| 초록 |
□ 연구개요 빛에 대한 식물의 다양한 반응에는 강도, 방향, 지속시간 및 파장에 대한 정교한 감지가 필요하다. 많은 연구를 통해, 광 수용체는 다양한 요소들과 상호작용하며 많은 분자 및 형태학적 반응을 초래한다고 보고되고 있다. 특히, 빛에 의한 형태학적 변화는 지상 환경에 적응 진화한 관다발 식물의 이차 세포벽 형성을 유도하였다. 또한, 이차 세포벽의 구성 물질인 리그닌 생합성 유전자의 경우, 식물의 활동일 주기(circadian rhythm)에 의해 발현이 조절된다는 보고가 있다. 이차 세포벽의 구성성분들은 정교한 생합성 경로를 통해 합성되며, 전사인자를 통해 긴밀하게 연결되어 조절되고 있다. 하지만, 발달 및 환경 신호에 반응하여 합성, 증착, 리모델링을 통해 정교하게 조절되는 이차 세포벽 형성의 기본 분자 메커니즘은 잘 알려지지 않았다. 이에, 본 연구에서 광신호 및 활동일 주기에 의해 발현이 조절되는 GATA 전사인자를 주 대상으로 하여 광신호에 대한 식물의 세포벽 형성에 대한 구체적인 조절인자 및 발현 조절 메커니즘을 규명하고자 한다. □ 연구 목표대비 연구결과 본 연구를 위해 모델 식물 애기장대의 존재하는 GATA family 들의 유전정보를 The Arabidopsis Information Resource (https://www.arabidopsis.org)에서 확보 및 분석 하였다. 또한, GATA 유전자를 transfection 시킨 식물 원형질체(protoplast)를 이용하여 이차 세포벽 생합성 유전자들의 변화를 확인함과 동시에 28개의 과발현 형질전환체 및 CRISPR/Cas9 시스템을 활용한 유전자 편집 체계 구축 및 기능 상실 형질전환체를 확보하였다. 제작된 형질전환체의 표현형을 분석하고 기능을 확인하기 위해 RT-PCR 및 real-time PCR을 통해 전사체 분석을 진행하였으며, histochemical analysis를 통해서 줄기 절편의 형태학적 변화도 확인하였다. 또한 in vitro assay를 통해 GATA 전사인자의 cis-regulatory element를 탐색하였다. 위의 결과를 통해 본 연구에서 다수의 애기장대 형질전환체를 확보하였으며 물리적 요소인 빛과 식물 이차 세포벽 사이의 연결점을 제시하였다. 또한, 빛과 반응을 한다는 GATA 전사인자를 이용하여 광신호 전달 네트워크의 규명을 통해 식물의 발달 및 분화에도 관여한다는 연구 결과를 발표하였다. □ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성) 빛에 반응하여 분화 발달과정의 조절인자로 알려진 GATA 전사인자를 주 대상으로 한 분자 유전자 연구를 통하여 광신호 전달 네트워크를 규명하는데 상당한 진전을 가져올것이라 생각한다. 식물 바이오매스의 대부분을 차지하는 이차 세포벽 형성과 빛은 밀접한 상관관계가 있음에도 조절 네트워크에 관한 이해는 부족한 실정이었다. 이에, 연구수행을 통하여 GATA 전사인자의 기능뿐만 아니라 이차 세포벽 발달과 빛 사이의 연결점을 제시할 수 있을 것이다. 식물 바이오매스의 대부분을 차지하는 이차 세포벽은 플라스틱 대체재, 펄프 및 공정에 사용된다. 공정상의 이차 세포벽의 셀룰로스, 헤미셀룰로스의 가용성을 높이기 위한 기존의 유전자 변형을 통한 식물 바이오매스의 개발은 실용화 단계에 많은 제약이 있다. 따라서, 환경적 요인인 빛을 조절함으로써 친환경적이며 비용 효율적인 식물 자원 개발의 접근방식을 구축할 수 있을 것이다. (출처 : 연구결과 요약문 2p) |
