| 초록 |
□ 연구개발 목표 및 내용 ○ 최종 목표 현재 다양한 식량 작물의 저항성(R) 유전자가 밝혀졌지만, 최근 수십년간 지속되고 있는 지구온난화 속에서 식물 저항성이 타파되는 현상이 보고되고 있다. 이는nucleotide-binding leucine-rich repeat (NLR) 신호체계와 온도 스트레스 반응과의 관계 때문일 것으로 예상되지만 명확히 밝혀지지 않았다. 최근 한국에서 유행하여 핵심 원예작물인 고추의 생산성에 큰 영향을 주고 있는 토마토반점시듦바이러스(TSWV)는 저항성 계통들이 발견되고 저항성 유전자Tsw가 동정되었지만, 이 저항성은 고온(30 ± 2°C)에서 타파되는 현상을 보여 분자생물학적 연구가 필요하다. 본 연구에서는TSWV 및 바이러스 저항성과 관련된 유전자들이 식물의 방어 기작과 온도 스트레스 반응 속에서 상호작용하는 체계를 밝히고, 궁극적으로 지속되는 온도 변화 속에서 식물 저항성을 유지하고 안정적인 식량 생산을 위한 유전육종학적 토대를 수립하고자 한다. ○ 전체 내용 F-box 유전자LTSF1/2의 온도 감응성 및 고추 바이러스 저항성 관련 기능 규명:ubiquitin-proteasome system (UPS)은NLR 단백질의 안정성에 작용하여 식물과 병원체의 상호작용이 일어날 때NLR 단백질의 활성화에 관여한다. UPS의 구성요소 중 하나인F-box 단백질을 암호화하는LTSF1/2 유전자 돌연변이를 통해 저온(20°C)에서 자가면역 반응을 보이는‘sy-2’ 돌연변이체와No.3341 계통의 바이러스 저항성 표현형을 확인하고, DEG 발현 분석을 진행한다. VIGS (virus-induced gene silencing) 분석을 통해 병 저항성에 관여하는DEG들의 기능을 확인하고, 모델 식물에서 이미 해당 형질과 관련하여 연구된 단백질과 LTSF1/2 C-말단 도메인의 단백질-단백질 상호작용을 확인하여 궁극적으로LTSF1/2의 기능을 규명한다. TSWV 감염 상태에서SIZ1, COP1, PIF4 homolog에 의한 온도 감응성 체계 규명:PIF4는bHLH 전사인자 중 하나로 고온에서 식물의 방어 기작을 억제하며, SIZ1와COP1의 하류에 위치한다. 고추에서SIZ1, COP1, PIF4 homolog를 찾고, 각 단백질들의 세포내 위치를 확인한 뒤 온도에 따른TSWV 감염 상태에서의SIZ1, COP1, PIF4 homolog의 발현 연구를 진행한다. 고추 유래LTSF1/2, SIZ1, COP1, PIF4 유전자의 N. benthamiana형질전환 및 N. benthamiana의 homolog 과발현을 비교 연구하고, 고추 유래LTSF1/2, SIZ1, COP1, PIF4 유전자의 RNAi 유전자 침묵 분석과TRV 매개CRISPR/Cas9 유전자 가위를 통해 N. benthamianasystem에서의 기능 소실 연구를 진행한다. 이를 통해 궁극적으로SIZ1, COP1, PIF4 homolog에 의한 온도에 감응 체계를 규명하고 온도 불감응에 따른 저항성 타파 억제를 유도한다. □ 연구개발성과 논문 3건 및 학술대회논문발표 2건 □ 연구개발성과 활용계획 및 기대 효과 SCF 복합체 기능 연구를 통한 식물의 방어 기작 구체화:SCF 복합체는 단백질 분해 기작에 관여하는 요소들을 토대로 병원체와 환경 스트레스에 반응하여 식물의 방어 기작을 발현하는데 중요한 역할을 한다. 따라서, F-box(LTSF1/2) 단백질 및 해당 단백질과 상호작용하는NLR들에 관한 복합적인 이해는UPS를 매개로한 방어 신호전달 체계의 구체화를 가능하게 할 것이다. 온도 감응성과 식물 저항성의 관련 체계 규명을 통한 기후 변화에 따른 저항성 타파 해결책 제시: 지구온난화는 식물과 병원체의 상호작용에 영향을 주어 향후 수십년간 작물 생산량에 큰 영향을 끼칠 것으로 예상된다. 따라서, 본 연구를 통해 바이러스 저항성 체계에 관여하는 온도 감응성 체계를 분자유적학적으로 규명하여 궁극적으로 생물학적, 비생물학적 스트레스에 저항성을 갖는 온도 불감응 질병 저항성 작물을 육성하기 위한 토대를 확립할 수 있을 것이다. (출처 : 요약문 2p) |
