Functional Characterization of Plant ADP-ribosylation Factor 1 Gene

학위논문 (박사)-- 서울대학교 대학원 자연과학대학 생명과학부, 2017. 8. 홍주봉.식물의 생장과 발달에 부정적인 영향을 주는 고온, 건조, 저온, 고염도와 같은 비생물 스트레스는 식물의 생장뿐만 아니라 작물의 품질과 생산성에도 큰 피해를 주게 된다. 비생물 스트레스에 의한 작물의 피해는 지구 온난화로 인한 기후변화에 의해 더 증가 될 것으로 보인다. 그렇기 때문에 비생물 스트레스에 내성을 갖는 작물을 개발하기 위하여 비생물 스트레스에서 식물체에서 일어나는 유전자 수준의 반응을 연구하는 것은 매우 중요하다. 고온스트레스를 처리한 고추(Capsicum annum)의 cDNA library에서 고온 유도성 cDNA 클론인 CaPP2C (Capsicum annum protein phosphatase 2C), CaMAPK1 (Capsicum annum mitogen-activated protein kinase 1), CaBI-1 (Capsicum annum Bax inhibitor-1)이 분리 되었고, 3개의 유전자의 전사물들은 고온스트레스 이외에 다양한 비생물 스트레스 조건에서 발현이 유도되었다. CaPP2C, CaMAPK1, CaBI-1을 CaMV 35S 프로모터의 제어 하에 Agrobacterium을 이용한 형질전환으로 담배(Nicotiana tabacum)에 과다 발현 시켰다. RNA blot 분석을 통해 CaPP2C, CaMAPK1, CaBI-1이 각각의 형질전환체 담배에서 과다발현 되었음을 확인 하였으며 이들 형질전환체 담배의 생체분석을 수행하였다. 3개의 유전자를 각각 과다발현한 형질전환체는 대조군 식물체와 비교한 결과, 그들의 형태적 차이를 확인 할 수 없었고 비생물 스트레스에도 내성을 보이지 않았다. 3개의 유전자를 각각 과다발현한 형질전환 식물체의 전사체 분석에서, 공통적으로 ARF 유전자의 상향조절이 확인 되어, ARF 유전자가 비생물 스트레스에 기능을 가질 것이라 예상하여 담배에서 ARF 유전자를 분리하였다. 분리된 9개의 담배 ARF cDNA 클론중 NtARF1 (Nicotiana tabacum ADP-ribosylation factor 1 )이 CaPP2C 형질전환체 담배에서 높은 수준으로 발현되는 것이 확인 되었고, NtARF1의 전사물은 고온스트레스에 의해 발현이 유도되는 것이 확인되었다. NtARF1의 식물체내에서의 기능을 연구하기 위하여 NtARF1을 과다발현 시킨 형질전환체 담배를 제작하였다. 생체 분석 결과에서 NtARF1 형질전환체 담배는 대조군 식물체와 비교하여 생장률, 식물 높이 및 각각의 식물체에서 발달된 꽃의 개수가 증가하였으며 빠른 종자 발아율을 보여 주었다. 또한 비생물 스트레스 조건인 고온, 건조, 저온, 고염도에서 NtARF1 형질전환체 담배는 대조군 식물체와 비교하여 높은 생장률에 의해 스트레스에 대한 내성이 증가하는 것이 확인 되었다. 전체 유전체 서열이 분석된 야생식물 및 작물들의 database를 이용하여 ARF family protein을 분류하였다. 계통학적 분류를 통해 ARF family protein는 4개의 Class로 나누었으며 Class1 ARF가 모든 야생식물 및 작물들에서 가장 많이 존재하였으며 특히 야생식물과 비교하여 작물에서 Class 1 ARF가 많은 숫자가 존재하였다.1. 서론 1 2. 1장 CaPP2C, CaMAPK1, CaBI-1 유전자가 과다발현된 형질전환 식물체의 비생물 스트레스 내성에 관한 연구 5 2.1 서론 5 2.2 재료 및 방법 10 2.3 결과 17 2.4 고찰 54 3. 2장 NtARF1 유전자의 식물생장 및 비생물 스트레스와의 연관 관계 58 3.1 서론 58 3.2 재료 및 방법 64 3.3 결과 72 3.4 고찰 106 4. 3장 야생식물과 작물들에서의 ARF의 분류 및 비교 114 4.1 서론 114 4.2 재료 및 방법 117 4.3 결과 119 4.4 고찰 141 5. 결론 144 6. 참고문헌 146 ABSTRACT 157Docto