 수행한 “벼 흰빛잎마름병원균의 in vivo 분비단백질체를 통한 effectoromics 연구’에서 도출된 분비단백질의 기능분석과 병행한다.

□ 연구의 목적 및 내용
벼-흰빛잎마름병 상호작용에서 병 반응이 직접 일어나는 세포간극 (apoplast)으로부터 in vivo 상에서 배양된 흰빛잎마름병원균으로부터 RNA을 분리하여 RNAseq분석을 실시한다. 벼 흰빛잎마름병원균 병원성관련 effector 후보 유전자 발현양상을 정량분석하고 in vivo특이 유전자를 대량 발굴하여 그 유전자의 기능을 분석한다. 지난 3년간 수행한 “벼 흰빛잎마름병원균의 in vivo 분비단백질체를 통한 effectoromics 연구’에서 도출된 분비단백질의 기능분석과 병행한다.
○ RNA-seq을 이용하여 in vivo 특이 유전자 대량 발굴 및 기능분석

□ 연구결과
○ RNAseq을 통해 총 4619개의 Xoo 유전자를 분석할 수 있었고 전체 유전자의 발현분석 데이터를 이용하여 Heatmap하고 삼광(R)에서 특이적으로 발현이 증가하는 유전자와 동진(S)에서 특이적으로 발현이 증가하는 유전자 확보하여 in vitro 및 in planta 조건에서 분리해 낸 Xoo에서 RNA를 추출하여 RNAseq 분석을 진행함과 동시에 선행 연구에서 Xoo 균체의 단백질을 추출하여 LC MSMS를 수행한 결과와 비교 분석하였다. In planta 조건에서 특이적으로 발현되는 단백질들을 동정할 수 있었고 RNAseq 결과에서 찾은 해당 gene들의 발현 데이터를 LC MSMS 결과와 비교하여 Heatmap으로 나타내어 총 11개의 후보 유전자 확보
○ cystein protease유전자의 단백질은 기존에 잘 알려진 effector 단백질들과는 구조적으로 다른 단백질 그룹에 속하여 KO 돌연변이체가 이병성과 관련이 있다고 조사 되었고 현재 그 기능을 보기위하여 재조합 단백질을 생산하여 담배 및 벼 잎에 처리하여 세포 사멸이 유도 되는 것을 확인하여있다. 현재 이 cysteine protease의 기능을 조사 중에 있음.

□ 연구결과의 활용계획
본 연구는 in vitro 와 in vivo상에서 배양된 벼 흰빛잎마름병원균을 RNA을 분리하여 RNAseq기술을 적용하여 in vivo 특이 분비단백질 및 유전자를 동정함으로써 체계적인 벼 흰빛잎마름병원균의 in vivo상에서 병원성에 중요한 역할을 할 것으로 예상되는 Novel Effector유전자를 발굴함으로써 향후 이들 단백질들이 벼 흰빛잎마름병원균의 병원성에 직간접적으로 관련성을 규명함으로써 식물-미생물상호작용을 이해하는데 학문적으로 큰 의미가 있겠다.

(출처 : 한글요약문 4p)

Abstract ▼

□ Purpose & contents
Final goal in this proposal is to first establish in vivo Xanthomonas oryzae PV. oyzae (Xoo) putative effector and pathogenicity related genes using RNAseq approaches.
We propose in details as follows:
1) Identification and functional study in vivo specific Xoo gene

□ Purpose & contents
Final goal in this proposal is to first establish in vivo Xanthomonas oryzae PV. oyzae (Xoo) putative effector and pathogenicity related genes using RNAseq approaches.
We propose in details as follows:
1) Identification and functional study in vivo specific Xoo genes by RNAseq
‣ Analyzing the high throughput in vivo specific genes from rice leaves showing different phenotype inoculated with Xoo K3 and K3a, respectiviely, using RNAseq
2)Effector screening using Defense Report System
‣ Screening possible effector proteins from the in vivo secreted Xoo proteins using Defense Report System.

□ Result
Xanthomonas oryzae pv. oryzae (Xoo), a causal agent of bacterial blight, is one of the major diseases in the rice which result in huge loss of productivity. Here, a RNA-seq based transcriptomic approach was used to analyze the differentially expressed genes of Xoo during in-vitro and in-planta (on both susceptible and resistant hosts) growth conditions. A total of 4619 differently expressed genes were identified between in-vitro and in-planta growth conditions. During in-planta growth conditions, most of identified differentially expressed genes were related to the nutrient transport, protease, stress tolerance and pathogenicity, among others. Moreover, using bioinformatics tools, 184 putative type III effectors were identified, which may be involved in the Xoo pathogenicity. Of a particular interest was a Xoo cysteine protease (XoCP), which showed dramatic increase in its protein abundance in planta upon Xoo interaction with a susceptible rice cultivar. Knock-out mutants of XoCP showed reduced pathogenicity on rice, highlighting its potential involvement in Xoo virulence. Taken together, these results provide a deeper understanding of Xoo behavior during in-vitro and in-planta growth conditions.

□ Expected Contribution
To understand rice-Xoo interaction at transcriptomic levels, in this study, RNAseq was employed to analyze putative effectors proteins which play a major role in disease process and secrete from Xoo via TTSS in-vitro and in- planta cultured Xoo cells were used for RNA isolation and RNAseq analysis. CaCl₂bufferwasusedforcollectingculturedXoo in apoplast. RNA extraction was performed each condition for RNAseq analysis and total 4619 of Xoo genes were identified. GO term analysis was used with up-regulated and down-regulated proteins from in-planta condition (S and R). Among them, genes including TAL effector or protein synthesis, EF-Tu, and several kinds of transposase up-regulated in Xoo cultured under in-planta conditions were found. The effector candidate genes (total 184) were identified by web-based analysis tool (www.effector.org). Additionally, ten candidate effector genes were found which especially expressed in-planta condition, and they also identified by RNAseq. These proteins are encoded by HrpF or protease, TonB, etc. Genetic evidences indicated that a novel bacterial secreted cysteine protease, XoCP, was related with Xoo pathogenicity. However, further experiments are required to validate the biological functions of the differentially regulated genes in rice-Xoo interactions in the future.

(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. 국내외 기술개발 현황 ... 7
• 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 11
• 4. 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 25
• 5. 연구결과의 활용계획 ... 25
• 6. 연구과정에서 수집한 해외 과학기술정보 ... 26
• 7. 참고문헌 ... 26
• 8. 연구성과 ... 28
• 9. 국가과학기술지식정보서비스에 등록한 연구시설‧장비 현황 ... 28
• 10. 연구개발과제 수행에 따른 연구실 등의 안전조치 이행실적 ... 29
• 11. 기타사항 ... 31
• 끝페이지 ... 31