보고서 정보
| 주관연구기관 |
경상대학교
GyeongSang National University |
| 연구책임자 |
김외연
|
| 참여연구자 |
김미리
,
이성신
,
이다연
,
허진성
,
정송이
,
신경임
,
지명근
,
응웬티바 오녹
,
임다드알리
,
정영란
,
이수빈
,
황지원
,
윤혜진
,
이창섭
,
문선영
,
신성아
|
| 보고서유형 | 최종보고서 |
|---|
| 발행국가 | 대한민국 |
|---|
| 언어 |
한국어
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| 발행년월 | 2021-02 |
|---|
| 과제시작연도 |
2020 |
| 주관부처 |
농촌진흥청
Rural Development Administration(RDA) |
| 등록번호 |
TRKO202100009798 |
| 과제고유번호 |
1395063111 |
| 사업명 |
차세대바이오그린21(R&D) |
| DB 구축일자 |
2021-09-18
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| 키워드 |
생체시계.환경재해 저항성.양적형질위치.분자이미징.오믹스.Circadian Clock.Abiotic Stress Tolerance.Quantitative Trait Loci.Molecular Imaging.Omics.
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초록
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□ 연구의 목적 및 내용
본 연구과제는 식물의 생체시계-환경 스트레스간 신호 전달 기작을 omics 기반으로 분석해 작물의 복합 환경 재해 내성을 증진시키는데 있다. 이를 위해 식물 생체시계 기반 유전체, 전사체, 단백질체, 대사체,단백질 복합체 이미징 전문 연구진들과의 국제협력 공동연구를 통해 식물 생체시계를 통한 새로운 환경 스트레스 내성 조절 기전 및 생체시계 유용 형질이 탑재된 배추 작물 형질을 개발하였다.
□ 연구개발성과
- 1세부과제는 생체시계 인자인 GI의 후성유전학적 발현 조절을 통한 애기장대의
□ 연구의 목적 및 내용
본 연구과제는 식물의 생체시계-환경 스트레스간 신호 전달 기작을 omics 기반으로 분석해 작물의 복합 환경 재해 내성을 증진시키는데 있다. 이를 위해 식물 생체시계 기반 유전체, 전사체, 단백질체, 대사체,단백질 복합체 이미징 전문 연구진들과의 국제협력 공동연구를 통해 식물 생체시계를 통한 새로운 환경 스트레스 내성 조절 기전 및 생체시계 유용 형질이 탑재된 배추 작물 형질을 개발하였다.
□ 연구개발성과
- 1세부과제는 생체시계 인자인 GI의 후성유전학적 발현 조절을 통한 애기장대의 개화시기 조절 기전 규명 및 식물호르몬 ABA 합성 유전자 발현 조절을 통한 가뭄 스트레스 저항성 획득 기작을 규명함.
- 2세부과제는 생체시계 조절 형질전환 식물체의 대사물질 분석 및 라이브러리를 구축하였으며, in vitro 효과 검증 스크리닝 시스템과 대사물질의 유용성을 검증함.
- 1협동과제는 GI의 발현 감소를 유도한 배추 식물체의 건조 스트레스 저항성과 함께 전사체 분석을 통한 핵심 유전자군을 확보하였으며,GI 유전자 교정 배추를 제작해 염 및 건조 스트레스 내성을 확인함.
- 2협동과제는 생체시계 조절 단백질 복합체의 구조 규명을 위한 고이미징 기법 및 3차 구조 분석 시스템 구축을 통해 생체시계 단백질 GI의 구조적 특성 및 3차 구조 규명.
- 3협동과제는 생체시계 핵심 인자인 PRR7의 단백질 안정성을 조절하는 ELF3의 새로운 돌연변이를 분리해 하배축 길이와 생체시계 주기 단축 및 개화 지연 표현형을 확인함. 또한 PRR7 단백질 안정성을 조절하는 인자로 SPY 및 HOS15 단백질을 확보함.
- 4협동과제는 배추 R500의 de novo genome assembly를 구축하였고 L58 및 FPsc와의 교잡종을 통해 Al-RIL 집단을 완성해 QTL 분석후 일주기 조절 핵심 후보 유전자를 확보함. 또한 R500의 일주기성 전사체 분석을 통해 가뭄 스트레스 반응에 따른 배추 전사 네트워크의 빠른 확장과 다양성을 규명함.
- 이상의 국제공동연구를 통해 17편의 SCI급 국제저명학술지 게재하였으며, 7건의 특허출원 2건의 특허등록, 2건의 기능성물질 소재, 11건의 형질전환체 개발, 14건의 형질전환체 증식 및 5건의 홍보성과를 달성함.
□ 연구개발성과의 활용계획 (기대효과)
Omics 기법을 이용해 규명한 식물 생체시계-환경 재해간 상호 조절 기전을 실용작물인 배추에 적용해 복합 환경 재해 내성 작물 개발로 이어지는 유전학적 솔루션을 제시하였으며, 생체시계 조절 작물을 이용한 지구온난화 대비 환경 적응성 강화 작물 육종에 이용함으로써 농업 생산량 증대에 기여한다.
(출처 : 국문 요약문 5p)
Abstract
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□ Purpose&Contents
This research project is to improve the diverse abiotic stress tolerance of plants by analyzing the signaling mechanisms between the circadian clock and abiotic stresses of plants based on omics. To achieve these goals,international joint research group composed of researchers
□ Purpose&Contents
This research project is to improve the diverse abiotic stress tolerance of plants by analyzing the signaling mechanisms between the circadian clock and abiotic stresses of plants based on omics. To achieve these goals,international joint research group composed of researchers specializing in genomics, transcriptomics, proteomics, metabolomics, and protein complexes based on plant circadian clock was organized. We elucidated the novel regulatory mechanisms for conferring diverse abiotic stress tolerance by regulating the rhythmicity of circadian clock in plants and developed transgenic Chinese cabbage crops harboring these useful traits.
□ Results
- Internal Cooperative Team 1 investigated the mechanism of controlling the flowering period of Arabidopsis through the epigenetic control of GI expression by HOS15, and the mechanism of conferring drought tolerance through the transcriptional activation of the phytohormone ABA biosynthetic gene NCED3.
- Internal Cooperative Team 2 analyzed metabolites and constructed libraries from transgenic plants repressing expression of GI, andfurthermore verified the effectiveness of the screening system and metabolites for in vitro effects.
- External Cooperative Team 1 screened the core gene group through transcriptomic analysis along with the drought tolerance of the Chinese cabbage transgenic plants repressing GI expression, and also confirmed the tolerance to salt and drought stresses of CRISPR/Cas9-mediated GImutagenesis in Chinese cabbage crop plants.
- External Cooperative Team 2 investigated the structural characteristics and tertiary structure of GI through high-imaging technique and tertiary structure analysis system to identify the structure of the circadian clock control protein complex.
- External Cooperative Team 3 identified a new mutation in ELF3 that regulates the protein stability of PRR7, a key factor in the circadian clock, to shorten the hypocotyl length and the circadian clock period, and also confirmed the delayed flowering phenotype. In addition, SPY and HOS15 were identified as novel factors that regulate PRR7 protein turnover.
- External Cooperative Team 4 constructed a de novo assembly for Chinese cabbage R500 and completed the Al-RIL group through hybridization with L58 and FPsc to screen key candidate genes for circadian regulation after QTL analysis. In addition, the circadian transcriptome analysis of R500 revealed the rapid expansion and diversity of the Chinese cabbage transcription network according to the drought stress response.
- Through the above international joint research, 17 SCI-level international journals have been published, 7 patents applied, 2 patent registered, 2 functional materials registered, 11 transformants developed, 14 transformants proliferated, and 5 publicity resulted.
□ Expected Contribution
A genetic solution leading to the development of multiplex abiotic stress tolerant crops was proposed by applying the mutual control mechanism between plant circadian clock-abiotic stresses identified using Omics technique to a field crop, Chinese cabbage. By using it for breeding fortified crops, it contributes to increasing agricultural production.
(출처 : SUMMARY 6p)
목차 Contents
- 표지 ... 1
- 제출문 ... 2
- 보고서 요약서 ... 4
- 국 문 요 약 문 ... 5
- Summary ... 6
- 목차 ... 7
- 제 1 장 연구 개발 과제의 개요 ... 8
- 제 1 절 연구 개발 목적 ... 8
- 제 2 절 연구 개발의 필요성 ... 10
- 제 3 절 연구 개발 범위 ... 14
- 제 2 장 연구 수행 내용 및 결과 ... 20
- 제 1 절 이론적, 실험적 접근 방법 ... 20
- 제 2 절 연구수행 내용 및 결과 ... 24
- 제 3 장 목표달성도 및 관련분야 기여도 ... 101
- 제 1 절 목표대비 달성도 ... 101
- 제 2 절 정량적 성과(논문게재, 특허출원, 기타)를 기술 ... 107
- 제 4 장 연구 결과의 활용 계획 ... 108
- 제 5 장 연구 개발 결과의 보안 등급 ... 112
- 제 6 장 연구시설·장비종합정보시스템에 등록한 연구시설·장비 현황 ... 113
- 제 7 장 연구개발과제의 대표적 연구실적 ... 114
- 제 8 장 기타사항 ... 118
- 제 9 장 참고문헌 ... 119
- 끝페이지 ... 129
![Retained multi-copy circadian regulated genes are highly expressed and display time of day variation. A. Mean log2 FPKM expression levels for each gene across the combined LD & HC time course for multi-copy paralogs compared to single-copy genes. Numbers above the whiskers indicate the number of genes in each group. P value is the results of an ANOVA test. B. Expression level comparison when paralogs are separated into high and low expression groups compared to randomly paired single-copy genes. Numbers above the whiskers indicate the number of genes in the groups. P value is the result of an ANOVA test. C. Heatmap of the 11 modules of the combined LDHC co-expression network arranged by ZT time ( in Zeitgeber [ZT] time, where ZT0 represents the most recent dark to light or cold to warm transition) across the x-axis and circadian phase along the y-axis. D. Results of a hypergeometric test of the number of multi-copy genes in each module. The left barplot shows the results of the hypergeometric test expressed as a –log10 pValue with enrichment to the right and depletion to the left of 0. The right barplot shows the number of multi-copy genes in each of the modules](https://nrms.kisti.re.kr/bitextimages/TRKO202100009798/TRKO202100009798_96_image_1.png "Retained multi-copy circadian regulated genes are highly expressed and display time of day variation. A. Mean log2 FPKM expression levels for each gene across the combined LD & HC time course for multi-copy paralogs compared to single-copy genes. Numbers above the whiskers indicate the number of genes in each group. P value is the results of an ANOVA test. B. Expression level comparison when paralogs are separated into high and low expression groups compared to randomly paired single-copy genes. Numbers above the whiskers indicate the number of genes in the groups. P value is the result of an ANOVA test. C. Heatmap of the 11 modules of the combined LDHC co-expression network arranged by ZT time ( in Zeitgeber [ZT] time, where ZT0 represents the most recent dark to light or cold to warm transition) across the x-axis and circadian phase along the y-axis. D. Results of a hypergeometric test of the number of multi-copy genes in each module. The left barplot shows the results of the hypergeometric test expressed as a –log10 pValue with enrichment to the right and depletion to the left of 0. The right barplot shows the number of multi-copy genes in each of the modules")
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