초록 ▼

□ 연구개요
식물의 큐티클층은 외부 환경 스트레스(가뭄, 강한 빛, 자외선 등)로부터 식물을 보호하는 역할을 한다고 알려져 있다. 그러나 가뭄 스트레스 혹은 가뭄 후 비가 왔을 때 또는 침수 스트레스 조건에서 어떠한 기작으로 큐티클층 형성이 조절되는지 아직 잘 알려져 있지 않다. 조절된다면, 큐티클층 형성 관련 유전자들의 발현이 전사 혹은 전사 후 조절기작에 의해 조절되는지? 만약 조절인자가 존재한다면 어떤 전사조절인자가, 어떤 microRNA가 관여하는지? 에 대한 의문에 답하는 것이 본 연구의 목적이다.

□ 연

□ 연구개요
식물의 큐티클층은 외부 환경 스트레스(가뭄, 강한 빛, 자외선 등)로부터 식물을 보호하는 역할을 한다고 알려져 있다. 그러나 가뭄 스트레스 혹은 가뭄 후 비가 왔을 때 또는 침수 스트레스 조건에서 어떠한 기작으로 큐티클층 형성이 조절되는지 아직 잘 알려져 있지 않다. 조절된다면, 큐티클층 형성 관련 유전자들의 발현이 전사 혹은 전사 후 조절기작에 의해 조절되는지? 만약 조절인자가 존재한다면 어떤 전사조절인자가, 어떤 microRNA가 관여하는지? 에 대한 의문에 답하는 것이 본 연구의 목적이다.

□ 연구 목표대비 연구결과
가뭄, 가뭄 처리 후 rehydration 혹은 침수 스트레스 하에서 큐티클 왁스 생합성이 전사 및 microRNA를 매개로 하는 전사 후 조절 기작을 연구하기 위하여, 가뭄과 침수 조건 하에서 애기장대의 큐티클층의 미세구조와 큐티클 지질 성분 및 함량을 분석하였다. 특히 침수 조건 하에서 식물 큐티클층의 미세구조는 permeable하게 변화되었고, 큐티클 왁스의 함량이 크게 감소되었으며, alkane을 비롯한 왁스의 다양한성분들이 모두 감소됨을 확인하였다. 또한 침수 조건 하에서 큐티클 왁스 생합성에 관여된 유전자들의 발현이 크게 감소됨을 확인하여 유전자의 발현 조절이 매우 중요함을 시사해다. 이에 가뭄과 침수 스트레스 하에서 큐티클 생합성 관련 유전자들의 발현을 조절할 것으로 예상되는 신규 전사조절인자와 microRNA를 애기장대 microarray 및 microRNA 데이터베이스를 활용하여 각각 선별하였고, 식물체 내에서 선별된 전사조절인자 및 microRNA 유전자들의 기능을 분석하기 위하여 기능 상실돌연변이체를 확보하였으며, microRNA의 target 유전자들의 기능상실 돌연변이체 및 과다발현체도 제작하였다. 확보된 기능상실 돌연변이체와 과다발현체의 생리학적 특성을 확인하기 위하여 정상 생육 조건과 가뭄과 침수 스트레스 조건 하에서 주사전자현미경과 투과 전자현미경 등을 이용하여 큐티클층의 미세구조를 분석하였고,큐티클 왁스와 큐틴 성분 및 함량을 GC와 GC-Mass를 이용하여 분석하였다. 그 결과, 침수 스트레스 하에서 큐티클 왁스 생합성의 조절에는 DEWAX와 DEWAX2 전사 조절인자가 크게 관여하지 않음을 확인하였다. 그러나. DEWAX는 곰팡이 병원균 Botrytis cinerea의 감염 시에 defense 관련 유전자들의 발현을 증가시켜 방어하는 전사조절인자이며, DEWAX2는 애기장대 잎 특이적으로 큐티클 왁스 함량의 감소를 조절하는 전사조절인자임을 밝혔다. 그리고 가뭄 처리에 의해 발현이 유도되며 큐티클 왁스 생합성 및 조절에 관여하는 KCS2 및 MYB96 유전자의 발현을 각각 감소시키는 microRNA, miR838과 miR5658이 존재함을 밝혔다. 이들 miR838과 miR5658과다발현체에서 target 유전자의 발현은 크게 감소되었으며, 큐티클 왁스 함량도 감소됨을 확인하였다. 이는 큐티클 왁스 생합성이 microRNA를 매개로하는 전사 후 조절 기작이 존재하는 것을 시사한다.

□ 연구개발결과의 중요성
가뭄 스트레스 조건에서 식물의 큐티클 왁스 함량은 증가되며, 이는 큐티클 왁스생합성을 조절하는 전사활성 조절인자에 의해 주로 조절됨이 보고되었다. 반면에 가뭄 후 비가 오거나 집중 호우에 의한 침수 스트레스가 발생하였을 때, 큐티클왁스 생합성이 감소되며 침수 시에는 식물의 기공이 폐쇄되고 큐티클을 통한 기체의 교환이 이루어져야 하므로 큐티클 층의 구조 변화가 병행되어야 한다. 그러나 현재까지 가뭄 후 비가 오거나 침수 스트레스 조건에서 큐티클 왁스 생합성의 전사조절 및 전사 후 조절 연구는 전혀 보고되지 않았다. 본 연구를 통해서 가뭄 후 비가 오거나 침수되는 조건하에서 큐티클층은 permeable하게 변화되며 이는 큐티클 생합성 유전자들의 발현 감소와 밀접하게 연관되어져 있음을 밝혔다. 또한 가뭄 스트레스에 의해 발현이 증가되는 MYB96 및 KCS2 유전자가 microRNA가 매개하는 전사 후 수준에서 조절될 수 있음을 새롭게 밝혔다. 이러한 연구 결과들은 우수한 논문 및 특허화로 이어졌으며, 국가 경쟁력 향상에 이바지 할 것으로 생각된다.
또한, 외부 환경스트레스에 대한 식물 큐티클층 왁스 생합성 조절에 관한 폭 넓은 이해는 가뭄이나 침수와 같은 외부 환경스트레스에 내성을 가진 작물 개발에 활용될 수 있을 것이다. 이는 현재 지구 온난화와 같이 환경 문제가 인류의 삶과 직결되는 상황에서 본 연구 결과의 활용 가능성이 매우 클 것으로 생각된다.

(출처 : 연구결과 요약문 3p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 4
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 5
• (1) 외부 환경스트레스에 대한 식물 큐티클의 기능 ... 5
• (2) 큐티클 구성 성분 및 큐티클 왁스와 큐틴 생합성 기작에 대한 연구 ... 5
• (3) 큐티클 생합성의 전사조절 기작 연구 ... 6
• (4) 큐티클 왁스 생합성의 전사 후 조절 기작 연구 ... 7
• 2. 연구수행내용 및 연구결과 ... 8
• (1) 가뭄, 가뭄 처리 후 rehydration 혹은 침수 조건하에서 애기장대의 큐티클의 변화 ... 8
• (2) 큐티클 왁스 생합성 관련 microRNA의 선별과 가뭄 및 가뭄 후 rehydration 조건하에서의 역할 ... 10
• (3) 가뭄 처리 후 rehydration 혹은 침수 조건하에서 큐티클 왁스 생합성 관련 전사조절 유전자 선별 및 역할규명 ... 15
• 3. 연구개발결과의 중요성 ... 19
• 4. 참고문헌 ... 20
• 5. 연구성과 ... 25
• 대표적 연구실적 ... 32
• 끝페이지 ... 42