KR100271097B1 - Production of male sterile plants using RIP gene of dianthus sinensis L. - Google Patents

Production of male sterile plants using RIP gene of dianthus sinensis L. Download PDF

Info

Publication number
KR100271097B1
KR100271097B1 KR1019980002178A KR19980002178A KR100271097B1 KR 100271097 B1 KR100271097 B1 KR 100271097B1 KR 1019980002178 A KR1019980002178 A KR 1019980002178A KR 19980002178 A KR19980002178 A KR 19980002178A KR 100271097 B1 KR100271097 B1 KR 100271097B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
dianthus
rip
gene
plants
dsrip
Prior art date
Application number
KR1019980002178A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR19990066331A (en
Inventor
김병동
조화진
Original Assignee
김병동
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 김병동 filed Critical 김병동
Priority to KR1019980002178A priority Critical patent/KR100271097B1/en
Publication of KR19990066331A publication Critical patent/KR19990066331A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR100271097B1 publication Critical patent/KR100271097B1/en

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12NMICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
    • C12N15/00Mutation or genetic engineering; DNA or RNA concerning genetic engineering, vectors, e.g. plasmids, or their isolation, preparation or purification; Use of hosts therefor
    • C12N15/09Recombinant DNA-technology
    • C12N15/63Introduction of foreign genetic material using vectors; Vectors; Use of hosts therefor; Regulation of expression
    • C12N15/79Vectors or expression systems specially adapted for eukaryotic hosts
    • C12N15/82Vectors or expression systems specially adapted for eukaryotic hosts for plant cells, e.g. plant artificial chromosomes (PACs)
    • C12N15/8241Phenotypically and genetically modified plants via recombinant DNA technology
    • C12N15/8261Phenotypically and genetically modified plants via recombinant DNA technology with agronomic (input) traits, e.g. crop yield
    • C12N15/8287Phenotypically and genetically modified plants via recombinant DNA technology with agronomic (input) traits, e.g. crop yield for fertility modification, e.g. apomixis
    • C12N15/8289Male sterility
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A01AGRICULTURE; FORESTRY; ANIMAL HUSBANDRY; HUNTING; TRAPPING; FISHING
    • A01HNEW PLANTS OR NON-TRANSGENIC PROCESSES FOR OBTAINING THEM; PLANT REPRODUCTION BY TISSUE CULTURE TECHNIQUES
    • A01H1/00Processes for modifying genotypes ; Plants characterised by associated natural traits
    • A01H1/02Methods or apparatus for hybridisation; Artificial pollination ; Fertility
    • A01H1/022Genic fertility modification, e.g. apomixis
    • A01H1/024Female sterility
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12NMICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
    • C12N15/00Mutation or genetic engineering; DNA or RNA concerning genetic engineering, vectors, e.g. plasmids, or their isolation, preparation or purification; Use of hosts therefor
    • C12N15/09Recombinant DNA-technology
    • C12N15/63Introduction of foreign genetic material using vectors; Vectors; Use of hosts therefor; Regulation of expression
    • C12N15/70Vectors or expression systems specially adapted for E. coli
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12NMICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
    • C12N15/00Mutation or genetic engineering; DNA or RNA concerning genetic engineering, vectors, e.g. plasmids, or their isolation, preparation or purification; Use of hosts therefor
    • C12N15/09Recombinant DNA-technology
    • C12N15/63Introduction of foreign genetic material using vectors; Vectors; Use of hosts therefor; Regulation of expression
    • C12N15/74Vectors or expression systems specially adapted for prokaryotic hosts other than E. coli, e.g. Lactobacillus, Micromonospora
    • C12N15/743Vectors or expression systems specially adapted for prokaryotic hosts other than E. coli, e.g. Lactobacillus, Micromonospora for Agrobacterium; Rhizobium; Bradyrhizobium

Abstract

PURPOSE: Provided is a method for producing male sterile plants by using a RIP gene isolated form Dianthus Sinensis L., thereby mass producing male sterility plants. CONSTITUTION: A method for producing male sterile plants by using a RIP gene isolated form Dianthus Sinensis L. is composed of following steps: (a) identification of a plant producing ribosome-inactivation proteins; (b) cloning cDNA of a RIP gene from Dianthus Sinensis L.; (c) analysis of the RIP gene from Dianthus Sinensis L.; (d) estimating organic system of the RIP gene from Dianthus Sinensis L. from genome, to observe expression of the RIP gene from Dianthus Sinensis L. in E. coli; and (e) inducing male sterility using fertilized RIP gene from Dianthus Sinensis L.

Description

패랭이 RIP 유전자를 이용한 웅성불임 식물의 생산 {Production of male sterile plants using RIP gene of dianthus sinensis L.}Production of male sterile plants using RIP gene of dianthus sinensis L.}

본 발명은 패랭이(Dianthus sinensis L.)로부터 리보솜-불활성 단백질(RIP) 유전자를 분리 동정하고 이를 이용하여 웅성불임 식물을 생산하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for separating and identifying ribosomal-inactive protein (RIP) genes from Dianthus sinensis L. and producing male infertile plants using the same.

리보솜-불활성 단백질은 처음에 Ricinus communis 와 Abrusprecatorius의 종자로부터 분리된독소, ricin, arbin으로 알려졌다. 1887에 dixon은 처음으로 castor beans의 주된 독성이 단백질이라는 것을 의심하였다. 그후 Stillmark는 ricin 이라고 이름을 붙인 단백질을 정제하였고, 그 독성을 agglutinating erythrocytes의 성질 때문이라 하였다 (Barbieri etal., 1993). 1960년대 후반에 Lin 등(1970)은 이러한 독소는 보통에서보다 암세포에 대해 더 독성을 나타낸다고 보고하였다. 이러한 보고후에, RIP의 이중 사슬구조를 정의하는 많은 작업들이 있었고, 단백질 합성에 대한 저해활성을 명확히 하였다. 정의된 typeⅠ RIP의 첫 번째 단일 사슬은 미국자리공 항바이러스성의 단백질(PAP)이었다. 이것은 TMV의 감염 전달을 막는 PHYTOLACCA americana 잎 추출물의 주된 활성제로서 분리되었고(Wyatt et al., 1969; Obrig et al., 1973),eukaryotic 단백질 합성을 저해하는 spring 잎으로부터 정제되었다 (Irvin, 1975). Endo와 Tsurugi(1987)는 이러한 단백질의 RNA N-glycosidase 활성을 발견함으로써 RIP의 활성 메카니즘을 명확히 하였다.Ribosome-inactivated proteins were originally known as toxins, ricin and arbin isolated from the seeds of Ricinus communis and Abrusprecatorius. In 1887 dixon first doubted that the main toxicity of castor beans was protein. Stillmark then refined a protein called ricin and attributed its toxicity to the properties of agglutinating erythrocytes (Barbieri et al., 1993). In the late 1960s, Lin et al. (1970) reported that these toxins are more toxic to cancer cells than normal. After this report, much work has been done to define the double chain structure of RIP, and the inhibitory activity on protein synthesis has been clarified. The first single chain of type I RIP, defined, was the constellation antiviral protein (PAP). It was isolated as a major activator of PHYTOLACCA americana leaf extract that prevented transmission of infection of TMV (Wyatt et al., 1969; Obrig et al., 1973) and was purified from spring leaves that inhibited eukaryotic protein synthesis (Irvin, 1975). Endo and Tsurugi (1987) clarified the activity mechanism of RIP by discovering the RNA N-glycosidase activity of these proteins.

리보솜-불활성 단백질은 널리 분포하는 것으로, 식물계에서 어쩌면 편재하는 것처럼 보인다. 다양한 RIP는 17족을 덮는약 50종의 식물들로부터 묘사되었다. (Caryophyllaceae, Cucurbitaceae, Euphorbiaceae, Liliaceae, Phytolaccaceae, Gramineae, Amaranthaceae, Chenopodiaceae, Portulacaceae, Asparagaceae, Nyctaginaceae, Fabaceae, Viscaceae,Passifloraceae, Caprifoliaceae, Leguminoseae, Loranthaceae). 몇몇 족들은 Caryophyllales보다 우선하는 족과Cucurbitaceae, Euphorbiaceae, Poaceae같은많은 RIP-생산종을 포함한다. 생태학적으로 RIP-생산 식물들은 종류가 다르며, 잡초류나, 열대 나무들, 봄의 일년생 식물, 사막 선인장류 그리고 특정 기생물들에서 발견된다. RIP는 배유, 신선한 열매, 뿌리, 잎, 껍질, 유액을 포함하는 대부분의 식물 세포와 조직에서 검출되었다. RIP는 동정되고 monocotyledonae와dicotyledonae로부터 정제되었다. 번역 단백질 저해 활성은 monocotyledonae에 속하는 테스트된 52종으로부터 18종이 검출되었다. 그리고, 시험된 292 dicotyledonae로부터 122종이 검출되었다(Grasso and Shepherd, 1978; Gasperi-Campani etal., 1985; Stripe and Barbieri, 1986; Barbieri et al., 1993;).Ribosome-inactive proteins are widely distributed and appear to be ubiquitous in the plant kingdom. Various RIPs have been described from about 50 plants covering the 17 groups. (Caryophyllaceae, Cucurbitaceae, Euphorbiaceae, Liliaceae, Phytolaccaceae, Gramineae, Amaranthaceae, Chenopodiaceae, Portulacaceae, Asparagaceae, Nyctaginaceae, Fabaceae, Viscaceae, Passifloraceae, Caprifoliaceae, Leguminoseae, Loranthaceae). Some families include Carophyllales, which has a higher priority than Caryophyllales, and many RIP-producing species, such as the Cucurbitaceae, Euphorbiaceae, and Poaceae. Ecologically, RIP-producing plants are of different types and are found in weeds, tropical trees, annual plants in spring, desert cacti and certain parasites. RIP was detected in most plant cells and tissues, including embryos, fresh fruit, roots, leaves, bark, and latex. RIP was identified and purified from monocotyledonae and dicotyledonae. Translation protein inhibitory activity was detected from 52 tested species belonging to monocotyledonae. And 122 species were detected from 292 dicotyledonae tested (Grasso and Shepherd, 1978; Gasperi-Campani et al., 1985; Stripe and Barbieri, 1986; Barbieri et al., 1993;).

이제까지 정제된 RIP의 대부분은 하나의 사슬 typeⅠ RIP과 유사하나, 서로 동일하지는 않으며 동식물의 다른 부분에서발견되었다. 그래서, 한가지 typeⅠ RIP보다 더 많이 증명되었고, Phytolacca americana(Irvin, 1975; Irvin et al.,1980; Barbieri et al., 1982; Houston et al., 1983)와 Saponaria officinalis(Stripe et al., 1981; Fabbrini et al.,1997)의 잎과 뿌리, 종자로부터 정제되었다. RIP를 포함하고 있는 대부분의 종은 Sambucus ebulus (dwarf elder)를 제외한 type l 또는 typeⅡ의 type RIP를 가진다. 흥미롭게도 dwarf elder의 잎은 typeⅠ와 typeⅡ RIP를 동시에 생산한다(Benito et al., 1995).Most of the purified RIPs so far are similar to one chain type I RIP, but not identical to each other and found in different parts of the flora and fauna. Thus, more than one type I RIP has been demonstrated, Phytolacca americana (Irvin, 1975; Irvin et al., 1980; Barbieri et al., 1982; Houston et al., 1983) and Saponaria officinalis (Stripe et al., 1981; Fabbrini et al., 1997) from leaves, roots and seeds. Most species containing RIP have a type RIP of type l or type II except for Sambucus ebulus (dwarf elder). Interestingly, the leaves of dwarf elder produce both type I and type II RIPs (Benito et al., 1995).

RIP은 잎, 뿌리, 열매 그리고 종자를 포함하는 모든 식물조직에서 발견된다. 그리고 다른 유기체들은 같은 식물체에서RIP를 생산한다 (Gasperi-Campani et al., 1985; Barbieri et al., 1993). Dianthus caryophyllus로부터 분리된 Dianthin30은 씨를 포함하는 식물을 통해서 발견되었다. 그러나 dianthin 32는 단지 잎과 성장하고 있는 어린가지에서만 발견되었다. Dianthins은 어린 잎에서보다 1~3%의 추출이 가능한 단백질을 나타내는 오래된 잎에서 훨씬 농도가 높다(Reisbig andBruland, 1983). RIP는 렉틴 활성을 가진 B-chain과 폴리펩타이드 사슬의 존재 또는 부재에 의존하는 두 개의 분류로 나뉠수 있다. 단일 사슬 폴리펩티드로 구성되어 있는 type l은 typeⅡ RIP보다 다양하고 그들의 대부분은 glycoprotein이다. 이중-사슬 typeⅡ RIP은 분자 질량이 대략 60,000 or 120,000인 둘 또는 네 개의 폴리펩티드 사슬로 구성되어 있다. 그사슬중 하나가 RNA N-glycosidase 활성을 가진 A 사슬(촉매의 영역)이고 하나는 갈락토오스 특정 결합 활성을 가진 B 사슬(세포 결합 영역)이다. TypeⅡ RIP는 세포와 표면 galactosides간의 상호작용에 의해 세포와 결합한다. 그리고 다음에나오는 internalization과 cytosol로의 A 사슬의 전달은 세포의 죽음을 야기한다. 왜냐하면, 그 세포는 결합되어 있고,갈락토오스-특정 렉틴 영역의 활성을 허락하기 때문이고 typeⅡ RIP는 손상되지 않은 세포에 대해서 typeⅠ보다 훨씬더독성이 강하기 때문이다.RIP is found in all plant tissues, including leaves, roots, fruits, and seeds. And other organisms produce RIP in the same plant (Gasperi-Campani et al., 1985; Barbieri et al., 1993). Dianthin30, isolated from Dianthus caryophyllus, was found in plants containing seeds. But dianthin 32 was found only on leaves and growing young branches. Dianthins are much higher in older leaves, which represent proteins that can extract 1-3% than young leaves (Reisbig and Bruland, 1983). RIP can be divided into two classes, B-chain with lectin activity and dependent on the presence or absence of polypeptide chains. Type l, which consists of single-chain polypeptides, is more diverse than type II RIP, most of which are glycoproteins. Double-chain type II RIPs consist of two or four polypeptide chains having a molecular mass of approximately 60,000 or 120,000. One of its chains is the A chain (region of the catalyst) with RNA N-glycosidase activity and the one is the B chain (cell binding region) with galactose specific binding activity. Type II RIP binds to cells by the interaction between cells and surface galactosides. Subsequent internalization and delivery of the A chain to the cytosol cause cell death. Because the cells are bound and allow the activity of galactose-specific lectin regions, and type II RIP is much more toxic than intact cells against intact cells.

세포 파괴의 유전자의 발현을 조절하기 위한 조직-특정 프로모터를 사용하는 유전자의 제거는 특정한 세포를 죽이는데 효과적인 기술이다. 제거 기술은 번식력과 질병저항의 조절에 대한 것과 같은 보다 응용된 조사 (Goldman et al., 1994;Strittmatter et al., 1995)에 대해서와 마찬가지로 세포 상호 작용에 대하여 세포를 조사하는데 도움이 된다(Day etal., 1995). 세포 파괴 유전자는 세포내에서 발현되었을 때 세포의 죽음을 야기할 수 있는 단백질을 암호화 한다. 많은다양한 단백질들이 세포의 죽음을 야기할 수 있고, 몇몇은 diphtheria toxin A (DTA), exotoxin A, RNase T1 그리고barnase를 포함하는 식물과 동물내에서 유전자의 제거에 사용된다. DTA와 exotoxin A 모두 NAD+-dependent ADP-ribosylation of elongation factor-2를 야기하고 번역을 저해한다. Ricin A toxin 또한 28S ribosomal RNA의depurination을 촉매화함으로써 단백질 합성을 저해한다. Barnase와 RNase T1은 RNase 활성을 가지고 있고 세포내에서RNA의 퇴화에 의해서 단백질 합성을 방해한다(Day and Irish, 1997). 동물들에서, ricin A는 유전자의 제거에 사용되는유력한 독소이다(Moffat et al., 1992) 그러나 식물세포내에서 독성효과를 가진다는 것이 증명되지 않았다(Day andIrish, 1997). Ricin A 사슬은 temperature-sensitive 그리고 cold-sensitive 돌연변이를 생산하기 위해 이스트에서 돌연변이 된다. 하나의 cold-sensitive 돌연변이는 눈-특정 sev enhancer의 조절하에서 발현될 때 Drosophila내 눈 세포의temperature-dependent 제거를 생산한다(Moffat et al., 1992). 효율적인 유전자 제거에 대하여, cytotoxic 유전자의 공간적이고 일시적인 발현을 조절하기 위해 적당한 프로모터를 갖는 것은 중요한 것이다. 유전자의 제거에 대한 조직-특정프로모터의 사용이 가지고 있는 한가지 문제점은 발현의 기초 수준이 모든 세포를 죽이는데 여전히 충분하다는 것이다(Stritmatter et al., 1996). 그럼에도 불구하고, 많은 식물 프로모터들은 엄밀한 공간적이고 일시적인 속성을 가지고 있고 꽃밥, 종자, 주두 그리고 floral meristematic 조직들에서 특별하게 cytotoxic 유전자 발현을 조절하는데 성공적으로사용된다 (Mariani et al., 1990; Czako et al., 1992; Goldman et al., 1994; Day et al., 1995).Removal of genes using tissue-specific promoters to control the expression of genes of cell destruction is an effective technique for killing specific cells. Removal techniques help to examine cells for cellular interactions as well as for more applied investigations (Goldman et al., 1994; Strittmatter et al., 1995), such as regulation of fertility and disease resistance (Day et al., 1995). Cell-breaking genes encode proteins that, when expressed intracellularly, can cause cell death. Many different proteins can cause cell death, and some are used for the removal of genes in plants and animals, including diphtheria toxin A (DTA), exotoxin A, RNase T1 and barnase. Both DTA and exotoxin A cause NAD + -dependent ADP-ribosylation of elongation factor-2 and inhibit translation. Ricin A toxin also inhibits protein synthesis by catalyzing the depurination of 28S ribosomal RNA. Barnase and RNase T1 have RNase activity and interfere with protein synthesis by RNA degradation in cells (Day and Irish, 1997). In animals, ricin A is a potent toxin used to remove genes (Moffat et al., 1992) but has not been demonstrated to have toxic effects in plant cells (Day and Irish, 1997). Ricin A chains are mutated in yeast to produce temperature-sensitive and cold-sensitive mutations. One cold-sensitive mutation produces temperature-dependent clearance of eye cells in Drosophila when expressed under the control of an eye-specific sev enhancer (Moffat et al., 1992). For efficient gene removal, it is important to have suitable promoters to regulate the spatial and transient expression of cytotoxic genes. One problem with the use of tissue-specific promoters for gene removal is that the basal level of expression is still sufficient to kill all cells (Stritmatter et al., 1996). Nevertheless, many plant promoters have rigorous spatial and temporal properties and have been successfully used to regulate cytotoxic gene expression specifically in anther, seed, ovule and floral meristematic tissues (Mariani et al., 1990; Czako et al. , 1992; Goldman et al., 1994; Day et al., 1995).

혼성화 변종의 생산을 통하여 농작 식물의 개선은 식물 개량의 중요한 목적이다. 타고난 라인간의 잡종들은 종종 높은 수율과 질병에 대한 증가된 저항성 그리고 그 모체의 라인과 비교하여 다양한 환경에서 증가된 성능을 가진을 가진 자손이된다. 이것은 혼성화 생장력이라고 명명되고 농업에서 중요한 역할을 한다. 커다란 범위의 혼성화 종자의 생산은 자극적인 것이다. 왜냐하면 많은 농작물들이 같은 식물에 대하여 하나의 꽃 내에서 또는 분리된 꽃들에서 웅성 그리고 자성 재생의 기관, 수술 그리고 암술을 가지고 있다. 이 배열은 높은 수준의 자화수분이 되고 성취하기에 어려운 타고난 레인사이에서 커다란 범위의 지정된 crosses를 만든다. 이종교배가 혼성화 종자를 생산하기위해 일어난다는 것을 보증하기 위해, 종축은 하나의 모체 라인으로부터 수공으로 또는 기계적으로 제거되었고, 자화수분을 방해하는 천연 자화불친화성을사용하였고 또는 꽃가루 발달을 분열시키는 웅성 불임 돌연변이를 개발하였다. 높은 식물에서 웅성-번식력은 얼마간의 조정된 진화 events를 필요로 한다; ⅰ) 무성의 분열조직으로부터 구조적인 웅성 기관의 동화, ⅱ) 꽃밥에서 반수의 생식체의 진화, ⅲ) 자성 재생성 기관에 대한 웅성 생식체의 release 그리고 마지막으로 ⅳ) 획득 fertilization에 대한 웅성그리고 자성 생식체의 상호간 인식. 어떤 웅성 생산을 혼란시키는 돌연변이는 웅성 불임을 야기한다. microsporogenesis의 정상적인 생산에 실패한 많은 수의 자발적인 웅성 불임 돌연변이체들이 있다. 토마토 돌연변이체 msll내에서, tapetal붕괴는 너무 이른 것이고, 그래서 tapetal 세포들과 자발적인 조직들 모두 영향을 받았다. 웅성-불임의 변종은 구조적인웅성 번식력을 pertub하는 돌연변이에서 발견될 수 있다. Arabidopsis에서, homeotic 돌연변이 pistillata는 윤생체 둘그리고 셋을 감소시키고, 생산되는 식물은 기능적으로 웅성 불임이고 자성 번식이다(Bowman et al., 1989). 웅성 불임의유전적 바탕은 또한 다양하다. 핵의 유전자, 핵 또는 유전적 웅성 불임에 의해 조절되는 웅성 불임은 첫째로 (GMS) 많은농작물에서 공통적으로 일어난다. 유사하게, 웅성 불임은 cytoplasmic 유전자, 주로 미토콘드리아에 의해 조절되고,cytoplasmic 웅성 불임(CMS)은 많은 종에서 알려져 있다(Frankel and Galan, 1977; Kaul, 1988).Improvement of crop plants through the production of hybridized varieties is an important objective of plant improvement. Hybrids between natural lines often become descendants with high yields, increased resistance to disease, and increased performance in various environments compared to their parental lines. This is called hybridization growth and plays an important role in agriculture. The production of a large range of hybridized seeds is stimulating. Because many crops have the same vegetative organs, stamens and pistils in the same flower or in separate flowers for the same plant. This arrangement produces a large range of designated crosses between natural lanes that are high levels of magnetization and difficult to achieve. To ensure that crossbreeding takes place to produce hybridized seeds, the breeders were removed manually or mechanically from a single parent line, using natural incompatibility to interfere with the pollination, or male infertility to disrupt pollen development. Mutations were developed. In high vegetation, male propagation requires some coordinated evolutionary events; Iii) assimilation of structural male organs from afferent meristems, ii) evolution of half of the gametes in anther, iii) release of the male gametes to the female regenerated organs, and finally iii) male and female gametes for acquired fertilization. Mutual awareness. Mutations that disrupt some male production cause male infertility. There are a large number of spontaneous male infertility mutants that fail the normal production of microsporogenesis. In tomato mutant msll, tapetal decay was too early, so both tapetal cells and spontaneous tissues were affected. Male-infertility variants can be found in mutations that pertubate structural male fertility. In Arabidopsis, the homeotic mutant pistillata reduces two and three rotifers, and the resulting plant is functionally male sterile and fertile (Bowman et al., 1989). The genetic basis of male infertility also varies. Male infertility, controlled by gene, nuclear, or genetic male infertility in the nucleus, first occurs in many crops (GMS). Similarly, male infertility is regulated by cytoplasmic genes, mainly mitochondria, and cytoplasmic male infertility (CMS) is known in many species (Frankel and Galan, 1977; Kaul, 1988).

tapetum은 tetrad 단계의 microsporogenesis에서 발달된 꽃밥벽의 가장 깊은 부분의 층을 포함하는 세포들의 단일 층으로구성되어 있다. tapetum sporogenous 조직을 둘러싸고 있고 발달하는 꽃가루 모세포에 대해서 영양물의 source를 공급한다. tapetum이 tetrad 벽의 용해에 영향을 미치는 칼로스를 가수분해하는 callase를 생산한다는 것 또한 보고된 바 있다.post-meiotic 기간동안 sporopollenin, pollenkit 물질들 그리고 tryphine들은 붕괴된 tapetum으로부터 released 되었고 released된 소포자의 외벽에 퇴적되었다(Mascarenhas, 1990). 이 조직, tapetum에서 어떠한 교번도 웅성 재생 작용제에대하여 기능을 나타내지 못해서 불임의 원인이 되었다.The tapetum consists of a single layer of cells containing the deepest layer of anther wall developed in tetrad microsporogenesis. tapetum Provides a source of nutrients to the developing pollen blasts surrounding the sporogenous tissue. It has also been reported that tapetum produces a callase that hydrolyzes Carlos, which affects the dissolution of tetrad walls. During the post-meiotic period, sporopollenin, pollenkit substances and tryphine were released from the collapsed tapetum and the outer wall of the released vesicles (Mascarenhas, 1990). None of the alterations in this tissue, tapetum, functioned as a male regenerative agent, causing infertility.

가장 널리 알려진 웅성 불임 라인들이 자연적인 발생이라고 할지라도, 웅성 불임은 방사선, 화학적 처리, 원형질체 용해그리고 유전작 조작에 의해 또한 유도될 수 있다. 웅성 불임을 얻기 위해 재조합 DNA 기술을 사용한 몇가지 접근이 시작되었다. 성공적인 웅성 불임 식물을 만들기 위한 첫 번째 연구는 담배와 Mariani 등에 의해 tapetum 특정 프로모터의 조절하에서 chimaeric 리보누클레아제 유전자에 의한 oilseed 평씨에서 웅성 불임을 유도한 것이었다(1990). 그것들은 1.5-kb TA29 유전자 조절 단편을 tapetal 세포 계통을 선택적으로 파괴하기 위해 두가지 다양한 리보누클레아제와 융합하였다. 10%의 TA29-RNase T1 transformant (2/20)와 92%의 TA29-barnase transformant (106/115)는 pollen으로 shed 하지 못했다. 이 웅성 불임 식물은 웅성 불임으로 복원될 수 있다. 이것은 chimeric tapetal-cell-specific 리보누클레아제-저해제, baster와 변형될수 있는 웅성 다산 식물과 교차에 의해서 얻어졌다(Mariani et al., 1992). Worrall 등(1992)은locule내에서 callase 활성이 나타나기에 앞서 tapetum로부터 수정된 β-1,3-glucanase의 분비를 조작함으로써 담배 식물을 생산하였다. 형질전환 식물의 tapetum 세포에서, microsporocyte callase wall은 감소된 웅성 다산을 나타내는 형질전환체에 의해서 조기에 퇴화되었다. Pseudomonas aeruginosa exotoxin A은 또한 웅성 불임을 유도하는데 사용되었다(Koning et al., 1992). 앞서 언급한 실험외에도, 유전적 조절에 의해 웅성 불임을 유도하는 것에 대한 몇몇 시도들이 있었다(Denis et al., 1993; Tsuchiya et al., 1995; Zhan et al., 1996). 최근에, 무독성 화합물 N-acetyl-L-phosphinothricin (N-ac-Pt)에 기초한 유도할 수 있는 웅성 불임에 대한 계가 개발되었다. E. coli, -acetyl-L-ornithinedeacetylase의 argE 유전 산물은 cytotoxic compound L-phosphinothricin (Pt)에 대한 -ac-Pt로 전환되었다. TA29 프로모터-argE construct를 소유하는 transgenic 식물에서,N-ac-Pt의 적용은 웅성 불임 식물이 되는 empty 꽃밥을 유도한다.그러나, N-ac-Pt 처리를 하지 않으면 식물들은 완전히 다산이 된다(Kriete et al., 1996)Although the most widely known male infertility lines are naturally occurring, male infertility can also be induced by radiation, chemical treatment, protoplast lysis and genetic manipulation. Several approaches have been initiated using recombinant DNA technology to achieve male sterility. The first study to make successful male infertility plants was to induce male infertility in oilseed rape by the chimaeric ribonuclease gene under the control of the tapetum specific promoter by Tobacco and Mariani et al. (1990). They fused the 1.5-kb TA29 gene regulatory fragment with two different ribonucleases to selectively destroy the tapetal cell line. 10% of the TA29-RNase T1 transformant (2/20) and 92% of the TA29-barnase transformant (106/115) failed to shed pollen. This male infertility plant can be restored to male infertility. This was obtained by crossover with chimeric tapetal-cell-specific ribonuclease-inhibitors, basters and male fertility plants that could be modified (Mariani et al., 1992). Worrall et al. (1992) produced tobacco plants by manipulating the release of modified β-1,3-glucanase from tapetum before callase activity appeared in the locule. In tapetum cells of transgenic plants, the microsporocyte callase wall was prematurely degraded by transformants showing reduced male fertility. Pseudomonas aeruginosa exotoxin A has also been used to induce male infertility (Koning et al., 1992). In addition to the aforementioned experiments, several attempts have been made to induce male infertility by genetic regulation (Denis et al., 1993; Tsuchiya et al., 1995; Zhan et al., 1996). Recently, a system has been developed for inducible male infertility based on the non-toxic compound N-acetyl- L- phosphinothricin (N-ac-Pt). The argE genetic product of E. coli, -acetyl- L -ornithinedeacetylase, was converted to -ac-Pt for the cytotoxic compound L-phosphinothricin (Pt). In transgenic plants that owns the TA29 promoter -argE construct, N application of -ac- Pt induces empty anther which the male sterile plants. However, N-ac-Pt unless the treated plants are completely fertility (Kriete et al., 1996)

본 발명의 목적은 상기 종래기술을 감안하여 안출한 것으로 패랭이로부터 RIP 유전자를 분리 동정하고 이를 이용하여 웅성불임 식물을 대량 생산하는데 있다.An object of the present invention is to conceive and identify the RIP gene from dianthus in consideration of the prior art and to mass produce male infertile plants using the same.

본 발명은 상기의 목적을 달성하기 위하여 리보솜 불활성 단백질을 생산하는 식물을 동정하고 패랭이로부터 RIP 유전자의cDNA를 클로닝한 다음 패랭이 RIP 유전자의 발현을 분석하RH 게놈에서 패랭이 RIP 유전자의 유기조직을 추정하여 E. coli내의 패랭이 RIP 유전자의 발현을 관찰한 다음 수정된 패랭이 RIP 유전자를 사용하여 웅성불임을 유도하였다.In order to achieve the above object, the present invention identifies plants that produce ribosomal inactive protein, clones cDNA of RIP gene from dianthus, analyzes expression of dianthus RIP gene and estimates organic tissue of dianthus RIP gene in RH genome. After the expression of the dianthus RIP gene in E. coli was observed, male fertility was induced using the modified dianthus RIP gene.

이하 본 발명의 구체적인 구성과 작용을 상세히 설명한다.Hereinafter will be described in detail the specific configuration and operation of the present invention.

도 1은 패랭이 잎으로부터 얻은 가공하지 않은 추출물의 CMC-Sepharose 크로마토그래피를 나타낸 것으로, 도 1a는 260nm에서 흡광도, NaCl 농도, TMV 감염의 저해율을 나타내며 도 1b는 34에서 49까지 분획의 SDS-PAGE 패턴, 도 1c는 바이러스감염에 대한 local legion을 나타낸다.Figure 1 shows the CMC-Sepharose chromatography of the crude extract from dianthus leaves, Figure 1a shows the absorbance, NaCl concentration, inhibition rate of TMV infection at 260nm and Figure 1b shows the SDS-PAGE pattern of fractions from 34 to 49 1C shows local legion for virus infection.

도 2는 PCR에 의한 패랭이 RIP의 전기영동과 서던 블럿 분석을 나타낸 것으로, Lane 1, 2, 3은 프라이머 1과 2를 사용하여 증폭된 PCR 산물이고, Lane 4, 5, 6, 7, 8은 프라이머 1과 Xba1-프라이머 어댑터를 사용하여 증폭된 PCR 산물을 나타낸다.Figure 2 shows the electrophoresis and Southern blot analysis of the dianthus RIP by PCR, Lane 1, 2, 3 are PCR products amplified using primers 1 and 2, Lane 4, 5, 6, 7, 8 is PCR products amplified using Primer 1 and the Xba1-primer adapter are shown.

도 3은 패랭이 RIP 유전자의 서던 블럿 분석을 나타낸 것으로, 잎 게놈 DNA 20㎍은 다양한 제한 효소로 소화되었고 0.8%아가로스 겔상에서 분리되어 나일론 막으로 전달되었으며 막은 [α-32P]가 표지된 패랭이 RIP 클론 DsPCRIP5으로 혼성화되었다.FIG. 3 shows Southern blot analysis of the dianthus RIP gene, where 20 μg of leaf genomic DNA was digested with various restriction enzymes, isolated on a 0.8% agarose gel, transferred to a nylon membrane, and the membrane was labeled [α- 32 P]. RIP clone hybridized to DsPCRIP5.

도 4는 패랭이의 여러 조직으로부터 추출된 총 RNA의 노던 블럿 분석을 나타낸 것으로, 막은 [α-32P]로 표지된 패랭이RIP 클론 DsPCRIP5로 혼성화 되었다.4 shows Northern blot analysis of total RNA extracted from several tissues of dianthus. Membrane hybridized with dianthus RIP clone DsPCRIP5 labeled [α- 32 P].

도 5는 패랭이의 잎 cDNA 라이브러리로부터 분리한 포지티브 cDNA 클론의 크기를 나타낸 것으로, 도 5a는 universal 프라이머를 사용하여 PCR로 증폭된 포지티브 cDNA 클론을 전기영동한 것이고 도 5b는 RIP 클론 DsPCRIP5이 혼성화된 것을 전기영동한 것이다.FIG. 5 shows the size of positive cDNA clones isolated from the dianthus leaf cDNA library, FIG. 5A shows electrophoresis of positive cDNA clones amplified by PCR using universal primers, and FIG. 5B shows hybridization of RIP clone DsPCRIP5. Electrophoresis.

도 6은 cDNA 클론의 cross-hybridization을 나타낸 것으로, 도 6a는 cDS302클론의 작은 단편이고 도 6b는 cDS302클론의큰 단편이며, cDS203 클론의 5'-UTR을 포함하는 5'-부위는 같은 막에서 프로브로 사용된 것을 나타낸다.FIG. 6 shows cross-hybridization of cDNA clones, FIG. 6A is a small fragment of cDS302 clone and FIG. 6B is a large fragment of cDS302 clone, and the 5′-site comprising the 5′-UTR of cDS203 clone is in the same membrane. It is used as a probe.

도 7은 cDS203, cDS1202와 cDS2401의 완전한 염기서열의 multiple alignment를 나타낸 것으로 시작코돈 ATG, 종결코돈TGA은 bold face로 나타내었고, shaded bar는 이 클론들에서 다른 잔기를 나타내고 RIP의 추정 활성부위는 박스로 처리하였다. 3' 말단의 숫자는 클론된 poly(A) tail에서 나타나는 A 잔기의 수이다.Figure 7 shows the multiple alignments of the complete sequences of cDS203, cDS1202 and cDS2401. The start codon ATG and the stop codon TGA are shown as bold faces, the shaded bars represent other residues in these clones and the putative active site of the RIP is the box. Treated with. The number at the 3 'end is the number of A residues present in the cloned poly (A) tail.

도 8은 cDS203, cDS1202 및 cDS2401의 유도된 아미노산 서열을 다른 RIP 유전자와 비교한 것으로, shaded bar는 RIP의 N-글루코시다아제 활성에 대한 기본 잔기, 박스는 이 효소의 추정 활성 부위에 대한 부위를 포함하고 Asterisk는 패랭이로부터 분리된 RIP cDNA 클론들에서 다른 잔기를 나타내며, 추정되는 N-말단과 C-말단 시그널 펩타이드는 굵은 글씨로, N-glucosylation 시그널은 화살표로 나타내었다.FIG. 8 compares the derived amino acid sequences of cDS203, cDS1202 and cDS2401 with other RIP genes, the shaded bar is the base residue for N-glucosidase activity of RIP, and the box is the site for the putatively active site of this enzyme. And Asterisk represent different residues in RIP cDNA clones isolated from dianthus, the putative N- and C-terminal signal peptides are shown in bold and the N-glucosylation signal is indicated by arrows.

도 9a는 PCR에 의하여 5' 및/또는 3'말단이 제거된 패랭이 RIP 유전자 클론의 구축을 나타낸 것이며, 도 9b는 PCR 산물을아가로즈 겔상에서 전기영동시킨 것으로 Lane 1은 P1과 P4(DsRIP), Lane 2는 P1과 P3(3'ΔDsRIP), Lane 3은 P2과 P5(5'ΔDsRIP), Lane 4은 P2과 P3(5',3'ΔDsRIP)의 산물에 관한 것이다.Figure 9a shows the construction of the dianthus RIP gene clone with the 5 'and / or 3' end removed by PCR, Figure 9b is the electrophoresis of the PCR product on the agarose gel, Lane 1 is P 1 and P 4 ( DsRIP), Lane 2 is P 1 and P 3 (3 ' Δ DsRIP), Lane 3 is P 2 and P 5 (5' Δ DsRIP), Lane 4 is P 2 and P 3 (5 ', 3' Δ DsRIP) It is about the product.

도 10은 E. coli PQE 벡터내에서 수정된 cDS1202 클론 DsRIP, 5'ΔDsRIP, 3'ΔDsRIP, 5',3'ΔDsRIP의 발현에 대한 벡터구축을 나타낸 것이다.FIG. 10 shows vector construction for expression of modified cDS1202 clones DsRIP, 5 ′ Δ DsRIP, 3 ′ Δ DsRIP, 5 ′, 3 ′ Δ DsRIP in E. coli PQE vectors.

도 11은 pQE 발현벡터에 삽입된 수정된 cDS1202 클론을 포함하는 E. coli 세포의 성장 분석을 나타낸 것으로, 배양물의O.D.600은 IPTG 유도후 0, 60, 120, 180, 240분에서 측정되었다.Figure 11 shows the growth analysis of E. coli cells containing a modified cDS1202 clone inserted into the pQE expression vector, OD 600 of the culture was measured at 0, 60, 120, 180, 240 minutes after IPTG induction.

도 12a는 담배잎으로부터 pTA29 프로모터 부분의 PCR 증폭 결과이며 도 12b는 클론된 프로모터의 염기서열을 나타낸 것으로, 상자안의 염기서열은 프로모터 부위를 증폭시키는데 사용된 프라이머 서열을 나타낸 것이다.Figure 12a is a PCR amplification result of the pTA29 promoter portion from the tobacco leaf, Figure 12b shows the nucleotide sequence of the cloned promoter, the base sequence in the box shows the primer sequence used to amplify the promoter site.

도 13은 패랭이 RIP 유전자를 사용한 웅성불임 식물 생산용 벡터 구축을 나타낸 것이다.Figure 13 shows the construction of a vector for male sterile plant production using the dianthus RIP gene.

도 14는 pMTA2914/LBA4404, pMTA2913/LBA4404, pMTA2924/LBA4404, pMTA2923/ LBA4404 및 pMTA29gus/LBA4404로 형질전환된담배식물의 재분화를 나타낸 것으로, 접종된 담배 잎 디스크로부터 얻어진 신초(a), 온실내 토양으로 이동(b), 전체식물의 정상적 성장(c)을 나타낸 것이다.FIG. 14 shows regeneration of tobacco plants transformed with pMTA2914 / LBA4404, pMTA2913 / LBA4404, pMTA2924 / LBA4404, pMTA2923 / LBA4404 and pMTA29gus / LBA4404, shoots (a) obtained from inoculated tobacco leaf discs, and into soil in a greenhouse Migration (b), normal growth of the entire plant (c) is shown.

도 15는 웅성불임 담배식물의 꽃을 나타낸 것으로, 도 15a는 형질전환된 식물과 대조구 식물을, 도 15b는 내부 웅성 및자성 윤생체를 노출시키기 위해 이 꽃으로부터 corollas의 반을 제거한 것을 나타내고, 도 15c는 이것을 확대한 것이다.FIG. 15 shows the flowers of male sterile tobacco plants, FIG. 15A shows the transformed and control plants, FIG. 15B shows the removal of half of the corollas from this flower to expose the internal male and female rotifers, FIG. 15c magnifies this.

도 16은 정상의 꽃(a)과Δ3'DsRIP를 발현한 형질전환된 담배식물의 웅성불임 꽃(b)에서 얻은 꽃밥의 해부 현미경 사진을나타낸 것이다.Figure 16 shows a dissecting micrograph of anther obtained from male sterile flowers (b) of transformed tobacco plants expressing normal flowers (a) and Δ 3'DsRIP.

도 17은 형질전환되지 않은 담배식물로부터 얻어진 열매 캡슐과 종자와 pMTA2913을 발현한 형질전환된 것을 비교한 것이다.Fig. 17 compares the fruit capsules obtained from untransformed tobacco plants and the seed and transformed pMTA2913.

도 18은 형질전환된 웅성불임 pMTA2913의 서던 블럿 분석을 나타낸 것으로, Lane 1은 형질전환되지 않은 담배 식물이고,Lane 2~10은 pTA29- 3'ΔDsRIP(pMTA2913)를 포함하는 형질전환된 식물을 나타낸다.FIG. 18 shows Southern blot analysis of transformed male infertility pMTA2913, where Lane 1 is an untransformed tobacco plant and Lane 2-10 is a transformed plant comprising pTA29-3 ′ Δ DsRIP (pMTA2913). Indicates.

세균성 균주와 배양 배지Bacterial Strains and Culture Media

Escherichia coli 균주 JM109는 일반적인 형질전환에 대해 사용되었고 host 세포로서 플라스미드를 증폭하였다. XL1-BlueMRF'와 SOLR 균주들은 박테리오파지의 감염과 번식 그리고 생체내에서 재조합 phagemid의 절단에 대해 각각 사용되었다.E. coli M15 균주는 pQE 발현 벡터의 표현에 대해 사용되었다. Agrobacterium tumefaciens 균주 LBA4404는 식물 형질전환에 사용되었다. E. coli 균주들은 37℃, 실험목적에 부합하는 12.5 ㎍/㎖ tetracycline, 50 ㎍/㎖ kanamycin 또는 50 ㎍/㎖ ampicillin으로 보충된 LB 배지에서 배양하였다. M15 세포들은 37℃ 100㎍/㎖ ampicillin과 25㎍/㎖ kanamycincells로 보충된 LB 배지에서 배양하였다. 형질전환에 대해 사용된 JM109 host 균주는 M9 최소 배지에서 얻어졌다.Agrobacterium 균주는 28℃ YEP 배지에서 배양되었다.Escherichia coli strain JM109 was used for general transformation and amplified the plasmid as host cells. XL1-BlueMRF 'and SOLR strains were used for infection and reproduction of bacteriophage and cleavage of recombinant phagemid in vivo, respectively. coli M15 strain was used for the expression of the pQE expression vector. Agrobacterium tumefaciens strain LBA4404 was used for plant transformation. E. coli strains were cultured in LB medium supplemented with 37 ° C., 12.5 μg / ml tetracycline, 50 μg / ml kanamycin or 50 μg / ml ampicillin according to the experimental purpose. M15 cells were cultured in LB medium supplemented with 100 μg / ml ampicillin and 25 μg / ml kanamycincells at 37 ° C. JM109 host strains used for transformation were obtained in M9 minimal medium. Agrobacterium strains were incubated in 28 ° C. YEP medium.

이하 본 발명의 구체적인 구성과 작용을 당업자가 용이하게 실시할 수 있도록 실시예에 의거 상세히 설명하지만 본 발명의 권리범위가 이들 실시예에만 제한되지 아니한다.Hereinafter, the specific configuration and operation of the present invention will be described in detail with reference to the embodiments so that those skilled in the art can easily perform the scope of the present invention is not limited only to these embodiments.

실시예 1. 패랭이의 잎으로부터 얻은 가공하지 않은 추출물의 CM-Sepharose 칼럼 크로마토그래피Example 1 CM-Sepharose Column Chromatography of Raw Extracts Obtained from Leaves of Dianthus

50g의 패랭이(Dianthus sinensis) 잎들은 LN2와 함께 고운 분말로 분쇄하고, 300 ㎖ of 1× extraction buffer (0.14 MNaCl, 5 mM sodium phosphate pH 7.2, 0.5 mM phenylmethylsulfonyl fluoride (PMSF), 14 mM β-mercaptoethanol)로 균질화되었다. 추출물은 6층의 cheese colth를 통과하면서 걸러졌다. 그리고 10,000 rpm에서 15분간 원심분리하였다. 상청액은 6층의 Miracloth를 통과하면서 걸러졌고, 천연의 추출물은 5 ℓ of 5 mM sodium phosphate buffer (pH 6.6)에 대하여투석되었다. 그리고 투석동안 생긴 침전물을 제거하기 위하여 원심분리하였다. 상청액은 버퍼의 3가지 변화를 가진 5 ℓof 10 mM sodium phosphate buffer (pH 6.6)에 대해 다시 투석되었다. 투석된 추출물은 침전물을 제거하기 위해 위에서설명한 방법대로 원심분리 되었다. 상청액은 (20-cm×1.6-cm, BIO-RAD) of CM-sepharose fast flow columnchromatography의 칼럼에 적용되었다. 칼럼은 > 200 ㎖ of 1× column buffer (5 mM sodium phosphate pH 6.6)로 12시간동안 base line을 조절하기 위해 씻었다. 흡수된 물질들은 1× column buffer. Fractions (1 ㎖)에서 100 mM lineargradient of 0∼0.5 M NaCl로 용리되었고 수집하였다. 1 ㎖ Fraction들은 흡광도 A280에서 Bradford 방법으로 측정되었다.50 g of Dianthus sinensis leaves are ground to a fine powder with LN 2 , 300 ml of 1 × extraction buffer (0.14 MNaCl, 5 mM sodium phosphate pH 7.2, 0.5 mM phenylmethylsulfonyl fluoride (PMSF), 14 mM β-mercaptoethanol Homogenized). The extract was filtered through six layers of cheese colth. And centrifuged for 15 minutes at 10,000 rpm. Supernatant was filtered through 6 layers of Miracloth, and natural extracts were dialyzed against 5 L of 5 mM sodium phosphate buffer (pH 6.6). And centrifuged to remove the precipitate formed during dialysis. Supernatants were dialyzed again against 5 Lof 10 mM sodium phosphate buffer (pH 6.6) with three changes in buffer. The dialysis extract was centrifuged as described above to remove the precipitate. Supernatants were applied to columns of (20-cm × 1.6-cm, BIO-RAD) of CM-sepharose fast flow column chromatography. The column was washed with> 200 ml of 1 × column buffer (5 mM sodium phosphate pH 6.6) to adjust the base line for 12 hours. Absorbed materials were 1 × column buffer. Fractions (1 mL) were eluted with 100 mM lineargradient of 0-0.5 M NaCl and collected. 1 ml Fractions were measured by the Bradford method at absorbance A 280 .

실험결과, CM-Sepharose 이온 교환 크로마토그래피는 패랭이로부터 항바이러스성 단백질의 정제에 사용되었다. 잎 추출물은 투석되었고 칼럼에 직접적으로 적용되었다. 칼럼은 칼럼 워싱 버퍼를 가지고 씻었고 단백질은 칼럼 버퍼내에서 lineargradient의 NaCl로 용리되었다 (도 1a). 분획은 수집되었고 SDS-PAGE상에서 분석되었다 (도 1b) 그리고 N. glutinosa에서TMV 감염에 대한 항바이러스성 활성에 대하여 분석되었다. 세 개의 일련의 단편들은 11개 튜브에 결합되었고, 각 튜브들은 저해활성에 대해 분석되었다. #5에서 #11까지 결합된 분획들은 90% 이상의 저해활성을 나타낸다 (도 1c). 저해활성에대한 주된 피크가 없으나, 대신에 가능한 항바이러스성 단백질이 넓은 범위의 salt gradient로부터 얻어졌다. 상기 실험은 바이러스 감염의 가능한 저해제를 포함하는 패랭이를 명확히 보여준다.As a result, CM-Sepharose ion exchange chromatography was used to purify antiviral protein from dianthus. Leaf extracts were dialyzed and applied directly to the column. The column was washed with column washing buffer and the protein eluted with lineargradient NaCl in the column buffer (FIG. 1A). Fractions were collected and analyzed on SDS-PAGE (FIG. 1B) and analyzed for antiviral activity against TMV infection in N. glutinosa. Three series of fragments were bound to 11 tubes and each tube was analyzed for inhibitory activity. Fractions bound from # 5 to # 11 showed at least 90% inhibitory activity (FIG. 1C). There is no major peak for inhibitory activity, but instead possible antiviral proteins were obtained from a wide range of salt gradients. The experiment clearly shows dianthus containing possible inhibitors of viral infection.

실험예 1. PCR에 의한 패랭이로부터 RIP 유전자의 동정Experimental Example 1. Identification of RIP gene from dianthus by PCR

패랭이가 그 게놈에 리보솜 불활성 단백질(RIP)을 포함한다는 것을 확인하기 위해, 프라이머들은 누클레오티드, dianthin30과 saporin의 아미노산 서열로부터 설계되었다. PCR 반응은 패랭이의 잎들로부터 추출된 총 RNA에 대해 Xba1-primeradaptor를 annealing 함으로써 합성된 첫 번째 strand cDNA인 게노믹 DNA와 패랭이 잎의 cDNA를 사용하여 수행되었다. D.caryophyllus는 대조구로 사용되었다. PCR 조건은 다음과 같다; 35개 cycles의 denaturation (94℃, 1 minute),annealing (55℃, 1 minute) 그리고 polymerization (72℃, 2 minutes). 거의 870bp의 DNA 단편은 PCR에서 패랭이 잎cDNA를 사용하여 증폭될수 있음을 예상할 수 있다. 증폭된 DNA 단편의 예상되는 크기는 약한 'background' 산물을 포함하는 곳에서 조차도 아가로스겔 전기영동후에 관찰되었다(도 2a). 같은 겔은 blotted되고 재증폭된 870bp DNA 단편과 혼성화되었다 (도 2b). 870 bp DNA 단편의 동일성을 확인하기 위해, 클로닝되었고 dideoxy-chain termination 방법으로 시퀀싱되었다. 서열 상동 분석으로부터 얻은 결과, 870bp DNA 단편은 diathin 30과 saporin 유전자와 80% 상동, 그리고 PAP유전자는 50~60% 상동으로 나타났다. 이 단편은 DsPCRIP5로 명명하였다.To confirm that the dianthus contains ribosomal inactive protein (RIP) in its genome, primers were designed from the amino acid sequences of nucleotides, dianthin30 and saporin. PCR reactions were carried out using genomic DNA, the first strand cDNA synthesized by annealing Xba1-primeradaptor on total RNA extracted from dianthus leaves, and cDNA of dianthus leaves. D. caryophyllus was used as a control. PCR conditions were as follows; Denaturation of 35 cycles (94 ℃, 1 minute), annealing (55 ℃, 1 minute) and polymerization (72 ℃, 2 minutes). It can be expected that nearly 870 bp DNA fragments can be amplified using dianthus cDNA in PCR. The expected size of the amplified DNA fragments was observed after agarose gel electrophoresis even in the presence of weak 'background' products (FIG. 2A). The same gel hybridized with 870bp DNA fragment blotted and reamplified (FIG. 2B). To confirm the identity of the 870 bp DNA fragment, it was cloned and sequenced by the dideoxy-chain termination method. Results from sequence homology analysis showed that 870bp DNA fragments were 80% homologous to diathin 30 and saporin genes and 50-60% homologous to PAP gene. This fragment was named DsPCRIP5.

실험예 2. 패랭이 RIP 유전자의 서던 블롯 분석Experimental Example 2 Southern Blot Analysis of Dianthus RIP Gene

총 게놈 DNA는 패랭이 잎으로부터 추출되었고 제한 효소, Bam HⅠ, BglⅡ, Eco RⅠ, HindⅢ, ScaⅠ 과 DraⅠ로 소화되었다. Bam HⅠ과 BglⅡ의 절단 부위는 클론된 RIP cDNAs에 존재하고 다른 네가지 효소들은 패랭이 RIP 유전자의 5'과 3'의옆부위를 소화시킨다. 소화된 게놈 DNA는 각 well에서 적하되는 optimal volume에 농축되었고 0.8% 아가로스겔에 대해 30V 에서 48 시간이상 전기영동함으로써 분리되었다. 전기영동후, 겔은 증류수로 헹구었고 0.25 N HCl에서 15분간 실온에서depurinated되었다. 그후 겔은 0.4 N NaOH에서 90분간 실온에서 흔들어 주어 침지시켰다. 변성 DNAs는 0.4 N NaOHtransfer buffer을 이용하여 Hybond Nnylon membrane (Amersham)으로 이동하였다. 이동의 마지막에서 membrane은membrane washing buffer (0.2 M Tris-HCl, pH 7.5, 2X SSC)으로 헹구었고 58℃에서 4시간동안 high salt hybridizationbuffer (5XSSC, 70 mM Na2HPO4, 30 mM Na2HPO4, 2.5 mM EDTA, 0.6% SDS adjusted to pH 7.2)를 가지고 prehybridized하였다. membrane은 같은 완충용액에서 58℃ 24시간동안 [α-32P]dCTP labelled DsRIP로 혼성화되었다. 혼성화 후, membrane은 40℃에서 30분간 2X SSC/0.1% SDS로, 63℃에서 60분간 2X SSC, 0.1% SDS로, 50℃에서 60분간 0.5X SSC, 0.1% SDS로,마지막으로 63℃에서 30분간 0.5X SSC, 0.1% SDS로 연속적으로 씻어주었다. 각 씻는 조건 단계에서, membrane은 X-rayfilm으로 접하게 되었다.Total genomic DNA was extracted from dianthus leaves and digested with restriction enzymes, Bam HI, BglII, Eco Ri, HindIII, ScaI and DraI. The cleavage sites of Bam HI and BglII are present in cloned RIP cDNAs and the other four enzymes digest the 5 'and 3' flanks of the dianthus RIP gene. Digested genomic DNA was concentrated in the optimal volume loaded in each well and separated by electrophoresis for more than 48 hours at 30V on 0.8% agarose gel. After electrophoresis, the gel was rinsed with distilled water and depurinated for 15 min at 0.25 N HCl. The gel was then immersed by shaking for 90 minutes at 0.4 N NaOH at room temperature. Denatured DNAs were transferred to Hybond N + nylon membrane (Amersham) using 0.4 N NaOHtransfer buffer. At the end of the transfer, the membrane was rinsed with membrane washing buffer (0.2 M Tris-HCl, pH 7.5, 2X SSC) and high salt hybridizationbuffer (5XSSC, 70 mM Na 2 HPO 4 , 30 mM Na 2 HPO 4 for 4 hours at 58 ° C). , 2.5 mM EDTA, 0.6% SDS adjusted to pH 7.2). The membranes were hybridized with [α- 32 P] dCTP labeled DsRIP for 24 hours at 58 ° C in the same buffer. After hybridization, the membrane was subjected to 2X SSC / 0.1% SDS for 30 minutes at 40 ° C, 2X SSC, 0.1% SDS for 60 minutes at 63 ° C, 0.5X SSC, 0.1% SDS for 60 minutes at 50 ° C, and finally at 63 ° C. Washed continuously with 0.5X SSC, 0.1% SDS for 30 minutes. At each washing step, the membrane was exposed to X-rayfilm.

프로브로서32P-labelled DsPCRIP5를 사용하는 패랭이 게놈 DNA의 서던 블롯 분석 실험결과, 도 3과 같이 혼성 밴드들은Eco RⅠ, HindⅢ, ScaⅠ, DraⅠ, BglⅡ 및 BamHⅠ로 소화되어 각 레인에서 검출되었다. 표지된 DsPCRIP5 프로브는 제한효소에 따라 1~4 단편과 혼성화되었다. 4개 단편들은 DraⅠ에서 혼성화되고 단 하나의 단편이 Eco RⅠ 소화에서 혼성화되었다.As a result of Southern blot analysis of divalent genomic DNA using 32 P-labelled DsPCRIP5 as a probe, hybrid bands were digested with Eco RI, Hind III, Sca I, Dra I, BglII and BamH I and detected in each lane as shown in FIG. 3. Labeled DsPCRIP5 probes hybridized with 1-4 fragments according to restriction enzymes. Four fragments hybridized in DraI and only one fragment hybridized in Eco RI digestion.

실험예 3. 다른 조직으로부터 패랭이의 노던 블럿 분석Experimental Example 3. Northern blot analysis of dianthus from other tissues

RNA 시료들을 Sambrook 등의 방법에 따라 formaldehyde와 formamide로 처리하였다. 총 RNA는 0.67 M formaldehyde를 포함하는 1.0% 아가로스겔에서 전기영동시키고 Hybond Nnylon membrane으로 전달하였다. 막은 0.1% SDS, 5X Denhardt'ssolution, 6X SSC and 100 ㎍/㎖ sheared내에서 42℃로 18시간동안 혼성화하고 50% formamide를 포함하는 herring spermDNA를 변성시켰다. DNA 프로브는 random primer labelling method을 사용하여 [α-32P]dCTP로써 DsRIP에 표지하였다. 막은 2X SSC에서 2번, 0.1% SDS에서 42℃로 15분간, 그리고 0.5X SSC에서 한번, 0.1% SDS에서 52℃로 10분간 계속 교반하면서 씻었다. 막은 -70℃에서 X-ray 필름에 노출시켰다.RNA samples were treated with formaldehyde and formamide according to Sambrook et al. Total RNA was electrophoresed on 1.0% agarose gel containing 0.67 M formaldehyde and delivered to Hybond N + nylon membrane. The membranes hybridized at 42 ° C. for 18 hours in 0.1% SDS, 5X Denhardt's solution, 6X SSC and 100 μg / ml sheared and denatured herring spermDNA containing 50% formamide. DNA probes were labeled with DsRIP with [α- 32 P] dCTP using a random primer labeling method. Membranes were washed with 2x SSC for 15 minutes at 42 ° C. in 0.1% SDS and once at 0.5 × SSC for 10 minutes at 52 ° C. in 0.1% SDS. The membrane was exposed to X-ray film at -70 ° C.

실험결과, RIP mRNA는 프로브로서 DsPCRIP5로 혼성화되었을 때 단지 패랭이의 잎조직으로부터 검출되었다 (도 4). 같은잎조직의 위치에서 낮은 background signal이 뿌리와 줄기에서도 검출되었다. 이실험으로부터 다른 RIP로서 패랭이 RIP유전자의 발현은 조직- 특이성이고 잎조직에서 보다 우세함이 확실하다.As a result, RIP mRNA was detected only from dianthus leaf tissue when hybridized with DsPCRIP5 as a probe (FIG. 4). Low background signals at the same leaf tissue were also detected in the roots and stems. It is clear from this experiment that the expression of the dianthus RIP gene as another RIP is tissue-specific and predominant in leaf tissue.

실시예 2. 패랭이 RIP 유전자의 cDNA 클로닝Example 2. cDNA Cloning of Dianthus RIP Gene

실험예 1. 패랭이의 잎 cDNA 라이브러리로부터 분리한 포지티브 클론의 분석Experimental Example 1. Analysis of positive clones isolated from dianthus cDNA library

패랭이의 잎 cDNA 라이브러리를 구축하기 위해, 2.65 ㎎ 의 총 RNA가 10 g 의 패랭이 잎으로부터 준비되었다. 10 ㎍ 의mRNA는 2.65 ㎎ 의 총 RNA로부터 정제되었고, 5 ㎍ 의 mRNA로부터 정제된 62.5 ng 의 double-stranded cDNA는 λ-ZAPⅡ cDNA synthesis kit를 사용하여 합성되었다. 62.5 ng의 cDNA는 1 ㎍ 의 Uni-ZAP XR 벡터로 결합되었고 GigapackⅢGold packaging 추출물로 packaged되었다. 62.5 ng 의 cDNA로부터, 5.67×105재조합들이 얻어졌다. 증폭후에, 9.0 × 105plaque들은 [α-32P]이 표지된 DsPCRIP5 단편들을 가지고 스크린되었다 (approximately 3.5 × 104plaques/ plate). 첫 번째 스크리닝에서 44 positive plaques가 얻어졌고, 두 번째 스크리닝을 통하여 최종적으로 38 개의 실제적인 클론들이pBluescriptⅡ SK phagemide에서 클론되었다.To build the dianthus cDNA library, 2.65 mg of total RNA was prepared from 10 g dianthus leaves. 10 μg of mRNA was purified from 2.65 mg of total RNA and 62.5 ng of double-stranded cDNA purified from 5 μg of mRNA was synthesized using a λ-ZAPII cDNA synthesis kit. 62.5 ng of cDNA was bound to 1 μg of Uni-ZAP XR vector and packaged with Gigapack III Gold packaging extract. From 62.5 ng of cDNA, 5.67 × 10 5 recombinations were obtained. After amplification, 9.0 × 10 5 plaques were screened with DsPCRIP5 fragments labeled [α- 32 P] (approximately 3.5 × 10 4 plaques / plate). 44 positive plaques were obtained at the first screening, and finally 38 actual clones were cloned from pBluescriptII SK phagemide through the second screening.

38개의 포지티브 클론들의 삽입 크기를 측정하기 위해 PCR이 적용되었다. 그 크기는 아카로스 겔 전기영동에 대하여 250bp에서 1750 bp까지의 범위를 갖는다(도 5a). 겔은 blotted 되었고 DsPCRIP5를 가지고 혼성화되었다. 38개 중에서 30개클론은 강한 혼성화 밴드를 나타내고, 8개 클론은 낮은 바탕 신호를 나타낸다(도 5b).PCR was applied to determine the insertion size of 38 positive clones. The size ranged from 250 bp to 1750 bp for akarose gel electrophoresis (FIG. 5A). Gels were blotted and hybridized with DsPCRIP5. Thirty clones out of 38 show strong hybridization bands and eight clones show low background signal (FIG. 5B).

cross-hybridization으로부터 얻어진 결과들은 7개 클론이 패랭이의 RIP의 완전한 길이 cDNA임을 보여주었다(도 6c).cDS302 클론은 가장 긴 삽입물을 포함한다. 작은 단편은 모든 클론으로 혼성화되고, 반면에 큰 단편은 그 삽입 크리에서cDS302와 유사한 4개의 클론으로 혼성화되었다(도 6a,b). 서브 클로닝과 작고 큰 단편의 배열을 통하여, cDS302는 보기드문 재조합 클론이 된다. 그것은 CP12 (큰 단편)와 부분 RIP 유전자 (작은 단편)로 구성되어 있다. cDS302 클론의 큰 단편(1,150bp)은 개시 코돈과 그 속에 polyA 꼬리를 가지고 있고 다른 CP12 유전자를 가지고 85% 상동관계를 나타낸다. cDNA클론의 특징을 표 1에 요약해 놓았다. cDNA 클론에 대한 설명은 각 cDNA 클론들의 배열 데이터로부터 온 결과와 NCBIBLAST 조사 프로그램에 의한 분석에 기초한 것이다.Results obtained from cross-hybridization showed that the seven clones were the full length cDNA of the dianthus RIP (FIG. 6C). The cDS302 clone contained the longest insert. The small fragment hybridized to all clones, while the large fragment hybridized to four clones similar to cDS302 in its insertion (Figure 6a, b). Through subcloning and the arrangement of small and large fragments, cDS302 becomes a rare recombinant clone. It is composed of CP12 (large fragment) and partial RIP gene (small fragment). Large fragments of the cDS302 clone (1,150 bp) have an initiation codon, polyA tail in it, and 85% homology with other CP12 genes. The characteristics of the cDNA clones are summarized in Table 1. The description of the cDNA clones is based on the results from the array data of each cDNA clone and analysis by the NCBIBLAST survey program.

크기가 1kb보다 긴 cDNA 클론의 특징Characteristics of cDNA clones longer than 1 kb in size Serial clonenumberSerial clonenumber clone size(bp)clone size (bp) Characteristics of partial sequenced cDNAsCharacteristics of partial sequenced cDNAs 1One cDS201cDS201 930930 Partial cDNA cloneshows ∼ 80% homologyto Dianthin 30 and saporin genes Partial cDNA clone shows ~ 80% homologyto Dianthin 30 and saporin genes 22 cDS203cDS203 12601260 Full length cDNA cloneshows ∼ 80% homologyto Dianthin 30 and saporin genes Full length cDNA clone shows ~ 80% homologyto Dianthin 30 and saporin genes 33 cDS302cDS302 17501750 Hybrid cDNA clone of which 5'-region presents 67% homology to P. sativummRNA for CP12and 3'-region shows ∼ 80% homology to Dianthin 30 and saporin genesHybrid cDNA clone of which 5'-region presents 67% homology to P. sativum mRNA for CP12 and 3'-region shows ~ 80% homology to Dianthin 30 and saporin genes 44 cDS901cDS901 11801180 Full length cDNA cloneshows ∼ 80% homologyto Dianthin 30 and saporin genes Full length cDNA clone shows ~ 80% homologyto Dianthin 30 and saporin genes 55 cDS1102cDS1102 11501150 Full length cDNA cloneshows ∼ 80% homologyto Dianthin 30 and saporin genes Full length cDNA clone shows ~ 80% homologyto Dianthin 30 and saporin genes 66 cDS1202cDS1202 11901190 Full length cDNA cloneshows ∼ 80% homologyto Dianthin 30 and saporin genes Full length cDNA clone shows ~ 80% homologyto Dianthin 30 and saporin genes 77 cDS1401cDS1401 17501750 Hybrid cDNA cloneof which 5'-region presents 67% homology to P. sativummRNA for CP12and 3'-region shows ∼ 80% homology to Dianthin 30 and saporin genesHybrid cDNA cloneof which 5'-region presents 67% homology to P. sativum mRNA for CP12 and 3'-region shows ~ 80% homology to Dianthin 30 and saporin genes 88 cDS1201cDS1201 960960 Partial cDNA cloneshows ∼ 80% homologyto Dianthin 30 and saporin genes Partial cDNA clone shows ~ 80% homologyto Dianthin 30 and saporin genes 99 cDS2302cDS2302 11801180 Full length cDNA cloneshows ∼ 80% homologyto Dianthin 30 and saporin genes Full length cDNA clone shows ~ 80% homologyto Dianthin 30 and saporin genes 1010 cDS2303cDS2303 17501750 Hybrid cDNA clone of which 5'-region presents 67% homology to P. sativummRNA for CP12and 3'-region shows ∼ 80% homology to Dianthin 30 and saporin genesHybrid cDNA clone of which 5'-region presents 67% homology to P. sativum mRNA for CP12 and 3'-region shows ~ 80% homology to Dianthin 30 and saporin genes 1111 cDS2401cDS2401 12001200 Full length cDNA cloneshows ∼ 80% homologyto Dianthin 30 and saporin genes Full length cDNA clone shows ~ 80% homologyto Dianthin 30 and saporin genes 1212 cDS2402cDS2402 11701170 Partial cDNA cloneof which 5'-region contains ∼ 200 nt ofTC repeatsand 3' shows ∼80% homology to Dianthin 30 and saporin genesPartial cDNA cloneof which 5'-region contains ∼ 200 nt of TC repeats and 3 'shows -80% homology to Dianthin 30 and saporin genes 1313 cDS2403cDS2403 12001200 Full length cDNA cloneshows ∼ 80% homologyto Dianthin 30 and saporin genes Full length cDNA clone shows ~ 80% homologyto Dianthin 30 and saporin genes 1414 cDS2601cDS2601 10401040 Partial cDNA clone shows∼ 80% homologyto Dianthin 30 and saporin genes Partial cDNA clone shows ~ 80% homologyto Dianthin 30 and saporin genes 1515 cDS2701cDS2701 17501750 Hybrid cDNA clone of which 5'-region presents 67% homology to P. sativummRNA for CP12and 3'-region shows ∼ 80% homology to Dianthin 30 and saporin genesHybrid cDNA clone of which 5'-region presents 67% homology to P. sativum mRNA for CP12 and 3'-region shows ~ 80% homology to Dianthin 30 and saporin genes 1616 cDS2702cDS2702 11601160 Partial cDNA clone of which 5'-region contains ∼ 200 nt ofTC repeatsand 3' shows ∼80% homology to Dianthin 30 and saporin genesPartial cDNA clone of which 5'-region contains ∼ 200 nt of TC repeats and 3 'shows -80% homology to Dianthin 30 and saporin genes

실험예 2. cDS203, cDS1202와 cDS2401의 염기 및 아미노산 서열Experimental Example 2 Base and Amino Acid Sequences of cDS203, cDS1202, and cDS2401

5' 과 3'-부위의 배열 결과로부터, 패랭이의 7개의 완전한 길이의 cDNA들은 그들의 염기 서열에 따라 세 개의 그룹으로나누어진다. 7개중 3개의 클론, cDS203, cDS1202 그리고 cDS2401이 그들의 완전한 염기 서열을 결정하기 위해 선택되었다. cDS203, cDS1202 그리고 cDS2401는 길이가 각각 1,167 bp, 1,138 bp 그리고 1,170 bp 이었고 882bp의 open readingframe을 갖는다. 이러한 클론들은 그들의 3'-untranslated 부분에서 consensus polyadenylation 신호를 갖지 않는다(도7). 그들의 이론적 pl과 Mw는 각각 9.71과 33 KDa이다. 추론된 아미노산 서열은 N-말단에서 23 아미노산 잔기의 추정 시그널 펩티드와 C-terminal에서 18 아미노산 잔기의 추정 시그널 펩티드를 갖고 291 아미노산 잔기의 코딩 서열을 갖는다(도 8). 컴퓨터 분석은 이러한 cDNA 클론이 dianthin 30과 saporin과 79% 동일성을 나타냈고 반면에 PAP 및 MAP와는 59%동일성을 나타냈다. DsRIPs'의 염기서열에서는 약간의 이질성이 있다. 4, 8 그리고 13 누클레오티드 교환은 5'-untranslated region, 코딩 부위 그리고 3'-untranslated 부위에서 각각 나타났다.From the 5 'and 3'-alignment results, the seven full-length cDNAs of the dianthus are divided into three groups according to their base sequence. Three of the seven clones, cDS203, cDS1202 and cDS2401, were selected to determine their complete base sequence. The cDS203, cDS1202 and cDS2401 were 1,167 bp, 1,138 bp and 1,170 bp in length and had an open reading frame of 882 bp. These clones do not have consensus polyadenylation signals in their 3′-untranslated portion (FIG. 7). Their theoretical pl and Mw are 9.71 and 33 KDa, respectively. The deduced amino acid sequence has a putative signal peptide of 23 amino acid residues at the N-terminus and a putative signal peptide of 18 amino acid residues at the C-terminal and a coding sequence of 291 amino acid residues (FIG. 8). Computer analysis showed that these cDNA clones were 79% identical to dianthin 30 and saporin, while 59% identical to PAP and MAP. There is some heterogeneity in the sequencing of DsRIPs'. 4, 8 and 13 nucleotide exchanges were found in the 5'-untranslated region, coding region and 3'-untranslated region, respectively.

세개의 DsRIP 클론중에서 누클레오티드 불일치는 단백질 서열의 변화를 야기한다. 10개의 아미노산 변경은 암호화 영역에서 18개의 누클레오티드 변화에 의한 것이다(도 8). 아미노산 서열에서 변화는 추정되는 N-말단 신호 펩티드와 효소 활성부분의 adjacent 영역에서 우선적이다. 아미노산 서열에서 microheterosity에도 불구하고, RIPs의 효소 활성 부분인 'IQMVSEAARFKYI'의 서열은 보존되었다(도 8).Nucleotide mismatch among the three DsRIP clones causes a change in protein sequence. The 10 amino acid alterations are due to 18 nucleotide changes in the coding region (FIG. 8). Changes in the amino acid sequence are preferential in adjacent regions of the putative N-terminal signal peptide and the enzyme active moiety. Despite the microheterosity in the amino acid sequence, the sequence of 'IQMVSEAARFKYI', the enzymatic active part of the RIPs, was conserved (FIG. 8).

실시예 3. 수정된 패랭이 RIP 유전자의 E. coli에서의 발현Example 3. Expression of E. coli of Modified Dianthus RIP Gene

실험예 1. 5' 및/또는 3' 말단이 제거된 패랭이 RIP 유전자의 구축Experimental Example 1. Construction of Dianthus RIP gene with 5 'and / or 3' ends removed

시토졸(cytosol) 내의 패랭이 RIP의 전사를 제한하기 위해, cDS1202의 5'- 및/또는 3'-시그널 펩타이드를 제거하여CDS1202 클론을 수정하였다. PCR 증폭을 위하여, 두 개의 upstream 프라이머들이 1에서 7(primer1, p1)까지와 24에서31(primer2, p2)까지 아미노산 잔기의 배열에서 anneal하기 위해 설계되었다. 두개의 downstream 프라이머들은 269에서276(primer3, p3)까지와 287에서 294(primer4, p4)까지의 cDS1202 아미노산 잔기에 혼성화되었다. 이러한 서열의 'ATG'개시 코돈을 소개하는 5' 말단에서, NcoⅠ 또는 RcaⅠ 부분은 통합되었고 'TGA' 종결 코돈을 소개하는 이러한 서열의 3'말단에서 통합되었다. 이 서열은 편리한 제한 부분, KpnⅠ, Sac Ⅰ과 HindⅢ을 통합한다고 소개되었다. RcaⅠ는 Nco1의호환성 끝을 생성하고 그래서 RcaI 단편은 NcoⅠdigested 단편의 끝에 ligated 될 수 있다. 이러한 네 개의 프라이머를사용함으로써, PCR에 의해 4개의 다른 구조들이 생성되었다. PCR 조건은 94℃에서 3분간 predenaturation되었고, 94℃에서 1분간 denaturation하고, 72℃에서 2분간 polymerization하고 55℃에서 1분간 annealing하였다. cycle의 총 수는 36이고 PCR 산물은 1.2% 아가로스겔에서 분리되었다.In order to limit the transcription of RIP in the cytosol, the CDS1202 clone was modified by removing the 5'- and / or 3'-signal peptides of cDS1202. For PCR amplification, two upstream primers were designed to anneal in the arrangement of amino acid residues from 1 to 7 (primer1, p1) and from 24 to 31 (primer2, p2). Two downstream primers hybridized to cDS1202 amino acid residues from 269 to 276 (primer3, p3) and 287 to 294 (primer4, p4). At the 5 'end introducing the' ATG 'initiation codon of this sequence, the NcoI or RcaI portion was integrated and at the 3' end of this sequence introducing the 'TGA' stop codon. This sequence was introduced to incorporate a convenient restriction portion, Kpn I, Sac I and Hind III. RcaI produces a compatible end of Nco1 so that the RcaI fragment can be ligated to the end of the NcoI digested fragment. By using these four primers, four different structures were generated by PCR. PCR conditions were predenaturated at 94 ° C for 3 minutes, denaturated at 94 ° C for 1 minute, polymerized at 72 ° C for 2 minutes, and annealed at 55 ° C for 1 minute. The total number of cycles was 36 and PCR products were isolated on 1.2% agarose gel.

실험결과, cDS1202 클론은 수정된 구조가 소개되고 강화식물에서 발현될 때 시토졸에서 변형된 산물을 제한하기 위해서5' 및/또는 3' 시그날 펩타이드의 제거에 의해서 수정되었다. cDS203, cDS1202 그리고 cDS2401의 아미노산의 컴퓨터 분석으로부터 cDS1202는 추정가능한 23 N-terminal 아미노산 잔기(N-sp)와 18 C-terminal 아미노산 잔기(C-sp, 도 8)을 포함한다는 사실이 발견되었다. 또한, 전자는 이 단백질을 골지체, endoplasmic reticulum, 그리고 extracellular space로전달하는 역할을 한다고 가정하였고 나머지는 그것을 액포로의 전달과 관련되어 있다. PCR 증폭에 대해, 두 개의unstream 프라이머의 서열은 생산된다. 그리고 1에서 7까지(p1) 그리고 24에서 31(p2)까지 부합한다. 두개의 downstream프라이머는 269부터 276(P3)까지 그리고 287에서 294(p4)까지 cDS1202 아미노산잔기로 혼성화시켰다. 이러한 서열의 5'말단에서, 'ATG' 개시 코돈을 나타내는 NcoⅠ 또는 RcaⅠ 부분은 통합되었고, 서열의 3' 말단에서 'TGA' 종결 코돈이 나타났다. 서열은 편리한 저해 부분, Kpn l, Sac l 그리고 HindⅢ 를 통합한다고 나타났다(도 9a). P1과 P2를 사용하는 PCR은 N-terminal과 C-terminal 시그날 펩타이드를 모두 포함하는 완전한 서열을 생산할 수 있다. 이 구조는 세포내 공간,액포 그리고 DsRIP로 명명된 것을 제한하는데 기대된다. 형질전환된 식물에서 발현된 각 구조의 한정은 diagram아래에 설명되었다. PCR은 전기 실시예에 따라 수행되었다. 이 PCR 증폭은 측정된 크기에 대응하는 하나의 주요한 밴드의 특정 패턴을 준다. 각 PCR 산물의 예상되는 크기는 DsRIP, 3'ΔDsRIP, 5'ΔDsRIP and 5'3'ΔDsRIP에 대하여 각각 882 bp, 828bp, 813 bp 그리고 759 bp이다(도 9b). cDS1202의 PCR 산물의 증폭된 4가지 다른 구조는 정제되었고 KpnⅠ과 HindⅢ로 소화되었다. 이러한 단편들은 E. coli의 발현벡터로서 pQE30또는 pQE32에 접합되었다. 재조합 플라스미드들은 pQE3214(DsRIP), pQE3213 (3'ΔDsRIP), pQE3024 (5'ΔDsRIP) 그리고 pQE3023 (5'3'ΔDsRIP)로 명명하였다. E. coli 균주 M15는실험구로서 이러한 플라스미드 pQE30과 pQE32에 의해 형질전환되었다. 각각의 형질전환체는 pQE3214/ M15, pQE3213/M15, pQE3024/ M15, pQE3023/ M15, pQE30/ M15 그리고 pQE32/ M15로 명명하였다.As a result, the cDS1202 clone was modified by removal of the 5 'and / or 3' signal peptide to limit the modified product in the cytosol when the modified structure was introduced and expressed in fortified plants. Computer analysis of the amino acids of cDS203, cDS1202 and cDS2401 found that cDS1202 contains an estimated 23 N-terminal amino acid residues (N-sp) and 18 C-terminal amino acid residues (C-sp, Figure 8). The former also assumes that the protein is responsible for delivering it to the Golgi apparatus, endoplasmic reticulum, and extracellular space, and the rest is related to delivery to the vacuoles. For PCR amplification, sequences of two unstream primers are produced. And from 1 to 7 (p1) and from 24 to 31 (p2). The two downstream primers hybridized with cDS1202 amino acid residues from 269 to 276 (P3) and from 287 to 294 (p4). At the 5 'end of this sequence, the NcoI or RcaI portion representing the' ATG 'initiation codon was integrated and a' TGA 'stop codon was seen at the 3' end of the sequence. The sequence was shown to incorporate convenient inhibitory moieties, Kpn l, Sac l and HindIII (FIG. 9A). PCR using P1 and P2 can produce complete sequences containing both N-terminal and C-terminal signal peptides. This structure is expected to limit intracellular space, vacuoles, and what is termed DsRIP. The definition of each structure expressed in the transformed plant is described below the diagram. PCR was performed according to the previous example. This PCR amplification gives a specific pattern of one major band corresponding to the measured size. The expected size of each PCR product is 882 bp, 828 bp, 813 bp and 759 bp for DsRIP, 3 ' Δ DsRIP, 5' Δ DsRIP and 5'3 ' Δ DsRIP, respectively (FIG. 9B). Four different amplified structures of the PCR product of cDS1202 were purified and digested with Kpn I and Hind III. These fragments were conjugated to pQE30 or pQE32 as expression vectors of E. coli. Recombinant plasmids were named pQE3214 (DsRIP), pQE3213 (3 ' Δ DsRIP), pQE3024 (5' Δ DsRIP) and pQE3023 (5'3 ' Δ DsRIP). E. coli strain M15 was transformed with these plasmids pQE30 and pQE32. Each transformant was named pQE3214 / M15, pQE3213 / M15, pQE3024 / M15, pQE3023 / M15, pQE30 / M15 and pQE32 / M15.

실험예 2. 수정된 패랭이 RIP 유전자의 발현용 벡터 구축Experimental Example 2 Construction of Expression Vectors for Modified Dianthus RIP Genes

패랭이 RIP 유전자 발현용 pQE 벡터는 E. coli의 발현벡터로서 tac5 프로모터, 리보손 결합 부분, 개시 코돈 (ATG), 6×His-tag, multicloning site 그리고 종결 코돈 (도 10)으로 구성되어 있다. 그들의 암호화 능력에 따라, pQE30, pQE31and pQE32의 세가지 종류의 벡터가 존재한다. 수정된 cDS1202 클론, 5'ΔDsRIP 그리고 5'3'ΔDsRIP는 pQE30에 결합되었고pQE3024 과 pQE3023를 각각 생산한다 (도 10a). DsRIP와 3'ΔDsRIP는 pQE32와 결합되어 있고 pQE3214와 pQE3213를 각각생산한다(도 10b). 이러한 재조합 플라스미드는 E. coli 숙주, M15로 형질전환되었고, 독성 유전자로부터 E. coli를 보호하는 안전 장치인 강력한 억제 레귤레이터 하에서 독성 유전자를 발현하도록 특별히 설계되었다.The pQE vector for the expression of the dianthus RIP gene is composed of a tac5 promoter, a riboson binding moiety, an initiation codon (ATG), a 6 × His-tag, a multicloning site, and a termination codon (FIG. 10) as an expression vector of E. coli. Depending on their encryption capabilities, there are three kinds of vectors: pQE30, pQE31and pQE32. The modified cDS1202 clone, 5 ' Δ DsRIP and 5'3' Δ DsRIP were bound to pQE30 and produced pQE3024 and pQE3023, respectively (FIG. 10A). DsRIP and 3 ′ Δ DsRIP are associated with pQE32 and produce pQE3214 and pQE3213, respectively (FIG. 10B). This recombinant plasmid was transformed with the E. coli host, M15 and was specifically designed to express virulence genes under strong inhibitory regulators, a safety device that protects E. coli from virulence genes.

실험예 3. 수정된 패랭이 RIP 유전자를 포함하는 E. coli 세포의 성장Experimental Example 3 Growth of E. coli Cells Containing the Modified Dianthus RIP Gene

클론된 패랭이 RIP 유전자의 E. coli에 대한 cytotoxicity를 조사하기 위해, DsRIP, 5'ΔDsRIP, 3'ΔDsRIP or 5'3'ΔDsRIP를 포함하는 E. coli 균주 M15는 100 ㎍/㎖ 의 암피실린과 25 ㎍/㎖ 의 kanamycin으로 3 ㎖ LB 배지에서 12시간동안배양되었다. 50 ㎕ 의 1차 배양물은 20 ㎖ 의 배지에 이동되었고 즉시 그 O.D.600를 측정하였다. O.D.600=0.2가 되는 시간에, 1 mM 의 IPTG를 가하였고 각 형질전환체의 성장률 이 600nm에서 흡광도에 의해 관찰되었다.To investigate the cytotoxicity of the cloned dianthus RIP gene against E. coli, E. coli strain M15 containing DsRIP, 5 ' Δ DsRIP, 3'ΔDsRIP or 5'3' Δ DsRIP, was treated with 100 μg / ml of ampicillin. 25 μg / ml of kanamycin was incubated for 12 hours in 3 ml LB medium. 50 μl of primary culture was transferred to 20 mL of medium and the OD 600 was measured immediately. At the time of OD 600 = 0.2, 1 mM of IPTG was added and the growth rate of each transformant was observed by absorbance at 600 nm.

pQE32 벡터 단독은 IPTG 유도에 대하여 잘 성장한 반면, DsRIP (pQE3214)와 3'ΔDsRIP (pQE3213)를 포함하는 pQE32는IPTG 유도에서 성장하지 못했다(도 11). pQE32처럼, pQE30 단독은 정상적인 성장률을 보였고 3'ΔDsRIP (pQE3024)와 5'3'ΔDsRIP (pQE3023)를 포함하는 pQE30은 IPTG 유도에 의해 그들의 성장을 저해하였다.이러한 성장 저해는 수정된 패랭이RIP 유전자의 전사 산물이 E. coli 리보솜에 대한 독성 효과를 가지고 있음을 나타내고 그것은 N- 및/또는 C-terminal 시그날 펩타이드의 제거에도 불구하고 E. coli에서 적어도 기능적인 단백질을 생산함을 나타낸다.pQE32 vector alone grew well for IPTG induction, whereas pQE32, including DsRIP (pQE3214) and 3 ′ Δ DsRIP (pQE3213), did not grow in IPTG induction (FIG. 11). Like pQE32, pQE30 alone showed normal growth rates and pQE30, including 3 ' Δ DsRIP (pQE3024) and 5'3' Δ DsRIP (pQE3023), inhibited their growth by induction of IPTG. The transcriptional product of the gene has a toxic effect on E. coli ribosomes and it indicates that it produces at least functional proteins in E. coli despite removal of N- and / or C-terminal signal peptides.

실시예 4. 수정된 패랭이 RIP 유전자를 사용한 웅성불임의 유도Example 4 Induction of Male Infertility Using Modified Dianthus RIP Gene

실험예 1. Nicotiana tabaccum cv. samsun으로부터 pTA29 프로모터 부분의 증폭Experimental Example 1. Nicotiana tabaccum cv. Amplification of the pTA29 Promoter Part from samsun

N. tabaccum cv. Samsun의 게놈 DNA로부터 꽃밥 특정 프로모터 부분을 얻기 위해 두 프라이머가 설계되었다. 5' 말단 프라이머의 서열은 5'-dCGGGGTACCAAGC TTATCATCGATTATATTAGGG-3'(34-mers)이고 3' 말단은 5'-CTACCATGGCTAATTTCTT TAAG-3'(26-mers)이다. 5'-말단 프라이머는 kpnⅠ and HindⅢ의 제한 효소 부위를 가지고 있고, 3'-말단 프라이머는 Ncol 부위를 가지고 있다. NcoⅠ 부위는 각각 A1525와 A1526이 G1525와 G1226으로 치환에 의해 생산된다. 밑줄친 부분은 pTA-29프로모터 (EMBL accession no. X52283)의 시작 부분을 나타낸다. PCR 반응 혼합물은 master mix (2.5 mM MgCl2)과 Taqpolymerase 1 unit을 포함한다. 템플레이트(template)의 농도는 2.5 ng, 50 ng과 200 ng으로, 각 템플레이트는 프라이머당 50 pmoles, 25 pmoles, 10 pmoles and 2.5 pmoles의 다양한 농도를 가진 프라이머와 결합한다. PCR 반응은 다음의 조건에 따라 수행된다. 즉 95℃에서 3분간 predenaturation되고, 94℃에서 1분간 denaturation, 50℃에서 2분간 annealing하고, 72℃에서 2분 30초간 polymerization되었다. 총 cycles의 수는 36이었다. PCR산물은 0.8% 아가로스 겔에서 전기영동하였다. 전기영동 결과 분리된 프로모터의 염기서열은 도 12a에 나타냈다. 프로모터 부위의 염기서열은 도 12b와 같이박스안에 표시하였다. 도 12b에서 박스안의 염기 서열은 프로모터를 증폭시키는데 사용된 프라이머를 나타낸 것이고 괄호안의 것은 증폭된 pTA29 프로모터에서 빠진 서열을 나타낸 것이다.N. tabaccum cv. Two primers were designed to obtain anther specific promoter portions from Samsun's genomic DNA. The sequence of the 5 'terminal primer is 5'-dCGGGGTACCAAGC TTATCATCGATTATATTAGGG-3' (34-mers) and the 3 'end is 5'-CTACCATGGCTAATTTCTT TAAG-3' (26-mers). The 5'-terminal primer has restriction enzyme sites of kpnI and HindIII and the 3'-terminal primer has a Ncol site. The NcoI site is produced by substituting A 1525 and A 1526 for G 1525 and G 1226 , respectively. The underlined portion shows the beginning of the pTA-29 promoter (EMBL accession no. X52283). The PCR reaction mixture contains a master mix (2.5 mM MgCl 2 ) and Taqpolymerase 1 unit. The template concentrations are 2.5 ng, 50 ng and 200 ng, with each template binding to primers with varying concentrations of 50 pmoles, 25 pmoles, 10 pmoles and 2.5 pmoles per primer. PCR reaction is carried out according to the following conditions. That is, predenaturation was performed at 95 ° C. for 3 minutes, denaturation at 94 ° C. for 1 minute, annealing at 50 ° C. for 2 minutes, and polymerization at 72 ° C. for 2 minutes 30 seconds. The total number of cycles was 36. PCR products were electrophoresed on 0.8% agarose gel. The nucleotide sequence of the promoter separated by the electrophoresis is shown in Figure 12a. The base sequence of the promoter region is shown in the box as shown in Figure 12b. In FIG. 12B the base sequence in the box shows the primer used to amplify the promoter and the parenthesis shows the sequence missing from the amplified pTA29 promoter.

실험예 2. 패랭이 RIP 유전자를 사용한 웅성불임 식물의 생산용 벡터 구축Experimental Example 2. Construction of a vector for the production of male sterile plants using dianthus RIP gene

상기 실험예 1에서 PCR을 통해 얻은 pTA29 프로모터와 pLAT52-7은 제한 효소, KpnⅠ과 NcoⅠ로 소화한 다음 재결합하였다. 이 재조합 플라스미드는 pTA29 프로토머, GUS 부위 그리고 NOS-터미네이터를 가지는 pLTA29-gus로 명명되었다. pLTA29-gus는 NcoⅠ and SacⅠ로 소화되어 GUS 부위를 제거하고, NcoⅠ(or RcaⅠ)와 Sac l로 절단한 pQE3214, pQE3213, pQE3024and pQE3023의 단편들과 결합시켰다. 이들 플라스미드는 pLTA2914, pLTA2913, pLTA2924와 pLTA2923로 명명하였다. 이들구조들은 제한 효소, HindⅢ 와 SacⅠ로 소화하고, 식물 발현 벡터인 pMBP1와 결합시켰다. 최종 구조는 pMTA2914,pMTA2913, pMTA2924 그리고 pMTA2923로 명명되었다(도 13).The pTA29 promoter and pLAT52-7 obtained by PCR in Experimental Example 1 were digested with restriction enzymes, Kpn I and Nco I and then recombined. This recombinant plasmid was named pLTA29-gus with pTA29 protomer, GUS site and NOS-terminator. pLTA29-gus was digested with NcoI and SacI to remove the GUS site and bound to fragments of pQE3214, pQE3213, pQE3024and pQE3023 digested with NcoI (or RcaI) and Sac l. These plasmids were named pLTA2914, pLTA2913, pLTA2924 and pLTA2923. These structures were digested with restriction enzymes, HindIII and Sac I and bound to pMBP1, a plant expression vector. The final structure was named pMTA2914, pMTA2913, pMTA2924 and pMTA2923 (Figure 13).

실험예 3. 키메라 유전자, pTA29-Experimental Example 3. Chimeric Gene, pTA29- ΔΔ DsRIP를 가진 담배 식물의 형질전환Transformation of Tobacco Plants with DsRIP

2개월정도 된 온실에서 자란 식물로부터 얻은 건강한 담배잎들(Nicotiana tabacum cv. Xanthi N.N.)을 조심스럽게 수돗물로 헹구었고 2% sodium hypochlorite에서 교반하면서 15분간 담갔다. 멸균된 담배잎들은 800 ㎖의 증류수로 4번 헹구었다. 그것들을 petridish위에 놓고 표백-손상 부위를 제거하였다. 잎들을 sterile scalpel blade(#10)을 사용하여 1 ㎠ 로자르고 Agrobacterium을 희석물과 혼합하였다. 각 구조(pMTA2914, pMTA2913, pMTA2923 and pMTA29-gus)를 포함하고 있는Agrobacterium을 28℃에서 36시간동안 배양하고 희석 배지(MS basal liquid medium)에서 1:50까지 희석시켰다. 2시간 후에, 잎 디스크들은 건조하기 위해 멸균 여과지로 옮겼고 공서 배지(MS salts, MS vitamins, 30 g/ℓ of sucrose, 2.0 mg/ℓ of BA and pH 5.8)에 선택적인 항생물질없이 60시간동안 어두운 조건하에 놓았다. 공서 배양말기에, 접종된 잎 디스크들은 50∼70 ㎖ 의 sterile 증류수로 채워진 멸균된 플라스틱 트레이로 옮기고 2번 행구었다. 잎 디스크들은 여과지에서건조하였고 재분화 배지(MS salts, MS vitamins, 30 g/ℓ of sucrose, 2.0 mg/ℓ of BA, 100 mg/ℓ of kanamycinsulfate, 250 mg/ℓ of carbenicillin, pH 5.8)에서 신초가 나타날때 까지 배양하였다. 접종된 잎 디스크들로부터 신초는캘루스로부터 절삭되었고 생장이 정상인 발아와 엽액의 발아를 가진 셋 또는 다섯의 잎들을 좀더 남기기 위해 정돈되었다. 그것들은 발근용 배지(MS salts, MS vitamines, 30 g/ℓ of sucrose, 50 mg/ℓ of kanamycin sulfate, 250 mg/ℓ ofcarbenicillin)로 삽입되었다. 7내지 10일후, 뿌리가 난 담배 묘목을 직접 흙속에 옮기고 2~3일동안 그늘에서 유지하였다.Healthy tobacco leaves (Nicotiana tabacum cv. Xanthi N.N.) from plants grown in a greenhouse about 2 months were carefully rinsed with tap water and soaked for 15 minutes with stirring in 2% sodium hypochlorite. Sterilized tobacco leaves were rinsed four times with 800 ml of distilled water. They were placed on petridish and the bleach-damage site was removed. The leaves were cut into 1 cm 2 using a sterile scalpel blade (# 10) and Agrobacterium was mixed with the dilution. Agrobacterium containing each structure (pMTA2914, pMTA2913, pMTA2923 and pMTA29-gus) was incubated at 28 ° C. for 36 hours and diluted 1:50 in dilution media (MS basal liquid medium). After 2 hours, the leaf disks were transferred to sterile filter paper for drying and darkened for 60 hours without selective antibiotics in the broth medium (MS salts, MS vitamins, 30 g / L of sucrose, 2.0 mg / L of BA and pH 5.8). Placed under conditions. At the end of the incubation period, the inoculated leaf disks were transferred to a sterile plastic tray filled with 50-70 ml of sterile distilled water and rinsed twice. The leaf discs were dried on filter paper and shoots were grown in regeneration medium (MS salts, MS vitamins, 30 g / L of sucrose, 2.0 mg / L of BA, 100 mg / L of kanamycinsulfate, 250 mg / L of carbenicillin, pH 5.8). Incubate until it appears. The shoots from the inoculated leaf discs were cut from callus and trimmed to leave three or five leaves with normal germination and lobe germination. They were inserted into rooting media (MS salts, MS vitamines, 30 g / l of sucrose, 50 mg / l of kanamycin sulfate, 250 mg / l of carbenicillin). After 7 to 10 days, rooted tobacco seedlings were transferred directly to the soil and kept in the shade for 2-3 days.

실험결과, 신초는 잎 디스크로부터 3주후에 분화되었고 (도 14a) 뿌리는 hormone없이 50 ㎎/ℓ 의 kanamycin 그리고 250㎎/ℓ 의 carbenicillin을 포함하는 MS 배지에서 유도되었다(도 14b). 묘목은 토양으로 옮겨 온실에서 자랐다(도 14c).결과적으로, 46 pMTA2914, 38 pMTA2913, 58 pMTA2924, 65 pMTA2923 그리고 20 pMTA29-gus 형질전환 식물을 얻었다.As a result, shoots were differentiated after 3 weeks from the leaf discs (FIG. 14A) and roots were induced in MS medium containing 50 mg / L kanamycin and 250 mg / L carbenicillin without hormones (FIG. 14B). Seedlings were transferred to soil and grown in greenhouses (FIG. 14C). As a result, 46 pMTA2914, 38 pMTA2913, 58 pMTA2924, 65 pMTA2923 and 20 pMTA29-gus transgenic plants were obtained.

실험예 4. 담배에서 웅성불임을 야기하는 pTA29-3'Experimental Example 4. pTA29-3 'Induces Male Infertility in Cigarettes ΔΔ DsRIP(pMTA2913) 유전자의 발현Expression of the DsRIP (pMTA2913) Gene

1.5 kb pTA29 유전자 조절 단편을 수정된 패랭이 RIP 유전자에 융합하였다.ΔDsRIP 유전자는 액포 또는 세포외부공간으로 수송되지 않도록 그리고 이러한 구조들이 tapetum 세포에서 발현될 때 시토졸내에 유지되도록 앞서 수정되(도 9). 이러한 구조들이 담배 식물에 도입되고 결과적으로 207개의 pTA29-ΔDsRIP 유전자 형질전환체들이 얻어졌다. 4개의 구조중pTMA2914 그리고 pMTA2913는 담배에서 웅성 불임을 야기하였다(도 15b). pMTA2913 형질전환체는 성장률, 키, 형태, 꽃의기관계 그리고 꽃 색 패턴면에서 형질전환되지 않은 대조구 식물과 비교하여 동일하다. 열개성의 꽃밥에서 꽃가루의 수에서 주목할만한 감소는 pMTA2913 형질전환체에서 명백하게 나타났다(도 15c). pMTA2913 식물의 꽃밥은 오그라들어 있고,색상은 회갈색이며, 꽃가루가 결여(도 16b)되었다. 꽃가루가 없는 pMTA2913 식물들은 열매 캡슐과 종자를 생산하는데 실패했다(도 17). 33개의 pMTA2913 식물중에서 9개가 서던 블럿 분석을 수행하였다. 3개 형질전환체가 단 하나의 pTA29-3'ΔDsRIP 유전자를 포함하고 나머지는 몇몇 pTA29-3'ΔDsRIP 유전자를 갖는 것으로 확인되었다(도 18).The 1.5 kb pTA29 gene regulatory fragment was fused to the modified dianthus RIP gene. The ΔDsRIP gene has been modified earlier so that it is not transported into vacuoles or extracellular spaces and that these structures are retained in the cytosol when expressed in tapetum cells (FIG. 9). These structures were introduced into tobacco plants, resulting in 207 pTA29- Δ DsRIP gene transformants. Of the four structures, pTMA2914 and pMTA2913 caused male sterility in tobacco (FIG. 15B). The pMTA2913 transformants were identical in comparison to the control plants that were not transformed in terms of growth rate, height, shape, flower relationships, and flower color patterns. A noticeable decrease in the number of pollen in ten anthers was evident in the pMTA2913 transformant (FIG. 15C). Anther of the pMTA2913 plant was gradual, grayish brown in color, and lacked pollen (FIG. 16B). Pollen-free pMTA2913 plants failed to produce fruit capsules and seeds (FIG. 17). Of the 33 pMTA2913 plants, nine Southern blot analyzes were performed. Three transformants were found to contain only one pTA29-3 ' Δ DsRIP gene and the other had several pTA29-3' Δ DsRIP genes (FIG. 18).

본 발명자들은 본 발명에 사용한 유전자를 세균에 도입하여 Agrobacterium tumefaciens LBA4404/pMTA2913 및 Escherichiacoli JM109/pMTA2913으로 명명하고, 이 균주들을 1997년 12월 11일 자로 생명공학연구소에 KCTC 8859P 및 KCTC 8858P 수탁번호로 각각 기탁하였다.The inventors introduced the genes used in the present invention into bacteria and named them Agrobacterium tumefaciens LBA4404 / pMTA2913 and Escherichiacoli JM109 / pMTA2913. Deposited.

실험예 4. 자성 번식력Experimental Example 4. Magnetic Fertility

상호간의 교배 수분은 불임이 다른 것에 대해서 제한되는지 아닌지를 결정하기 위해 형질전환된 식물과 형질전환되지 않은 대조식물간에 수행되었다. 형질전환 식물의 자성 번식 구조는 유전자 치환에 의해 명백하게 영향을 받지 않았다. 종자수율은 자가수분 야생 대조 식물과 유사하였다. 하기 표 2는 대조구와 교배된 pMTA2913 종자의 평균 무게를 보여준다.Cross mating pollination was performed between transformed plants and untransformed control plants to determine whether infertility was limited to others. The magnetic propagation structure of the transgenic plants was not clearly affected by gene substitution. Seed yields were similar to the self-pollinating wild control plants. Table 2 below shows the average weight of pMTA2913 seeds crossed with the control.

웅성불임 담배식물(pMTA2913)의 자성 번식력Magnetic Fertility of Male Infertile Tobacco Plants (pMTA2913) Number of transgenic plantNumber of transgenic plant Average weight of seeds per pod (g)Average weight of seeds per pod (g) 13M0213M02 0.110.11 13M0313M03 0.110.11 13M0413M04 0.080.08 13M0513M05 0.170.17 13M0713M07 0.010.01 13M0813M08 0.070.07 13M0913M09 0.020.02 13M1013M10 0.160.16 Untransformed normalUntransformed normal 0.100.10

이상 실시예와 실험예를 통하여 설명한 바와 같이 본 발명은 잎 추출물을 이용하여 리보솜 불활성 단백질 유전자를 분리동정하여 수정된 유전자를 제공하는 효과가 있으며, 이를 이용하여 담배 식물에서 웅성 불임을 야기하는 산업상 뛰어난효과가 있다.As described through the above Examples and Experimental Examples, the present invention has the effect of separating and identifying ribosomal inactive protein genes using leaf extracts to provide a modified gene, and using the same, industrially causing male infertility in tobacco plants. Excellent effect

Claims (5)

패랭이로부터 분리 및 동정된 리보솜 불활성 단백질(RIP) 암호화 유전자의 하기와 같은 염기서열.The base sequence of the ribosome inactive protein (RIP) coding gene isolated and identified from dianthus. 패랭이로부터 분리 및 동정된 리보솜 불활성 단백질(RIP) 암호화 유전자의 하기와 같은 염기서열.The base sequence of the ribosome inactive protein (RIP) coding gene isolated and identified from dianthus. 패랭이로부터 분리 및 동정된 리보솜 불활성 단백질(RIP) 암호화 유전자의 하기와 같은 염기서열.The base sequence of the ribosome inactive protein (RIP) coding gene isolated and identified from dianthus. 형질전환된 세균 아그로박테리움 투메파시엔스 LBA4404/pMTA2913(KCTC 8859P).Transformed Bacterial Agrobacterium Tumefaciens LBA4404 / pMTA2913 (KCTC 8859P). 형질전환된 세균 이.콜라이 JM109/pMTA2913(KCTC 8859P).Transformed Bacteria E. coli JM109 / pMTA2913 (KCTC 8859P).
KR1019980002178A 1998-01-24 1998-01-24 Production of male sterile plants using RIP gene of dianthus sinensis L. KR100271097B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1019980002178A KR100271097B1 (en) 1998-01-24 1998-01-24 Production of male sterile plants using RIP gene of dianthus sinensis L.

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1019980002178A KR100271097B1 (en) 1998-01-24 1998-01-24 Production of male sterile plants using RIP gene of dianthus sinensis L.

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR19990066331A KR19990066331A (en) 1999-08-16
KR100271097B1 true KR100271097B1 (en) 2001-03-02

Family

ID=40290838

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1019980002178A KR100271097B1 (en) 1998-01-24 1998-01-24 Production of male sterile plants using RIP gene of dianthus sinensis L.

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR100271097B1 (en)

Also Published As

Publication number Publication date
KR19990066331A (en) 1999-08-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CA2071943C (en) Site-specific recombination of dna in plant cells
JP3105242B2 (en) Plants with altered flowers
EP0456706B1 (en) Molecular methods of hybrid seed production
US5658772A (en) Site-specific recombination of DNA in plant cells
AU718262B2 (en) Methods and constructs for producing male sterile plants
JP3143120B2 (en) Plants with altered flowers, seeds or germs
US8710301B2 (en) Method for producing male sterile plants using plant beclin 1/ATG6 expression
US5254801A (en) Heterologous dominant conditional lethal gene which is a phosphonate monoester hydrolase and use thereof in plants
CZ214593A3 (en) Plants exhibiting male sterility, process of obtaining thereof and recombinant dna for application of such process
JP2000116258A (en) Binary cryptocytotoxic method of hybrid seed production
US6162964A (en) Molecular methods of hybrid seed production
WO2005065446A1 (en) Method of producing sterile plant, plant obtained by using the same and use thereof
JP2002533089A (en) Methods and gene compositions for limiting outcrossing and unwanted gene spread in crop plants
KR20030031467A (en) Methods and compositions to reduce or eliminate transmission of a transgene
CA2186737A1 (en) Nematicidal proteins
EP1062354A2 (en) Glyphosate as a gametocide
Lemmetyinen et al. Prevention of flower formation in dicotyledons
AU675643B2 (en) Systemin
CZ301799A3 (en) Method of employment male sterility in plants
KR100271097B1 (en) Production of male sterile plants using RIP gene of dianthus sinensis L.
JP2006034218A (en) Method for producing plant body inhibited in dehiscence of its anther, plant body obtained by the same and utilization of the same
WO2001037643A1 (en) Method for lowering pollen fertility by using pollen-specific zinc finger transcriptional factor genes
AU655574C (en) Molecular methods of hybrid seed production
RU2378379C1 (en) Use of membrane pyrophosphotase gene of bacterium rhodospirillum rubrum for changing plant properties
EP1279734A1 (en) Molecular methods of hybrid seed production

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20120801

Year of fee payment: 13

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20130806

Year of fee payment: 14

LAPS Lapse due to unpaid annual fee