| 초록 |
□ 연구개요 본 과제의 연구목표는 식물호르몬 옥신 반응 측근형성, 식물호르몬 앱식산 (ABA) 반응 종자발아 저해, 수배우체발달 과정에서 식물 특이적 전산인자인 Lateral Organ Boundaries Domain (LBD) 패밀리 구성성분들이 조절하는 유전자 전사네트워크를 구축하고 그 조절과정의 분자기전을 규명하고, 식물과 환경과의 상호작용 및 조절기능을 분자 네트워크상에서 이해하고자 하였다. 이를 위하여 옥신 반응 LBD18 전사인자 조절 네트워크 연구, ABA 반응 LBD14, LBD37/38/39 전사인자 조절 네트워크 연구, 및 수배우체 발달 LBD10/27 전사인자 조절 네트워크 조사 및 LBD22/25/36의 화분발달과정에서의 세포학적 분석을 수행하였다. □ 연구목표대비 연구결과 1. 식물호르몬 옥신 반응 측근형성에서 LBD18에 의한 ARF19 발현에 대한 feedback regulation mechanism을 연구하였다. 연구 결과 ARF7은 ARF19의 발현과 LBD18의 발현을 직, 간접적으로 조절하며, ARF19은 LBD18의 발현을 직접조절 한다. LBD18은 ARF19 프로모터 특정 부위에 결합하여 ARF19의 발현을 촉진시키고, ARF19 프로모터의 AuxRE 혹은 아마도 LBD18의 AuxRE에 결합한 ARF7에 단백질 결합하여 이의 전사활성을 촉진시킴으로써 positive feedback loop을 형성하는 것으로 보여진다. 2. 식물호르몬 ABA 반응에서 LBD14의 측근발달 단계별 주요 역할 및 LBD14 유전자 발현 조절이 ABA에 의한 측근발달 억제의 주요 인자로 작용하는지 조사하였다. LBD37/38/39의 ABA 반응에서의 생리학적 기능, LBD37/38/39 단백질 전사조절 기능, TPL/TPRs transcriptional corepressors 와의 상호결합 조사 및 EAR 억제 모티프의 역할 규명, ABA의 LBD37/38/39의 전사억제 기능 영향, ABA의 LBD37/38/39의 단백질 안정성 영향력, ABA와 ABA 수용체의 LBD37/38/39와 TPL 단백질 상호작용 제어기능 등을 조사하였다. 연구결과 LBD14는 측근의 원기 발달 과정에서 중요한 역할을 하는 것으로 나타났다. LBD37, LBD38 및 LBD39 유전자가 종자발아를 억제하는 ABA 반응에서 음성적 조절인자로 작동하며 transcriptional corepressors로서의 분자기능을 보였다. 3. 수배우체 발달과정에서 LBD10 및 LBD27 하부조절 유전자 네트워크를 조사하기 위해 estradiol 처리에 따라 해당 형질전환체의 화분을 RNA-seq으로 분석하여 유전자 조절 네트워크를 조사하였다. 또한 LBD22/25/36의 화분발달과정에서의 세포학적 발현 분석 및 조직과 기관별 발현 특성, 단백질 상호작용 및 이에 따른 세포핵이송을 조사하였다. 연구결과 LBD22, LBD25, LBD36은 화분이외의 조직 외에 측근의 발달과정에서 기능할 가능성을 시사하였고 LBD22, LBD25, LBD36 단백질 안정성의 조절이 화분발달과정에서의 기능에 중요한 역할을 할 것으로 시사하였다. ProLBD10:LBD10:GR/XVE-LBD27 2중 형질전환식물체를 제작하여 chemical inducer 처리에 따른 LBD10과 LBD27의 발현 조절 시스템을 확립한 후 RNA-seq 방법으로 화분에서 LBD10/LBD27에 의해 조절되는 유전자들을 확보하여 생물 정보 분석을 완료하였다. 이후 유묘상태의 식물을 이용하여 LBD10 homodimer 및 LBD10/LBD27 heterodimer에 의해 조절되는 표적유전자들을 RNA-seq으로 분석 중이다. □ 연구개발결과의 중요성 본 연구는 식물의 영양과 물의 흡수 및 토양 부착에 기능하여 식물의 생존과 환경스트레스 저항에 중요한 뿌리의 발달과정을 조절하는 전사인자들에 의한 유전자 조절 네트워크를 구축하고 조절 네트워크의 주요 작동원리 및 핵심 전사인자들을 발굴하였다. 식물의 생산성에 중요한 생식발달과정과 새로운 ABA 반응 조절 분자 기전의 일부를 규명하였다. 본 연구결과와 이의 후속 연구를 통하여 신재생 에너지 작물 및 경제성 농작물에 적용하여 바이오 연료 생산을 위한 바이오매스 증진과 농작물 수율 증진과 척박한 환경에서의 작물 생산이 가능한 유전자 조절 네트워크와 환경변화에 따른 네트워크 작동 원리의 개발을 도출 할 수 있을 것이다. 종국적으로 핵심 분자 알고리즘의 재설계에 의한 합성 네트워크의 구축과 네트워크 조절의 기반 지식으로 활용될 수 있을 것이다. 현대 생물학에서 가장 도전적인 과제중의 하나는 세포내에서의 복잡한 분자네트워크가 어떻게 정교한 조절기능을 수행하고 발달과정을 매개하는 것이다. 본 연구를 통하여 조절 네트워크의 설계원리의 일부를 확보할 수 있고 나아가 설계자 의도에 의한 비진화적 네트워크 원리를 이용한 합성 생물학도 가능할 것이다. 아울러 지구온난화의 진행과 석유에너지 자원의 고갈 및 인구팽창 등으로 인한 농작물의 부족 등의 문제 해결에 기여 할 수 있는 기본 분자네트워크 설계원리를 제공할 수 있다. (출처 : 연구결과 요약문 2p) |
