KR100282657B1 - A novel chitinolytic enzyme and a gene encoding this protein - Google Patents

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Abstract

본 발명은 호박으로부터 분리한 키틴분해능이 뛰어난 신규의 키타제 및 이 단백질을 암호화하는 핵산에 관한 것이다.The present invention relates to a novel kitsase having excellent chitin resolving ability separated from amber and a nucleic acid encoding the protein.

Description

신규의 키틴 분해 효소 및 이 단백질을 암호화하는 유전자A novel chitinolytic enzyme and a gene encoding this protein

[기술분야][TECHNICAL FIELD]

본 발명은 강력한 키틴 분해능을 가진 신규의 키티나제 및 이 단백질을 암호화하는 핵산에 관한 것이다.The present invention relates to a novel chitinase having strong chitin resolution and a nucleic acid encoding the protein.

[종래기술]BACKGROUND ART [0002]

농작물은 생육과 수확 과정 중에 수많은 병원균(곰팡이, 세균, 바이러스 등)들의 공격을 받음으로써 여러 가지 질병에 걸리게 되지만, 움직이지 못하고 고착생활을 하는 식물체가 이러한 환경적 스트레스에 효과적으로 적응해가면서 생활하기에는 많은 어려움이 따른다. 따라서, 이러한 병원균의 공격을 받으면, 농작물은 성장저하와 많은 수확량의 감소가 유발되고 인간에게는 상당한 경제적 손실을 초래하게 된다. 이와 같은 농작물의 질병방지를 위하여 인류는 오랜기간 동안 각종 유,무기 화학합성 농약이나 제초제 등을 살포하여 농작물을 질병으로부터 보호하여 왔으나(Sidebox NA ed ac., Environs. Health. Percept., 103(12), 1126-1134, 1995) 오랜기간 동안의 반복적인 투여와 병원균들의 적응력으로 인한 과량 투여 등은 인류에게 농약중독에 의한 치명적 질병을 유도하였을 뿐만 아니라, 이러한 합성 농약의 토양에의 축적에 의한 돌이킬 수 없는 환경오염과 자연환경의 파괴 등을 초래함으로써 인류가 살아가기에 부적당한, 회복 불능의 환경(Sherman JD et al., Arch. Environ. Health., 52, 332-333, 1997)을 만들어 내고 있다. 특히, 농업에 종사하는 사람들이 농약 살포과정이나 작물의 생육과정 등을 통하여 인체에 맹독성의 농약을 흡입하게 되고 이로 인한 새로운 질병과 생명의 위협은 심각한 사회문제로 대두되고 있다. 뿐만 아니라, 맹독성 농약이 농작물에 흡수, 축적되어 존재하거나 완전히 제거되지 않은 잔류 농약의 농작물을 흡수한 소비자들에게도 이들 잔류 농약의 축적으로 인하여 새로운 유전병이나 불치병이 유발(London et al., Scan. J. Work. Environ. Health., 24, 18-29, 1998)되고 있다는 사실이 밝혀지고 있다.While crops are attacked by numerous pathogens (fungi, bacteria, viruses, etc.) during their growing and harvesting processes, they are susceptible to a variety of diseases, but it is difficult for them to adapt to these environmental stresses . Therefore, when attacked by these pathogens, the crops will cause a decrease in growth and a decrease in yields, resulting in considerable economic loss to humans. In order to prevent such diseases, humans have been protecting crops from diseases by spraying various organic and inorganic chemical synthetic pesticides and herbicides for a long time (Sidebox NA ed ac., Environs. Health. Percept., 103 ), 1126-1134, 1995) Repeated administration over a long period of time and excessive administration due to the adaptability of pathogens not only induced fatal diseases caused by pesticide poisoning in humans, but also caused the accumulation of such synthetic pesticides in the soil (Sherman JD et al., Arch. Environ. Health., 52, 332-333, 1997), which is inadequate for mankind to live by bringing about environmental pollution and destruction of the natural environment. have. Particularly, people engaged in agriculture inhale toxic pesticides in the human body through the process of spraying pesticides and the growth of crops. As a result, new diseases and life threats are emerging as serious social problems. In addition, the accumulation of these pesticide residues in consumers who have absorbed agricultural chemicals that have been absorbed or accumulated in crops and have absorbed residual pesticide residues that have not been completely removed (London et al., Scan. J (2000)), and the results of this study are as follows.

[종래기술]BACKGROUND ART [0002]

한편 야생의 식물체는 여러 가지 생체방어 단백질을 생성하여 각종 병원균을 효과적으로 살균하여 자신을 보호하며 살아간다는 사실이 알려져 있다(Bradley et al., Cell. 70, 21-30, 1992; Bovoles, D.J., Annu. Rev. Biochem., 59, 873-907, 1990). 이러한 생체방어 단백질의 하나로 병원균의 세포벽 성분인 키틴을 강력하게 분해하는 능력을 나타냄으로써 병원균에 대해 강력한 살균력을 지니는 키티나제(J. Antibiot., Somers et al., 40, 1751-1756, 1987)라는 효소가 알려져 있다.In the meantime, it is known that wild plants produce various bio-defense proteins, effectively sterilize various pathogens and protect themselves (Bradley et al., Cell. 70, 21-30, 1992; Bovoles, DJ, Annu Rev. Biochem., 59, 873-907, 1990). (Antibiot., Somers et al., 40, 1751-1756, 1987), which has a strong bactericidal activity against pathogens by showing the ability to decompose strongly the chitin, a cell wall component of pathogenic bacteria, Enzymes are known.

본 발명은 기존에 농작물의 재배과정 중에 사용하던 맹독성을 가지며 분해되지 않아 토양에 축적되고 자연환경 파괴를 유발하던 유,무기 화학합성 농약을 대체하기 위하여 병원균에 대해 강력한 살균력을 나타내는 신규의 키티나제 효소 및 이 단백질을 암호화하는 핵산을 제공하는 것이다.The present invention relates to a novel chitinase enzyme which exhibits a potent sterilizing power against pathogenic bacteria in order to replace the oil and inorganic chemical synthetic pesticides which have been used during the cultivation process of the crops and accumulated in the soil and caused the destruction of the natural environment And a nucleic acid encoding the protein.

제1도는 다양한 식물의 키틴 분해 활성을 알아본 전기 영동 실험(coomassie staining).FIG. 1 is an electrophoresis experiment (coomassie staining) to examine the chitin degradation activity of various plants.

A : 에스디에스 전기 영동법으로 분리시킨 단백질의 쿠마시 염색A: Coomassie staining of proteins separated by SDS electrophoresis

B : 활성 측정 전기 영동법(active staining SDS-PAGE)에 의한 키틴 분해 활성 측정B: Measurement of chitin degradation activity by active staining electrophoresis (active staining SDS-PAGE)

도 A와 B에서 점선(---)은 키틴 분해 활성을 실선()은 280nm 에서의 흡광도 A280을 나타낸다.In the diagrams A and B, the dotted line (---) ) Represents the absorbance A 280 at 280 nm.

S : 표준 분자량 단백질S: standard molecular weight protein

1번 : 고추잎No. 1: pepper leaves

2번 : 토마토잎No. 2: Tomato leaves

3번 : 오이잎Number 3: Cucumber leaves

4번 : 칡잎No. 4: Sesame leaves

5번 : 콩잎Number 5:

6번 : 호박잎No. 6: Pumpkin leaves

제2도는 호박잎으로부터 강력한 키틴 분해능의 키티나제(P-CH 키티나제)를 분리한 크로마토그램.FIG. 2 is a chromatogram of chitinase (P-CH-kittinase) isolated from zucchini leaves with strong chitin resolution.

A : 80%황산암모늄 분획한 호박잎의 수용성 단백질을 키틴 친화성 칼럼(regenerated chitin column)을 이용하여 정제한 크로마토그램A: Chromatograms obtained by purifying water-soluble proteins of zucchini leaves fractionated with 80% ammonium sulfate by using a regenerated chitin column

B: 키틴 친화성 칼럼에 결합된 단백질을 용출하여 고속 액체 크로마토 그래피(HPLC)의 음이온 교환 칼럼(anion exchange Mono-Q colum)을 이용하여 순수 분리한 크로마토그램B: Chromatogram obtained by eluting the protein bound to the chitin affinity column and purely separated using an anion exchange mono-Q column of high performance liquid chromatography (HPLC)

제3도는 호박잎으로부터 순수 분리한 P-CH 키티나제의 순도 검증.FIG. 3 shows the purity of P-CH chitinase purely isolated from the amber leaves.

S : 표준 분자량 단백질S: standard molecular weight protein

A : 쿠마시 염색(coomassie staining)A: coomassie staining

B : P-CH 키티나제에 대한 항체를 이용한 항원/항체 결합 반응도B: Antigen / antibody binding reaction using P-CH chitinase antibody

C : 활성 염색 전기 영동에 의한 순도 검증C: Purity verification by active dye electrophoresis

제4도는 호박잎에 존재하는 높은 키틴 분해 활성을 지닌 P-CH 키티나제의 N-말단 아미노산 순서와 유사한 아미노산 서열을 지닌 단백질들과의 서열 비교 및 분석.FIG. 4 is a sequence comparison and analysis of proteins with amino acid sequences similar to the N-terminal amino acid sequence of P-CH-ketiminase with high chitinolytic activity present on the amber leaves.

1) 이 결과를 바탕으로 P-CH 키티나제가 클래스 Ⅲ 키티나제의 한 종류임을 알 수 있었고 이 부류의 효소에 비교적 일정하게 유지되는 부분을 이용 유전자 코로닝을 위한 C-말단의 PCR 프로브를 제조하였다.1) Based on these results, it was found that P-CH kitty or class was a kind of class III chitinase, and a PCR probe of C-terminal for gene coronation was prepared using a part which is kept relatively constant in this class of enzymes Respectively.

2) N-말단의 아미노산 순서를 이용하여 유전자 크로닝을 위한 N-말단의 PCR프로브를 합성하였다.2) A N-terminal PCR probe for gene cloning was synthesized using the N-terminal amino acid sequence.

제5도는 순수 분리한 P-CH 키티나제의 온도 변화에 대한 안정성 측정.FIG. 5 shows the stability of pure P-CH chitinase to temperature change.

1) 다양한 온도(20℃-80℃)에서 키틴 분해 활성을 측정하여 온도의 변화에 대한 안정성 측정1) Determination of chitin degradation activity at various temperatures (20 ℃ -80 ℃)

2) 활성 측정은 분광학적 방법을 이용하였다.2) The activity measurement was performed using a spectroscopic method.

제6도는 pH 변화에 대한 안정성 측정.FIG. 6 shows stability measurements for pH changes.

1) 다양한 pH(2.0-8.0)에서 활성을 측정1) Activity is measured at various pH (2.0-8.0)

2) 활성 측정은 분광학적 방법을 이용하였다.2) The activity measurement was performed using a spectroscopic method.

제7도는 호박꽃에서의 기관별 전사체량을 비교한 노든 블라팅(Northern blotting).FIG. 7 is Northern blotting comparing the amount of transcriptional transcript in the amber.

제8도는 다양한 자극에 의한 P-CH 키티나제의 발현을 알아보는 항원-항체 반응.FIG. 8 shows an antigen-antibody reaction to see the expression of P-CH chitinase by various stimuli.

A : 호박잎A:

B : 호박 줄기B: pumpkin stem

1 : 실험 대조구(control)1: Experimental control (control)

2 : 0.1% 염화 수은(mercuric chloride)2: 0.1% mercuric chloride

3 : 곰팡이 균사(Neurospore crassae hyphae)3: Neutrophil mycelium (Neurospore crassae hyphae)

4 : 자외선 조사(UV-irradiation)4: UV-irradiation

5 : 0.01% 글라이콜 키틴(glycol chitin)5: 0.01% glycol chitin

6 : 10mM 살리실산(salysilic acid)6: 10 mM salicylic acid

제9도는 염화 수은과 글라이콜 키틴의 처리에 의한 P-CH 키티나제의 발현.FIG. 9 shows the expression of P-CH-chitinase by treatment with mercuric chloride and glycollicholine.

M.C : 염화 수은을 처리한 호박잎M.C: Brine treated with mercuric chloride

G.C : 글라이콜 키틴을 처리한 호박잎G.C: Ginkgo biloba treated with glycolchitin

A : 염화 수은과 글라이콜 키틴을 처리하고 다양한 시간 후 RNA를 분리하여 P-CH 키티나제의 전사체가 생성되는지의 여부를 노든 블라팅(Northern blotting)을 통해 알아보았다.A: After treatment with mercuric chloride and glycolchytine, RNA was isolated after various time periods to determine whether transcripts of P-CH-ketiminase were produced by Northern blotting.

B : 염화 수은과 글라이콜 키틴을 처리하고 다양한 시간 후 단백질을 분리하여 P-CH 키티나제에 대한 항체와의 항원-항체 반응을 통하여 이들 자극에 의하여 P-CH 키티나제가 발현되는데 소요되는 시간을 알아보았다.B: The amount of time required for expression of P-CH kittinase by these stimuli through antigen-antibody reaction with antibody against P-CH chitinase by treating the mercuric chloride and glycollichtin and separating the protein after various time .

제9도에서 hr은 시간(hour)을 의미한다.In FIG. 9, hr means hours (hours).

본 발명에 따르면 서열번호 2로 표시되는 아미노산 서열을 갖는 키티나제 단백질이 제공되며 또한 이들 아미노산을 코딩하는 유전자의 뉴클레오티드 서열이 제공된다.According to the present invention, a kittinase protein having an amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 2 is provided, and a nucleotide sequence of a gene encoding these amino acids is provided.

지금까지 농작물의 질병 방제를 위하여 사용하던 방법은 맹독성을 가지며 자연 생태계에서 분해되지 않는 유,무기 화학 농약을 투여하여 왔으나, 이들의 잔류 독성이나 농약 중독 및 생명체 내에서의 축적에 의한 치명적 질병 유발 등에 의하여 심각한 사회적 문제가 제고되고 있다. 더욱이 이들 화학 물질의 과량 투여에 위한 환경 오염과 생태계 파괴 등은 돌이킬 수 없는 인류의 재앙을 유발시키고 있다. 이러한 심각한 문제점을 극복하기 위하여 시작되고 있는 연구과제가 생물체내에 존재하는 생체 물질의 탐색 및 분리와 이들의 이용에 의한 무공해 농약 개발과제(Kramer KJ et al., Insect. Biochem. Molbiol., 27, 887-900, 1997)이다. 이러한 연구는 최근에 연구되기 시작한 과제로서, 병충해로부터의 피해를 방지하기 위한 BT-toxin(Frankline SE et al., Mol. Gern. Genet., 256, 517-524, 1997)이나 프로테아제 저해제(Hall A et al., Biochemistry., 37, 4071-4079, 1998)의 응용과 바이러스 표피 단백질(Von Schwedler UK et, al., ENBO. J., 17, 1555-1568, 1998)유전자를 이용한 바이러스병 저항성 작물 개발이 시도되고 있는 중이다. 이러한 과제는 아직 기초 연구 단계에 머물러 있지만, 수많은 기업과 연구 기관에서 경쟁적으로 연구(Lorito M et al., Mol. Biotechnol., 2, 209-217, 1994)가 진행되고 있기 때문에 머지않아 실제 농작물 재배에 응용되어 많은 문제점을 해결할 수 있을것으로 전망된다. 이외에도 식물체가 병원성 곰팡이의 침입으로부터 자신을 보호하는 방어 기작으로는 파이토알렉신(phytoalexin)생성이나 세포벽 강화 및 병원균을 죽이는 저항성 단백질을 식물세포 내에 생성하여 자신을 보호하며 살아가는 방법(Kauffman et al., EMBO J. 6, 6309-3212, 1987)등이 있다. 이와 같은 다양한 방어 기작 중의 하나인 병원성 곰팡이를 죽이는 살균 단백질의 하나가 키티나제이다(Shinshi et al., Proc. Natl. Acad. Sci., 84, 89-93, 1987). 이와 같이 과량을 사용하거나 생체로의 흡수에 의해서도 전혀 생체기능에 피해를 주지 않으며, 자연계에서 빠르게 분해되어 소멸됨으로써 생태계에 피해를 주지 않는 무공해 농약을 개발하기 위하여 본 발명에서는 야생 식물체가 생산하여 병원균의 세포벽을 빠르게 분해하여 살균시킴으로써 이들 작물 질병에 대한 저항성을 나타내고 자신을 보호하는 생체 방어 단백질인 키티나제라는 단백질을 분리하고 이를 대량 생산하기 위하여 이 단백질을 코딩하는 유전자를 분리하여 유전적 구조와 특성 및 염기 서열을 분석한 것이다.Until now, the methods used to control diseases of crops have been toxic and have been applied to organic and inorganic chemical pesticides which are not decomposed in natural ecosystem. However, they have been exposed to residual toxicity, pesticide poisoning and fatal diseases caused by accumulation in living organisms. Serious social problems are being raised. Furthermore, environmental pollution and destruction of ecosystems for the overdose of these chemicals are causing irreparable human catastrophe. In order to overcome these serious problems, the research projects that have been started are the search and separation of biomaterials in living organisms and the development of pollution-free pesticides by their use (Kramer KJ et al., Insect. Biochem. -900, 1997). These studies have recently begun to be studied and include BT-toxin (Frankline SE et al., Mol. Gern. Genet., 256, 517-524, 1997) or a protease inhibitor et al., Biochemistry., 37, 4071-4079, 1998) and viral disease resistance crops using the viral skin protein (Von Schwedler UK et al., ENBO. J., 17, 1555-1568, Development is underway. Although these challenges remain in the baseline stage of research, a number of companies and research institutions are competing (Lorito M et al., MoI Biotechnol., 2, 209-217, 1994) And it can be expected to solve many problems. In addition, a defense mechanism that protects plants from invasion by pathogenic fungi includes the generation of phytoalexin, the strengthening of cell walls, and the protection of self by creating resistance proteins in plant cells that kill pathogens (Kauffman et al. EMBO J. 6, 6309-3212, 1987). One of the various defense mechanisms that kills pathogenic fungi is kitsinase (Shinshi et al., Proc. Natl. Acad Sci., 84, 89-93, 1987). In order to develop pollution-free pesticides which do not damage the ecosystem because they are rapidly degraded and destroyed in nature, they do not cause any damage to biological functions by the use of excessive amount or absorption into the living body. In this invention, wild plants are produced, By rapidly dissolving cell walls and sterilizing them, it is possible to isolate a protein called Kittinase, a bio-defense protein that shows resistance to these crop diseases, protects itself, and isolates the gene encoding this protein in order to mass-produce it. It is the analysis of the base sequence.

지금까지 키티나제에 관한 연구는 Boller. T 등에 의하여 일부 연구가 진행되어 왔으나 이들의 효소 활성이 매우 낮고 단백질의 생산량이 적을 뿐아니라, 단백질의 안정성이 좋지 않은 관계로 인하여 농작물의 병충해 방제 물질로의 이용이나 생체 물질 농약 등으로서의 응용에 많은 난제(Cook RJ et al., Proc. Natl. Acad. Sci., 95, 1993-1995, 1998)가 있었다. 그러나, 본 발명에서는 기존의 키티나제보다 키틴 분해 능력이 뛰어나고 특히 이 단백질의 발현량이 엄청나게 많은 특정 시기의 호박잎으로부터 많은 양의 키티나제 단백질을 얻고, 이 단백질을 코딩하는 유전자를 크로닝 함으로써 지금까지의 무공해 농약 개발 과정에서 제기되어 왔던 여러 가지 문제를 해결할 수 있는 방법을 개발하였다. 따라서, 본 발명은 식물체로부터, 키틴질을 분해하는 단백질 효소인 키티나제를 순수 분리하여 특성을 규명하고 이 효소를 암호화하는 유전자의 분리 및 염기서열과 유전자의 특성을 밝혀 대량 생산하고자 하는 생산방법에 관한 것이다.So far, a study on Kittinaje Boller. T, etc. However, since the enzymatic activity of these enzymes is very low and the amount of protein produced is low, the stability of protein is not good. Therefore, the use of the enzyme as a pest- (Cook RJ et al., Proc. Natl. Acad. Sci., 95, 1993-1995, 1998). However, in the present invention, a large amount of a chitinase protein is obtained from an amber leaf of a specific time, which is excellent in chitin degradation ability than the existing chitinase and particularly the expression amount of the protein is enormously large, and by cloning a gene encoding the protein, We have developed a method to solve various problems that have been raised in the process of pollution - free pesticide development. Accordingly, the present invention relates to a method for purifying chitinase from a plant by purely isolating the chitinase, which is a protein enzyme for cleavage of the chitinase, and isolating the gene encoding the enzyme and revealing the nucleotide sequence and gene characteristics, will be.

많은 곰팡이들의 세포벽은 N-아세틸글루코사민(N-acetylglucosamin)의 중합체(polymer)인 키틴으로 이루어져 있으며, 키티나제는 키틴을 가수 분해 시킴으로써 곰팡이의 공격에 저항할 수 있다. 본 발명에서는 키틴 분해 활성이 뛰어난 새로운 식물 단백질을 호박의 잎으로부터 분리하여 이를 병원균에 대한 생물학적 대처 방안으로 이용함으로써 기존의 살충제나 살균제 사용으로 인한 폐해, 즉 곰팡이의 내성 증가로 인한 다량의 농약 사용 초래와 무분별한 농약 사용으로 인한 생태계 파괴 등을 최소화할 수 있을 것으로 기대한다.The cell wall of many fungi consists of chitin, a polymer of N-acetylglucosamine, which can resist mold attack by hydrolyzing chitin. In the present invention, a new plant protein having excellent chitinolytic activity is separated from the leaves of pumpkin and used as a biological countermeasure against pathogens, thereby causing harmful effects due to the use of existing pesticides and fungicides, that is, And the destruction of ecosystems caused by the use of pesticides indiscriminately.

본 발명을 좀 더 상세히 설명하면 다음과 같다.The present invention will be described in more detail as follows.

1. 키틴 분해 활성 조사.1. Investigation of chitin degradation activity.

본 발명의 첫 단계로 다양한 식물(고추, 토마토, 오이, 호박, 칡, 콩)의 잎을 원료로 활성 측정 전기 영동법을 시행한 결과 호박잎에 활성이 탁월한 키티나제가 존재함을 확인 할 수 있었고 이를 순수 분리하여 P-CH 키티나제라 명명하였다. 활성 측정 전기 영동법은, 기질로서 글라이콜 키틴(glycol chitin) 이 포함된 에스디에스 전기 영동(SDS-PAGE)후 12-24시간 배양시킨 다음 칼코플로르 화이트 엠투알(calcofluor white M2R)로 염색 시킨 후 확인하였다(Monreal, J et al., Can. J. Microbiol., 15, 689-696, 1969).As a first step of the present invention, it was confirmed by the electrophoresis of various plants (pepper, tomato, cucumber, pumpkin, bean, soybean) Pure water was separated and named P-CH Kittinaja. Active measurement electrophoresis was performed by SDS-PAGE with glycol chitin as a substrate for 12-24 hours, followed by staining with calcofluor white M2R (Monreal, J et al., Can. J. Microbiol., 15, 689-696, 1969).

2. P-CH 키티나제의 순수 분리.2. P-CH Chitinase pure separation.

P-CH 키티나제의 순수 분리는 기존에 밝혀진 키티나제의 성질을 응용하여 다양한 크로마토그래피 방법에 의한 단백질 분리 방법을 사용하여 약간씩 변형하며 분리하였다. 키티나제의 키틴에 대한 친화성을 이용한 칼럼(regenerated chitin column)과 고속 액체 크로마토그래피(HPLC)의 음이온 교환 수지(anion exchange Mono-Q column)를 이용하여 P-CH 키티나제를 순수 분리하였다.The pure separation of P-CH chitinase was performed by applying a variety of chromatographic methods using the previously described properties of chitinase and isolating it by slight modification. P-CH chitinase was purified by using an anion exchange mono-Q column of a regenerated chitin column and affinity chromatography for chitinase and high performance liquid chromatography (HPLC).

3. 순수 분리한 단백질의 순도 검증 및 분자량 측정.3. Purity verification and molecular weight determination of purely isolated proteins.

순수 분리한 P-CH 키티나제의 순도 검증에 에스디에스 전기 영동법(SDS-PAGE)을 이용하여 증명(Laemmli, C., Nature, 227, 680-685, 1970)하였으며 표준 분자량 물질(Biorad)을 함께 이동시켜 이동거리를 비교함으로써 P-CH 키티나제의 분자량은 29,O00 달톤(Da)임을 확인하였다.(Laemmli, C., Nature, 227, 680-685, 1970) was used for the purity verification of pure P-CH chitinase using SDS-PAGE and the standard molecular weight substance (Biorad) And the movement distance was compared. As a result, it was confirmed that the molecular weight of the P-CH chitinase was 29, 000 Da (Da).

4. P-CH 키티나제에 대한 항체 제조.4. Preparation of Antibodies to P-CH Kittinase.

순수 분리된 P-CH 키티나제를 토끼에 주사하여 이 단백질에 대한 항체를 제조하였는데, 이 항체는 매우 특이하게(specific) P-CH 키티나제 단백질과 반응함을 알 수 있었다.P-CH chitinase was injected into rabbits to prepare an antibody against this protein, which was found to react with a specific P-CH chitinase protein.

5. N-말단의 단백질 서열 분석.5. N-terminal protein sequence analysis.

순수 분리된 P-CH 키티나제로부터 이 단백질을 구성하는 N-말단의 15개의 아미노산 순서를 에드만 분해법(Edman degradation method)를 통해서 결정하고(Hewick et al., J. Biol. Chem., 256, 7990-7997, 1981), 이 아미노산 순서를 유전자 은행에 등록된 다른 단백질들과 비교해본 결과 P-CH 키티나제는 클래스 Ⅲ 키티나제임을 알 수 있었다.The order of the 15 amino acids of the N-terminus constituting this protein from the purely isolated P-CH-kitty gene was determined by the Edman degradation method (Hewick et al., J. Biol. Chem., 256 , 7990-7997, 1981), comparing the amino acid sequence with other proteins registered in the gene bank, the P-CH kittinase was found to be a class III kitty or jade.

6. 유전자 크로닝 및 유전자 서열 분석.6. Gene cloning and gene sequencing.

N-말단의 단백질 서열을 이용하여 유도한 N-말단의 올리고-뉴클레오타이드(oligo-nucleotide)와, 유사한 타입(type)의 키티나제들에 있어서 일정하게 존재하는 부분의 올리고-뉴클레오타이드를 합성하여 유전자 증식(PCR) 방법으로 이 단백질을 합성하는 유전자 분획을 얻을 수 있었다. 이 유전자 분획을 프로브(probe)로 필터-하이브리다이제이션(filter-hybridization)기법을 통하여 P-CH 키티나제의 유전자를 크로닝(cloning)하였다. 크로닝한 P-CH 키티나제 유전자의 염기 순서는 생거의 디디옥시 염기서열(dideoxy DNA sequencing) 결정방법(Sanger et al., Proc, Natl. Acad. Sci., 74, 5463-5467, 1977)에 따라 자동화 염기서열 결정기(automatic DNA sequencer, Applied Biosystems model 373A)를 사용하여 전체적인 염기순서를 결정하였다.Oligonucleotides derived from the N-terminal protein sequence and oligonucleotides that are constantly present in similar types of chitinases are synthesized and used for gene amplification (PCR) method to obtain a gene fragment that synthesizes this protein. This gene fraction was cloned by using a probe-filter-hybridization technique to clone the gene of P-CH chitinase. The nucleotide sequence of the cloned P-CH chitinase gene was determined by the method of Sanger et al., Proc. Natl. Acad. Sci., 74, 5463-5467, 1977) by the method of dideoxy DNA sequencing The overall base sequence was determined using an automated DNA sequencer (Applied Biosystems model 373A).

7. P-CH 키티나제 단백질의 안정성 측정.7. Measurement of stability of P-CH chitinase protein.

P-CH 키티나제 단백질을 실제 농약이나, 의약품으로 제조하기 위하여 효소활성을 결정하는 중요한 요소인 온도와 순소 농도(pH)의 변화에 대한 효소 활성의 변화를 비교해 보았다. 활성 측정은 키틴(chitin)을 기질(substrate)로 분광학적방법(spectrophotometric method)으로 수행했다.(Boller, T et al., Methods. Enzymol., 161, 430-435, 1988).We have compared the changes in enzyme activity with changes in temperature and concentration (pH), which are important factors in determining the enzyme activity, to produce P-CH chitinase protein as an actual pesticide or drug. Activity measurements were performed spectrophotometrically with chitin as a substrate (Boller, T et al., Methods. Enzymol., 161, 430-435, 1988).

1) 온도 변화에 대한 P-CH 키티나제의 안정성.1) Stability of P-CH chitinase to temperature change.

다양한 온도 조건하(20-80℃)에서 키틴 분해능을 조사해본 결과, 30-60℃에서 비교적 높은 활성을 보여주었고 50℃ 상태에서 P-CH 키티나제의 활성이 최대임을 알 수 있었다.The chitin degradation activity at various temperature conditions (20-80 ° C) was investigated. The activity was relatively high at 30-60 ° C and the maximum activity of P-CH-ketiminase was observed at 50 ° C.

2) pH의 변화에 대한 P-CH 키티나제의 안정성.2) Stability of P-CH chitinase to changes in pH.

다양한 pH 조건에서 키틴 분해능을 조사해 보았다. 결과, pH 6에서 가장 높은 활성을 보였고 pH 3-7의 범위에서도 최대 활성의 80% 이상의 활성을 유지했다. 이는 P-CH 키티나제가 pH나 온도의 변화에 대하여 비교적 안정함을 말해주는 것으로 산업적 응용이란 측면에서 용이하게 응용될 수 있음을 암시하였다.Chitin resolution was investigated at various pH conditions. As a result, the highest activity was observed at pH 6, and the activity remained above 80% of the maximum activity even in the range of pH 3-7. This suggests that the P-CH kitty or P-CH is relatively stable against changes in pH or temperature, suggesting that it can be easily applied in terms of industrial applications.

8. P-CH 키티나제의 발현 양상.8. Expression patterns of P-CH-chitinase.

1) 호박꽃에서의 P-CH 키티나제 발현.1) Expression of P-CH-chitinase in Porphyra.

P-CH 키티나제 단백질이 호박꽃의 어떤 기관에서 많이 생성되는지를 알아보기 위하여 다양한 기관(암술, 씨방, 꽃잎, 꽃받침, 수술)에서 RNA를 분리하여 노든 블라팅(Nothern blotting)을 수행(Watson, J. C., Methods Enzynol. 118, 57-75, 1986)한 결과 암술과 수술에서 가장 많은 유전자가 존재함을 확인함으로써 이 키티나제는 식물의 번식과 생육기관에서 병원균에 대한 방어기능을 수행함을 알 수 있었다.RNA was isolated from various organs (pistil, ovary, petal, calyx, and stomach) and subjected to nothern blotting (Watson, JC , Methods Enzynol. 118, 57-75, 1986). As a result, it was confirmed that the most abundant genes were present in the pistil and the stamen, and thus it was found that the chitinase was able to protect against pathogens in plant propagation and growth organs.

2) P-CH 키티나제의 발현 유도 물질 조사.2) Investigation of expression inducer of P-CH chitinase.

P-CH 키티나제가 어떤 조건하에서 대량생성 되는지 호박잎과 줄기를 대상으로 실험해 보았다. 무균 상태에서 자란 호박에 (1)실험대조구, (2)0.1% 염화수은(mercuric chloride), (3) 곰팡이 균사(Neurospore crassae hyphae), (4) 자외선조사(UV irradiation), (5) 0.01% 글라이콜 키틴(glycol chitin), (6) 10mM 살리실산(salysilic acid), (7) 0.1% 리제너레이티드 키틴(regenerated chitin)을 처리한후 단백질을 분리하여 항원-항체 반응을 조사해본 결과, 잎에서는 위의 (2),(4),(5)번 조건에서 그리고 줄기에서는 (7)번 조건하에서 단백질이 대량으로 발현됨을 알 수 있었다.P-CH Kitty and I have experimented with the amber leaves and stems to see how large quantities are produced under certain conditions. (2) 0.1% mercuric chloride, (3) Neurospore crassae hyphae, (4) UV irradiation, and (5) 0.01% (6) 10 mM salicylic acid, (7) 0.1% regenerated chitin, and then the protein was separated to examine the antigen-antibody reaction. As a result, In the leaves, the protein was expressed in large amounts under the conditions (2), (4) and (5) above and under the condition (7) in the stem.

3) P-CH 키티나제의 발현 과정.3) Expression process of P-CH chitinase.

호박에 특정의 자극이 가해진 후 P-CH 키티나제 단백질이 발현되는데 소요되는 시간을 알아보기 위하여 호박잎에 위의 (2),(5)번 조건으로 처리하고 다양한 시간(0, 1, 3, 6, 12, 24, 48 시간)후 시료를 체취하여 노든 블라팅과 웨스톤 블라팅을 수행하였다. (2)번 조건으로 처리했을 때는 처리후 약 1시간이 경과했을 때 RNA 양이 최대이고 3시간이 경과할 때까지 많은 양이 유지되었으며 단백질을 처리후 약 24시간이 지났을 때 많은 양이 발현되어 48시간까지 지속되었다. 반면(5)번조건으로 처리했을 때는 3시간이 지난 후에 RNA양이 증가하여 12시간까지 지속되었고 단백질의 발현 양상은 두가지 경우에서 비슷한 양상을 보여주었다.To determine the time required for the expression of P-CH chitinase protein after specific stimuli were applied to pumpkin, the pumpkin leaves were treated with the conditions (2) and (5) , 12, 24, 48 hours), samples were taken, and nodal blotting and west blasting were performed. (2), the amount of RNA was maximized at about 1 hour after treatment, and a large amount remained until 3 hours had elapsed. A large amount of RNA was expressed at about 24 hours after the treatment of protein And lasted up to 48 hours. On the other hand, when treated with the condition (5), the amount of RNA increased after 3 hours and continued until 12 hours. Protein expression pattern was similar in both cases.

이상에서, 다른 식물체에 존재하는 키티나제보다 키틴 분해 활성이 뛰어난 P-CH 키티나제는 온도와 pH의 변화에도 비교적 높은 키킨 분해 활성을 유지하였고 또한 키티나제가 생성되는 부위가 다르며 다양한 자극에 의하여 생성되는 양상이 다름을 보여주었다. 이로써 이 단백질의 키틴 분해활성을 이용한 다양한 산업적 응용 즉, 인체에 전혀 해가 없는 무공해 농약 개발, 병원균에 대한 저항성이 증가된 새로운 품종 개발, 키틴 올리고머(chitin oligomer)를 이용한 건강 음료 및 식품 개발 등에 이용 가능하다고 생각한다.Thus, P-CH chitinase, which is superior in chitinase activity to other chitinases found in other plants, maintains relatively high kitsin degradation activity even under changes in temperature and pH. Also, the site of production of chitinase is different, And showed the difference in appearance. Thus, various industrial applications using chitin degradation activity of this protein, such as development of pollution-free pesticide which is harmless to human body, development of a new breed with increased resistance to pathogens, development of health drink and food using chitin oligomer I think it is possible.

본 발명은 도면을 참조하여 실시예로서 상술하면 다음과 같다.The present invention will now be described in detail with reference to the accompanying drawings.

실시예 1. 활성 염색법을 이용한 키틴 분해 활성 조사.Example 1. Investigation of chitin degradation activity using an active staining method.

다양한 식물(고추, 토마토, 오이, 칡, 콩, 호박)의 잎에서 단백질을 추출하여 0.01%(W/V) 글라이콜 키틴(glycol chitin)이 포함된 12%(W/V) 에스디에스 전기 영동법(SDS-PAGE)을 수행한 후, 1%(V/V) 트라이톤 엑스-1OO(triton X-1OO)을 함유한 O.1M 트리스-염화수소 pH 7.0 완충 용액(Tris-HCl pH 7.O buffer)에 넣어 12-24시간동안 배양시켰다. 배양시킨 겔(gel)은 O.O1% 칼코플로르 화이트 엠투알(calcofluor white M2R) 염색 시약이 녹아있는 0.5M 트리스-염화수소 pH 8.9 완충용액(Tris-HCl pH 8.9 buffer)에 넣어 30분간 암상태에서 염색(stianing)한 후 멸균 증류수로 1시간동안 3-4회 씻어냄으로써 키티나제에 의해서 키틴이 분해된 부분을 탈색(destaining)시켰다. 자외선 투시기(UV transilluminator)에 나타난 탈색된 부분의 크기로 분해활성을 측정하였으며 이때 기질(substrate)로 사용한 글라이콜 키틴(glycol chitin)은 글라이콜 키토산(glycol chitosan)을 아세틸화(acetylation)하여 제조하였다(Monreal, J. et al,. Can. J. Microbiol. 15, 689-696, 1969).Proteins were extracted from the leaves of various plants (pepper, tomato, cucumber, bean, bean, pumpkin) to obtain 12% (W / V) ESD electricity containing 0.01% (W / V) glycol chitin After performing SDS-PAGE, a 0.1M tris-hydrogen chloride pH 7.0 buffer (Tris-HCl pH 7.O buffer (pH 7.0) containing 1% (V / V) triton X- ) For 12-24 hours. The cultured gel was placed in a 0.5 M Tris-HCl pH 8.9 buffer solution (Tris-HCl pH 8.9 buffer) in which 0.1% calcofluor white M2R staining reagent was dissolved and incubated for 30 minutes in a dark state After staining, rinsed with sterile distilled water for 1 hour for 3-4 rinses, the chitin degraded portion was destained by the chitinase. The degradation activity was measured by the size of the decolorized portion of the UV transilluminator. The glycol chitin used as the substrate was acetylated with glycol chitosan (Monreal, J. et al, Can. J. Microbiol. 15, 689-696, 1969).

이와 함께, 같은 양의 단백질을 전기 영동하여 단백질 염색시약으로 염색한후 이를 위의 활성 염색(active staning) 전기영동 실험의 결과와 비교해 보았다.In addition, the same amount of protein was electrophoresed, stained with protein staining reagent, and compared with the results of the above active staining electrophoresis.

그 결과, 도 1에서 처럼 각기 다른 식물체에서 추출하여 전기 영동한 단백질의 양은 비슷하였으나 호박잎의 29kDa에 해당하는 위치에서 활성이 탁월한 키티나제가 존재함을 확인하였고 P-CH 키티나제로 명명하였으며, 이 단백질을 순수 분리하여 동정하기로 하였다.As a result, as shown in FIG. 1, the amount of the electrophoretic protein extracted from different plants was similar, but it was confirmed that there was a highly active chitinase at the position corresponding to 29 kDa of the zucchini leaves. Protein was isolated by pure separation.

실시예 2. P-CH 키티나제의 순수 분리.Example 2: Pure separation of P-CH chitinase.

초가을 노지에서 체취한 호박잎 2Kg에 1mM 이디티에이(EDTA), 1mM 디티티(DTT)와 0.1mM 피엠에스에프(PMSF)가 포함된 O.1M 트리스-염화수소 pH 7.09 완충액(0.1M Tris-HCl pH 7.0 buffer, 이를 완충 용액 A라 칭한다) 4리터를 첨가하여 분쇄기(polytron)로 분쇄하고 8,000xg에서 원심 분리하여 상등액을 얻었다. 이 상등액에 80% 황산암모늄(ammonium sulfate)을 첨가하여 단백질을 침전시키고 원심 분리하여 침전물을 얻은 다음, 다시 최소량(약 250ml)의 완충 용액 A를 첨가하여 용해시킨다. 이를 투석막(dialysis membrane)에 넣은 다음 다량의 완충 용액 A에 대하여 3-4회 투석하였다. 이 단백질 용액을 키틴 친화성을 이용한 크로마토그래피칼럼(regenerated chitin affinity chromatography column, 3 x 30cm)에 투과시킨 후 완충 용액 A를 흘려서 키틴에 대하여 비특이적(nonspecific)인 단백질을 제거하였다. 키틴에 결합된 단백질은 20mM 수산화나트륨(NaOH) pH 12 용액을 이용하여 용출시켜서 모은 후 이 단백질 용액을 농축하여 고속 액체 크로마토그래피(HPLC)의 음이온 교환수지(anion exchange Mono-Q column)에 주입하고 염 농도 구배(0-0.4M NaCl)를 이용하여 용출시켰다. 이와 같은 방법으로 호박잎으로부터 P-CH 키티나제를 순수 분리하였으며 크로마토그래피 결과를 요약하면 도 2와 같다. 이때, 호박잎으로부터 키틴 분해 활성이 뛰어난 단백질을 분리하는 과정에서 키티나제가 기질인 키틴에 결합한다는 사실에 기초하여 키틴 친화성을 이용한 크로마토그래피를 초기 단계에 도입하였고 이는 키틴에 대한 결합력이 없는 대부분의 단백질을 제거함으로써 단 2단계의 크로마토그래피를 통해서 P-CH 키티나제를 순수 분리 할 수 있었다.To 2 kg of zucchini leaves collected in an early autumn niger were added 0.1 M Tris-HCl pH 7.09 buffer (0.1 M Tris-HCl pH 7.0 buffer (pH 7.4)) containing 1 mM EDTA, 1 mM DTT and 0.1 mM PMSF , Hereinafter referred to as Buffer A) was added, and the mixture was pulverized with a polytron and centrifuged at 8,000 xg to obtain a supernatant. To the supernatant is added 80% ammonium sulfate to precipitate the protein, centrifugation to obtain a precipitate, and then a minimum amount (about 250 ml) of buffer solution A is added and dissolved. This was put on a dialysis membrane and dialyzed against a large amount of buffer solution A 3-4 times. The protein solution was passed through a regenerated chitin affinity chromatography column (3 x 30 cm), and buffer solution A was shed to remove nonspecific proteins from chitin. The protein bound to the chitin was eluted using a 20 mM sodium hydroxide (NaOH) pH 12 solution, and the protein solution was concentrated and injected into an anion exchange Mono-Q column of high performance liquid chromatography (HPLC) And eluted with a salt concentration gradient (0-0.4 M NaCl). The P-CH chitinase was purified from the amber leaf by the same method and the chromatographic results are summarized in FIG. Based on the fact that the chitinase binds to the substrate chitin in the process of separating the protein having excellent chitin cleavage activity from the amber leaf, the chitin affinity chromatography was introduced at the early stage, and most of the chitin- By removing the protein, the P-CH chitinase could be separated pure through a two step chromatography.

실시예 3. 순도 검증 및 분자량 측정Example 3. Purity verification and molecular weight measurement

실시예 2와 같은 방법으로 순수 분리한 호박잎의 P-CH 키티나제의 순수도를 측정하기 위하여 에스디에스 전기영동 방법을 수행하여, 단백질을 극성과 분자량의 조합에 따라 분리시킨 후, 단백질 염색 시약(coomassie-brilliant blue)을 사용하여 분리된 단백질을 염색시켰다. 그 결과 도3-(A)와 같이 한 개의 단백질 밴드(band)만이 염색됨으로써 이 단백질이 순수 분리되었음을 증명하였으며 2Kg의 호박잎으로부터 약 360μg의 순수한 단백질을 얻을 수 있었다. 그리고 전기 영동 과정에 표준 분자량을 가진 단백질을 함께 이동시켜 (3-(S)) 이들의 이동 거리와 순수 분리된 단백질의 이동 거리를 비교함으로써, 호박잎에서 분리한 P-CH 키티나제의 분자량이 29,000 달톤임을 알 수 있었다. 동시에, 실시예 4에서 설명하는 P-CH 키티나제에 대한 항체를 이용한 항원-항체 반응을 이용한 방법(westhern blotting, 3-(B))과 활성 염색 전기 영동법(3-(C))을 이용하여 순수 분리된 단백질이 키티나제임을 증명하였다.In order to measure the purity of the P-CH chitinase of the zucchini leaves purified by the same method as in Example 2, Essex electrophoresis was carried out to separate the proteins according to the combination of polarity and molecular weight, coomassie-brilliant blue) was used to stain the separated proteins. As a result, only one protein band was stained as shown in FIG. 3 (A), thereby proving that the protein was purely isolated. Approximately 360 μg of pure protein was obtained from 2 kg of zucchini leaves. (3- (S)). By comparing the migration distance of these proteins with the migration distance of purely separated proteins, the molecular weight of the P-CH chitinase isolated from the amber leaves was 29,000 Dalton. At the same time, using the method (westhern blotting, 3- (B)) and active staining electrophoresis (3- (C)) using an antigen-antibody reaction using an antibody against P-CH chitinase as described in Example 4 The purely isolated protein proved to be Kittina.

실시예 4. P-CH 키티나제에 대한 항체 생성.Example 4. Antibody production against P-CH < RTI ID = 0.0 >

호박잎으로부터 순수 분리한 P-CH 키티나제 단백질에 대한 항체를 제조하기 위하여 200μg의 단백질과 300μg의 혼성화액(Freund's adjuvant)을 완전히 혼합시킨 다음, 토끼의 피하 조직에 3주일 간격으로 3회 주사하였다. 4회째 주사는 1개월후에 200μg의 단백질만을 주사하였으며 3일 후에 토끼의 심장으로부터 채혈한 후 원심 분리하여 항체를 얻었다. 그리고 이 항체와 P-CH 키티나제 단백질간의 반응성을 측정하기 위하여 1Oμg의 P-CH 키티나제를 전기영동하여 분리한 후, 1OOW에서 2시간 동안 4℃하에서 전기를 이용한 트랜스퍼(electro transfer)한 나이트로 셀룰로오스 막(nitro-cellulose membrane)을 8% 스킴 밀크 용액(skim milk solution)으로 코팅시킨 다음, 항원-항체 반응을 확인하였다. 이때 반응의 확인은 퍼록시다제(peroxidase)가 결합된 2차 항체(secondary antibody)를 이용하여 1차 항체에 결합시킨 다음 퍼록시다제에 대한 기질을 첨가하여 형광 물질 검색을 함으로써 확인하였다(ECL-detection method). 그 결과 도 3-(B)에서 볼 수 있듯이 단백질 염색시약으로 염색한 단백질 밴드와 일치하는 곳에서 항원-항체 반응이 나타남을 확인할 수 있었다. 또한 이 항체는 호박의 잎과 줄기에서 P-CH 키티나제의 생성을 유도하는 물질을 알아보는 실험에서 사용되어졌다.200 μg of protein and 300 μg of Freund's adjuvant were mixed thoroughly to prepare an antibody against the P-CH chitinase protein purely isolated from the amber leaf, and then injected into the subcutaneous tissue of the rabbit three times at 3-week intervals. In the fourth injection, only 200 μg of protein was injected after one month, and after 3 days, blood was collected from the heart of the rabbit and centrifuged to obtain the antibody. In order to measure the reactivity between the antibody and the P-CH chitinase protein, 10 μg of P-CH chitinase was separated by electrophoresis and electrotransferred at 100 ° C. for 2 hours at 4 ° C. The nitrocellulose membrane was coated with an 8% skim milk solution and then the antigen-antibody reaction was confirmed. At this time, the confirmation of the reaction was confirmed by binding a peroxidase-conjugated secondary antibody to the primary antibody and then adding a substrate for peroxidase to search for a fluorescent substance (ECL- detection method). As a result, as shown in Fig. 3- (B), it was confirmed that an antigen-antibody reaction appears at a position coincident with a protein band stained with a protein staining reagent. This antibody was also used in experiments to identify substances that induce the production of P-CH-ketiminase in leaves and stems of amber.

실시예 5. N-말단의 단백질 서열 분석.Example 5. N-terminal protein sequence analysis.

실시예 2와 같은 방법으로 호박잎에서 분리한 P-CH 키티나제 단백질의 N-말단 아미노산 서열(amino acid sequence)을 결정하기 위하여 HPLC의 Mono-Q 칼럼에서 용출한 키틴 분해 활성 분획을 12% SDS-PAGE 방법으로 분리하였다. 분리된 단백질을 피브이디에프막(PVDF membrane)에 이동시킨 후, 폰테우 염색시약(ponceu-red)으로 염색하여 P-CH 키티나제 단백질 밴드만을 잘라내었다. 이 밴드에서 P-CH 키티나제 단백질을 분리하여 에드만 분해법(Ednan degradation method)을 이용하여 P-CH 키티나제 단백질의 N-말단 15개의 아미노산 서열을 결정하였다(Terras et al., J. Biol. Chem., 267, 15301-15309, 1992). 밝혀진 아미노산 서열을 유전자 은행에 등록된 다른 단백질들과 비교해본 결과 P-CH 키티나제는 클래스 Ⅲ 키티나제와 아미노산 서열상의 높은 유사성을 보여줌으로써 P-CH 키티나제 또한 클래스 Ⅲ 키티나제임으로 유추할 수 있었다(도 4).In order to determine the N-terminal amino acid sequence of the P-CH chitinase protein isolated from the amber leaf in the same manner as in Example 2, the chitin degradation activity fraction eluted from the HPLC on a Mono-Q column was subjected to 12% SDS- PAGE. The separated proteins were transferred to a PVDF membrane and stained with a ponceu-red dye to remove only the P-CH chitinase protein band. In this band, the P-CH chitinase protein was isolated and the N-terminal 15 amino acid sequence of the P-CH chitinase protein was determined using the Ednan degradation method (Terras et al., J. Biol. Chem., 267, 15301-15309, 1992). Comparing the amino acid sequence revealed with other proteins registered in the gene bank, P-CH-chitinase shows high similarity in amino acid sequence with class III chitinase, so that P-CH-chitinase can also be deduced as a class III kitty or jasmine (Fig. 4).

실시예 6. 유전자 크로닝 및 유전자 서열 분석.Example 6. Gene cloning and gene sequence analysis.

실시예 5에서 밝힌 아미노산 서열로부터 유전자 증식법(PCR)에 사용할 N-말단의 올리고 뉴클레오타이드 프로브(oligo-nucleotide probe)를 합성하였다. 그리고 C-말단에 사용할 올리고-뉴클레오타이드 프라이머(primer)는 클래스 Ⅲ 키티나제에 공통적으로 존재하는 부분을 이용하여 합성하였다. 이와 함께 유전자 증식방법으로 특정 유전자를 크로닝 하는데 필수적인 유전자 원판(template)은 호박잎에서 mRNA를 분리한 후 역전사 효소(reverse transcriptase)를 사용하여 mRNA에 대한 상보 유전자(complementary DNA)를 합성하여 유전자 원판으로 사용하였다(Lagrimini et al., Proc. Natl. Acad. Sci., 84, 7542-7546, 1987). 이렇게 합성한 유전자 원판과 N-말단 및 C-말단 양방향의 유전자 프라이머를 이용하여 P-CH 키티나제의 아미노산 서열을 결정하는 유전자를 내열성 유전자 합성 효소(taq-polymerase)를 이용하여 PCR방법으로 증폭시켜 P-CH 키티나제를 암호화하는 유전자의 일부를 얻었고 이 유전자의 일부를 전체 유전자를 크로닝하는데 필요한 프로브로 사용하였다.32P가 포함된 유전자 프로브로 필터-하이브리다이제이션 방법(filter-hybridization method)으로 P-CH 키티나제를 코딩하는 유전자를 크로닝하였다(Sambrook et al., Cold Spring Harbor Lab, 1989). 크로닝한 유전자의 염기서열은 생거의 디디옥시 사슬 종결방식(dideoxy chain termination method)에 따라 U.S.B. 시퀀스키트(U.S.B sequenase kit)를 사용하여 전체적인 염기 순서를 결정하였다. 이렇게 결정한 유전자의 염기서열을 아미노산 순서로 추론한 결과(deduced amino acid sequence)는, 순수 분리한 P-CH 키티나제 단백질을 이용하여 결정한 N-말단의 아미노산 순서와 정확하게 일치하였다. 이로써 본 실험에서 크로닝한 유전자와 P-CH 키티나제를 코딩하는 유전자임을 확인할 수 있었다. 서열번호 1로부터 알 수 있듯이 호박잎에 존재하는 P-CH 키티나제를 코딩하는 유전자는 1019개의 핵산으로 구성되어 있으며 N-말단과 C-말단에 각각 27개, 71개의 비코딩(non-coding)유전자를 가지고 있었고 N-말단에 시그널펩티드(signal peptide)에 해당하는 60개의 핵산이 존재하였다. 또한 이 유전자의 핵산 서열로부터 추론한 아미노산은 일정하게 존재하는 6개의 시스테인 잔기(cysteine residue)를 포함하여 267개 였으며 이로부터 계산한 단백질의 분자량이 29,370달톤으로 직접 단백질을 분리하여 에스디에스 전기 영동법으로 확인한 29,000달톤과 비교하였을 때, 매우 유사함을 알 수 있었다.N-terminal oligonucleotide probes for use in gene amplification (PCR) were synthesized from the amino acid sequences disclosed in Example 5. Oligonucleotide primers to be used at the C-terminus were synthesized using a portion common to the class III chitinase. In addition, a gene template necessary for cloning a specific gene by the gene propagation method is obtained by separating the mRNA from the amber leaf and synthesizing a complementary DNA for the mRNA by using a reverse transcriptase, (Lagrimini et al., Proc. Natl. Acad Sci., 84, 7542-7546, 1987). A gene that determines the amino acid sequence of P-CH chitinase is amplified by a PCR method using a heat-resistant gene synthetase (taq-polymerase) using the thus-synthesized genetic primer and N-terminal and C-terminal bidirectional gene primers A part of the gene coding for P-CH chitinase was obtained and a part of this gene was used as a probe necessary for cloning whole genes. The gene coding for P-CH chitinase was cloned by a filter-hybridization method with a 32 P-containing gene probe (Sambrook et al., Cold Spring Harbor Lab, 1989). The nucleotide sequence of the cloned gene was determined by the dideoxy chain termination method of Sanger, using the USB sequenase kit. The deduced amino acid sequence deduced from the amino acid sequence of the determined nucleotide sequence was exactly the same as that of the N-terminal amino acid sequence determined using purified P-CH chitinase protein. As a result, it was confirmed that the gene cloned in this experiment and the gene coding for P-CH chitinase. As can be seen from SEQ ID NO: 1, the gene coding for P-CH chitinase present on the amber leaf is composed of 1019 nucleotides, 27 in the N-terminus and 27 in the C-terminus, and 71 non-coding genes And there were 60 nucleic acids corresponding to the signal peptide at the N-terminus. The amino acid deduced from the nucleic acid sequence of this gene was 267 including 6 cysteine residues which were constantly present. The molecular weight of the protein was 29,370 daltons and the protein was directly separated and analyzed by SDS electrophoresis When compared with the confirmed 29,000 daltons, it was very similar.

실시예 7. P-CH 키티나제 단백질의 안정성.Example 7. Stability of P-CH < RTI ID = 0.0 > chitinase < / RTI >

1) 온도 변화에 대한 안정성1) Stability against temperature change

P-CH 키티나제를 산업적으로 이용하는데 있어서의 안정성을 알아보기 위하여 본 단백질의 온도변화에 대한 안정성을 측정해 보았다. 이 실험은 순수 분리한 P-CH 키티나제 단백질을 사용하였으며 20℃-80℃ 범위의 온도 변화에 대한 키틴 분해 활성의 변화를 분광학적 방법으로 측정해 보았다. 100mM 소디움아세테이트 pH 5.2 완충 용액(100mM sodium acetate pH 5.2 buffer) 30Oml에 일정량의 키티나제와 1mg의 스왈른 키틴(swollen chitin)을 혼합하고 다양한 온도 범위에서 1시간 동안 배양한 후 10,000xg에서 10분간 원심 분리하여 150㎕의 상등액을 얻었다. 여기에 15㎕의 포타슘포스페이트(potassium phosphate) pH 7.1 용액과 뱀소화관(snail gut)로부터 분리한 프로토플라스트-형성(protoplast-forming)효소 1O㎕를 혼합하여 상온에서 30분간 반응시킴으로써 키토올리고당(chitooligosaccharides)을 분해시켰다. 생성된 엔아세틸글루코사민 단량체(monomeric N-acetylglucosamine)를 p-디메틸아미노벤즈알데히드(DMAB)와 반응시킨 후 흡광도를 측정하여 온도 변화에 따른 키틴 분해 활성의 변화를 관찰하였다. 그 결과 도 5에서 볼 수 있듯이 P-CH 키티나제 단백질의 키틴 분해 활성은 50℃에서 반응시켰을 때 최상의 결과를 보여주었고 40℃, 60℃에서 반응시켰을 때에도 90% 이상의 활성을 유지하였을 뿐 아니라 30℃, 70℃에서 반응시켰을 때에도 70%이상의 키틴 분해 활성을 보여줌으로써 P-CH 키티나제 단백질이 온도 변화에 대한 비교적 안정한 양상을 관찰할 수 있었다.To evaluate the stability of P-CH-chitinase in industrial applications, we measured the stability of this protein against temperature changes. This experiment was carried out by using pure P-CH chitinase protein, and the change of chitin degradation activity to temperature change between 20 ° C and 80 ° C was measured by spectroscopic method. A predetermined amount of chitinase and 1 mg of swollen chitin were mixed with 100 mM sodium acetate pH 5.2 buffer (100 mM sodium acetate pH 5.2 buffer), and the mixture was incubated at various temperatures for 1 hour. After centrifugation at 10,000 xg for 10 minutes Separately, 150 mu l of supernatant was obtained. 15 μl of potassium phosphate pH 7.1 solution and 10 μl of protoplast-forming enzyme isolated from snake gut were mixed and reacted at room temperature for 30 minutes to obtain chitooligosaccharides ). After reacting the resulting monomeric N-acetylglucosamine with p-dimethylaminobenzaldehyde (DMAB), the absorbance was measured and the change of chitin degradation activity with temperature was observed. As a result, as shown in FIG. 5, the chitinolytic activity of the P-CH chitinase protein showed the best results when reacted at 50 ° C., and maintained not less than 90% activity at 40 ° C. and 60 ° C., , And showed 70% or more chitin degradation activity even when reacted at 70 ° C, so that P-CH chitinase protein was relatively stable to temperature change.

2) pH 변화에 대한 안정성2) Stability against pH change

pH 변화에 따른 P-CH 키티나제 단백질의 안정성을 측정하기 위하여 기질인 스왈른 키틴과 함께 순수 분리한 단백질을 pH 2.0의 20mM의 아세트산(acetic acid), pH3.0-6.0사이의 20mM 소디움아세테이트(sodium acetate), pH8.O-9.0 사이의 20mM 소디움바이카보네이트(sodium bicarbonate) 완충 용액에서 반응시킨 후, 실시예 7에서와 같은 방법으로 키틴 분해 활성을 측정하였다. 그 결과 도 6에서 볼 수 있듯이 pH6.0에서 최대 활성이 관찰되었고 다양한 pH의 변화, 특히 산성 조건하에서 높은 활성이 유지됨을 알 수 있었다. 실시예 7,8에서 P-CH 키티나제 단백질은 다양한 주위 환경의 변화에 적응하며 그 기능을 유지할 수 있음을 의미하며 이는 이 단백질이 가지는 구조적 안정성에 기인됨을 암시한다.In order to measure the stability of the P-CH chitinase protein according to the change in pH, the pure protein isolated with Swell chitin as a substrate was dissolved in 20 mM acetic acid at pH 2.0, 20 mM sodium acetate at pH 3.0-6.0 sodium acetate) and 20 mM sodium bicarbonate buffer solution at a pH of from 8.0 to 9.0. Then, the activity of chitin degradation was measured in the same manner as in Example 7. As a result, as shown in FIG. 6, the maximum activity was observed at pH 6.0, and it was found that various pH changes, particularly, high activity were maintained under acidic conditions. In Examples 7 and 8, the P-CH chitinase protein can adapt to various environmental changes and maintain its function, suggesting that it is due to the structural stability of the protein.

실시예 8. P-CH 키티나제의 발현 양상.Example 8. Expression of P-CH < RTI ID = 0.0 >

1) P-CH 키티나제의 발현.1) Expression of P-CH2Kitinase.

꽃의 어느 기관에서 많은 양의 P-CH 키티나제의 전사체(transcript)가 생성되는지 알아보는 실험을 수행하였다. 노지에서 채취한 호박의 암술, 씨방, 꽃잎, 꽃받침, 수술에서 분리한 RNA 20㎍을 1.8% 아가로스 겔(agarose gel)상에서 전개한 후 이를 나일론 막(nylon membrane)으로 옮겨 이를32p가 부착된 P-CH 키티나제 유전자 프로브와 18시간 동안 결합시킨 후 비특이적인 부분을 제거하였다. 이를 X-ray 필름에 감광시켜 분석한 결과, 도7에서 볼 수 있듯이 암술에서 약간의 전사체(transcript)가, 그리고 수술에서 많은 양의 전사체가 관찰됨으로써 암술과 수술에서 많은 양의 P-CH 키티나제 단백질이 생성됨을 알 수 있었다.Experiments were performed to see if a large amount of P-CH chitinase transcripts were produced in a flower's organs. Replaces the stigma of pumpkins harvested in open field, ovaries, petals, sepals, the RNA 20㎍ separated from surgery to 1.8% agarose gel (agarose gel) nylon membrane (nylon membrane) after it has been deployed on a 32 p attached to it P-CH < / RTI > kittinase gene probe for 18 hours to remove non-specific portions. As shown in FIG. 7, a small number of transcripts in the pistil and a large amount of transcripts in the operation were observed on the X-ray film. As a result, a large amount of P-CH kitty It was found that the protein was produced.

2) P-CH 키티나제의 발현 유도 물질 조사.2) Investigation of expression inducer of P-CH chitinase.

식물체에 있어서 키티나제는 동물의 면역 체계와 같은 기능을 담당하는 단백질로서 항시 많은 양이 존재하는 것이 아니라 특정한 자극에 의하여 대량 발현되는 양상을 보여준다. 본 실시예에서는 호박잎을 다양하게 처리하여 어떠한 자극에 대하여 P-CH 키티나제 단백질의 대량 발현이 유도되는지를 실험하였다. 멸균 상태의 영양 배지에서 2주일간 자란 호박에 (1)대조구, (2)0.1% 염화 수은(mercuric chloride), (3)곰팡이 균사(Neurospore crassae hyphae), (4)자외선 조사(UV irradiation), (5)0.01% 글라이콜 키틴(glycol chitin), (6)10mM 살리실산(salysilic acid), (7)리제너레이티드 키틴(regenerated chitin)을 처리한 후 잎과 줄기에서 RNA를 분리하여 P-CH 키티나제 유전자를 프로브로 이용하여 노든 블라팅기법을 수행한 결과, 도 8에서와 같이 잎에서는 (2),(4),(5)번의 조건에서 가장 많은 P-CH 키티나제 전사체가 관찰되었고 줄기에서는 (7)번의 조건에서 가장 많은 P-CH 키타나제 전사체가 존재함을 알 수 있었다. 이로써 잎과 줄기에서 P-CH 키티나제 단백질의 발현을 유도하는 물질이 서로 상이함을 알 수 있었고 이는 병원균의 침입이나 급격한 외부 환경의 변화에 대한 반응 양상이 서로 다름을 의미한다.In plants, Kittinaja is a protein that functions like an animal 's immune system. It does not always exist in large quantities, but shows a large - scale expression by specific stimuli. In this example, various treatments of zucchini leaves were conducted to examine the induction of a large amount of P-CH chitinase protein on a stimulus. (2) 0.1% mercuric chloride, (3) Neurospore crassae hyphae, (4) UV irradiation, (3) fungal hyphae, and 5) After treatment of 0.01% glycol chitin, 6 mM salicylic acid, and 7 regenerated chitin, RNA was isolated from the leaves and stems to obtain P-CH As shown in Fig. 8, the most P-CH chitinase transcripts were observed under the conditions of (2), (4) and (5) , It was found that the most P-CH kinetinase transcript was present under the condition (7). This indicates that the substances inducing the expression of P-CH chitinase protein in the leaves and stems are different from each other, which means that the response patterns against pathogen invasion or sudden changes in the external environment are different from each other.

3) P-CH 키티나제의 발현 과정.3) Expression process of P-CH chitinase.

위의 실험에서 호박잎의 P-CH 키티나제의 발현을 효과적으로 유도하는 물질로 밝혀진 염화 수은과 글라이콜 키틴을 잎에 처리하고 다양한 시간 후 시료를 채취하여 단백질과 RNA를 분리하여 이들 물질이 P-CH 키티나제의 발현을 유도하는데 소용되는 시간을 알아보았다. 도 8에서와 같이 염화 수은으로 처리하고 1시간이 경과했을 때 많은 양의 RNA가 존재하였고 3시간 이후에는 그 양이 줄어들었다. 단백질은 24시간이 지났을 때 현저하게 발현이 증가하여 48시간 이후까지 그 양이 유지되었다. 반면, 글라이콜 키틴으로 처리했을 때는 처리 후 3시간이 지났을 때 RNA의 양이 현저하였고, 이 양은 염화 수은으로 처리했을 경우 보다 오래 지속되어 12시간이 경과할 때까지 지속되었고 단백질의 발현은 염화 수은으로 처리했을 경우와 마찬가지로 24시간이 지났을 때 증가하여 48시간 동안 유지되었다. 이로써 각기 다른 외부 자극에 반응하여 단백질을 생성하는데 소요되는 시간 또한 서로 다름을 관찰할 수 있었다.In the above experiment, mercury chloride and glycollchicine, which were found to effectively induce the expression of P-CH chitinase in the zucchini leaves, were treated with leaves, samples were taken after various periods of time, proteins and RNA were separated, We examined the time used to induce the expression of CH-chitinase. As shown in FIG. 8, a large amount of RNA was present after one hour of treatment with mercuric chloride, and the amount of RNA was reduced after 3 hours. The expression of the protein was markedly increased after 24 hours, and the amount of the protein was maintained until 48 hours. On the other hand, when treated with glycollichtin, the amount of RNA was remarkable at 3 hours after treatment, and the amount of RNA was longer than that of mercuric chloride, and continued until 12 hours after the treatment, As in the case of mercury treatment, it was increased over 24 hours and maintained for 48 hours. It was also observed that the time required to generate proteins in response to different external stimuli was also different.

이상의 설명에서와 같이 다른 식물체에 존재하는 키티나제 보다 키틴 분해 활성이 탁월한 단백질인 본 발명의 P-CH 키티나제의 대량 생산과 산업적 응용은 기존의 농약 사용을 대체함으로써 환경 공해를 줄이고 인체에 독성이 없는 생물학적인 방법으로 병원균을 조절할 수 있으며, 나아가 뛰어난 키틴 분해 활성을 이용하여 다량의 키틴 올리고머를 생산함으로써 다양한 건강 식품이나 건강 음료의 개발이 가능할 것으로 기대한다.As described above, the mass production and industrial application of the P-CH chitinase of the present invention, which is a protein having an excellent chitinolytic activity over other chitinases present in other plants, can reduce the environmental pollution by replacing the use of existing pesticides, It is expected that the development of various health foods and health drinks will be possible by producing a large amount of chitin oligomer by controlling the pathogen by a non-existent biological method and further utilizing the excellent chitin degrading activity.

[서열 목록][Sequence List]

서열 번호 : 1SEQ ID NO: 1

서열의 길이 : 1,019Sequence length: 1,019

서열의 타입 : 핵산Sequence type: nucleic acid

쇄의 수 : 1본쇄Number of chains: 1 chain

토폴로지 : 선형Topology: Linear

분자의 타입 : cDNAMolecular type: cDNA

기원origin

생물명 : 호박(Cucubita maxima)Name of creature: Amber (Cucubita maxima)

조직의 형태 : 잎(Leaf)Type of tissue: Leaf

서열의 특징Characteristics of sequence

특징을 나타내는 기호 : sig peptideSymbol for characterization: sig peptide

존재 위치 : 28..87Present location: 28..87

특징을 결정하는 방법 : SHow to determine features: S

특징을 나타내는 기호 : mat peptideSymbol indicating characteristics: mat peptide

존재 위치 : 88..891Present location: 88..891

특징을 결정하는 방법 : SHow to determine features: S

[서열 1][SEQ ID NO: 1]

서열 번호 : 2SEQ ID NO: 2

서열의 길이 : 287Length of sequence: 287

서열의 타입 : 아미노산Sequence type: Amino acid

쇄의 수 : 1본쇄Number of chains: 1 chain

토롤로지 : 선형Torroji: Linear

분자의 타입 : 단백질Molecular type: Protein

기원origin

생물명 : 호박(Cucubita maxima)Name of creature: Amber (Cucubita maxima)

조직의 형태 : 잎(Leaf)Type of tissue: Leaf

서열의 특징Characteristics of sequence

특징을 나타내는 기호 : sig peptideSymbol for characterization: sig peptide

존재 위치 : 1..20Present location: 1..20

특징을 결정하는 방법 : SHow to determine features: S

특징을 나타내는 기호 : mat peptideSymbol indicating characteristics: mat peptide

존재 위치 : 21..287Present Location: 21..287

특징을 결정하는 방법 : SHow to determine features: S

[서열 2][SEQ ID NO. 2]

Claims (3)

서열번호 2로 표시되는 아미노산 서열을 갖는 단백질.A protein having an amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 2. 제 1 항의 단백질을 암호화하는 DNA.A DNA encoding the protein of claim 1. 제 2 항에 있어서,3. The method of claim 2, 상기 DNA가 서열번호 1로 표시되는 뉴클레오티드 서열을 갖는 것을 특징으로 하는 DNA.Wherein the DNA has the nucleotide sequence represented by SEQ ID NO: 1.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR100396209B1 (en) * 2000-09-26 2003-09-17 학교법인고려중앙학원 Chitinase gene of Capsicum annuum L. cv. Hanbyul and probing method of resistance for plant disease

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