초록 ▼

연구의 목적 및 내용
본 연구팀의 장기적 목표는 식물 체내의 양분 수송과 재분배에 필수적인 체관의 발달에 관여하는 유전자 조절 네트워크를 이해하는 것이었다．연구팀은 SHORTROOT (SHR)라는 전사인자가 근단분열조직에 있는 전형성층에서 체관 전구세포로 이동하여, 두 종류의 체관 세포를 형성하기 위한 비대칭세포분열을 유도한다는 것을 새로이 발견하고, 이 과정에 NARS1 전사인자가 관여한다는 증거를 확보하였다． 또한, 본 연구 과제에서는 SND2 라는 NARS1과 같은 NAC domain transcription fact

연구의 목적 및 내용
본 연구팀의 장기적 목표는 식물 체내의 양분 수송과 재분배에 필수적인 체관의 발달에 관여하는 유전자 조절 네트워크를 이해하는 것이었다．연구팀은 SHORTROOT (SHR)라는 전사인자가 근단분열조직에 있는 전형성층에서 체관 전구세포로 이동하여, 두 종류의 체관 세포를 형성하기 위한 비대칭세포분열을 유도한다는 것을 새로이 발견하고, 이 과정에 NARS1 전사인자가 관여한다는 증거를 확보하였다． 또한, 본 연구 과제에서는 SND2 라는 NARS1과 같은 NAC domain transcription factor에 속하는 인자도 체관 형성 조절에 관여함을 알게 되었다. 이러한 결과를 바탕으로, SHR, SND2, NARS1 간의 조절 관계를 분석하고, SND2와 NARS1이 정확히 체관 형성의 어느 과정에서 관여하는 지를 분석하는 일련의 실험을 진행하였다.

연구결과
SHORTROOT와 NARS1, SND2의 관계를 transcriptional fusion line을 분석하여 살펴본 결과, NARS1, SND2 모두 SHORTROOT의 하위유전자임을 확인하였다. NARS1은 뿌리 differentiation zone의 companion cell에서, SND2는 meristem의 protophloem축에서 발현되고 있다. 이 두 유전자의 돌연변이체들은 각각 phloem축당 두개의 sieve element를 형성하는 야생형과는 달리, 한 개의 sieve element만을 형성하고 있었다. 그 과정이 비대칭 세포 분열의 문제에 의해 유발되는 지를 확인하고자 serial section을 진행하였고, 그 결과 NARS1의 돌연변이체에서는 phloem sieve element presursor의 세포 분열이 일어나지 않는 반면, SND2의 돌연변이체에서는 정상적인 세포 분열은 일어나나 phloem sieve element의 분화가 한 세포열에서만 일어나고 있음을 알게 되었다. SND2와 NARS1사이의 조절관계를 분석한 결과, NARS1이 SND2의 상위단계에서 조절하고 있음도 밝혔다. 이러한 결과에 근거하여 SHORTROOT는 체관 발달에 매우 중요한 조절자이며, 체관 특이적인 전사인자의 발혀 조절을 통해 발달을 조절함을 결론지을 수 있다. 특이하게도 NARS1이 SND2보다 뿌리 발달 단계에서 늦게 발현이 시작됨에도 불구하고 SND2를 상위에서 조절하는 것으로 보아 우리가 아직 모르는 복잡한 feedback regulation이 작동하고 있을 것으로 예측된다.

연구결과의 활용계획
식물체내 물질 전달에 필수적 조직인 체관의 발달을 유도하는 유전자 조절 기작을 밝힘으로써, 본 연구는 식물 발달에 중요한 기초 지식을 제공할 것이다． 식물은 양분의 재분배를 통하여 열매나 저장기관의 성장을 조절하므로, 이러한 재분배 과정에 대한 이해는 작물의 수확량을 증대시키는 방법을 발견하는 데에 절대적으로 중요하다． 양분의 재분배는 물질 수송의 방향 조절뿐 아니라, 체관발달의 조절을 통하여 이루어진다． 따라서, 본 연구의 결과는 작물의 수확량 증대를 위한 원천 기술 개발에 긴요하게 활용될 수 있을 것으로 기대된다. 본 과제에 이어지는 중견 연구 과제의 진행을 통해, 뿌리의 체관 형성이 시간과 공간적으로 어떻게 조절되는 지 밝힐 계획이다.

(출처 : 요약문 4p)

Abstract ▼

Purpose&contents
The ultimate goal of our research is to unravel transcriptional regulatory networks that govern the development of phloem, which is the tissue essential for resource allocation within a plant body. While investigating the role of SHORTROOT (SHR), a key transcription factor in roo

Purpose&contents
The ultimate goal of our research is to unravel transcriptional regulatory networks that govern the development of phloem, which is the tissue essential for resource allocation within a plant body. While investigating the role of SHORTROOT (SHR), a key transcription factor in root development, we found that it regulates the phloem development by moving from procambium to phloem pole. As downstream genes of SHR, NARS1 and SND2, two NAC domain transcription factors, were discovered. We analyzed the role of NARS1 and SND2 in the phloem development in detail as well as their genetic relationships.

Result
Our investigation of the relationships among SHR, SND2, and NARS1 indicated that SHR regulates the expression of both SND2 and NARS1. NARS1 is expressed in the companion cells of root differentiation zone and SND2 is expressed in the protophloem sieve element of meristem. Even though SND2 is expressed early through the root developmental zones than NARS1, it seems to be regulated by NARS1 as downstream. Consistent with this result, our cell lineage analysis in the root meristems of nars1 and snd2 mutants suggested that NARS1 regulates the asymmetric cell division of phloem sieve element initial whereas SND2 regulates the differentiation of metaphloem sieve element after the cell division. How this is possible requires for further investigation. In conclusion, we unraveled novel mechanisms governing phloem sieve element development via intercellular trafficking of SHR and its downstream transcription factors. How spatio-temporal regulation among transcription factors is achieved will be pursued in the new research grant under the support of NRF.

Expected Contribution
Phloem is critical for allocating nutrients and signaling molecules throughout the plant. Despite of its importance, very little has been known about how phloem is established. Outcomes of this research will contribute to advancing the knowledge about phloem development and basic principals of cell differentiation. Phloem is also directly linked to crop yields. Understanding its developmental process will help engineering resource allocation in crop plants and yields.

(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 ... 9
• 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 9
• 4. 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 15
• 5. 연구결과의 활용계획 ... 15
• 6. 연구과정에서 수집한 해외 과학기술정보 ... 15
• 7. 참고문헌 ... 16
• 8. 연구성과 ... 17
• 9. 국가과학기술지식정보서비스에 등록한 연구시설‧장비 현황 ... 23
• 10. 연구개발과제 수행에 따른 연구실 등의 안전조치 이행실적 ... 23
• 11. 기타사항 ... 25
• 끝페이지 ... 25