초록 ▼

□ 연구개요
본 연구는 배추의 춘화에 의한 후성유전학적 개화 기작을 규명하기 위해 1) 시간별 전사체 (transcriptome) 분석, 2) 춘화처리 시간별 히스톤 변형 후성유전체 (epigenome) 분석, 그리고, 3)후성유전학적 조절 유전자 BrCLF가 기능을 상실한 배추 돌연변이체를 활용해 후성유전학적 조절 단백질 기능 분석을 실시하였고, 이를 통해 춘화에 의한 후성유전학적 개화 기작을 규명하였다. 나아가 춘화에 의한 항암,항염효과가 있는 이차대사물질의 함량 변화를 확인하였으며, 이들에 대한 연구결과를 Plant Jo

□ 연구개요
본 연구는 배추의 춘화에 의한 후성유전학적 개화 기작을 규명하기 위해 1) 시간별 전사체 (transcriptome) 분석, 2) 춘화처리 시간별 히스톤 변형 후성유전체 (epigenome) 분석, 그리고, 3)후성유전학적 조절 유전자 BrCLF가 기능을 상실한 배추 돌연변이체를 활용해 후성유전학적 조절 단백질 기능 분석을 실시하였고, 이를 통해 춘화에 의한 후성유전학적 개화 기작을 규명하였다. 나아가 춘화에 의한 항암,항염효과가 있는 이차대사물질의 함량 변화를 확인하였으며, 이들에 대한 연구결과를 Plant Journal, Frontiers in Plant Science, Plant Molecular Biology, Scientific Reports 등의 저널에 발간하였다. 나아가, 후성유전학적 조절인자 돌연변이체를 활용해 글루코시놀레이트 함량을 증진시키는 방법을 개발하여 특허 출원을 하였다.

□ 연구 목표대비 연구결과
본 연구과제에서 제시한 후성유전학적 개화기작을 규명하고자, 조기개화형 배추와 만추대성 배추 간 F5 RIL 집단을 형성하였고, QTL mapping과 RNA-seq 기법을 활용하여, 두 양친간의 개화 특성차이를 결정하는 주동유전자를 밝히는 연구를 수행하였다. 결과적으로, 조기개화형의 배추 경우, BrFLC2 개화 억제유전자에 단일염기서열변형이 확인되었고, 이는 조기종결코돈을 형성하여, NMD 기작에 의한 BrFLC2 w전사물의 분해를 초래하여, 조기 개화를 보이는 것을 확인하였다. 이러한 연구결과는 Plant Mol Biology (2022)저널에 출판하였다.
또한, 춘화처리 시간별 전사체 분석을 통해 배추에서 춘화과정을 통해 변화되는 전사체를 통합 분석하였으며, 이 과정에서 항암, 항염 효과가 탁월한 것으로 알려진 글루코시놀레이트 생합성 경로의 유전자들이 급격한 발현변화를 가지는 것을 확인하였다. 이 연구결과들은 Journal of Plant Biol (2022년)저널에 게재하였다.
나아가, 춘화에 의한 BrFLC2 유전자 발현에 필수적인 PRC2 단백질 복합체의 구성요소인 BrCLF 유전자가 춘화에 필수적인 요소임을 밝혔다. 연구결과들을 Frontiers in Plant Science (2023년) 저널에 발표하였고, 나아가 연구비 지원을 받아 Plant Journal 지에 두 편 (2022, 2023)의 연구논문을 발표하는 등의 우수 성과를 이루었다.

□ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성)
1) 연구개발과제의 활용계획
가. 춘화에 의해 조절되는 전사체와 후성유전체 정보 확보 및 제공
- 배추에서 춘화에 의해 발현이 변화되는 전사체 및 후성유전체 분석 및 데이터 제공
- 배추에서 춘화에 의한 히스톤 표지 변화를 통해 후성유전학적 발현 조절을 겪는 유전자들의 동정
나. 배추에서의 춘화에 의한 개화 기작을 규명
- 배추에서 춘화에 의한 개화에 관여하는 개화관련 유전자들의 통합적 발굴, 분석 및 개화 조절 기작 규명
- 춘화에 의한 개화 유도에 필요한 BrCME 시퀀스 규명을 통해 배추 작물에서 CLF히스톤 변형 조절자 및 이를 포함하는 Polycomb단백질 복합체를 통한 후성유전학적 개화 조절 기작 규명
다. BrCME 시퀀스에 대해 유전자 편집기술을 적용한 만추대성 배추 계통 기반 제공
- 배추 BrFLC 유전자의 억제에 필요한 BrCME 시퀀스에 대해 유전자 편집기술을 적용, 만추대성 배추 계통을 개발할 수 있는 최적의 기반 정보 제공

2) 연구개발과제의 기대효과
가. 기술적 측면
- 김치의 주재료로 아시아권에서 재배가 많은 배추 작물에서 고유의 다양한 환경 반응 인자를 탐구하고 배추 고유의 메커니즘을 규명함으로써 배추 작물의 환경 반응과 스트레스 저항성 연구에 참고 자료가 될 수 있음
- 최근 기후변화에 의한 지구온난화는 전 세계적인 문제이기에 국내외 연구진들의 배추 작물의 춘화에 의한 개화 기작에 대한 연구가 증대되고 있음. 현재까지는 모델식물인 애기장대를 이용하여 얻은 연구결과들이 주를 이루었지만, 향후 작물에서의 개화기작 연구가 활발히 진행되고 있는 바, 본 과제 연구를 통해 배추의 춘화에 의한 개화기작 조절기작을 규명한다면, 분자육종적 측면에서 기술 파급효과가 상당할 것으로 여겨짐
- 최근에 전사체, 후성유전체 분석과 같은 빅데이터 데이터 활용이 화두로 회자되고 있는데, 본 제안 과제에서 얻게 될 유전자 발현관련 빅데이터는 다른 연구진의 연구에 활용될 수 있어 기술적 파급효과가 있을 것으로 예상됨

나. 경제적·산업적 측면
- 기후 변화로 재배지의 환경이 변화하는 농업 현실에 적응하여 개화가 지연된 배추로 인한 생산성과 품질을 유지하는 우수 배추 작물을 개발할 수 있음
- 급변하는 재배 환경 조건에 대한 작물의 품질과 생산성 변화에 대한 기초 데이터를 응용하여 재배 환경을 인위적 조성하는 공학적인 접근에도 재배 작물에 대한 실질적인 참고자료가 될 수 있음
- 춘화에 의한 개화기작의 규명과 관련 BrCME 정보에 대해 특허 출원을 통한 지적재산권을 확보할 수 있음과 동시에, 유전자 편집기술들을 적용한 후속 연구를 통해 생명공학 회사로의 기술이전 가능성을 타진해 볼 수 있을 것임

(출처 : 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 4
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 5
• 2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 6
• 3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 수준 ... 7
• 1) 정성적 연구개발성과 (연구개발결과) ... 7
• 2) 세부 정량적 연구개발성과 ... 8
• 3) 목표 달성 수준 ... 9
• 4) 목표 미달 시 원인 분석 ... 9
• 4. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도(연구개발결과의 중요성) ... 10
• 가. 춘화에 의해 조절되는 전사체와 후성유전체 정보 확보 및 제공 ... 10
• 나. 배추에서의 춘화에 의한 개화 기작을 규명 ... 10
• 다. BrCME 시퀀스에 대해 유전자 편집기술을 적용한 만추대성 배추 계통 기반 제공 ... 10
• 5. 연구개발성과의 관리 및 활용 계획 ... 11
• 가. 기술적 측면 ... 11
• 나. 경제적·산업적 측면 ... 11
• 6. 자체점검표 ... 12
• 7. 참고문헌 ... 13
• 끝페이지 ... 32