| 초록 |
연구개요 벼 종자 휴면을 조절하는 관련 유전자와 해당 유전자의 발현에 관여하는 regulatory functional RNA의 역할을 이해하여 새로운 후생유전체의 역동적인 메커니즘 규명 및 벼 수발아성 개선, 수확량 증대 등 농업적 활용성을 향상시키기 위한 플랫폼 구축 및 지식을 얻고자 한다. 이를 위해 벼 종자의 휴면 조절 과정에 연관된 transcriptome, DNA methylome, small RNAome 유전체 지도를 작성하여 그들의 역동성을 이해한다. 또한 그들의 후생유전체적 특성의 정도와 범위를 활용하여 수발아 개선 및 수확량 증대 벼 개발의 기반이 되는 연구를 수행하였다. 연구 목표대비 연구결과 본 연구에서 벼 종자 특이적 total RNA 추출법을 확립하고, 종자의 휴면 타파 전 (출수 후 30일), 휴면 타파 경계 (출수 후 45일), 휴면 타파 후 (출수 후 60일) 각각의 단계에서 배아 (Embryo)와 배유 (Endosperm)를 분리하고 total RNA, genomic DNA (gDNA)를 확보하여 messenger RNA (mRNA)-Seq, small RNA-Seq 및 bisulfite-Seq을 진행하고자 하였다. 이후 생물정보 분석을 통해 종자 휴면 조절 관련 transcriptome, small RNAomoe 및 DNA methylome 지도를 작성하고 transcripts, small RNA 그리고 DNA methylatioin 간의 상호작용을 확인하고자 하였다. 실험 및 문헌 조사를 통해 벼 종자 total RNA 및 gDNA 추출법을 확립하였고, 종자성숙 3단계에서 배아와 배유를 분리하여 mRNA-Seq, small RNA-Seq 및 bisulfite-Seq을 진행하여 데이터를 생산하였다. 이후 생물정보 분석을 통해 배유보다 배아에서 더 많은 transcripts 및 microRNA 그리고 differentially methylated region(DMR)을 확인하였으며, 이를 바탕으로 다양한 접근을 통해 종자 휴면 관련 후보 유전자 14개 그리고 후보 유전자와 anti-correlation을 이루는 후보 microRNA 1개를 선정하였다. 또한 배유에 비해 상대적으로 높은 배아의 RNA-directed DNA methylation (RdDM) 및 small interfering RNA 생합성 관련 유전자들의 발현, 24-nucleotide small RNA 발현 그리고 종자 성숙 3단계에 따른 methylation의 급격한 변화를 관찰하였다. 배아에서 종자 성숙 3단계에 따른 종자 휴면 관련 기존 마커 유전자 2개와 후보 유전자 4개의 발현과 해당 유전자 gene body 영역에서의 methylation 간의 anti-correlation 또한 확인할 수 있었다. 결론적으로 본 연구를 통해 벼 종자 휴면 관련 후보 유전자 14개, microRNA 1개를 선정하였으며, 배아에서 종자 성숙 3단계에 따라 transcripts 및 microRNA 발현 그리고 methylation의 급격한 변화를 관찰하고 이는 RdDM 기작과 연관이 있음을 제시하였다. 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과 (연구개발결과의 중요성) 본 연구는 종자 휴면 조절에서의 regulatory RNA와 유전자들의 상호작용을 바탕으로 DNA methylation과 microRNA에 의한 유전자 발현조절 메커니즘을 규명하고 제시하였다. 이는 유전자 발현 조절에 관련된 기초 연구로서 특히 후생유전학, 생물정보학 등의 인접 타 학문에 다양한 형태로 접목될 것이며, regulatory RNA 및 DNA methylation에 대한 이해는 식물 분야에서 뿐만 아니라 다양한 분야에서 기초 학문정보를 제공한다. 본 연구를 통해 식물의 생리적인 현상을 후생유전학 및 생화학적으로 이해하고 접근하는 과정에서 식물생리학, 분자생물학, 생물정보학, 후생유전학 등의 다양한 지식을 융복합적으로 습득 및 활용하는 전문 인력을 양성할 수 있으며, 식량 작물인 벼를 대상으로 한 연구로써 농업에 적용할 수 있다는 이점이 있다. (출처 : 요약문 2p) |
