초록 ▼

□ 연구의 목적 및 내용
본 연구는 식물의 에너지 분배 제어 기술 개발을 위해, 식물 체관 발달에 관여하는 핵심 조절인자와 이를 통한 RNA 조절 기작을 규명하는 것을 목표로 한다. 우선 체관 발달에 핵심적인 RNA 결합 단백질 복합체의 목표 RNA를 동정하고, 이들의 기능을 검증하고자 한다. 그리고 체관 발달 조절을 통한 에너지 분배를 최적화하여 식물의 생산성 및 스트레스 내성을 증대시킬 수 있는 가능성을 검증하고자 한다.

□ 연구결과
체관 발달 과정 로드맵을 식물 생활사 전반에 따라 구분하여 발달 단계별

□ 연구의 목적 및 내용
본 연구는 식물의 에너지 분배 제어 기술 개발을 위해, 식물 체관 발달에 관여하는 핵심 조절인자와 이를 통한 RNA 조절 기작을 규명하는 것을 목표로 한다. 우선 체관 발달에 핵심적인 RNA 결합 단백질 복합체의 목표 RNA를 동정하고, 이들의 기능을 검증하고자 한다. 그리고 체관 발달 조절을 통한 에너지 분배를 최적화하여 식물의 생산성 및 스트레스 내성을 증대시킬 수 있는 가능성을 검증하고자 한다.

□ 연구결과
체관 발달 과정 로드맵을 식물 생활사 전반에 따라 구분하여 발달 단계별 특이적 형태학적 변화와 그 시기를 구체적으로 정립하고 탄소 에너지 재분배 과정을 모니터하기 위해 체관을 통해 이동하는 다양한 영양소원 중에서 최종 저장 탄소 동화물인 녹말의 기관 별 저장 상태와 추가적으로 이동하는 형태의 탄소 동화물인 수크로오스의 기관 별 농도를 실시간으로 관찰하기 위한 센서 기반 에너지 분배 모니터링 시스템을 구축하였다. 체관 발달에 특이적으로 기능하며 체관 억제 과정에 중요하게 기능하는 RNA 결합 단백질을 동정하였으며 이를 JULGI 라고 명명, 타겟 RNA motif인 RNA G-quadruplex를 규명하고 체관 발달 과정에서 JULGI의 타겟 유전자인 SMXL4/5를 찾아냄으로써 체관 발달 과정에서 RNA 이차 구조를 통한 세포 운명 결정 과정 기작을 구체적으로 규명하였다. SMXL4/5의 5’UTR에 위치한 RNA G-quadruplex는 체관 세포 운명 결정 과정에 JULGI와 함께 번역 억제 모듈로 기능함으로써 SMXL4/5의 번역 억제를 통해 체관 발달을 억제하고 있음을 확인하였다. 체관 발달 과정을 관장하는 주요 조절인자로써 SMXL4/5 뿐 아니라 다양한 RNA G-quadruplex를 내재하고 있는 보조 조절인자를 동정하였으며 다양한 유전자 발현 수준에서 체관 발달을 조절 네트워크를 조절함을 확인하였다. 또한 애기장대와 담배의 JULGI 기능 상실 돌연변이체에서 유의미한 저장 기관의 무게 및 크기 향상을 확인하였고 JULGI 유전자 발현량과의 상관 관계를 통해 증가한 체관을 통한 에너지 분배 기능의 향상이 생산성 향상에 직접적인 연관관계가 있음을 처음으로 보고하였으며, 본 연구의 핵심 가설의 가능성을 확인 할 수 있었다. 이를 바탕으로 유용 작물에서의 에너지 분배 최적화를 통한 생산성 증가 기술을 구축하였다.

□ 연구결과의 활용계획
진화적으로 최적화 되어 있는 탄소 동화의 인위적 조절을 극복하고 탄소 화합물의 분배를 최적화, 생산성 및 식물 전반의 스트레스 저항성을 획기적으로 향상시키기 위해 에너지 산물 및 영양소의 이동 기관의 체관 발달을 최적화 시키고자 하며 추가적으로(1) 체관 발달을 관장하는 RNA G-quadruplex 이차구조와 결합단백질에 의한 새로운 체관 세포 운명 결정모델을 제시, (2) 체관 발달 제어를 통한 대표 작물에서의 에너지 분배 최적화를 통해 본 문제 해결을 위한 대안을 제시하고자 한다. 최종적으로 식물의 관다발 발달의 최적화를 통해 작물의 생산량 증대 및 바이오매스 증대를 통한 인류의 생존을 위협하는 환경·에너지·식량 문제를 극복하기 위한 원천 기술을 제공하고자 한다.

(출처 : 한글요약문 5p)

Abstract ▼

□ Purpose&contents
The purpose of this study is to identify the key regulatory factors involved in plant development and the regulation of RNA regulation through the development of plant energy distribution control technology. First, we will identify target RNAs of RNA binding protein complexes t

□ Purpose&contents
The purpose of this study is to identify the key regulatory factors involved in plant development and the regulation of RNA regulation through the development of plant energy distribution control technology. First, we will identify target RNAs of RNA binding protein complexes that are crucial for the development of stem cells and examine their function. And to optimize the energy distribution through regulating the development of stem cells to increase the productivity and stress tolerance of plants.

□ Result
In order to monitor the process of redistribution of carbon energy, we set up the specific morphological changes and stages of developmental stages by dividing the phloem developmental process roadmap according to the overall plant lifecycle. Among the various nutrient sources moving through the stem, sensor-based energy distribution monitoring system for real-time monitoring of the concentration of the sucrose, which is an additionally moving type of carbon assimilation. We identified an RNA-binding protein that specifically functions in the phloem development and plays an important negative regulator of phloem differentiation. We named it JULGI, recognizes the RNA G-quadruplex as the target RNA motif, and identified the target gene of JULGI, SMXL4 / 5, and the mechanism of phloem cell fate determination through RNA secondary structure. The RNA G-quadruplex located in the 5'UTR of SMXL4 / 5 was found to inhibit the development of phloem cells by inhibiting translation of SMXL4 / 5 by functioning as a translational repression module in conjunction with JULGI in the. Identification of an adjunct regulator that contains a variety of RNA G-quadruplexes as well as SMXL4 / 5 as a major regulator of vascular development. The increase in the weight and size of the storage organ in the JULGI-deficient mutant of Arabidopsis and tobacco has been confirmed, and the correlation between the JULGI gene expression and the increase in energy distribution function has been directly related to the productivity improvement Based on this, we have established productivity enhancement technology through optimization of energy distribution in useful crops.

□ Expected Contribution
To overcome the artificial control of evolutionally optimized carbon assimilation and to optimize the distribution of carbon compounds, dramatically improve the productivity and overall stress resistance of plants, we plan to (1) present a new stem cell fate determination model based on RNA G-quadruplex secondary structure and binding protein, which regulates stem development, (2) optimize energy distribution in representative crops by controlling stem development,. Finally, we will provide source technologies to overcome environmental, energy and food problems that threaten the survival of humankind through increased crop production and biomass through optimization of plant vascular development.

(출처 : SUMMARY 6p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 목차 ... 3
• 연구계획 요약문 ... 4
• 연구결과 요약문 ... 5
• 한글요약문 ... 5
• SUMMARY ... 6
• 연구내용 및 결과 ... 7
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 7
• 2. 국내외 기술개발 현황 ... 9
• 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 9
• 4. 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 18
• 5. 연구결과의 활용계획 ... 20
• 6. 연구과정에서 수집한 해외 과학기술정보 ... 21
• 7. 주관연구책임자 대표적 연구실적 ... 21
• 8. 참고문헌 ... 21
• 9. 연구성과 ... 21
• 10. 국가과학기술지식정보서비스에 등록한 연구시설‧장비 현황 ... 24
• 11. 연구개발과제 수행에 따른 연구실 등의 안전조치 이행실적 ... 24
• 12. 기타사항 ... 24
• [별첨1] 대표적 연구실적 요약문 ... 25
• [별첨3] 대표적 연구실적 사본 ... 30
• 끝페이지 ... 36