[보고서]음지회피(shade avoidance) 반응의 완화를 통해 생산성 증대를 구현한 작물 개발

천충일

음지회피(shade avoidance) 반응의 완화를 통해 생산성 증대를 구현한 작물 개발
Developing crops with the increased productivity through regulating the shade avoidance response 원문보기

보고서 정보
주관연구기관	숙명여자대학교
연구책임자	천충일
참여연구자	김성한 , 허윤선 , 손오라 , 정슬기 , 김지영 , 르티덕 , 장차오유에 , 이정민 , 이영은 , 정수현
보고서유형	최종보고서
발행국가	대한민국
언어	한국어
발행년월	2021-02
과제시작연도	2020
주관부처	농촌진흥청 Rural Development Administration(RDA)
등록번호	TRKO202100009711
과제고유번호	1395062738
사업명	차세대바이오그린21(R&D)
DB 구축일자	2021-09-18
키워드	음지회피반응.TCP 전사조절인자.호메오박스 유전자.내음성 작물.YUC 옥신 합성 유전자.Shade avoidance responses.Shade-tolerant crop.TCP transcription factors.Homeobox genes.YUCCA genes.

초록 ▼

1. 음지회피반응 조절자의 발현 조절을 통한 음지회피반응성 완화 식물체 개발
① amiRNA를 이용한 음지회피반응 촉진인자 (TCP, ATHB2, YUC) 발현 억제를 통한 음지회피반응 완화 모색
② 과발현을 이용한 음지회피반응 억제인자 (ATHB12)의 발현 유도를 통한 음지회피반응 완화 모색
③ 토마토의 음지회피반응 조절자 발굴 및 발현 조절을 통한 음지회피반응 완화된 토마토 개발
2. 내음성(shade-tolerant) 형질 관련 후보 유전자 발굴 및 기능검정을 통한 생산성 향상된 토마토 개발
① 광조건과 음지조건에서 음지회피 식물 및 내음성 작물의 전사체 비교
② 형질전환 애기장대를 통한 내음성 관련 유전자들의 음지회피 현상 조절에 기여도 검정
③ 음지회피현상 조절 기능 유전자들의 형질전환을 통함 음지회피현상 완화된 토마토 개발

(출처 : 요약서 4p)

Abstract ▼

□ Purpose&Contents
The purpose of this study is to investigate the effects of shade-resistance-related genes in order to develop shade-tolerant crops that do not reduce productivity even in shaded conditions due to tolerance to the shade. Inhibition of the expression of the homeo gene ATHB2 family and the auxin synthesis gene YUCCA family supression through amiRNA and TCP family related mutants and amiRNA transgenic Arabidopsis thaliana showed a typical shade avoidance phenomenon, reducing leaf area and promoting hypocotyl and petiole elongation. By controlling the expression of the direct target gene SNE of ATHB2, it was confirmed that it promotes and regulates the stem growth response of shade avoidance by inhibiting the stability of the DELLA protein. Through the transcript analysis of the shade-resistant rice (Oriza granulata) grown in the shaded conditions, shade-tolerant candidate genes showing differentiated expression from the shade-avoidance rice (Oriza sativa, Nipponbare) were selected. In order to produce tomatoes with reduced shade avoidance response, amiRNA transformants that inhibited the expression of TCP13 orthologs and suppressed the expression of ATHB2 orthologs were prepared and transformed. This decreased shade avoidance phenotype was observed.

□ Results
It was found that ATHB2 and TCP13 are the major upstream regulators of the shade avoidance response. New knowledge about the regulation of ATHB2 downstream genes SNE and DELLA proteins was produced, and it was confirmed that TCP13 is a transcriptional regulator that regulates the expression of several shade avoidance markers. In addition, a specific mechanism of action of shade resistance was proposed through the analysis of the transcriptome of tolerant rice.

□ Expected Contribution
By applying the function and mechanism of CIN-TCP, it can be applied to research on increasing crop productivity and yield even in the shaded environment. It can be applied to the development of useful crops with improved environmental stress resistance such as shade.

(출처 : SUMMARY 6p)

목차 Contents

표지 ... 1
제 출 문 ... 2
보고서 요약서 ... 3
국 문 요 약 문 ... 5
Summary ... 6
목차 ... 7
제 1 장 연구 개발 과제의 개요 ... 8
제1절 연구 개발 목적 ... 8
제2절 연구 개발의 필요성 ... 8
제3절 연구 개발 범위 ... 10
제 2 장 연구 수행 내용 및 결과 ... 11
제 3 장 목표달성도 및 관련분야 기여도 ... 31
제1절 목표대비 달성도 ... 31
제2절 정량적 성과(논문게재, 특허출원, 기타)를 기술 ... 32
제 4 장 연구 결과의 활용 계획 ... 33
제 5 장 연구 개발 결과의 보안 등급 ... 34
제 6 장 연구시설·장비종합정보시스템에 등록한 연구시설·장비 현황 ... 34
제 7 장 연구개발과제의 대표적 연구실적 ... 35
제 8 장 기타사항 ... 36
제 9 장 참고문헌 ... 37
끝페이지 ... 38

표/그림 (24)

표 TCP13과발현체 (TCP13-GFP ) 및 amiR-3TCP 식물체의 표현형 비교. 정상조건에서 7일동안 키운 식물의 표현형 비교 (A), hypocotyl 길이 (B) 및 뿌리 길이 비교
표 Real-time PCR에 의한 amiR-3ATHB 형질전환체에서 target genes의 유전자 발현 확인
표 음지 조건에서 amiR-3ATHB 형질전환체 표현형 관찰. (A) Continuous white light (W) 또는 Far-red light이 강화된 조건(W+ FR) 에서 5일 동안 키운 뒤 hypocotyl 길이(B) 및 cotyledon 면적(C)을 측정함
표 세 개의 YUC 유전자의 공통 부분을 target 하는 amiRNA construct를 포함하는 형질전환체 homozygote (T3) 중 선발된 두 라인 (amiR-3YUC #2, amiR-3YUC #3)의 YUC5, YUC8, YUC9 유전자 발현
표 AmiR-3YUC 식물체의 표현형. Continuous white light (W)에서 키운 식물을 그대로 두거나 Far-red light이 추가된 W + FR 조건에서 5일 동안 키운 뒤 hypocotyl 길이 (C) 및 cotyledon 면적 (D)을 측정하여 표현형 관찰
표 GVG-ATHB2-GFP 형질전환체의 발현조사 및 표현형 분석. A. DEX-inducible ATHB2 발현을 western blot으로 조사. GFP Antibody가 사용됨 (Santa Cruz). 8일동안 seedlings에 Dexametasone을 0, 1, 10 μM의 농도로 각각 처리한 후 단백질 추출함. B. 5일동안 seedlings에 Dexamethasone을 10 μM 포함하는 1/2 MSO 배지에서 배양 후 hytocotyl 길이 생장 관찰
표 7일된 GVG-ATHB2-GFP seedlings에 DEX 10 μM를 처리 후 0, 24 h, 48 h, 72 h, 96 h에서 각각 ATHB2와 SNE specific primers로 realtime RT-PCR 실시
표 GVG-ATHB2-GFP 식물체를 가지고 ChIP-PCR을 실시. A. ChIP-PCR을 위한 real time PCR로 증폭될 genomic target sequences의 모식도. Transcription start site로부터 –200bp위치한 ATHB2-binding site (CAATAATTG)가 존재함. B. ChIP-PCR 실시 후 증폭 산물의 정량 결과. 붉은 화살표와 네모박스는 ATHB2가 결합할 가능성이 높은 지점을 의미
표 GVG-ATHB2-GFP 형질전환체에서 DEX처리 후 RGA antibody를 가지고 western blot analysis 실시. A. 7일된 GVG-ATHB2-GFP seedlings에 DEX 10μM 를 1h~24h처리 후 RGA antibody로 western blot 실시. Loading control로 Tubulin antibody와 Ponceau staining solution이 사용됨. B. A의 결과를 Image J를 이용하여 정량
표 Arabidopis ATHB2 seq와의 비교를 통해 선별된 토마토의 homeobox 유전자들 (SlHB2-a, SlHB2-b, SlHB2-c, SlHB2-d, SlHB2-e, SlHB2-f)과 real time PCR을 통한 발현 분석. A. ATHB2 orthologs 유전자들의 phylogenetic tree 분석. B. 2개월된 토마토의 잎, 줄기, 뿌리, 꽃, 열매에서의 각 유전자 발현을 realtime PCR 로 분석. C. 토마토를 1h, 2h 동안 음지처리(WL+FR)한 후 잎에서 추출한 RNA로 realtime PCR 분석
표 Arabidopis TCP 유전자 sequence 와의 비교를 통해 선별된 SlTCP4, SlTCP5과 발현 분석. A. TCP13 orthologs 유전자들의 phylogenetic tree 분석. B. 토마토를 1h, 2h 동안 음지처리(WL+FR)한 후 잎에서 추출한 RNA로 realtime PCR 분석. C. 2개월된 토마토의 잎, 줄기, 뿌리, 꽃, 열매에서의 각 유전자 발현을 realtime PCR로 분석
표 토마토 SlPIL1, SlYUC9, SlIAA9의 발현을 real time RT-PCR로 분석. 1개월 된 토마토를 1h, 2h 동안 음지처리 (WL+FR)한 후 잎에서 추출한 RNA 사용
표 O. sativa (Nipponbare)와 O. granulata에 음지 처리(W + FR) 하였음
표 O. sativa (Nipponbare)와 O. granulata 음지 처리시 유의한 발현 변화를 보이는 유전자들의 벤다이어그램
표 O. sativa (Nipponbare)와 O. granulata 음지 처리시 서로 다른 유의한 발현을 보이는 유전자들의 목록과 발현양상의 heat map. *애기장대 ATHB12의 ortholog를 포함함을 알 수 있음(붉은색)
표 ATHB12 발현에 미치는 TCP13과 ATHB2의 영향
표 광 조건과 음지 조건에서의 야생형 (Col-0), ATHB12 과발현체 (ATHB12OX), ATHB12SRDX 식물체 (ATHB12SRDX)의 표현형 비교. (A) 야생형, ATHB12 과발현체 (ATHB12OX), ATHB12SRCS 식물체 식물을 3일 동안 continuous white light (W)에서 키운 뒤, 5일동안 W 혹은 W + FR 조건에서 키운 후 표현형 관찰. (B, C) hypocotyl 길이 (B) 및 cotyledon 면적 (C)을 측정
표 bZIP61-1 knockout mutant의 선발 및 음지회피 표현형 관찰. A. T-DNA insertion 위치를 보여주는 유전자 구조 모식도. B. Genomic PCR을 통해 T-DNA확인. C. Real time RT-PCR을 통해 BZIP61 발현양상 분석. 음지조건(WL+FR)을 처리함. D. 음지조건에서 배양시 hypocotyl의 길이 생장 표현형 변화 관찰. E. D에서의 결과 정량화
표 cib2-1 knock out mutant의 선발 및 음지회피 표현형 관찰. A. T-DNA insertion 위치를 보여주는 유전자 구조 모식도. B. Genomic PCR을 통해 T-DNA확인. C. Real time RT-PCR을 통해 BZIP61 발현양상 분석. 음지 조건(WL+FR)을 처리함. D. 음지조건에서 배양시 hypocotyl의 길이생장 표현형 변화 관찰. E. D에서의 결과 정량화
표 Arabidopsis tcp triple mutnat (tcp5tcp13tcp17)의 음지회피 완화 표현형과 토마토의 TCP(SlTCP4-GFP)의 complementation 검정. A. Arabidopsis TCP관련 형질전환체의 음지회피관련 표현형. B and C. A의 결과를 정량화함. D. Arabdopsis tcp triple mutant에서 토마토의 TCP 유전자 중 하나인 SlTCP4를 과발현하여(SlTCP4-GFP ) 표현형 관찰
표 토마토 호메오박스 유전자 SlHB2s를 발현 억제하는 amiRNA 형질전환체 (amiR-3SlHB) 제작 및 분석. A. 제작된 miRNA construct가 타겟으로 하는 서열 (붉은 글씨). B. Genomic PCR를 통해 효과적으로 식물에 도입 되었는지 조사. C. 형질전환체 제작 및 선별 후 real tiem RT-PCR을 통해 각 형질전환 개체가 각각의 유전자들의 발현을 효과적으로 감소시키는지 조사. (SlHB2-c의 발현은 WT과 형질전환체 모두에서 확인되지 않아 싣지 않음). D. 선별된 토마토를 배지로부터 흙으로 옮겨 배양
표 토마토 내음성 부여 후보 유전자인 SlCIP2, SlBZIP61의 발현 조사 . A. Real time RT-PCR로 조직별 발현 조사. B. 1달동안 배양한 토마토의 잎을 각각 1h, 2h 동안 음지처리(WL+FR) 후 Real time RT-PCR로 발현 유도 조사
표 현재 토마토 유전자 SlBZIP61 및 SlCIB2가 pBI121 vector에 클로닝되어 위의 Arabiodopsis mutants bzip61-1, cib2-1을 각각 형질전환함. 개체 선발 후 음피회피반응 측정 예정
표 토마토 TCP 형질전환체 (각각 amiR-2SlTCP, TCP13-GFP )의 제작. A. 제작된 miRNA construct가 타겟으로 하는 서열 (붉은 글씨). B와 D. Genomic PCR를 통해 효과적으로 식물에 도입되었는지 조사. C와 E. 각각 amiR-2SlTCP와 TCP13-GFP의 선별된 토마토를 배지로부터 흙으로 옯겨 배양. F와 G. 형질전환체 제작 및 선별 후 real time RT-PCR을 통해 각 형질전환 개체가 각각의 유전자들의 발현을 효과적으로 감소시키는지 조사

과제명(ProjectTitle) :	-
연구책임자(Manager) :	-
과제기간(DetailSeriesProject) :	-
총연구비 (DetailSeriesProject) :	-
키워드(keyword) :	-
과제수행기간(LeadAgency) :	-
연구목표(Goal) :	-
연구내용(Abstract) :	-
기대효과(Effect) :	-

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 제목(한글), 저자명(한글), 발행일자, 전자원문, 초록(한글), 초록(영문) 관리번호, 제목(한글), 제목(영문), 저자명(한글), 저자명(영문), 주관연구기관(한글), 주관연구기관(영문), 발행일자, 총페이지수, 주관부처명, 과제시작일, 보고서번호, 과제종료일, 주제분류, 키워드(한글), 전자원문, 키워드(영문), 입수제어번호, 초록(한글), 초록(영문), 목차
저장형식	Text(ASCII format) Excel format
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증

음지회피(shade avoidance) 반응의 완화를 통해 생산성 증대를 구현한 작물 개발
Developing crops with the increased productivity through regulating the shade avoidance response 원문보기