초록 ▼

연구의 목적 및 내용
○ 본 연구의 최종 목적은 고온스트레스에 내성을 갖는 벼를 개발하는 것이다. 보다 구체적으로는 화분발달, 종자등숙, 종자휴면과정에 중점을 두고 고온스트레스에 내성을 개선하는 분자육종방법을 모색하는 것이다.

○ 첫째, 전사체 분석을 통하여 다양한 스트레스 관련 후보유전자들 선발하고 이들을 체세포- 혹은 화분세포- 특이적인 프로모터에 연결한 벡터를 제작한다. 벼와 애기장대를 대상으로 형질전환체들을 선발하고 고온에서의 내성여부를 타진함으로써 궁극적으로 고온저항성 벼 육종소재를 개발한다.

연구의 목적 및 내용
○ 본 연구의 최종 목적은 고온스트레스에 내성을 갖는 벼를 개발하는 것이다. 보다 구체적으로는 화분발달, 종자등숙, 종자휴면과정에 중점을 두고 고온스트레스에 내성을 개선하는 분자육종방법을 모색하는 것이다.

○ 첫째, 전사체 분석을 통하여 다양한 스트레스 관련 후보유전자들 선발하고 이들을 체세포- 혹은 화분세포- 특이적인 프로모터에 연결한 벡터를 제작한다. 벼와 애기장대를 대상으로 형질전환체들을 선발하고 고온에서의 내성여부를 타진함으로써 궁극적으로 고온저항성 벼 육종소재를 개발한다.

○ 둘째, 벼의 당 및 에너지 신호전달과정 연구를 통해 에너지 항상성 유지능력 개선을 통한 고온 스트레스 내성 개선 기술 수립한다.

○ 셋째, 고온스트레스에 의해 종자 휴면성이 영향을 받는 기작을 연구하고, 고온다습한 기후변화에 안정적으로 종자형질을 유지할 수 있는 유전자를 발굴한다.

연구개발성과
○ 다양한 스트레스 관련 후보유전자에 벼 화기기관 특이적 특이적인 프로모터를 부착한 벡터를 제작하여 벼와 애기장대를 대상으로 형질전환체들을 선발하였으며, 고온에서의 내성여부를 검정하여 고온저항성을 보이는 형질전환 식물체를 선발하였다.

○ 종자성숙과정 관련 유전자들의 당/에너지 신호전달과정에 의한 발현 조절 여부를 분석 및 전사체 분석을 통한 고온 스트레스 반응 유전자군 탐색하며 특히 OsOle 유전자들 및 OsTIP3;1 유전자와 같은 종자성숙관련 유전자의 조절기작을 규명하였다. 또한 고온 스트레스 반응과 당/에너지 신호전달과정 연관성 분석을 진행하였고 상기 분석에 기초하여 선발유전자군으로서 glutathione S-transferase multigene family 및 Heatshock transcription factor 유전자, 및 SnRK1 family 유전자 분석을 진행하여 고온 저항성에 기여할 수 있는 가능성을 확인하였다.

○ 벼 종자에서 등숙과 고온스트레스에 의해 1차 휴면성이 상실되는 현상을 밝히고, 전사체 및 whole genome methylome 분석을 통해 휴면성 상실과 후성학적 조절에 연관된 유전자군을 선발하였다. 또한 DREB, HDAC 등 선잘 후보 유전자에 대한 형질전환 벼를 생산하였다.

연구개발성과의 활용계획
○ 화분의 발달 및 기능은 고온에 치명적이므로 이에 따른 작물생산량감소는 막대하다. 따라서 본 연구를 통한 고온에서도 정상적인 화분생성이 가능한 벼의 개발은 지구 온난화에도 안정적인 식량자원을 확보하는데 도움이 될 것이다.

○ 식물체의 과잉 에너지 저장 조절, 생장 발생 조절 등의 식물바이오매스 증대 기술 등 다양한 방면으로의 응용 잠재력을 지니며 식물생명공학의 부가가치가 높은 단백질 생산 효율성 개선 등의 부가적 효과를 기대할 수 있다.

○ 최근의 지구 온난화, 가뭄 등의 기후 변화 추세로 볼 때 고온 스트레스 적응 생명공학 연구는 미래를 위해 투자 확대가 필요한 분야이다.
따라서 본 과제를 통해서 고온스트레스 조건에도 종자의 크기와 수량, 휴면성, 품질 등 중요한 농업형질을 유지하고 개량하는데 활용가능한 기초기술이 개발될 것으로 기대된다.

(출처 : 국문요약문 4p)

Abstract ▼

Purpose & Contents
○ The final goal of this project is to develop new variety of rice with enhanced heat-tolerance. Our research aims to deliver molecular breeding tools to improve heat-tolerance during pollen development, seed maturation and dormancy in rice.

○ Putative stress-related gen

Purpose & Contents
○ The final goal of this project is to develop new variety of rice with enhanced heat-tolerance. Our research aims to deliver molecular breeding tools to improve heat-tolerance during pollen development, seed maturation and dormancy in rice.

○ Putative stress-related genes will be isolated by analyzing various transcriptomic databases. Transgenic plants that express these putative genes under sporophytic- or pollen specific promoters will be generated in both rice and Arabidopsis. Heat-tolerance will be tested at both vegetative and reproduction stages.

○ Increased heat-tolerance will be pursued by improving the capability of energy homeostasis from the studies of sugar and energy signaling.

○ Seed dormancy is a highly variable agronomic trait affected by genetic and environmental factors. Temperature is known to affect both induction and termination of seed dormancy. We will investigate genes related to heat stress-induced primary dormancy release of rice seeds.

Results
○ Putative stress-related genes and rice reproductive organ-specific promoters were identified and isolated by analyzing various transcriptomic databases. Transgenic plants that express these putative genes under sporophyticor pollen specific promoters have generated in both rice and Arabidopsis. Heat-tolerance have been tested at both vegetative and reproduction stages and selected putative heat tolerant transgenic plants in Arabidopsis.

○ Sugar/energy signaling mediated control of expression was examined for those genes involved in seed maturation. Also, transcriptomic analysis was performed to find out heat stress responsive genes. Specific regulatory mechanism for expression was revealed from the investigation of those seed maturation genes such as Osole genes and OsTIP3;1. Based on the study of interrelationship between responsiveness to heat stress and sugar/energy signaling, studies of glutathione S-transferase multi-gene family, Heatshock transcription factor genes and SnRK1 family genes were selected and further studied as candidate genes to improve heat stress tolerance.

○ In the present study, we have shown that the primary seed dormancy of rice is released during ripening stage and by heat stress. By transcriptomic profiling and whole genome methylation analysis of seed embryos, differentially expressed genes (DEG) and epigenic genes with differentially methylated (DMR) region associated with dormancy release were identified. We also have developed transgenic rice over-expressing epigenic genes such as histone deacetylase for further investigation of epigenic regulation of seed dormancy release.

Expected Contribution
○ High temperature is extremely detrimental to pollen development and functioning, which in return drastically decreases sexual reproduction and crop yield. Therefore, enhanced heat-tolerance during pollen development will help to maintain food security in these days of global warming.

○ Our studies will contribute to various fields like improvement of efficient storage of energy surplus, regulation of growth and development and efficient production of recombinant proteins.

○ The genes and transgenic rice developed in this project will be useful for molecular breeding to improve thermal resilience of seed dormancy trait and preharvest sprouting.

(출처 : Summary 6p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제 출 문 ... 2
• 보고서 요약서 ... 3
• 국 문 요 약 문 ... 4
• Summary ... 6
• 목차 ... 8
• 제 1 장 연구 개발 과제의 개요 ... 9
• 제1절 연구 개발 목적 ... 9
• 제2절 연구 개발의 필요성 ... 10
• 제3절 연구 개발 범위 ... 12
• 제 2 장 국내외 기술개발 현황 ... 14
• 제 3 장 연구 수행 내용 및 결과 ... 17
• 제1절: 제1세부과제전사체 정보 기반 고온스트레스 내성 벼 육종소재 개발 ... 17
• 제1절: 제1협동과제벼종자 등숙 시 고온 스트레스 내성 증진을 위한 당/에너지 신호전달 연구 ... 32
• 제3절: 제2협동과제벼 종자의 고온스트레스 반응 기작 연구 및 유전자 탐색 ... 46
• 제 4 장 목표달성도 및 관련분야 기여도 ... 60
• 제1절 : 목표대비 달성도 ... 62
• 제2절 : 정량적 성과(논문게재, 특허출원, 기타) ... 64
• 제 5 장 연구 결과의 활용 계획 ... 65
• 제 6 장 연구 과정에서 수집한 해외 과학 기술 정보 ... 66
• 제 7 장 연구 개발 결과의 보안 등급 ... 67
• 제 8 장 국가과학기술지식정보서비스에 등록한 연구시설·장비 현황 ... 67
• 제 9 장 연구개발과제 수행에 따른 연구실 등의 안전조치 이행실적 ... 67
• 제 10 장 연구개발과제의 대표적 연구실적 ... 68
• 제 11 장 기타사항 ... 69
• 제 12 장 참고문헌 ... 70
• 끝페이지 ... 72