비생물학적 스트레스 관련 벼 Ac/Ds 삽입 변이체의 선발 및 유전자 발현 분석

Abstract

식물에서 전이인자를 이용한 삽입 변이체의 유전자 기능분석 연구가 최근 가장 활발하게 이루어지고 있다. 본 연구에서는 동진벼의 Ac/Ds 삽입 변이체인 F2 세대 30,000 계통을 이용하여 고염과 저온에 민감한 계통과 내성이 있는 계통을 대량 스크리닝을 통해 선발하였다. 첫 번째 스크리닝에서 선발한 212 계통을 Southern blot 분석을 통해 Ds의 삽입여부 및 copy 수를 꽉인하고 표현형과 비교하여 고염과 저온에서 총 19 계통을 선발하였고, 이 중 copy 수가 하나인 계통은 13 계통이었다. 선발한 계통을 FSTs 분석을 통해 Ds의 삽입위치 및 knock-out유전자를 확인하고 염기서열 정보를 이용하여 벼 전체 염기서열 정보와 상동성 비교분석 결과 세포의 신호전달 과정과 조절 관여하는 유전자 그룹인 transpoter, protease family protein and apical meristem family protein, 삼투압조절에 관여하는 유전자 그룹인 heat shock potein, O-methyltransferase, glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase and drought stress Induce protein 그리고 식물의 소포유통(vesicle trafficking)에 관여하는 유전자 SYP 5 family protein로 구분할 수 있었다. 선발된 19개 유전자의 발현 분석을 위해 9종류 비생물학적 스트레스 하에서 RT-PCR을 수행한 결과 이들 knock-out 유전자는 비생물학적 스트레스에 각각 다른 발현 패턴을 보였다. 이 연구의 결과는 삽입 변이체를 통한 유전자의 기능분석에 있어서 비생물학적인 스트레스의 응답 반응계에 관여하는 유전자를 연구하는데 유용할 것이라고 생각된다. Transposon-mediated insertional mutagenesis is one of powerful strategy for assessing functions of genes in higher plants. In this report, we have selected highly susceptible and tolerance plant by screening about high salt (3% NaCl) and cold stresses (<TEX>$4^{\circ}C$</TEX>) from F2 seeds of 30,000 Ac/Ds insertional mutagenesis lines in rice (Oryza sativa L. cv. Dongjin). In order to identify the gene tagging, insertion of Ds element was analyzed by Southern blot and these results revealed that 19 lines were matched genotype of selected lines with phenotype from the first selected 212 lines, and 13 lines have one copy of Ds elements. The Franking Sequence Tags (FSTs) of selected mutant lines showed high similarities with the following known function genes: signal transduction and regulation of gene expression (transpoter, protease family protein and apical meristem family protein), osmotic stress response (heat shock protein, O-methyltransferase, glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase and drought stress induce protein), vesicle trafficking (SYP 5 family protein) and senescence associated protein. The expression pattern of 19 genes were analyzed using RT-PCR under the abiotic stresses of 9 class; 250mM NaCl, osmotic, drought, 3% <TEX>$H_2O_2$</TEX>, <TEX>$100{\mu}M$</TEX> ABA, <TEX>$100{\mu}M$</TEX> IAA, 0.1 ppm 2,4-D, <TEX>$4^{\circ}C$</TEX> cold and <TEX>$38^{\circ}C$</TEX> high temperature. Isolated knock-out genes showed the positive response about 250 mM NaCl, drought, <TEX>$H_2O_2$</TEX>, PEG, IAA, 2,4-D, ABA treatment and low (<TEX>$4^{\circ}C$</TEX>) and high temperature (<TEX>$38^{\circ}C$</TEX>). The results from this study indicate that function of selected knock-out genes could be useful in improving of tolerance to abiotic stresses as an important transcriptional activators in rice.