초록 ▼

□ 연구개요
○ 식물노화는 발달과정의 마지막 단계로 세포, 조직, 기관, 개체 수준에서 매우 정교하게 진행되며 순차적으로 일어나는 일련의 세포생물학적, 생화학적 변화를 수반한다. 노화 과정동안 식물세포는 합성 능력이 저하되고 세포내 미세기관들과 거대분자들이 분해되어 항상성을 잃음으로써 결국 죽음에 이르게 된다. 식물노화의 효율을 극대화하기 위해서는 세포내 주요 미세기관인 vacuole에서 일어나는 분해과정이 정교하게 조절되어야만 한다. 하지만 식물세포의 노화과정 중 vacuole의 구조, 기능적 변화와 식물노화에 미치는 영향,

□ 연구개요
○ 식물노화는 발달과정의 마지막 단계로 세포, 조직, 기관, 개체 수준에서 매우 정교하게 진행되며 순차적으로 일어나는 일련의 세포생물학적, 생화학적 변화를 수반한다. 노화 과정동안 식물세포는 합성 능력이 저하되고 세포내 미세기관들과 거대분자들이 분해되어 항상성을 잃음으로써 결국 죽음에 이르게 된다. 식물노화의 효율을 극대화하기 위해서는 세포내 주요 미세기관인 vacuole에서 일어나는 분해과정이 정교하게 조절되어야만 한다. 하지만 식물세포의 노화과정 중 vacuole의 구조, 기능적 변화와 식물노화에 미치는 영향, 그리고 그 현상을 조절하는 조절기전에 대해서는 잘 알려져 있지 않다.
○ 본 연구과제에서는 세포내 미세기관의 변화를 통한 식물노화의 조절프로그램에 대한 통합적인 이해를 궁극적인 목표로, 애기장대의 노화에 따른 vacuole의 구조, 기능적 변화의 다이나믹스를 연구하고 식물노화와 vacuolar trafficking 조절의 관련성을 다각도에서 밝히고자 한다. 나아가 vacuolar trafficking을 통한 식물노화의 세포, 분자유전학적 조절기전을 규명하고자 한다.

□ 연구 목표대비 연구결과
○ 연구의 목표를 실현하기 위하여 다음과 같은 연구를 수행하였다.
I. 애기장대 노화에 따른 vacuole의 구조, 기능적 변화의 다이나믹스 연구
- 노화유도조건에서 vacuole membrane 특이 단백질 추적 및 vacuole의 형태적 다이나믹스 관찰을 통해 노화에 따른 vacuole의 구조적 변화를 분석하였음.
- 잎의 노화과정동안 전사체 분석을 통해 vacuole-targeted protein과 vacuolar trafficking 관련 유전자들의 발현을 비교하고 vacuole의 acidity 변화의 다이나믹스 분석함으로써 vacuole의 기능적 변화를 비교 분석하였음.
II. 식물노화와 vacuolar trafficking 조절의 관련성 규명 연구
- 총14종의 대상유전자에 대해 다양한 노화유도 조건에서 발현을 분석하였음.
- 대상유전자에 대한 T-DNA 삽입변이체와 과발현체를 분리하여 노화반응의 다면 분석을 완료하여 노화조절인자로 기능하는 AGD5와 AT3G11280을 분리하였음.
III. Vacuolar trafficking을 통한 식물노화의 조절 메커니즘 연구
- Vacuole trafficking을 통한 AGD5의 식물노화 조절의 기전을 연구하였음.
: 잎의 노화과정에서 산성화가 진행됨에 비해 조기노화 표현형을 보이는 agd5 ko은 vacuole의 산성화가 진행되지 않았음.
: Primary root에 ABA를 처리한 조건에서 agd5 ko은 vacuole로의 물질이동(endocytosis)이 저해되는 반면 AGD5 OX는 증가함을 확인하였음.
- Vacuole 조절을 통한 AT3G11280의 식물노화 조절의 기전을 연구하였음.
: AT3G11280 변이체에서 노화동안 강한 산성화 정도와 야생형과 다른 VAMP713 localization을 관찰하였음.
: 노화조건에서 전사체 분석결과 photosynthesis, defense response to bacterium 등의 GO가 enrich되었음.
: Downstream target으로 DIN2, UPB1, WRKY75의 발현의 변화를 확인하였고 과발현에 의해 WRKY75 promoter가 활성화됨을 확인하였음.
: AT3G11280과 VAB1 단백질이 서로 상호작용하였고 AT3G11280 변이체에서 VAB1 단백질의 양이 변화하였음.

□ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성)
○ 식물노화 과정에서 일어나는 세포내 미세기관 수준에서의 다이나믹스와 그 조절프로그램에 대한 통합적인 이해를 가능케 할 것임.
○ Vacuole 혹은 lysosome을 가진 다른 식물, 나아가 미생물과 동물의 노화현상에 범용적으로 적용되는 노화의 조절프로그램의 새로운 모델을 제시할 수 있음.
○ 기능이 확인된 노화조절 유전자는 작물로 도입시켜 생산성과 저장성이 증가된 신기능성 작물 제작에 이용될 수 있음.

(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 가. 연구개발의 필요성 및 최종목표 ... 4
• 나. 연구범위 ... 4
• 2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 6
• 세부목표 I. 애기장대 노화에 따른 vacuole의 구조⦁기능적 변화의 다이나믹스 연구 ... 6
• 세부목표 II. 식물노화와 vacuolar trafficking 조절의 관련성 규명 연구 ... 8
• 세부목표 III. Vacuolar trafficking을 통한 식물노화의 조절 메커니즘 규명 연구 ... 11
• 3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 수준 ... 16
• 1) 정성적 연구개발성과(연구개발결과) ... 16
• 2) 세부 정량적 연구개발성과 ... 16
• 3) 목표 달성 수준 ... 17
• 4. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도(연구개발결과의 중요성) ... 17
• 5. 연구개발성과의 관리 및 활용 계획 ... 18
• 6. 참고문헌 ... 18
• 붙임1 세부 정량적 연구개발성과 ... 19
• 붙임2 연구책임자 대표적 연구실적 및 증빙(요약문 및 사본) ... 21
• 끝페이지 ... 30