탈리 활성을 조절하는 ROS의 생성 및 분해의 분자적 메커니즘 규명 Identification of the molecular mechanisms of ROS metabolism that finetune abscission in time and space원문보기
보고서 정보
주관연구기관
서울대학교 Seoul National University
연구책임자
이진수
보고서유형
최종보고서
발행국가
대한민국
언어
한국어
발행년월
2023-06
과제시작연도
2022
주관부처
교육부 Ministry of Education
등록번호
TRKO202300006142
과제고유번호
1345350251
사업명
이공학학술연구기반구축
DB 구축일자
2023-09-06
초록▼
□ 연구개발 목표 및 내용 ◼ 최종 목표 탈리 (abscission) 과정은 꽃, 과실, 잎뿐만 아니라 감염된 기관을 떨어트리는 등 불필요한 조직을 분리시키는 식물의 생존방법이다. 때문에 올바른 시기에 탈리가 진행되도록 하는 것은 식물의 생존력과 생산력에 주요한 영향을 미친다. 최근 ROS가 탈리의 중요한 조절인자인 것으로 알려졌지만, 시기에 따른 ROS의 생성과 분해가 어떻게 탈리 시기를 조절하는지에 관한 연구는 여전히 불분명하다. 본 연구를 통해 탈리 신호전달 과정에서 핵심적으로 작용하는 ROS의 분해와 생성이 정확한
□ 연구개발 목표 및 내용 ◼ 최종 목표 탈리 (abscission) 과정은 꽃, 과실, 잎뿐만 아니라 감염된 기관을 떨어트리는 등 불필요한 조직을 분리시키는 식물의 생존방법이다. 때문에 올바른 시기에 탈리가 진행되도록 하는 것은 식물의 생존력과 생산력에 주요한 영향을 미친다. 최근 ROS가 탈리의 중요한 조절인자인 것으로 알려졌지만, 시기에 따른 ROS의 생성과 분해가 어떻게 탈리 시기를 조절하는지에 관한 연구는 여전히 불분명하다. 본 연구를 통해 탈리 신호전달 과정에서 핵심적으로 작용하는 ROS의 분해와 생성이 정확한 탈리의 시기를 어떻게 조절할 수 있는지, 탈리 시기에 따른 ROS의 balance의 분자적 조절 메커니즘을 규명하여 ROS의 작용 메커니즘에 대한 깊이 있는 통찰을 제공하고자 한다. 이를 통해 다양한 환경 및 내부요인에 의해 발생하는 ROS가 어떻게 식물의 발달을 조절하는지를 규명함으로써 적절한 탈리시기를 조절하여 작물의 생산성을 증대시키는 데에 필요한 기초과학 기술로서 본 연구결과를 제공하고자 한다.
◼ 전체 내용 1. Abscission 시기를 조절하는 ROS accumulation의 분자적 조절 메커니즘 규명 Lifetime이 짧고 활성도가 높은 ROS의 특성을 고려하면 세포 밖의 ROS조절 단백질과 세포막의 신호전달 단백질의 상호작용을 통해 내부신호가 촉진될 가능성이 높다고 사료된다. IDA–HAESA 신호전달이 abscission에 주요 신호전달 체계인 것으로 알려졌으나, 본 연구를 통하여 abscission 활성에 관여하는 새로운 신호 전달 체계를 동정할 수 있을 것으로 기대한다. - Protein proximity labeling 시스템 TurboID를 이용, 신호전달의 receptor kinase와 상호작용하는 ROS regulator 단백질들을 동정 - Abscission stage 별 transcriptome 분석을 통해 abscission 활성에 관여하는 신호전달 체계를 동정, 신호전달의 후보 receptor kinase를 선별하고, ROS 조절인자들과의 상호작용을 규명 2. Abscission을 조절하는 새로운 ROS 조절 단백질, ECP1의 기능 연구 Mutant screening을 통해 abscission이 더 빨리 일어나는 extra cellular protein 1 (ecp1) mutant를 동정하였고, ecp1 mutant에서 abscission process와 ROS accumulation이 빨리 이루어 짐을 확인하였다. 새롭게 동정한 abscission 시기를 조절하는 단백질의 연구를 통해 ECP1 단백질이 매개하는 ROS의 시공간적 조절 메커니즘을 규명할 수 있을 것으로 기대한다. - EC protein의 abscission stage에 따른 stability 및 activity 변화 및 Co-IP assay 등 단백질 상호작용 분석 - CRSPR-Cas9 기술을 통해 ECP1의 활성을 억제하는 유전자를 Knock-out시켜 낙과율을 감소시키는 육종기술에 접목 3. Abscission zone의 세포 특이적 발달을 결정하는 ROS의 분자적 조절 메커니즘 규명 Abscission zone이 활성화되면 REC과 SEC에는 각각 세포 특이적인 다른 종류의 ROS가 생성되는데, ROS가 생성은 되지만 REC, SEC 모두에서 superoxide와 H2O2가 관찰되는 nev mutant는 abscission이 잘 되지않을 뿐 아니라 REC 특이적인 protective layer도 형성되지 않는다. 이러한 결과는 ROS의 생성과 분해가 발달 단계에서 뿐만 아니라 세포 특이적으로 이루어지는 것이 발달을 조절하는데 중요함을 의미한다. - nev mutant에서 ROS연관 단백질의 형광 localization분석 - EMS mutagenesis를 통해 이와 같은 표현형을 갖는 mutant를 선별, ROS 세포특이적 분포에 연관된 pathway 상에 존재하는 또다른 novel한 유전자를 선발.
□ 연구개발성과 SCI 논문 3편 기재 1. Jinsu Lee*, Minsoo Han, Yesol Shin, Jung-Min Lee, Geon Heo, Yuree Lee (2023, Feb) How Extracellular ROS Reach their Intracellular Targets in Plants. Molecules and cells. 46(4), 191~257 2. Jinsu Lee*, Huize Chen, Gisuk Lee, Aurélia Emonet, Sang-Gyu Kim, Donghwan Shim, Yuree Lee. (2022, Sep) MSD2-mediated ROS metabolism fine-tunes the timing of floral organ abscission in Arabidopsis. New Phytologist. 235(6), 2466-2480. 3. Huize Chen*, Jinsu Lee*, Jung-Min Lee, Minsoo Han, Aurélia Emonet, Jiyoun Lee, Xingtian Jia, Yuree Lee. (2022, Apr) MSD2, an apoplastic Mn-SOD, contributes to root skotomorphogenic growth by modulating ROS distribution in Arabidopsis. Plant science. 317, 111192
□ 연구개발성과 활용계획 및 기대 효과 많은 연구들이 외부 및 내부환경에 의해 형성된 ROS가 식물의 발달 및 생장을 조절하는 신호전달을 촉진함을 시사하고 있으나, 이에 대한 분자적 메커니즘은 밝혀진바가 없다. 본 연구의 선행연구 결과 세포밖 ROS의 생성을 조절하는 단백질의 활성이 abscission의 시기를 조절하는 데 중요함을 밝혔다. 따라서 본 연구를 통해이 단백질이 abscission을 조절하는 신호전달과 어떤 연관성이 있는지를 밝힘으로서, ROS 조절 메커니즘이 식물의 발달시기를 조절하는 새로운 신호전달 체계를 제시할 수 있다. 또한 작물에서 올바르지 않은 시기의 abscission은 과일의 품질 저하, 식물의 면역력 감소, 알곡의 미숙 등 생산성에 큰 타격을 입히게 되는데, 본 연구를 통해 ROS의 abscission 조절기작 모델에서 규명된 기능 유전자를 발굴하여 작물의 생산성을 증대시킬 수 있는 유용한 기초과학 연구결과를 제공할 수 있다. 본 연구를 통하여 ROS가 식물의 발달 시기를 조절하는 메커니즘에 관한 새로운 패러다임을 제공함으로써 학술적 정보를 제공할 수 있으며, abscission의 fine-tuning 메커니즘 규명을 통한 작물 생산성 증가에 필요한 기초과학 연구결과를 제공할 수 있다.
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