KR100343975B1 - TRANSGENIC PLANTS WITH DIVERGENT SCaM4 OR SCaM5 GENE TO ACHIEVE MULTIPLE DISEASE RESISTANCE - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A gene transferred plant which shows multi-diseases resistance to a wide range of pathogenic organisms of plant by being transferred to heterogeneous genes of soybean calmodulin(SCaM) such as SCaM4 or SCaM5 and plant cell thereof are provided. CONSTITUTION: A gene transferred plant, cells or offspring thereof express genes encoding SCaM4, which is deposited on KCTC(Korean Collection for Type Cultures) as a deposit number of 0543BP and has a sequence number of 1, or soybean calmodulin 5(SCaM5), which is deposited on KCTC as a deposit number of 0544BP and has a sequence number of 3. The multi-diseases resistance of higher plant life regarding one or more of the pathogenic organisms of plant is improved by transferring the gene transferred plant using two SCaM4 or SCaM5 gene vectors into the genes encoding SCaM4 or SCaM5.

Description

다중질병저항성을 나타내기 위하여 SCaM4 또는 SCaM5유전자를 가지는 유전자전환식물{TRANSGENIC PLANTS WITH DIVERGENT SCaM4 OR SCaM5 GENE TO ACHIEVE MULTIPLE DISEASE RESISTANCE}TRANSGENIC PLANTS WITH DIVERGENT SCaM4 OR SCaM5 GENE TO ACHIEVE MULTIPLE DISEASE RESISTANCE}

본 발명은 대두의 칼모듈린(calmodulin) 이형태체 유전자인 SCaM4 또는 SCaM5으로 형질전환되어 광범위한 식물병원체에 대한 다중질병저항성을 나타내는유전자전환식물과 식물세포에 관한 것이다. 또한 본 발명은 상기 유전자들을 가진 발현벡터와 병원체저항성 식물을 만들기 위하여 발현벡터내의 상기 유전자가 도입된 숙주세포를 제공한다. 이종의 SCaM4나 SCaM5를 발현하는 유전자전환식물들은 정상적으로는 그 식물을 침입하는 진균류, 박테리아와 바이러스들에 대하여 증가된 저항성을 나타낸다.The present invention relates to transgenic plants and plant cells transformed with the calmodulin isoform genes of soybean, SCaM4 or SCaM5, which show multi-disease resistance to a wide range of plant pathogens. The present invention also provides an expression vector having the genes and a host cell into which the genes in the expression vector are introduced to make a pathogen resistant plant. Transgenic plants expressing heterologous SCaM4 or SCaM5 show increased resistance to fungi, bacteria and viruses that normally invade the plant.

점점 많아지는 병원체들이 끊임없이 식물들을 공격하고 있다. 자연방어기작이 불충분하거나 병원균들에 의한 손상에 대하여 반응하고 방어하지 못하는 고등식물들을 병원체가 공격하는 경우에는 매우 큰 경제적 손실이 발생한다. 그러므로 농업에서는 다양한 식물병원체들을 제어하는 것이 매우 중요하며, 농작물의 병원성 질병을 제어하기 위하여 광범위한 노력을 집중하여 왔다. 그러나 병원체에 보다 저항성이 있는 농작물을 선별하기 위한 육종프로그램들은 거의 성공하지 못하였다. 더욱이 미리 형성된 식물방어기작들이 부적절하거나 식물이 병원체들을 탐지하지 못하거나 활성화된 방어반응이 효과가 없는 경우라면 병원체가 성공적으로 침입하고 그에 따라 질병이 발생한다.More and more pathogens are constantly attacking plants. Very large economic losses occur when pathogens attack higher plants that have insufficient natural defense mechanisms or fail to respond and defend against damage caused by pathogens. Therefore, it is very important to control various plant pathogens in agriculture, and extensive efforts have been focused on controlling pathogenic diseases of crops. However, breeding programs for screening crops that are more resistant to pathogens have rarely succeeded. Moreover, if preformed plant defense mechanisms are inadequate, plants do not detect pathogens, or an active defense response is ineffective, pathogens invade successfully and disease develops accordingly.

침입하는 병원체에 대한 식물의 저항성은 복잡한 배열의 방어반응들의 전개와 함께 일어난다. 병원체가 특정 무독성(avirulence, 이하 'avr'이라 함) 유전자를 가지고 있고 식물숙주가 동종의 저항성을 가지는 경우에는 병원체가 감염한 부위에서 국부적인 병소가 형성되고 그 결과 병원체의 성장이 저해된다[과민성반응(hypersensitive response; HR)이라 함]. 그러므로 특정 저항(R)유전자를 발현하는 식물은 대응하는 avr 유전자를 발현하는 병원체에 대하여 특이적인 저항성이 있다. 과민성반응뿐만 아니라, 그 식물중 감염되지 않은 부분들이 다양한 유독성 병원체에 저항하도록 하는 2차적 방어반응이 개시될 수 있다[조직적 후천성 저항성(systematic acquired resistance; SAR)이라 함]. 식물과 병원체간의 상호작용은 산화반응의 급격한 증가, 일시적인 Ca2+증가, 살리실산의 축적, 고수준의 발병관련 단백질들의 합성, 피토알렉신(Phytoalexin)의 생합성 및 방어유전자의 활성화를 포함하는 일련의 방어신호전달을 유도한다. 지금까지의 연구결과는 어떤 식물방어반응들에 Ca2+신호가 관련되어 있음을 보여주고 있다. Ca2+이온의 유입은 병원체의 공격을 받은 세포에서 가장 먼저 일어나는 사건들중 하나이고, 피토알렉신 생합성, 방어관련 유전자들의 유도와 과민성세포사멸과 같은 방어반응들의 활성화에 필수적인 것으로 보인다. 그러나 식물의 질병저항성 반응들에서 CaM이 관련된다는 직접적인 증거는 얻을 수 없다.Plant resistance to invading pathogens occurs with the development of complex arrays of defensive reactions. If the pathogen has a specific avirulence (avr) gene and the plant host is homogeneous, local lesions are formed at the site of the pathogen's infection, resulting in inhibition of the growth of the pathogen. Response (hypersensitive response). Therefore, plants expressing a specific resistance (R) gene have specific resistance to pathogens expressing the corresponding avr gene. In addition to hypersensitivity reactions, secondary defense reactions can be initiated that allow uninfected parts of the plant to resist a variety of toxic pathogens (called systemic acquired resistance (SAR)). Interactions between plants and pathogens include a series of defenses, including rapid increases in oxidative reactions, transient increases in Ca 2+ , accumulation of salicylic acid, synthesis of high-level onset proteins, biosynthesis of phytoalexin, and activation of protective genes. Induce signaling. The results so far indicate that Ca 2+ signals are involved in certain plant defense reactions. Influx of Ca 2+ ions is one of the first events to occur in cells attacked by pathogens and appears to be essential for the activation of defense reactions such as phytoalexin biosynthesis, induction of defense-related genes and hypersensitivity cell death. However, no direct evidence is available regarding the involvement of CaM in plant disease resistant responses.

유독성 진균류, 박테리아, 바이러스와 선충류(nematodes)를 제어하기 위하여 다양한 접근방법들이 이용되어 왔다. 하나의 접근방법은 진균류나 선충류를 억제하거나 방해하는 기능을 가진 자연발생 박테리아를 이용하는 것이다. 다른 접근방법은 저항성을 증식시키는 것으로, 이는 주로 식물의 전체적인 저항성에 적은 양적 기여를 하는 부(副)저항성 유전자들의 조작에 초점을 맞춘다. 그러나 때때로 식물이 병원체를 인식하지 못하여 유도에 의한 식물의 방어기작을 일으키지 못하는 경우가 있다. 더구나 이러한 접근방법들에 의해 제공되는 보호는 제대로 된 조직적 후천성 저항성에 의해 부여되는 보호보다 훨씬 제한적이고 저항성의 정도가 훨씬덜 현저하다.Various approaches have been used to control toxic fungi, bacteria, viruses and nematodes. One approach is to use naturally occurring bacteria that have the ability to inhibit or interfere with fungi or nematodes. Another approach is to multiply resistance, which focuses primarily on the manipulation of negative resistance genes that make a small quantitative contribution to the overall resistance of the plant. However, sometimes plants do not recognize pathogens and thus do not cause plant defense mechanisms by induction. Moreover, the protection provided by these approaches is much more limited and far less pronounced than the protection afforded by proper organizational acquired resistance.

본 발명의 유전자전환식물은 야생형 식물에서 매우 보존된 CaM 이형태체들인 SCaM1, SCaM2와 SCaM3의 수준과 유사한 수준으로 특정의 분화된 SCaM4나 SCaM5 단백질(전체 용해성 잎단백질 1㎎당 0.3-0.5㎍)을 가진다. 본 발명에 의하여 제공된 유전자전환식물은 다양한 병원체 즉, 진균성, 바이러스성 및 박테리아성 병원체의 침입에 대하여 조직적 후천성 저항성과 유사한 오래 지속되고 광범위한 저항성을 나타낸다는 것이 밝혀졌다. 이것은 CaM 이형태체들간의 기능적 차이에 대해서만 아니라 바이러스, 박테리아 및 진균류를 포함하는 광범위한 병원체에 대한 SCaM4와 SCaM5의 중심적 역할에 대한 최초의 생체내(in vivo) 증거이다.The transgenic plant of the present invention is characterized by the level of specific differentiated SCaM4 or SCaM5 protein (0.3-0.5 μg per mg of total soluble leaf protein) at levels similar to those of SCaM1, SCaM2 and SCaM3, which are highly conserved CaM variants in wild type plants Have It has been found that the transgenic plants provided by the present invention exhibit long lasting and widespread resistance, similar to systemic acquired resistance to invasion of various pathogens, ie fungal, viral and bacterial pathogens. This is the first in vivo evidence of the central role of SCaM4 and SCaM5 for a wide range of pathogens, including viruses, bacteria and fungi, as well as for functional differences between CaM isoforms.

본 발명은 SCaM4나 SCaM5 유전자로 형질전환되어 하나 이상의 식물병원체에 의한 병원성 공격에 대하여 증진된 다중저항성을 나타내는 고등식물세포를 제공한다. 또한 본 발명에 따른 고등식물의 세포를 형질전환할 수 있는 SCaM4나 SCaM5를 가진 발현벡터를 제공한다.The present invention provides higher plant cells that are transformed with the SCaM4 or SCaM5 gene and exhibit enhanced multi-resistance against pathogenic attack by one or more plant pathogens. In addition, the present invention provides an expression vector having SCaM4 or SCaM5 capable of transforming cells of higher plants.

도 1은 SCaM4 단백질을 암호화하는 외인성 전환유전자를 가진 식물발현벡터 pLES9804의 개략도,1 is a schematic diagram of a plant expression vector pLES9804 having an exogenous transgene encoding SCaM4 protein,

도 2는 SCaM5 단백질을 암호화하는 외인성 전환유전자를 가진 식물발현벡터 pLES9805의 개략도,2 is a schematic diagram of a plant expression vector pLES9805 having an exogenous transgene encoding SCaM5 protein,

도 3은 식물방어반응중SCaM4SCaM5의 빠른 유도를 도시한 것.Figure 3 shows the rapid induction of SCaM4 and SCaM 5 during plant defense reaction.

(A)는 대두의 칼모듈린(SCaM) 유전자들의 발현에 대한 진균성 유도체(fungal elicitor)의 효과. 대두세포 현탁배양체(Soybean cell suspension culture, 이하 'SB-P'이라 함)를 푸사리움 솔라니(Fusarium solani)로부터 제조한 진균성 유도체로 처리하고, 표시된 시간에 따라 전체 RNA를 분리하여,SCaM1, SCaM4, SCaM5, 페닐알라닌 암모니아-리아제(phenylalanine ammonia-lyase; PAL) 및 β-투뷸린(β-tubulin) mRNA에 대하여 분석하였다.(A) is the effect of a fungal elicitor on the expression of calmodulin (SCaM) genes in soybean. Soybean cell suspension culture (hereinafter referred to as 'SB-P') was treated with a fungal derivative prepared from Fusarium solani , and the total RNA was isolated according to the indicated time, SCaM1, SCaM4, SCaM5 , phenylalanine ammonia-lyase (PAL) and β-tubulin mRNAs were analyzed.

(B)는 진균성 유도체처리에 따른 SCaM 단백질수준의 변화. SB-P세포들을 (A)에 기재한 바와 같이 처리하였고, 각각 항-SCaM4 항체(anti-SCaM4 antibody) 또는 항-SCaM1항체(anti-SCaM1 antibody)를 사용하여 면역블랏분석법(immunoblotanalysis)으로 SCaM1/2/3에 대한 SCaM4/5의 상대적인 단백질수준들을 조사하였다. 공지된 양의 표준 SCaM1이나 SCaM4 단백질들의 밴드강도 및 영역들과 비교한 SCaM 이형태체들의 상대적인 단백질수준을 스캐닝 농도계(scanning densitometry)로 계산하였다.(B) is the change in SCaM protein level according to the fungal derivative treatment. SB-P cells were treated as described in (A), and SCaM1 / by immunoblotanalysis using anti-SCaM4 antibody or anti-SCaM1 antibody, respectively. The relative protein levels of SCaM4 / 5 versus 2/3 were examined. The relative protein levels of SCaM isoforms compared to band intensities and regions of known amounts of standard SCaM1 or SCaM4 proteins were calculated by scanning densitometry.

(C)는 SCaM 유전자들의 발현에 대한 다양한 방어신호분자들의 효과. SB-P세포들은 위의 선에 표시된 바와 같이 1시간동안 처리하였고 노던블랏분석법(Northern blot analysis)으로 SCaM 유전자들의 mRNA 수준을 조사하였다. 도면 중 (dH2O)는 물을 사용한 대조군, (Psg)는avrC유전자를 가진 슈도모나스 시린제 변종 글리시니아(Pseudomonas syringaepv.glycinea), (FE)는 피토프토라 파라시티카 변종 니코티아네(phytophthora paraciticavar.nicotianae)에서 제조된 진균성 유도체, (FE+CHX)는 진균성 유도체 + 1㎍/㎖ 시클로헥시미드(cycloheximide), (FE+BAPTA)는 진균성 유도체 + 5mM 1,2-비스-(o-아미노페녹시)-에탄-N,N,N',N'-테트라아세트산 [1,2-bis-(o-aminophenoxy)-ethane-N,N,N',N'-tetraacetic acid)], (Ca2++A23187)는 25μM Ca2+이온전달체(ionopore) A23187 + 5mM 염화칼슘(CaCl2), (H2O2)는 2mM 과산화수소(hydrogen peroxide), (G-GO)는 글루코오즈(glucose)와 글루코오즈 산화제 시스템(glucose oxidase system), (X-XO)는 크산틴(xanthine)과 크산틴 산화제 시스템(xanthine oxidase system), (SA)는 2mM 살리신산(salicylic acid), (JA)는 10μM 자스몬산(jasmonic acid), (ABA)는 100μM 앱시스산(abscisic acid)을 나타낸다.(C) is the effect of various protective signal molecules on the expression of the SCaM genes. SB-P cells were treated for 1 hour as indicated in the line above and mRNA levels of SCaM genes were examined by Northern blot analysis. In the figure, (dH 2 O) is a control group using water, (Psg) is Pseudomonas syringae pv. Glycinea having avrC gene, and (FE) is a phytoptora paracytica variant Nicotiane ( fungal derivatives prepared from phytophthora paracitica var.nicotianae ), (FE + CHX) are fungal derivatives + 1 μg / ml cycloheximide, (FE + BAPTA) are fungal derivatives + 5 mM 1,2- Bis- (o-aminophenoxy) -ethane-N, N, N ', N'-tetraacetic acid [1,2-bis- (o-aminophenoxy) -ethane-N, N, N', N'-tetraacetic acid)], (Ca 2+ + A23187) is 25 μM Ca 2+ ionopore A23187 + 5 mM calcium chloride (CaCl 2 ), (H 2 O 2 ) is 2 mM hydrogen peroxide, (G-GO) Glucose and glucose oxidase system, (X-XO) are xanthine and xanthine oxidase system, (SA) is 2mM salicylic acid, (JA) is 10 μM jasmonic acid, (ABA) is 100 μM abscisic acid.

도 4는 SCaM4나 SCaM5를 지속적으로 발현하는 유전자전환 담배식물의 표현형들.Figure 4 is a phenotype of transgenic tobacco plants continuously expressing either SCaM4 or SCaM5.

(A)는 유전자전환 식물의 자발적인 질병병소와 같은 회저성 부위들의 발달상 조절된 형성. 그 병소들이 나타나는 8주된 대표적인 유전자전환 SCaM4 식물(오른쪽)의 전체 식물형태(morphology)는 식물의 최하부에 가까운 보다 오래된 잎들에서만 발견되었다. 왼쪽에 비슷한 나이의 정상적인 야생형 식물을 나타내었다.(A) is developmentally controlled formation of necrotic sites, such as spontaneous disease lesions of transgenic plants. The entire morphology of the 8-week representative transgenic SCaM4 plant (right), where the lesions appear, was found only in older leaves near the bottom of the plant. The left side shows normal wild type plants of similar age.

(B)는 10주된 SCaM5 유전자전환식물(오른쪽)의 잎에 형성된 반점같은 자발적인 병소들의 확대도. 비교를 위하여 비슷한 나이의 정상적인 잎을 왼쪽에 나타내었다.(B) Magnification of spontaneous lesions such as spots formed on the leaves of 10 week old SCaM5 transgenic plants (right). For comparison, normal leaves of similar age are shown on the left.

(C와 D)는 자발적으로 형성된 병소들의 세포벽내에 UV-자극성 형광물질의 축적. 특이적 간섭비교하에서 자발적 병소의 현미경조사(C)와 4',6-디아이미디노-2-페닐인돌(4',6-diaimidino-2-phenylindole)로 잎조직들의 핵을 염색한 후의 외피형광(epifluorecence)(D)광학.(C and D) are the accumulation of UV-stimulating fluorescent material in the cell walls of spontaneously formed lesions. Cortical fluorescence after microscopic examination of spontaneous lesions under specific interference comparison and staining nuclei of leaf tissues with 4 ', 6-diaimidino-2-phenylindole (epifluorecence) (D) optics.

도 5는 유전자전환 SCaM4와 SCaM5 담배식물에서 PR 단백질 유전자들의 지속적 발현.5 is a continuous expression of PR protein genes in transgenic SCaM4 and SCaM5 tobacco plants.

(A)는 유전자전환 식물들에서의 증진된 SCaM4와 SCaM5 단백질 수준들을 나타내는 면역블랏들. 항-SCaM4 또는 항-SCaM5 항체중 하나를 사용하여 3가지 독립된 유전자전환식물계의 전체 수용성 단백질(50㎍)에 대한 SCaM 단백질수준들을 분석하였다.(A) immunoblots showing enhanced SCaM4 and SCaM5 protein levels in transgenic plants. SCaM protein levels were analyzed for total soluble protein (50 μg) of three independent transgenic plants using either anti-SCaM4 or anti-SCaM5 antibodies.

(B)는 유전자전환식물내 PR 단백질 유전자들의 지속적 발현. 야생형(WT),SCaM 유전자를 가지지 않은 빈 벡터를 가진 대조군 유전자전환식물(CT)과 SCaM4를 발현하는 3가지 대표적인 독립적 유전자식물들(S4TG) 또는 SCaM5를 발현하는 3가지 대표적인 독립적 유전자전환식물들(S5TG)의 전체 RNA를 분리하여 담배 SAR유전자들의 mRNA 수준들을 조사하였다(31). #는 유전자전환식물계의 수를 나타낸다.(B) continuous expression of PR protein genes in transgenic plants. Wild type (WT), control transgenic plant (CT) with empty vector without SCaM gene and three representative independent transgenic plants expressing SCaM4 (S4TG) or three representative independent transgenic plants expressing SCaM5 ( Total RNA of S5TG) was isolated to examine mRNA levels of tobacco SAR genes (31). # Represents the number of transgenic plant systems.

(C)는 병소들이 없는 유전자전환 SCaM4와 SCaM5 식물들에서의 PR 단백질 유전자의 발현.(C) Expression of PR protein gene in transgenic SCaM4 and SCaM5 plants without lesions.

(D)는 SA-의존성 PR 단백질 유전자발현. 야생형 식물 또는nahG유전자전환식물에서 지속적으로 발현하는 SCaM4 또는 SCaM5의 PR 단백질 유전자발현에 대한 효과를 PR1a와 Pr5 탐침(probe)을 사용하여 RNA 겔 블랏 분석법(RNA gel blot analysis)으로 조사하였다. 도시된 데이터는 적어도 10개의 대표적인 독립성 유전자전환식물계로부터 얻어진 결과이다.(D) SA-dependent PR protein gene expression. The effects of PR protein gene expression of SCaM4 or SCaM5 continuously expressed in wild type plants or nahG transgenic plants were investigated by RNA gel blot analysis using PR1a and Pr5 probes. Data shown are results from at least 10 representative independent transgenic plants.

도 6은 SCaM4나 SCaM5를 지속적으로 발현하는 유전자전환 담배식물들의 증진된 질병저항성.6 shows enhanced disease resistance of transgenic tobacco plants expressing SCaM4 or SCaM5 continuously.

(A)는 유독성 진균성 병원체인 피토프토라 파라시티카 변종 니코티아네에 대한 질병반응들. 접종후 7일만에 식물에게서 질병의 징후들이 발견되었다. 야생형(WT)과 SCaM4를 발현하는 유전자전환식물(S5TG) 또는 SCaM5를 발현하는 유전자전환식물(S5TG)에 대한 대표적인 결과들이 도시되었다.(A) are disease responses to the phytofungal pathogen, the phytophthora parasitea strain nicotiane. Signs of disease were found in the plants 7 days after inoculation. Representative results are shown for transgenic plants expressing wild type (WT) and SCaM4 (S5TG) or transgenic plants expressing SCaM5 (S5TG).

(B와 C)는 유독성 피토프토라 파라시티카 변종 니코티아네로 감염된 잎들의 형광현미경사진. 감염된 세포들을 깨끗이 하여 아닐린 블루(aniline blue)로 염색하고 UV광 형광현미경으로 조사하였다. 야생형 식물들의 잎들(B)에서는 진균성 균사가 명확하게 확산되었지만, 유전자전환식물들의 잎들(C)에서는 진균성 균사가 감지할수 있을만큼 성장되지 않고 진균이 침투한 부위를 둘러싸는 세포들에서 UV-자극성 형광물질이 축적되었다. 눈금자들은 100㎛를 나타낸다.(B and C) are fluorescence micrographs of leaves infected with the toxic phytophthora parasitea strain Nicotiane. Infected cells were cleared, stained with aniline blue and irradiated with UV light fluorescence microscopy. Fungal mycelium clearly spreads in the leaves (B) of wild-type plants, but in the leaves (C) of transgenic plants, the fungal hyphae do not grow as detectable and UV-in cells surrounding the sites where fungi have penetrated. Stimulating fluorescent material has accumulated. Rulers represent 100 μm.

(D)는 식물내(In planta) 박테리아성장. 성숙한 야생형(WT)과 유전자전환 SCaM-4 식물(S4TG)과 유전자전환 SCaM-5 식물(S5TG)의 잎에 슈도모나스 시린제 변종 타바시(Psedomonas syringaepv.tabacci)를 105cfu/㎖로 접종하고 5일 이상 식물내의 박테리아성장을 관찰하였다. 데이터점들은 5개의 독립적 식물계의 2가지 측정의 방법을 나타낸다.(D) In planta bacterial growth. The leaves of mature wild type (WT), transgenic SCaM-4 plants (S4TG) and transgenic SCaM-5 plants (S5TG) were inoculated with Pseedomonas syringae pv. Tabacci at 105 cfu / ml for 5 days. The bacterial growth in the plant was observed. Data points represent the method of two measurements of five independent plant systems.

(E)는 무독성 병원체인 TMV에 대한 SCaM4와 SCaM5 유전자전환식물들의 증진된 저항성. 식물들의 맨윗부분으로부터 두 번째 또는 세 번째 완전히 펼쳐진 어린 잎들을 카보런덤(carborundum)으로 부드럽게 마찰하면서 잎 하나당 2㎍의 TMV를 접종하고, HR병소의 발달을 5일 이상 관찰하였다. 도시된 데이터는 이 식물에 형성된 HR병소의 수이다. 이와 같은 모든 병원체시험에서, SCaM유전자를 가지지 않은 빈 벡터로 형질전환된 대조군 유전자전환식물은 야생형 식물의 결과와 본질적으로 유사한 결과를 나타내었다(데이터는 도시되지 않음).(E) shows enhanced resistance of SCaM4 and SCaM5 transgenic plants to TMV, a nontoxic pathogen. The second or third fully unfolded young leaves from the top of the plants were gently rubbed with carborundum, inoculated with 2 μg of TMV per leaf, and the development of HR lesions was observed for at least 5 days. Data shown is the number of HR lesions formed on this plant. In all of these pathogen tests, control transgenic plants transformed with empty vectors without the SCaM gene showed essentially similar results to wild type plants (data not shown).

본 발명은 대두칼모듈린 이형태체 4 또는 5(SCaM4 또는 SCaM5)로 형질전환되어 광범위한 식물병원체들에 대하여 매우 증진된 저항성을 나타내는 유전자전환 식물들과 식물세포들에 관한 것이다. 또한 본 발명은 상기 유전자들을 가진 발현벡터와 병원체저항성 식물을 만들기 위하여 발현벡터내의 상기 유전자들이 도입된 숙주세포를 제공한다. 이종의 SCaM을 발현하는 유전자전환 식물은 정상적으로는 식물에침입하는 진균류, 박테리아와 바이러스에 대하여 증가된 저항성을 나타낸다.The present invention relates to transgenic plants and plant cells that have been transformed with soy calmodulin isoform 4 or 5 (SCaM4 or SCaM5) and exhibit very enhanced resistance to a wide range of plant pathogens. The present invention also provides a host cell into which the genes in the expression vector are introduced to make the expression vector having the genes and pathogen resistant plants. Transgenic plants expressing heterologous SCaM show increased resistance to fungi, bacteria and viruses that normally invade the plant.

본 발명의 보다 바람직한 한 실시예에서, 담배식물의 세포를 분화된 SCaM4나 SCaM5 유전자로 형질전환한다. 형질전환된 담배식물은 다양한 병원체공격(진균류, 바이러스 및 박테리아)에 대하여 증진된 다중질병저항성을 나타낸다. 증가된 다중질병저항성은 농작물의 생산량을 높이고 부패억제를 위하여 사용하는 살균제의 양을 감소시켜 보다 경쟁력있는 농산품의 판매가 가능하게 할 것이다.In one more preferred embodiment of the invention, cells of tobacco plants are transformed with the differentiated SCaM4 or SCaM5 genes. Transformed tobacco plants exhibit enhanced multi-disease resistance against various pathogen attacks (fungi, viruses and bacteria). Increased multi-disease resistance will increase crop yields and reduce the amount of fungicides used to control corruption, enabling more competitive agricultural sales.

대두에서 유래한 SCaM4와 SCaM5 유전자는 칼모듈린-의존성 효소들(calmodulin-dependent enzymes)을 활성화하는 특이한 능력을 가진 신규하고 분화된 칼모듈린 이형태체이다. SCaM5는 SCaM4의 뉴클레오티드 서열(nucleotide sequence)과 약 78%의 동일성을 나타낸다.The soybean-derived SCaM4 and SCaM5 genes are novel and differentiated calmodulin isoforms with the unique ability to activate calmodulin-dependent enzymes. SCaM5 shows about 78% identity with the nucleotide sequence of SCaM4.

본 발명에 따른 유전자전환식물은 적어도 SCaM4나 SCaM5를 암호화하는 하나 또는 그 이상의 유전성 재조합핵산발현 카세트(recombinant nucleic acid expressing casette)를 가지는 식물 또는 식물재료에 관한 것이다. 보다 바람직하게는 본 발명의 유전자전환 담배식물은 SCaM4나 SCaM5중 적어도 하나를 가지거나 둘다를 가진다.The transgenic plant according to the present invention relates to a plant or plant material having at least one or more genetically recombinant recombinant nucleic acid expression cassettes encoding SCaM4 or SCaM5. More preferably, the transgenic tobacco plant of the present invention has at least one of SCaM4 or SCaM5 or both.

여기서 사용된 '과발현된(overexpressed)' SCaM은 세포내에서 생산되는 양보다 많은 양으로 생산되는 단백질이다. 예를 들어 전환유전자를 적절한 지속성 프로모터(constitutive promoter)와 결합시켜 그 전환유전자가 지속적으로 발현되도록 함으로써 과발현을 시킬 수 있다. 선택적으로 필요한 경우에만 과발현될 수 있도록 하기 위해서는 전환유전자를 강력한 유도성 프로모터(inducible promoter)에 연결할 수 있다. 적절한 수준의 과발현이란 전환유전자가 특히 선호되는 세포내 전이유전자의 자연발생수준보다 적어도 10배 이상 발현하는 것을 포함한다. 본 발명의 실시에 사용하기 적합한 지속성 프로모터에는 당해 기술에서 공지되고 널리 이용할 수 있는 콜리플라워 모자이크 바이러스 35S(cauliflower mosaic virus 35S; CaMV35S) 프로모터(미국특허 제5,097,925호) 등이 포함된다.As used herein, 'overexpressed' SCaM is a protein produced in an amount greater than that produced intracellularly. For example, overexpression can be achieved by combining a transgene with an appropriate constitutive promoter to ensure that the transgene is continuously expressed. The transgene can be linked to a powerful inducible promoter in order to be overexpressed only when needed selectively. Appropriate levels of overexpression include those in which the transgene expresses at least 10 times more than the naturally occurring level of a particularly preferred intracellular transgene. Sustained promoters suitable for use in the practice of the present invention include cauliflower mosaic virus 35S (CaMV35S) promoters known in the art and widely available (US Pat. No. 5,097,925) and the like.

본 발명에서 기재된 SCaM4와 SCaM5는 재조합 전환유전자분자에 의하여 암호화된다. 여기서 사용된 '전환유전자(transgene)'라는 용어는 DNA나 RNA분자를 말한다. 여기서 사용된 전환유전자는 생물학적으로 활동적인 아미노산서열, 즉 단백질을 암호화한다.SCaM4 and SCaM5 described herein are encoded by recombinant transgene molecules. The term 'transgene' as used herein refers to DNA or RNA molecules. The transgene used herein encodes a biologically active amino acid sequence, a protein.

발현카세트는 일반적으로 SCaM4나 SCaM5 단백질을 암호화하는 전환유전자를 포함한다. 발현카세트는 원하는 단백질을 합성하기 위한 구조유전자, 즉 cDNA의 전사(transcription)와 번역(translation)을 지시할 수 있는 DNA분자를 말한다. 발현벡터는 원하는 단백질을 암호화하는 적어도 하나의 전환유전자와, 전환유전자가 작동할 수 있도록 결합된 적어도 하나의 프로모터와, 전사종결서열(transcription terminator sequence)로 구성된다. 따라서 단백질을 암호화하는 단편은 프로모터부위의 조절하에서 번역에 의하여 원하는 단백질을 제공할 수 있는 전사체로 전사된다. 발현카세트의 다양한 단편들의 적절한 리딩프레임(reading frame)의 위치와 방향은 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 사람들의 지식의 범위내이다.Expression cassettes generally contain a transgene encoding an SCaM4 or SCaM5 protein. The expression cassette refers to a structural gene for synthesizing a desired protein, that is, a DNA molecule capable of directing transcription and translation of cDNA. The expression vector consists of at least one transgene encoding a desired protein, at least one promoter coupled to enable the transgene to operate, and a transcription terminator sequence. Thus, the fragment encoding the protein is transcribed into a transcript capable of providing the desired protein by translation under the control of the promoter site. The location and orientation of the appropriate reading frame of the various fragments of the expression cassette are within the knowledge of those of ordinary skill in the art.

여기서 사용되는 '플라스미드(plasmid)'나 '벡터(vector)'라는 용어는 염색체에 결합되지 않는 환상의 이중가닥 DNA루프(loop)를 말한다. 플라스미드는 그 안에 포함된 DNA서열을 발현할 수 있도록 하는 DNA를 가지고 있고, 그러한 서열들은 그들의 발현에 영향을 줄 수 있는 다른 서열들, 즉 프로모터서열들과 효과적으로 연관되어 있다. 현재 본 발명의 유전자전환 담배식물을 생산하기 위하여 보다 바람직한 벡터는 다음의 실시예부분에서 설명되는 플라스미드 pLES9804와 pLES9805이다.As used herein, the term 'plasmid' or 'vector' refers to an annular double-stranded DNA loop that does not bind to a chromosome. Plasmids have DNA that enables them to express the DNA sequences contained therein, and those sequences are effectively associated with other sequences, that is, promoter sequences, that can affect their expression. More preferred vectors for producing the transgenic tobacco plants of the present invention are the plasmids pLES9804 and pLES9805 described in the Examples section below.

'다중질병저항성'이라는 용어는, 본 발명의 유전자전환식물과 다른 식물간의 저항성수준을 비교하는 상황에서 사용될 때, 유전자전환되지 않은 식물이나 단일유전자만 유전자전환된 식물과 비교하여 병원체의 공격에도 불구하고 원하는 표현형(phenotype)을 유지하는 본 발명의 유전자전환식물의 능력을 말한다. 저항성의 수준은 본 발명에 의한 식물의 물리적 특성과 병원체의 감염에 노출되거나 노출되지 않은 유전자전환되지 않은 식물의 물리적 특성을 비교하여 결정할 수 있다.The term 'multi-disease resistance', when used in the context of comparing the resistance level between the transgenic plants of the present invention and other plants, despite the attack of the pathogen compared to the non-transgenic plant or a single genetically transgenic plant And the ability of the transgenic plant of the present invention to maintain the desired phenotype. The level of resistance can be determined by comparing the physical properties of the plant according to the invention with the physical properties of the non-transgenic plants that are exposed or not exposed to infection of the pathogen.

이종단백질을 암호화하는 유전자를 가진 상기 세포를 배양하는데 적용할 수 있는 방법들뿐 아니라 여기에서 사용된 구성들을 적절한 숙주세포내로 도입하는 방법들은 당해 기술분야에서 일반적으로 알려져 있다. 본 발명에 따르면, 벡터는 아그로박테리움 투메파시엔스(Agrobacterium tumefaciens) EHA101에 의하여 숙주세포내로 도입된다. 아그로박테리움으로부터 유래된 식물형질전환벡터들뿐만 아니라, 식물세포들내로 본 발명의 DNA구성들을 삽입하는데 고속의 탄도적 침투방법도 사용될 수 있다. 또다른 도입방법은 원형질체(protoplast)를 다른 원형질체들과 융합(fusion)하는 것이다. 일렉트로포레이션(electroporation)에 의해서도 DNA를 식물세포에 도입할 수 있다.Methods applicable to culturing such cells with genes encoding heterologous proteins as well as methods for introducing the constructs used herein into appropriate host cells are generally known in the art. According to the invention, the vector is introduced into the host cell by Agrobacterium tumefaciens EHA101. In addition to plant transformation vectors derived from Agrobacterium, high-speed ballistic penetration methods can be used to insert the DNA constructs of the present invention into plant cells. Another method of introduction is the fusion of protoplasts with other protoplasts. DNA can also be introduced into plant cells by electroporation.

본 발명의 일실시형태에서, 각각 SCaM4나 SCaM5를 암호화하는 전환유전자들을 가진 두 개의 발현카세트는 실시예에 기재된 바와 같이 제조된다. 그 발현카세트는 하나의 발현벡터로 결합되어 SCaM4나 SCaM5를 암호화하는 두 개의 개별적인 유전자를 포함하는 DNA구성을 형성한다. 그 벡터는 기능이 저하된 Ti 플라스미드를 가진 아그로박테리움 투메파시엔스 세포에 삽입된다.In one embodiment of the invention, two expression cassettes with transgenes encoding SCaM4 or SCaM5, respectively, are prepared as described in the Examples. The expression cassette is combined into one expression vector to form a DNA construct comprising two individual genes encoding either SCaM4 or SCaM5. The vector is inserted into Agrobacterium tumefaciens cells with a degraded Ti plasmid.

형질전환후, 상기 DNA구성을 포함하는 형질전환된 식물세포나 식물은 선택표지(selectable marker)를 사용하여 확인할 수 있다. 그 세포를 적절한 항생제(antibiotics)를 가진 성장배지에서 배양하여 형질전환된 식물세포를 선택할 수 있다.After transformation, transformed plant cells or plants comprising the DNA construct can be identified using a selectable marker. The cells can be cultured in growth media with appropriate antibiotics to select the transformed plant cells.

형질전환된 세포들을 선택한 후, 원하는 이종유전자의 발현을 확인할 수 있다. 노던 블랏 하이브리디제이션(Northern blot hybridization)에 의하여 삽입된 DNA에 의하여 암호화된 mRNA를 간단하게 검출할 수 있다. 또한 서던 블랏 하이브리디제이션(Southern blot hybridization)에 의하여 삽입된 DNA서열을 확인할 수 있다. 일단 원하는 전환유전자의 존재가 확인되면 전체 식물을 재생할 수 있다. 배양된 세포나 조직으로부터 배양할 수 있는 모든 식물은 본 발명에 의하여 형질전환될 수 있다.After selecting the transformed cells, the expression of the desired heterologous gene can be confirmed. MRNA encoded by the inserted DNA by Northern blot hybridization can be detected simply. In addition, the DNA sequence inserted by Southern blot hybridization can be confirmed. Once the presence of the desired transgene is confirmed, the entire plant can be regenerated. Any plant that can be cultured from cultured cells or tissues can be transformed by the present invention.

적어도 하나의 전환유전자를 가지는 발현카세트를 가진 두 개의 별개의 유전자전환식물을 교차수분법(cross-pollination method)으로 유성교배함으로써 본 발명의 유전자전환식물을 생산할 수 있다. 교배되는 종들에 따라 많은 표준육종기술중 하나를 사용할 수 있다.Genetically transgenic plants of the present invention can be produced by sexually crossing two separate transgenic plants having an expression cassette having at least one transgene with a cross-pollination method. Depending on the species being bred, one of many standard breeding techniques may be used.

본 발명의 실시에 사용하고자 하는 식물에는 외떡잎식물(monocotyledons)과 쌍떡잎식물(dicotyledons)이 모두 포함된다. 본 발명의 실시에 사용하고자 하는 전형적인 외떡잎식물에는 쌀, 밀, 옥수수, 보리 및 다른 곡물들이 포함되며, 전형적인 쌍떡잎식물에는 담배, 토마토, 감자, 대두 등이 포함된다.Plants to be used in the practice of the present invention include both monocotyledons and dicotyledons. Typical monocotyledonous plants to be used in the practice of the present invention include rice, wheat, corn, barley and other grains, and typical dicotyledonous plants include tobacco, tomatoes, potatoes, soybeans, and the like.

본 발명은 다음의 비한정적 실시예들에 의하여 보다 상세하게 설명될 것이다.The invention will be explained in more detail by the following non-limiting examples.

<결과><Result>

SCaM4는 길이가 1,429bp이고, 664bp의 5' 미번역부위(untranslated region)와 450bp의 단백질암호화서열(protein coding sequences)과 315bp의 3' 미번역부위를 가진다. 단백질암호화부위는 149개의 아미노산으로 구성된다. 폴리아데닐레이션 신호(polyadenylation signal)인 ATTAAA는 3' 미번역부위에서 나타났다.SCaM4 is 1,429 bp in length, has a 5 'untranslated region of 664 bp, a protein coding sequence of 450 bp and a 3' untranslated region of 315 bp. The protein encoding site consists of 149 amino acids. ATTAAA, a polyadenylation signal, appeared in the 3 'untranslated region.

뉴클레오티드서열을 다른 식물들의 CaM들, SCaM-1, 2, 3와 소의 CaM과 비교한 결과 그들의 단백질암호화부위들과 70% 이상의 서열상동성을 나타낸다. 그러나 SCaM-4의 5'과 3' 미번역부위들은 다른 SCaM들과 상당한 상동성을 나타내지 않는 것으로 보아, 이 cDNA클론은 대두게놈중 다른 유전자 전사체로부터 유래된 것으로 생각할 있다. 액틴(actin) 유전자의 경우, 뉴클레오티드서열은 식물액틴과 비식물액틴간 11-15%, 대두의 액틴유전자족 구성원들내에서는 6-9%만 차이가 난다. SCaM-4는 SCaM-1, 2, 3와 비교하여 30% 이상의 대단히 큰 차이가 난다.Nucleotide sequences were compared with CaMs of other plants, SCaM-1, 2, 3 and bovine CaM, and showed more than 70% sequence homology with their protein encoding sites. However, since the 5 'and 3' untranslated regions of SCaM-4 do not show significant homology with other SCaMs, this cDNA clone may be thought to be derived from other gene transcripts in the soybean genome. In the case of the actin gene, the nucleotide sequence differs only 11-15% between plant actin and non-plant actin, and only 6-9% within the actin family members of soybeans. SCaM-4 differs greatly by more than 30% compared to SCaM-1, 2 and 3.

고등식물의 CaM 및 소의 CaM과 SCaM-4의 추측 아미노산서열을 비교하면 SCaM-4가 그 추측아미노산서열과 80% 이상의 서열동일성을 가진다는 것을 알 수 있다. 만약 그렇지 않다면 식물 CaM들은 서로 95% 이상의 서열동일성을 가진다. 흥미롭게도, SCaM-4의 추측 아미노산서열은 매우 다르다. SCaM-4는 SCaM-1,2,3에 대해 32개 아미노산이 치환되고, 감자 CaM에 대해 26개 아미노산이 치환되고 소의 CaM에 대해 28개 아미노산이 치환된 것이다.Comparing the estimated amino acid sequences of CaM and bovine CaM and SCaM-4 of higher plants, it can be seen that SCaM-4 has more than 80% sequence identity with the estimated amino acid sequence. If not, the plant CaMs are at least 95% identical to each other. Interestingly, the estimated amino acid sequences of SCaM-4 are very different. SCaM-4 is 32 amino acids substituted for SCaM-1,2,3, 26 amino acids for potato CaM and 28 amino acids for bovine CaM.

주목할만한 치환은 제3 Ca2+-결합도메인에서 페닐알라닌(Phe)이 티로신(Tyr)으로 치환된 것이다. 소의 CaM에서, 티로신(Tyr)잔기는 Ca2+이 없을 때 표적 단백질들과 반응하도록 하는 기능을 하는 인산화가 된 것으로 생각되었다. 두 번째 주목할만한 치환은 제1 Ca2+-결합도메인에서 양전하를 띤 리신(Lys)이 음전하를 띤 글루타민산(Glu)으로 치환되고, 제2 Ca2+-결합도메인에서 프롤린(Pro)이 아스파르트산(Asp)으로 치환된 것이다. Ca2+-결합도메인의 치환은 Ca2+-결합친화력과 구조적 변화가 영향을 받는다는 것을 나타내었다. 또다른 주목할만한 치환은 글리신41(Gly41)이 아스파르트산(Asp)으로 세린81(Ser81)이 알라닌(Ala)으로 치환된 것이다. 이 잔기는 다양한 표적에서 매우 다양한 기본적인 양쪽성 α-나선들상의 두 개의 로브(lobe)를 고정시키기 위해서는 나선형 휨부위(helix bending sites)에 필수적이다. 글리신41(Gly41)은 크기가 작아 급격한 휨이 가능하기 때문에 진화과정중에서 매우 보존되었을 것이다. 더 크고 하전된 아스파르트산(Asp)은 이 휨을 방해할 것이다. 또한 발린-145(Val-145)를 소수성부분들에서 짧고 분기되지 않은 3개의 메티오닌(Met)으로 치환하면 특정 표적들의 활성화를 위한 개별적인 접촉을 제공할 수 있다.A notable substitution is the substitution of phenylalanine (Phe) with tyrosine (Tyr) in the third Ca 2+ -binding domain. In bovine CaM, tyrosine (Tyr) residues were thought to have been phosphorylated to function to react with target proteins in the absence of Ca 2+ . The second notable substitution claim 1 Ca 2+ - lysine (Lys) in the positively charged binding domain is replaced with glutamic acid (Glu) negatively charged, claim 2 Ca 2+ - the aspartic acid-proline (Pro) in the binding domain Substituted with (Asp). Ca 2+ - binding domain was substituted for Ca 2+ - indicated that the binding affinity and structural changes are affected. Another notable substitution is the substitution of glycine 41 (Gly 41 ) with aspartic acid (Asp) and serine 81 (Ser 81 ) with alanine (Ala). This residue is necessary for helix bending sites to fix two lobes on a wide variety of basic amphoteric α-helices at various targets. Glycine 41 (Gly 41) would have been highly conserved in evolution, because of the smaller size to be a sharp bending. Larger and charged aspartic acid (Asp) will interfere with this warpage. In addition, substitution of valine-145 (Val-145) with three short, unbranched methionines (Met) in the hydrophobic moieties can provide individual contact for activation of specific targets.

SCaM-5는 68bp의 5' 미번역부위, 450bp의 오픈 리딩프레임(open reading frame)과 397bp의 3' 미번역부위로 구성된다. 단백질암호화부위는 149개의 아미노산으로 구성된다. 폴리아데닐레이션신호는 발견되지 않았다.SCaM-5 is composed of 68bp 5 'untranslated region, 450bp open reading frame and 397bp 3' untranslated region. The protein encoding site consists of 149 amino acids. No polyadenylation signal was found.

다른 식물들의 CaM들, SCaM-1,-2,-3,-4와 소의 CaM의 뉴클레오티드서열은 그들의 단백질암호화부위내에서 70% 이상의 서열상동성을 나타낸다. 그러나 SCaM-5의 5'과 3' 미번역부위들은 다른 SCaM들과 상당한 상동성을 나타내지 않아 이 cDNA클론이 대두의 게놈중 다른 유전자전사체들로부터 유래된 것임을 암시한다. SCaM-5는 3' 미번역부위에서 ATTTA의 흥미로운 서열 모티브(motif)를 가진다. 이 모티브는 RNA분해효소(RNase)나 다른 세포인자들(cellular factors)에 의하여 인식되는 진핵세포의 mRNA 불안정화 모티브로서 알려져 있다.Nucleotide sequences of CaMs of other plants, SCaM-1, -2, -3, -4 and bovine CaM show more than 70% sequence homology within their protein encoding sites. However, the 5 'and 3' untranslated regions of SCaM-5 do not show significant homology with other SCaMs, suggesting that this cDNA clone is derived from other genes in the soybean genome. SCaM-5 has an interesting sequence motif of ATTTA in the 3 'untranslated region. This motif is known as the mRNA destabilizing motif of eukaryotic cells recognized by RNAase or other cellular factors.

SCaM-4는 고등식물 CaM 및 소의 CaM과 SCaM-5의 추측아미노산서열과 비교할 때 80% 이상의 서열상동성을 나타낸다. 흥미롭게도 SCaM-5의 추측아미노산서열들은 다른 SCaM들 및 식물 CaM들과 매우 다르다. SCaM-5는 SCaM-4에서 18개의 아미노산이 치환된 것으로 가장 분화된 SCaM 이형태체이다. 이러한 치환에는 SCaM-1과 -2에서 발견된 바와 같이 다섯 개의 아스파르트산(Asp)이 글루타민산(Glu)으로 치환되는 것이 포함된다. SCaM-4와 -5에서 주목할만한 아미노산 잔기의 치환중 하나는 제3 Ca2+-결합도메인에서 발견된 티로신99(Tyr99)잔기이다. 제3 Ca2+-결합도메인에서티로신99(Tyr99)잔기는 동물CaM에서만 발견되고 식물CaM서열들에서는 아직 발견되지 않았다. Tyr99src인산화효소(srckinase)와 인슐린수용체인산화효소(insulin receptor kinase)에 의한 표적인산화를 위한 부위로 생각된다. 또한 확인된 모든 CaM 서열들에서 보존된 세린81(Ser81)잔기가 SCaM-4와 -5에서는 각각 알라닌(Ala)이나 글루타민산(Glu)으로 치환된다. 시험관내에서(in vitro) 세린81(Ser81)잔기는 카제인인산화효소 II(casein kinase II)에 의하여 인산화되는 것으로 관찰된다. 서열비교로부터 명확하게 확인된 바와 같이, SCaM-5는 SCaM-4와 함께 신규타입의 CaM그룹으로 분류될 수 있다.SCaM-4 exhibits at least 80% sequence homology when compared to the higher amino acid CaM and bovine CaM and the estimated amino acid sequence of SCaM-5. Interestingly, the speculative amino acid sequences of SCaM-5 are very different from other SCaMs and plant CaMs. SCaM-5 is the most differentiated SCaM isoform with 18 amino acid substitutions in SCaM-4. Such substitutions include the replacement of five aspartic acids (Asp) with glutamic acid (Glu) as found in SCaM-1 and -2. One notable substitution of the amino acid residues at SCaM-4 and -5 is the tyrosine 99 (Tyr 99 ) residue found in the third Ca 2+ -binding domain. Tyrosine 99 (Tyr 99 ) residues in the third Ca 2+ -binding domain were found only in animal CaM and not yet in plant CaM sequences. Tyr 99 is considered as a target site for phosphorylation by src kinases (src kinase) and the insulin receptor kinase (insulin receptor kinase). In addition, the serine 81 (Ser 81 ) residues conserved in all identified CaM sequences are substituted with alanine (Ala) or glutamic acid (Glu) at SCaM-4 and -5, respectively. In vitro (in vitro) serine 81 (Ser 81) residue is observed to be phosphorylated by casein kinase II (casein kinase II). As is clearly identified from the sequence comparison, SCaM-5 can be classified into a novel type of CaM group together with SCaM-4.

대두세포현탁배양체를 푸사리움 솔라니로부터 제조된 비특이적 진균성 유도체로 처리한 결과, 그 서열들이 다른 CaM유전자들과 가장 다른 두가지 SCaM 유전자들이어서 다른 CaM에 속하게 될SCaM4SCaM5에 의해 암호화되는 mRNA가 10배 이상 크게 증가하였다(도 3A). 그들의 mRNA수준은 1시간째에 최고치를 나타내었고 12시간까지 서서히 감소하여 기분수준(basal level)으로 되었다. 미처리된 세포들에서 이들 두가지SCaM유전자들의 기본적인 발현수준은 매우 보존된SCaM유전자들인SCaM1, SCaM2SCaM3의 기본발현수준과 비교하여 낮았다.SCaM4SCaM5와 비교할 때 이들 3가지 보존된 SCaM 유전자들의 발현은 유도체처리에 의하여 활성화되지 않았다(도 3A). SCaM mRNA수준의 변화와 일치하여, SCaM1/2/3가 아닌 SCaM4/5의 단백질수준도 처리후 30분 내에 증가하였다(도 3B). SCaM4/5 단백질수준은 2시간후그들의 최고치인 수용성단백질 1㎎당 약 0.5㎍으로 되었고 12시간후 서서히 감소하였다. 반대로 SCaM1/2/3 단백질수준은 진균성유도체처리에 의하여 크게 변하지 않았다. 흥미롭게도 SCaM4와 SCaM5 유전자발현의 유도는 처리후 3시간부터 mRNA 수준이 증가하기 시작하는 페닐알라닌 암모니아-리아제 유전자의 유도보다 먼저 일어났다(도 3A 참조). 피토프토라 파라시티카 변종 니코티아네(Phytophthora parasiticavar.nicotianae)로부터 제조된 유도체는 이들 CaM 유전자발현에 유사한 효과가 있다(도 3C 참조).Treatment of soy cell suspension cultures with non-specific fungal derivatives prepared from Fusarium Solani resulted in mRNAs encoded by SCaM4 and SCaM5 , whose sequences are the two different SCaM genes that differ from other CaM genes and belong to different CaMs . Significantly increased more than 10 times (FIG. 3A). Their mRNA levels peaked at 1 hour and slowly decreased to 12 hours to basal level. The basic expression levels of these two SCaM genes in untreated cells were low compared to the basic expression levels of the highly conserved SCaM genes SCaM1, SCaM2 and SCaM3 . The expression of these three conserved SCaM genes was not activated by derivatization as compared to SCaM4 and SCaM5 (FIG. 3A). Consistent with changes in SCaM mRNA levels, protein levels of SCaM4 / 5 but not SCaM1 / 2/3 also increased within 30 minutes after treatment (FIG. 3B). After 2 hours, the SCaM4 / 5 protein level was about 0.5 µg / mg of their highest water-soluble protein and gradually decreased after 12 hours. In contrast, SCaM1 / 2/3 protein levels were not significantly changed by fungal derivative treatment. Interestingly, the induction of SCaM4 and SCaM5 gene expression occurred earlier than the induction of the phenylalanine ammonia-lyase gene, which began to increase mRNA levels 3 hours after treatment (see FIG. 3A). Derivatives made from the Phytophthora parasitica varieties Nicotiane ( Phytophthora parasitica var. Nicotianae ) have a similar effect on these CaM gene expression (see Figure 3C).

다음으로 우리는SCaM4SCaM5유전자발현의 유도에 관련된 분자신호들에 대하여 더 알아보기 위하여 식물방어관련 유전자들의 여러 가지 잠재적 유도체들의 효과를 조사하였다. 피토프토라 파라시티카 유도체와 박테리아병원체인avrC를 가지는 슈도모나스 시린제 변종 글리시니아(Psedomonas syringae pv.glycinea,Psg)는SCaM4SCaM5유전자 발현을 효과적으로 유도하였다. 단백질합성저해제인 시클로헥시미드(cycloheximide)는 피토프토라 파라시티카 유도체에 의한SCaM4SCaM5의 유도를 차단하지 않았다. 반대로 Ca2+킬레이트(chelator), 1,2-비스-(o-아미노페녹시)-에탄-N,N,N',N'-테트라아세트산[1,2-bis-(o-aminophenoxy)-ethane-N,N,N',N'-tetraacetic acid; BAPTA]의 추가는 이러한SCaM4SCaM5의 유도를 하지 못한 반면, Ca2+-이온전달체(ionopore)인 A23187은 단독으로도 진균성 유도체만큼 효과적으로SCaM4SCaM5의 발현을 충분히 유도하였다(도 3C). 그러나 외인성 살리실산(salicylic acid, SA) 1-5mM이나 과산화수소(hydrogen peroxide, H2O2) 1-10mM을 적용한 결과 24시간이 경과하는 동안SCaM4SCaM5유전자발현은 유도되지 않았다(데이터는 도시되지 않음). 과산화수소생성시스템[포도당(glucose)와 포도당산화효소(glucose oxidase)]과 과산화물생성시스템[크산틴(xanthine)과 크산틴산화효소(xanthine oxidase)]도SCaM4SCaM5유전자의 발현을 유도하지 못했다. 두 개의 관련되지 않은 신호분자들인 자스몬산(jasmonic acid, JA)과 앱시스산(Abscisic acid, ABA)도SCaM4SCaM5를 유도하지 못하였다. 이 결과들은 유도에 의한SCaM4SCaM5유전자들의 전사활성화가 단백질합성이 필요하지 않은 매우 빠른 과정이고 반응성 산소종(reactive oxygen species, ROS)와 SA의 합성과 축적보다 먼저 일어나거나 다른 질병저항성신호경로에 속한다는 것을 나타낸다. 또한 그들의 활성화는 특이적이었다; 상처(JA)와 결핍(ABA)과 같은 다른 스트레스반응과 관련된 신호화합물들은SCaM4SCaM5를 유도하지 않았다. 그러나 그들의 유도는 세포내 Ca2+농도의 증가에 의하여 매개되는 것으로 보인다.Next, we examined the effects of various potential derivatives of plant defense-related genes to learn more about the molecular signals involved in the induction of SCaM4 and SCaM5 gene expression. Pseudomonas syringa e pv. Glycinea ( Psg), which has a phytoptopara parasitica derivative and avrC , a bacterial pathogen, effectively induced SCaM4 and SCaM5 gene expression. Cycloheximide, a protein synthesis inhibitor, did not block the induction of SCaM4 and SCaM5 by phytophthora paracitica derivatives. Conversely, Ca 2+ chelator, 1,2-bis- ( o -aminophenoxy) -ethane-N, N, N ', N'-tetraacetic acid [1,2-bis- ( o -aminophenoxy)- ethane-N, N, N ', N'-tetraacetic acid; BAPTA] did not induce such SCaM4 and SCaM5 , whereas A23187, a Ca 2+ -ion transporter, alone alone induced sufficient expression of SCaM4 and SCaM5 as effectively as fungal derivatives (FIG. 3C). However, application of 1-5 mM exogenous salicylic acid (SA) or 1-10 mM hydrogen peroxide (H 2 O 2 ) did not induce SCaM4 and SCaM5 gene expression over 24 hours (data not shown). ). Hydrogen peroxide production systems (glucose and glucose oxidase) and peroxide production systems (xanthine and xanthine oxidase) also did not induce the expression of the SCaM4 and SCaM5 genes. Two unrelated signal molecules, jasmonic acid (JA) and abscisic acid (ABA), also failed to induce SCaM4 and SCaM5 . These results suggest that transcriptional activation of SCaM4 and SCaM5 genes by induction is a very rapid process that does not require protein synthesis and occurs prior to the synthesis and accumulation of reactive oxygen species (ROS) and SA, or other disease-resistant signaling pathways. Indicates that it belongs. Their activation was also specific; Signaling compounds associated with other stress responses such as wounds (JA) and deficiency (ABA) did not induce SCaM4 and SCaM5 . However, their induction seems to be mediated by an increase in intracellular Ca 2+ concentrations.

식물방어반응에서 일시적으로 분화된 SCaM 이형태체들의 생물학적 기능을 조사하기 위하여 지속성 콜리플라워 모자이크바이러스 35S 프로모터의 제어하에서SCaM4SCaM5를 지속적으로 발현하는 유전자전환 담배식물을 구성하였다. SCaM4나 SCaM5를 발현하는 유전자전환식물을 노던분석으로 선택하여 면역블랏분석법으로 확인하였다. 흥미롭게도 유전자전환 SCaM4와 SCaM5 식물은 가끔 그들의 잎에서 질병과 같은 회저성 반점들이 자발적으로 생성되었다(도4A, 도4B). 이 병소들은 처음에는 가장 오래된 성숙잎에서 나타났고, 꼭대기의 3-4개의 어린 잎은 병소가 나타나지 않았다. 이 결과들은 유전자전환식물에서 자발적인 병소형성이 발달학상으로 조절되었다는 것을 암시한다. 동일한 조건하에서 자란 형질전환되지 않은 야생형과 SCaM4와 SCaM5를 가지지 않은 빈 벡터로 형질전환된 대조군 유전자전환식물은 이러한 징후를 나타내지 않았다. 이 병소가 HR과 유사한 병소인지 여부를 결정하기 위하여, 형광현미경으로 그들을 조사하였다. HR과 유사한 병소는 자외선(UV)을 조사하면 쉽게 확인할 수 있는 형광물질을 세포벽에 축적하는 반면, 기계적 상처나 결빙과 해동에 의하여 생긴 회저성 부위는 그러한 형광성을 가지지 않는다. 유전자전환식물의 잎은 그들의 병소에 선명한 자외선자극성 형광물질을 축적하여, 이 회저성 병소가 HR과 유사한 병소와 유사함을 암시한다(도4C, 도4D).It was constructed continuity of cauliflower transgenic tobacco plants that continuously express the SCaM4 SCaM5 or under the control of a mosaic virus 35S promoter in order to investigate the biological function of a temporary differentiation in plant defense reactions SCaM conformers body. Transgenic plants expressing SCaM4 or SCaM5 were selected by Northern blot analysis and confirmed by immunoblot analysis. Interestingly, transgenic SCaM4 and SCaM5 plants sometimes spontaneously produced necrotic spots such as disease in their leaves (Figures 4A, 4B). These lesions initially appeared in the oldest mature leaves, and the top three or four young leaves did not appear. These results suggest that spontaneous lesion formation is genetically regulated in transgenic plants. Control transgenic plants transformed with the untransformed wild type grown under the same conditions and an empty vector without SCaM4 and SCaM5 did not show this indication. To determine whether these lesions were lesions similar to HR, they were examined by fluorescence microscopy. Lesions similar to HR accumulate fluorescent substances in the cell walls that can be easily identified by irradiation with UV light, whereas necrotic areas caused by mechanical wounds or freezing and thawing do not have such fluorescence. The leaves of transgenic plants accumulate vivid UV-stimulating fluorescent material in their lesions, suggesting that these necrotic lesions are similar to HR-like lesions (Figure 4C, 4D).

이 분화된 CaM 이형태체들인 SCaM4와 SCaM5의 지속적 발현은 항-SCaM1 항체에 의하여 인식되는 매우 보존된 세포내 담배 CaM의 수준에 영향을 미치지 않았다(도 5A). 항-SCaM1 항체는 매우 보존된 CaM 이형태체들인 SCaM1, SCaM2와 SCaM3 단백질을 동일하게 인식하였으나 다양한 SCaM4와 SCaM5는 인식하지 못하였다. 항-SCaM4 항체는 SCaM5와는 교차반응하였지만 매우 보존된 SCaM 이형태체와는 교차반응하지 않았다(16, 데이터는 도시되지 않음). 이 유전자전환식물에서 SCaM4와 SCaM5의 양은 전체 수용성 잎단백질 1㎎당 0.3-0.5㎍이 되는 것으로 추정되고, 이것은 대두세포에서 진균성 유도체에 의하여 유도된 SCaM4/5 단백질의 최고수준과 유사하다(도 3B참조). 또한 유전자전환식물에서 SCaM4와 SCaM5의 수준은 매우 보존된 CaM 이형태체들인 SCaM1, SCaM2와 SCaM3의 단백질 수준보다 많지 않았다. 따라서 이러한 유전자전환식물의 표현형은 비정상적 세포반응을 일으킬 수 있는 SCaM4나 SCaM5의 높은 수준의 과발현때문이 아니고, 오히려 병원체의 공격에 의하여 이들 유전자가 활성화된 후의 수준과 비슷한 이들 분화된 CaM 이형태체들의 수준때문인 것 같다.Sustained expression of these differentiated CaM variants, SCaM4 and SCaM5, did not affect the levels of highly conserved intracellular tobacco CaM recognized by anti-SCaM1 antibodies (FIG. 5A). Anti-SCaM1 antibodies recognized the same highly conserved CaM variants, SCaM1, SCaM2 and SCaM3 proteins, but did not recognize the various SCaM4 and SCaM5 proteins. Anti-SCaM4 antibodies cross reacted with SCaM5 but not with highly conserved SCaM isoforms (16, data not shown). The amount of SCaM4 and SCaM5 in these transgenic plants is estimated to be 0.3-0.5 µg per mg of total soluble leaf protein, which is similar to the highest level of SCaM4 / 5 protein induced by fungal derivatives in soybean cells (Fig. 3B). In addition, the levels of SCaM4 and SCaM5 in transgenic plants were not higher than the protein levels of the highly conserved CaM variants, SCaM1, SCaM2 and SCaM3. Thus, the phenotype of these transgenic plants is not due to the high overexpression of SCaM4 or SCaM5, which may cause abnormal cellular responses, but rather the level of these differentiated CaM isoforms similar to those after activation of these genes by pathogen attack. It seems to be because.

돌연변이를 형성하는 자발적인 병소는 때때로 발병관련(pathogenesis- related, PR) 단백질을 암호화하는 유전자의 발현의 증가와 병원체에 대한 저항성의 증가를 나타낸다. 흥미롭게도, 병원체가 없을 때 유전자전환 SCaM4와 SCaM5식물은 SAR의 발달동안 정상적으로 활성화되는 담배내 9개의 SAR 표지유전자 모두를 고수준으로 발현하였다(도 5B). 동일한 조건하에서 자란 야생형 식물과 SCaM4와 SCaM5를 가지지 않은 대조군의 빈 벡터로 형질전환된 식물은 이들 유전자를 발현하지 않았다. SAR-관련유전자들은 SCaM4와 SCaM5 유전자전환식물의 성장과 발달동안 지속적으로 발현되었고 병소들이 발달하지 않은 무균적으로 자란 어린 묘목의 잎에서도 분명히 발현되었다(도 5C). 따라서 유전자전환 SCaM4와 SCaM5 식물에서 PR 유전자의 발현은 병소형성과 독립적이었고, 이는 유전자전환식물에서 PR유전자발현이 세포사멸의 결과가 아님을 암시하였다.Spontaneous lesions that form mutations sometimes indicate increased expression of genes encoding pathogenesis-related (PR) proteins and increased resistance to pathogens. Interestingly, in the absence of pathogens, transgenic SCaM4 and SCaM5 plants expressed high levels of all nine SAR marker genes in tobacco normally activated during SAR development (FIG. 5B). Wild-type plants grown under the same conditions and plants transformed with empty vectors from controls without SCaM4 and SCaM5 did not express these genes. SAR-associated genes were continuously expressed during the growth and development of SCaM4 and SCaM5 transgenic plants and clearly expressed in the leaves of aseptically grown young seedlings with no developing lesions (FIG. 5C). Therefore, the expression of PR genes in transgenic SCaM4 and SCaM5 plants was independent of pathogenesis, suggesting that PR gene expression was not the result of cell death in transgenic plants.

SA는 어떤 식물방어반응의 활성화에 필요한 자연신호분자로 알려져 있다. 담배잎에 외인성 SA를 적용하면 PR단백질합성과 같은 병원체 유도성 SAR반응과 유사한 반응이 일어난다. 또한 여러 모의병소 돌연변이에서 세포내 SA수준은 병원체공격이 없는 야생형 식물의 SA수준보다 실질적으로 더 높다. 또한 SA분해효소를 암호화하는 박테리아성nahG유전자를 지속적으로 발현하는 유전자전환식물은 SAR을 유도하는 능력이 결여된다. 그러므로 우리는 SCaM4나 SCaM5 유전자전환식물들에서의질병저항반응이 세포내 SA수준의 향상때문인지 여부를 조사하였다. 놀랍게도, SCaM4와 SCaM5 유전자전환식물에서 SA수준은 야생형식물의 SA수준과 유사하였다(표 1).SA is known as a natural signal molecule for the activation of certain plant defense reactions. Application of exogenous SA to tobacco leaves results in a similar response to pathogen-induced SAR, such as PR protein synthesis. In addition, the levels of intracellular SAs in many mock mutations are substantially higher than those of wild-type plants without pathogen attack. In addition, transgenic plants that continuously express the bacterial nahG gene encoding SA degrading enzymes lack the ability to induce SAR. Therefore, we investigated whether disease resistance in SCaM4 or SCaM5 transgenic plants is due to an increase in intracellular SA levels. Surprisingly, SA levels in SCaM4 and SCaM5 transgenic plants were comparable to those of wild type (Table 1).

하기 표 1에서 SA의 수준(1g중당 ㎍)은 설명된 바와 같이 성숙한 식물의 위에서부터 4-5번째 중간잎들로부터 측정하였다. 데이터는 5개의 독립적 유전자전환식물계로부터 두 번 측정하여 평균한 것이다. 결합된 SA수준은 감염되지 않은 식물에서 검출한계 이하였다. 담배모자이크바이러스로 감염된 식물에서 세포내 SA수준은 접종후 10일째 측정하였다.In Table 1 below the levels of SA (μg / g) were determined from the 4-5th middle leaves from above of the mature plants as described. Data were averaged twice from five independent transgenic plant systems. Bound SA levels were below detection limits in uninfected plants. Intracellular SA levels in plants infected with tobacco mosaic virus were measured 10 days after inoculation.

유전자전환 SCaM-4와 SCaM-5 식물들에서의 세포내 살리실산(SA) 수준들Intracellular Salicylic Acid (SA) Levels in Transgenic SCaM-4 and SCaM-5 Plants 식물들Plants 미감염Uninfected TMV감염TMV infection 유리된 SALiberated SA 유리된 SALiberated SA 결합된 SACombined SA 야생형Wild type 0.042±0.0050.042 ± 0.005 2.8±0.52.8 ± 0.5 2.2±0.52.2 ± 0.5 유전자전환 SCaM-4Transgenic SCaM-4 0.031±0.0100.031 ± 0.010 4.1±1.04.1 ± 1.0 2.4±0.82.4 ± 0.8 유전자전환 SCaM-5Transgenic SCaM-5 0.035±0.0050.035 ± 0.005 2.5±0.52.5 ± 0.5 1.6±0.51.6 ± 0.5

또한 담배모자이크바이러스(tobacco mosaic virus, TMV)를 감염시킨 결과 유전자전환식물과 야생형식물에서의 SA수준이 유사하게 증가하여, 유전자전환식물에서의 SCaM4와 SCaM5의 발현이 세포내 SA축적에 영향을 미치지 않음을 나타내었다. 이 관찰들과 일치하여,nahG유전자의 존재와 발현은 SCaM4와 SCaM5 유전자전환식물에서 PR유전자가 지속적으로 발현하는 것을 억제하지 않았다(도 5D). 이 결과들은 SA가 SCaM4나 SCaM5에 의하여 매개된 식물질병저항반응들에 관여하지 않는다는 것을 강하게 나타낸다.In addition, infection of Tobacco mosaic virus (TMV) resulted in similar SA levels in transgenic plants and wild-type plants, so that expression of SCaM4 and SCaM5 in transgenic plants did not affect intracellular SA accumulation. Not shown. In line with this observation, the presence of the nahG gene and the expression did not inhibit the PR gene is constantly expressed in SCaM4 SCaM5 and transgenic plants (FIG. 5D). These results strongly indicate that SA is not involved in plant disease resistance responses mediated by SCaM4 or SCaM5.

마지막으로 우리는 유전자전환 SCaM4와 SCaM 식물의 병원체에 대한 저항성이변화했는지 여부를 평가하였다. 우리는 유전자전환식물과 야생식물에 우마이세트(oomycete) 진균성 병원체인 피토프토라 파라시티카 변종 니코티아네(Phytophthora parasiticavar.nicitianae)[흑주증(black shank disease)의 병인원]를 접종하였다. 피토프토라 파라시티카를 접종한 후 5일째에, 야생형 식물에서는 질병징후가 나타나기 시작했으나 유전자전환식물에서는 나타나지 않았다. 접종후 7일째에 야생형 식물은 잎이 시들고 줄기가 썩는 심각한 질병징후가 있어 접종후 8일만에 죽었다. 그러나 유전자전환식물은 감지할 만한 질병징후없이 건강하게 존속하였다(도 6A). 진균에 감염된 야생형 식물의 잎은 칼로오즈(callose)가 거의 침착되지 않고 진균성 균사들(hyphae)이 중단없이 퍼지는 것으로 나타났다(도 6B). 반대로 접종된 유전자전환식물에서는 그러한 진균성 균사의 성장이 없었고 대신에 진균성 침투부위를 둘러싸는 세포에서 자기형광물질의 침착 및 칼로오즈의 침착과 관련된 밝은 형광이 나타났다(도 6C). 이것은 HR의 특징이다. 흥미롭게도, 피토프토라 파라시티카 변종 니코티아네는 어버이의 형질전환되지 않은 크산티-엔씨(Xanthi-nc) 담배재배종에 대한 악성 병원체이지만 정상상태로는 HR을 일으키지 않는다. 유전자전환식물은 악성 박테리아성 병원체인 슈도모나스 시린제 변종 타바시(Peudomonas syringaepv.tabacci, Pst)에 대해서도 증가된 저항성을 나타내었다. 그들은 질병징후의 발달을 성공적으로 차단하였고,Pst의 유전자전환식물내 성장은 야생형 식물에서의 성장과 비교하여 10배 이상 지체되었다(도 6D). 또한 유전자전환 SCaM4와 SCaM5 식물은 악성 바이러스성 병원체인 TMV에 대하여 증가된 저항성을 나타내었다. 유전자전환 식물에서는 야생형식물보다 약12시간 빨리 TMV유도성 HR 병소가 발달하였다. 또한 유전자전환식물에서는 약 5배로 더 적고 더 작은 TMV유도성 병소가 있었으며(도 6E), 이는 TMV에 대한 증진된 저항성과 관련된 두가지 특징이다.Finally, we evaluated whether transgenic SCaM4 and SCaM plants have changed resistance to pathogens. We inoculated transgenic plants and wild plants with Phytophthora parasitica var.nicitianae (the pathogen of black shank disease), an oomycete fungal pathogen. . On day 5 after inoculation of phytophthora parasitica, signs of disease began to appear in wild-type plants but not in transgenic plants. On day 7 after inoculation, wild-type plants died of disease only 8 days after vaccination due to severe disease signs of withering leaves and rotting stems. However, transgenic plants survived healthy without detectable disease symptoms (FIG. 6A). The leaves of wild-type plants infected with fungi were found to have little callose deposited and fungal hyphae spread uninterrupted (FIG. 6B). In contrast, inoculated transgenic plants lacked the growth of such fungal hyphae and instead showed bright fluorescence associated with the deposition of autofluorescein and the deposition of carloose in the cells surrounding the fungal infiltration (FIG. 6C). This is a characteristic of HR. Interestingly, the phytophthora parasitika strain Nicotiane is a malignant pathogen for untransformed Xanthi-nc tobacco cultivars of the parent but does not cause HR in normal conditions. The transgenic plants also exhibited increased resistance to the malignant bacterial pathogen Pseudomonas syringae pv. Tabacci (Pst). They successfully blocked the development of disease symptoms, and growth in transgenic plants of Pst was delayed more than 10-fold compared to growth in wild-type plants (FIG. 6D). The transgenic SCaM4 and SCaM5 plants also showed increased resistance to TMV, a malignant viral pathogen. In transgenic plants, TMV-induced HR lesions developed about 12 hours earlier than wild-type plants. There were also about 5 times fewer and smaller TMV-induced lesions in transgenic plants (FIG. 6E), which is a two feature associated with enhanced resistance to TMV.

본 발명에서 식물방어신호에서 주된 Ca2+신호변환체인 CaM의 주된 역할을 증명하고자 하며, 그 결과 분화된 CaM이형태체들이 병원체유도성 Ca2+신호에 대한 신호수용체와 전달자의 역할을 함을 알 수 있다. 분화된 CaM 이형태체는 어떤 외부자극이 세포반응을 유도하는 그들의 발현을 활성화하는 동물시스템에서 fos나 jun와 같은 즉각적 초기 유전자들과 유사하다. 따라서 분화된 CaM 이형태체는 식물방어반응의 신규한 유도성 구성요소중 대표적인 것이다.In the present invention, the main role of CaM, a major Ca 2+ signal transducer in plant defense signals, is to be demonstrated. As a result, it is known that the differentiated CaM isoforms act as signal receptors and transporters for pathogenic Ca 2+ signals. Can be. Differentiated CaM isoforms resemble immediate early genes, such as fos or jun, in animal systems in which external stimuli activate their expression to induce cellular responses. Thus differentiated CaM isoforms are representative of novel inducible components of plant defense reactions.

이러한 분화된 CaM이형태체를 지속적으로 발현하는 유전자전환식물은 자발적인 모의병소 돌연변이의 표현형과 유사한 표현형을 가졌다; 그러나 거기에는 여러 가지 주목할만한 차이점들이 있다. 첫 번째는 세포사멸과 PR유전자발현사이의 인과관계에 관한 것이다. PR유전자발현은lsdacd돌연변이에서의 세포사멸과 밀접하게 연결되어 있지만, SCaM4와 SCaM5 유전자전환식물에서의 세포사멸과는 독립적이다. 두 번째 주된 차이점은 SA 의존성이다. 대부분의 모의병소 돌연변이에서의 SA수준은 정상적인 식물에서의 SA수준보다 실질적으로 더 높다. 반대로 SCaM4와 SCaM5 유전자전환식물에서, 질병저항반응은 세포내 SA수준을 동시에 증가시키지 않으면서 활성화되었다. 또한nahG유전자의 공동발현에 의한 이들 유전자전환식물에서 SA을 제거하여도 PR유전자의 지속적 발현은 차단되지 않았다. 이러한 관찰은 분화된 이형태체가 SA-독립적 경로(들)을 통하여 식물질병저항반응을 활성화한다는 것을 강하게 나타낸다.Transgenic plants consistently expressing these differentiated CaM dimorphs had a phenotype similar to that of spontaneous mock lesion mutations; But there are several notable differences. The first concerns the causal relationship between cell death and PR gene expression. PR gene expression is closely linked to apoptosis in lsd and acd mutations, but is independent of apoptosis in SCaM4 and SCaM5 transgenic plants. The second major difference is the SA dependency. SA levels in most mock mutations are substantially higher than SA levels in normal plants. Conversely, in SCaM4 and SCaM5 transgenic plants, disease resistance was activated without simultaneously increasing intracellular SA levels. In addition, the removal of SA from these transgenic plants by co-expression of the nahG gene did not block the continuous expression of the PR gene. This observation strongly indicates that the differentiated isoforms activate the plant disease resistance response through the SA-independent pathway (s).

본 발명은 식물 CaM 이형태체사이의 기능적 차이에 대한 최초의 생체내(in vivo) 증거를 제공한다. 분화된 CaM 이형태체만이 병원체에 의하여 유도되어 유전자전환식물에서 방어반응을 일으킬 수 있는 반면, SCaM1과 SCaM2와 같은 다른 매우 보존된 CaM 이형태체는 이러한 특성을 가지지 않았다(데이터는 도시되지 않음). 분화된 CaM 이형태체는 NAD 인산화효소(NAD kinase)를 활성화하기 못하기 때문에 ROS생산에서 Ca2+/CaM경로는 매우 보존된 CaM 이형태체에 의해 매개되는 것으로 생각된다. 이 관찰결과는 분화된 CaM 이형태체들이 예정된 세포사멸과 방어유전자발현을 활성화하는 동안 매우 보존된 CaM 이형태체들이 ROS증가를 매개하는, 병원체에 대항하는 식물방어반응에서 CaM 이형태체의 협조적인 역할에 대한 모델을 지지한다.The present invention provides the first in vivo evidence for functional differences between plant CaM isoforms. Only differentiated CaM isoforms can be induced by pathogens to cause a protective response in transgenic plants, while other highly conserved CaM isoforms such as SCaM1 and SCaM2 did not have this property (data not shown). Since differentiated CaM isoforms do not activate NAD kinase, the Ca 2+ / CaM pathway in ROS production is thought to be mediated by highly conserved CaM isoforms. These observations indicate that the highly conserved CaM isoforms mediate ROS increase while the differentiated CaM isoforms activate predetermined cell death and protective gene expression, which contributes to the cooperative role of CaM isoforms in plant defense responses against pathogens. Support the model.

여러 가지 다른 전환유전자를 지속적으로 발현하는 유전자전환식물은 모의병소의 표현형과 변화된 질병저항성을 가지는 것으로 나타났다. 이 유전자에는 할로박테리움(Halobacterium)의 옵신(opsin)유전자, 돌연변이 유비퀴틴(mutant ubiquitine)ubR48유전자, 콜레라독소서브유닛(cholera toxin subunit) A1 유전자 및 효모의 자당효소(yeast invertase)가 포함된다. 이러한 유전자전환식물은 세포내 SA의 수준이 증가하고, 이것은 그들의 변화된 질병저항성반응이 이러한 전환유전자에 의해 유도된 대사상 스트레스에 속하는 것으로 생각될 수 있는 SA축적의 결과임을 나타낸다. 그러므로 이 유전자들이 식물방어반응경로(들)의 진정한 구성요소인지 여부는 명확하지 않다. 그러므로 분화된 CaM 이형태체는 그들이 지속적으로 발현하여 질병저항성의 증가를 유도하는 식물방어신호중 최초의 '자연적' 병원체 유도성 구성요소들중 하나임을 알 수 있다. 본 발명은 식물질병저항성을 유도하는 경로(들)에 대한 우리의 이해를 증진시킬 뿐만 아니라 광범위한 병원체들에 대하여 저항성을 가진 유전적으로 조작된 식물들에 대한 새로운 기회를 부여한다.Transgenic plants that consistently express several different transgenes have been shown to have mock-type phenotypes and altered disease resistance. These genes include the opsin gene of Halobacterium , the mutant ubiquitine ubR48 gene, the cholera toxin subunit A1 gene, and the yeast invertase. These transgenic plants increase the level of intracellular SAs, indicating that their altered disease resistance response is the result of SA accumulation that can be thought of as belonging to metabolic stress induced by these transgenes. Therefore, it is not clear whether these genes are true components of the plant defense pathway (s). Therefore, it can be seen that the differentiated CaM isoforms are one of the first 'natural' pathogen-inducible components of plant defense signals that are constantly expressed and lead to increased disease resistance. The present invention not only enhances our understanding of the path (s) leading to plant disease resistance, but also presents new opportunities for genetically engineered plants that are resistant to a wide range of pathogens.

이하 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다. 그러나 다음의 실시예들은 본 발명을 예시하는 것으로 본 발명의 범위를 한정하는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the following examples. However, the following examples are illustrative of the invention and do not limit the scope of the invention.

하기에서 설명되는 DNA재조합기술의 절차들은 당해 기술분야에서 공지이고 통상적으로 적용되는 것들이다. 이 기술들과 다양한 다른 기술들은 분자클로닝-실험매뉴얼(Sambrook et al.저, 1989)에 따라 일반적으로 행해진다. 모든 일반적인 인용들은 이 문서를 통해 제공된다. 여기에 포함된 모든 정보들은 인용에 의해 기재된다.The procedures of the DNA recombination technique described below are those known in the art and commonly applied. These techniques and various other techniques are generally done according to the molecular cloning-experimental manual (Sambrook et al., 1989). All general citations are provided throughout this document. All information contained herein is incorporated by reference.

<실시예 1---대두로부터 칼모듈린 cDNA들의 분리>Example 1--Isolation of Calmodulin cDNAs from Soybeans

대두로부터 SCaM-4 cDNA클론의 분리Isolation of SCaM-4 cDNA Clones from Soybeans

SCaM cDNA 클론을 분리하기 위하여 4일된 묘목들의 반(半)정상부와 반(半)생장부들의 폴리(A)+RNA로 구성된 스트라타진(Stratagene)사의 λZAP 대두 cDNA라이브러리를 사용하였다. 라이브러리 스크리닝은 아머샴(Amersham)사의 ECL유전자검출시스템을 사용하여 행하였다. 쌀의 게놈 칼모듈린클론인cam-2을 탐침(probe) DNA로 사용하였다. 약 35,000개의 파지(phage)들을 대장균 KL1-블루(E.coli XL1-Blue)에 도포하고 아머샴사의 하이본드 N+(Hybond N+) 나일론막으로 옮겼다. 파지들이 옮겨진 막은 0.5M 수산화나트륨(NaOH)수용액, 1.5M 염화나트륨(NaCl)수용액에 5분간 담가 변성(denature)시켰다. 다음에 그 막을 실온에서 0.5M의 트리스염산용액(Tris-HCl)(pH 8.0)과 1.5M 염화나트륨수용액에 3분씩 2회 담가 중화시켰다. 그 막을 0.4N 수산화나트륨수용액에 2분간 담가 알칼리고정시켰다. 그 막을 0.5M 염화나트륨과 5% 차단제(blocking agent)를 포함한 하이브리디제이션 완충용액(hybridization buffer)으로 37℃에서 2시간동안 하이브리디제이션을 위한 전처리를 하였다. 그 다음에 그 막을 부드럽게 흔들어 주면서 37℃에서 6시간동안 양고추냉이 과산화제(horseradish peroxidase)로 라벨된 탐침DNA로 하이브리디제이션시켰다. 하이브리디제이션후 6M 우레아, 0.4배 SSC, 0.5% SDS로 37℃에서 20분간 2회 세척하고 실온에서 2배 SSC로 5분간 2회 세척하였다. 그 후 그 막을 검출시약 A, B로 1분간 검출하였고, 다음에 코닥사의 X-OMAT AR 필름에 10분간 노출하였다. 양성적으로 하이브리디제이션한 플라크(plaque)들은 다음 라운드의 플라크 하이브리디제이션으로 더 정제되었다.To isolate the SCaM cDNA clone, Stratagene's λZAP soybean cDNA library consisting of the polytops of the four-day seedlings and the poly (A) + RNA of the semi-growths was used. Library screening was done using Amersham's ECL gene detection system. The genomic calmodulin clone of rice, cam-2 , was used as probe DNA. About 35,000 phages were applied to E. coli XL1-Blue and transferred to Amersham's Highbond N + (Hybond N + ) nylon membrane. The membranes to which phages were transferred were denatured by soaking in 0.5 M sodium hydroxide (NaOH) solution and 1.5 M sodium chloride (NaCl) solution for 5 minutes. The membrane was then neutralized by dipping twice in 0.5 M tris hydrochloric acid solution (Tris-HCl) (pH 8.0) and 1.5 M aqueous sodium chloride solution at room temperature twice. The membrane was immersed in 0.4N aqueous sodium hydroxide solution for 2 minutes and alkali fixed. The membrane was pretreated for hybridization at 37 ° C. for 2 hours with hybridization buffer containing 0.5 M sodium chloride and 5% blocking agent. The membrane was then hybridized with probe DNA labeled horseradish peroxidase for 6 hours at 37 ° C. with gentle shaking of the membrane. After hybridization, 6M urea, 0.4-fold SSC, 0.5% SDS was washed twice at 37 ° C. for 20 minutes and twice at room temperature for 2 minutes with 2 times SSC. The membrane was then detected with detection reagents A and B for 1 minute and then exposed to Kodak X-OMAT AR film for 10 minutes. Positively hybridized plaques were further purified with the next round of plaque hybridization.

cDNA 삽입체를 얻기 위하여, 정제된 양성 플라크들을 헬퍼파지(helper phage) R408을 가진 pBluescript-SK(-)로 생체내 절제하였다. 200㎕의 XL1-블루 숙주세포들(O.D600=1.0)을 약 1×106pfu/㎖를 포함하는 λZAP 파지스톡(phage stock) 200㎕와 1㎕의 R408 헬퍼파지(1×106pfu/㎖)와 혼합하였다. 혼합체를 37℃에서 15분간 배양한 후 5㎖의 2배 YT배지[1ℓ당 박토트립톤(Bacto tryptone) 16g, 박토효모추출물(Bacto Yeast Extract) 10g과 염화나트륨 10g]를 첨가하였다. 흔들어 주면서 37℃에서 3시간동안 배양한 후, 헬퍼파지를 불활성화시키고 박테리아를 죽이기 위하여 혼합액을 70℃에서 20분동안 가열하였다. 다음에 그 혼합액을 4000g에서 10분간 원심분리하고 상등액을 멸균시험관에 옮겨 4℃에서 저장하였다. 이 스톡으로부터 절제된 파지미드(Phagemid)를 얻기 위하여, 200㎕의 XL1-블루 숙주세포(O.D600=1.0)와 200㎕의 파지스톡을 결합하였고, 그 다음에 37℃에서 15분동안 배양하였다. 50㎕의 혼합체를 LB/암피실린(ampicillin) 플레이트에 도포하였고 37℃에서 12시간동안 배양하였다. 얻어진 파지미드를 가진 암피실린저항성 콜로니들을 관찰할 수 있었다.To obtain cDNA inserts, purified positive plaques were excised in vivo with pBluescript-SK (−) with helper phage R408. 200 μl of XL1-Blue host cells (OD 600 = 1.0) 200 μl of λZAP phage stock containing about 1 × 10 6 pfu / ml and 1 μl of R408 helper phage (1 × 10 6 pfu / Ml). After incubating the mixture for 15 minutes at 37 ° C., 5 ml of 2-fold YT medium (16 g of Bacto tryptone per liter, 10 g of Bacto Yeast Extract and 10 g of sodium chloride) was added. After incubation at 37 ° C. for 3 hours with shaking, the mixture was heated at 70 ° C. for 20 minutes to inactivate helper phage and kill bacteria. Next, the mixture was centrifuged at 4000 g for 10 minutes and the supernatant was transferred to a sterile test tube and stored at 4 ° C. To obtain phagemid excised from this stock, 200 μl of XL1-blue host cell (OD 600 = 1.0) and 200 μl of phagestock were combined and then incubated at 37 ° C. for 15 minutes. 50 μl of the mixture was applied to LB / ampicillin plates and incubated at 37 ° C. for 12 hours. Ampicillin resistant colonies with the obtained phagemid were observed.

응용바이오시스템사의 373A 자동화된 DNA 염기서열기(DNA sequencer)를 사용하여 응용바이오시스템사(Applied Biosystem)의Taq염료 프라이머 사이클링 염기서열 키트(TaqDye Primer Cycling Sequencing Kit)를 가지고 이중가닥 플라스미드 DNA에 대한 염기서열반응을 행하였다. IBM PC상에서 히타치(Hitachi)사의 DNASIS를 사용하거나 DEC 스테이션 3300/울트릭스 시스템(Digital Equipment Corporation station 3300/Ultrix system)에 GCG패키지(Genetics Computer Group; 유전학컴퓨터그룹, 위스콘신대학교)를 사용하여 뉴클레오티드서열을 분석하였다.Applications Open Biosystems Inc. stand 373A automated DNA bases (DNA sequencer) using the Applied Biosystems Inc. (Applied Biosystem) of the Taq Dye Primer Cycling sequencing kit has (Taq Dye Primer Cycling Sequencing Kit) for double-stranded plasmid DNA A sequencing reaction was performed. Hitachi DNASIS on IBM PCs or GCG packages (Genetics Computer Group, University of Wisconsin) on DEC Station 3300 / Ultrix system Analyzed.

쌀의 게놈클론인cam-2를 탐침으로 사용하여 λZAP cDNA 라이브러리를 스크리닝하여 대두 CaM을 암호화하는 cDNA를 분리하였다. 3.5×104클론들중 62개의 양성클론들로부터 SCaM-1, 2와 3을 분리하여 미리 서열을 확인하였다. 매우 낮은 세기를 가진 15클론들을 무작위로 선택되었고 2-3회 이상 스크리닝하였다. 이 클론들의 부분적인 뉴클레오티드 염기서열과 제한효소지도(restriction enzyme mapping)의 분석을 통하여, 매우 긴 cDNA크기와 다른 SCaM들과 비교하여 다른 제한효소지도패턴을 가진 하나의 클론을 선택하였다.ΛZAP cDNA libraries were screened using cam-2 , a genomic clone of rice as a probe, to isolate cDNA encoding soybean CaM. SCaM-1, 2 and 3 were isolated from 62 positive clones among 3.5 × 10 4 clones to confirm the sequence in advance. 15 clones with very low intensity were randomly selected and screened 2-3 times. Partial nucleotide sequences and restriction enzyme mapping of these clones were used to select one clone with a very long cDNA size and a different restriction map pattern compared to other SCaMs.

최종적으로 선택된 클론은 완전한 cDNA였고, SCaM-4로 명명되었다(서열 제1번). 내부서열(internal sequence)에 두 개의HindIII효소부위와 하나의EcoRI효소부위가 있다. 그러므로HindIII단편, 두개의EcoRI-HindIII단편들은 pBluscript SK(-)에 대하여 서브클로닝되었고,EcoRI-XhoI단편은 pBluscript SK(-)상에서 자기결합(self-ligation)되었다. 그리고 나서 양방향으로 그 단편들의 염기서열을 확인하였다. 긴HindIII 단편은 ExoIII효소를 사용하는 삭제염기서열법(deletion sequencing method)으로 염기서열을 확인하였다.The finally selected clone was a complete cDNA and was named SCaM-4 (SEQ ID NO: 1). There are two Hind III enzyme sites and one EcoR I enzyme site in the internal sequence. Therefore, the Hind III fragment, two EcoR I- Hind III fragments were subcloned for pBluscript SK (-), and the EcoR I- Xho I fragment was self-ligation on pBluscript SK (-). Then, the sequences of the fragments were confirmed in both directions. The long Hind III fragment was identified by a deletion sequencing method using ExoIII enzyme.

대두로부터 SCaM-5 cDNA클론의 분리Isolation of SCaM-5 cDNA Clones from Soybeans

SCaM cDNA 클론들을 분리하기 위하여 4일된 묘목들의 반(半)정상부와 반(半)생장부들의 폴리(A)+RNA로 구성된 스트라타진(Stratagene)사의 λZAP 대두 cDNA라이브러리를 사용하였다. 라이브러리는 아머샴(Amersham)사의 ECL유전자검출시스템을 사용하여 스크리닝하였다. 쌀의 게놈 칼모듈린클론인cam-2를 탐침(probe) DNA로 사용하였다. 약 50,000개의 파지(phage)들을 대장균 KL1-블루(E.coli XL1-Blue)에 도포하고 아머샴사의 하이본드 N+(Hybond N+) 나일론막으로 옮겼다. 파지들이 옮겨진 막은 0.5M 수산화나트륨(NaOH)수용액, 1.5M 염화나트륨(NaCl)수용액에 7분간 담가 변성(denature)시켰다. 다음에 그 막을 실온에서 0.5M의 트리스염산용액(Tris-HCl)(pH 7.5)과 1.5M 염화나트륨수용액에 7분간 담가 중화시켰다. 그 후 그 막을 37℃에서 2시간동안 0.5M 염화나트륨과 5% 차단제(blocking agent)를 포함한 하이브리디제이션 완충용액(hybridization buffer)으로 하이브리디제이션을 위한 전처리를 하였다. 그 다음에 그 막을 부드럽게 흔들어 주면서 37℃에서 12시간동안 양고추냉이 과산화제(horseradish peroxidase)로 라벨된 탐침DNA로 하이브리디제이션시켰다. 하이브리디제이션후 6M 우레아, 0.4배 SSC, 0.5% SDS로 37℃에서 20분간 2회 세척하고 37℃에서 2배 SSC로 5분간 2회 세척하였다. 양성적으로 하이브리디제이션한 플라크들을 검출시약 A, B를 1분간 사용하여 가시화하였고, 코닥사의 X-OMAT AR 필름에 10분간 노출하였다. 양성적으로 하이브리디제이션한 플라크들은 다음 라운드의 플라크 하이브리디제이션으로 더 정제되었다. cDNA 삽입체를 얻기 위하여, 정제된 양성 플라크들을 헬퍼파지(helper phage) R408을 가진 pBluescript-SK(-)로 생체내 절제하였다. 200㎕의 XL1-블루 숙주세포들(O.D600=1.0)을 약 1×106pfu/㎖를 포함하는 λZAP 파지스톡(phage stock) 200㎕와 헬퍼파지 R408 1㎕와 혼합하였다. 혼합체를 37℃에서 15분간 배양한 후 5㎖의 2배 YT배지를 첨가하였다. 흔들어 주면서 37℃에서 3시간동안 배양한 후, 헬퍼파지를 불활성화시키고 박테리아를 죽이기 위하여 혼합액을 70℃에서 20분 동안 가열하였다. 다음에 그 혼합액을 4000g에서 10분간 원심분리하고 상등액을 멸균시험관에 옮겨 4℃에서 저장하였다. 이 스톡으로부터 절제된 파지미드(Phagemid)를 얻기 위하여 200㎕의 XL1-블루 숙주세포(O.D600=1.0)와 100㎕의 파지스톡을 결합시킨 후 37℃에서 20분간 배양하였다. 50㎕의 혼합체를 LB/암피실린(ampicillin) 플레이트에 도포하였고 37℃에서 15시간동안 배양하였다. 알칼리분해 DNA추출법(alkaline lysis minipreps)으로 암피실린저항성 콜로니들이 적절한 파지미드들을 가지는지 조사하였다.To isolate SCaM cDNA clones, Stratagene's λZAP soybean cDNA library consisting of the polytops of the four-day seedlings and the poly (A) + RNAs of the semi-growths were used. Libraries were screened using the ECL gene detection system from Amersham. The genomic calmodulin clone of rice, cam-2 , was used as probe DNA. About 50,000 phages were applied to E. coli XL1-Blue and transferred to Amersham's Highbond N + (Hybond N + ) nylon membrane. The membranes to which phages were transferred were denatured by soaking in 0.5 M sodium hydroxide (NaOH) solution and 1.5 M sodium chloride (NaCl) solution for 7 minutes. Subsequently, the membrane was immersed in a 0.5 M tris hydrochloric acid solution (Tris-HCl) (pH 7.5) and a 1.5 M aqueous sodium chloride solution at room temperature for 7 minutes to neutralize. The membrane was then pretreated for hybridization with hybridization buffer containing 0.5 M sodium chloride and 5% blocking agent at 37 ° C. for 2 hours. The membrane was then hybridized with probe DNA labeled horseradish peroxidase for 12 hours at 37 ° C. with gentle shaking of the membrane. After hybridization, 6M urea, 0.4 times SSC, 0.5% SDS was washed twice at 37 ° C. for 20 minutes and twice at 37 ° C. for 2 minutes with SSC. Positively hybridized plaques were visualized using detection reagents A and B for 1 minute and exposed to Kodak X-OMAT AR film for 10 minutes. Positively hybridized plaques were further purified with the next round of plaque hybridization. To obtain cDNA inserts, purified positive plaques were excised in vivo with pBluescript-SK (−) with helper phage R408. 200 μl of XL1-Blue host cells (OD 600 = 1.0) were mixed with 200 μl of λZAP phage stock containing about 1 × 10 6 pfu / ml and 1 μl of helper phage R408. The mixture was incubated at 37 ° C. for 15 minutes and then 5 ml of 2-fold YT medium was added. After incubation at 37 ° C. for 3 hours with shaking, the mixture was heated at 70 ° C. for 20 minutes to inactivate helper phage and kill bacteria. Next, the mixture was centrifuged at 4000 g for 10 minutes and the supernatant was transferred to a sterile test tube and stored at 4 ° C. To obtain phagemids excised from the stock, 200 μl of XL1-blue host cells (OD 600 = 1.0) were combined with 100 μl of phagestock and incubated at 37 ° C. for 20 minutes. 50 μl of the mixture was applied to LB / ampicillin plates and incubated at 37 ° C. for 15 hours. Alkaline lysis minipreps were used to determine whether ampicillin resistant colonies had appropriate phagemids.

제조자에 의해 특정된 바와 같은 응용바이오시스템사의 373A 자동화된 DNA 염기서열기를 사용하여 응용바이오시스템사의Taq염료 프라이머 사이클링 염기서열 키트(TaqDye Primer Cycling Sequencing Kit)를 가지고 이중가닥 플라스미드 DNA에 대한 염기서열반응을 행하였다. IBM PC상에서 히타치사의 DNASIS를 사용하거나 DEC 스테이션 3300/울트릭스 시스템(Digital Equipment Corporation station 3300/Ultrix system)에 GCG패키지(Genetics Computer Group; 유전학컴퓨터그룹, 위스콘신대학교)를 사용하여 뉴클레오티드서열을 분석하였다.Nucleotide sequence of the application of Biosystems Inc. 373A using the open standing automated DNA bases have applied Biosystems, Inc. Taq dye primer cycling sequencing kit (Taq Dye Primer Cycling Sequencing Kit) double-stranded plasmid DNA as specified by the manufacturer The reaction was carried out. Nucleotide sequences were analyzed using Hitachi's DNASIS on an IBM PC or using the GCG package (Genetics Computer Group, University of Wisconsin) in a DEC Station 3300 / Ultrix system.

쌀의 게놈클론인cam-2를 탐침으로 사용하여 λZAP cDNA 라이브러리를 스크리닝하여 대두 CaM을 암호화하는 cDNA를 분리하였다. 3.5×104클론들중 62개의 양성클론들로부터 SCaM-1, -2, -3과 -4를 분리하여 미리 서열을 확인하였다. 그러나 다섯 번째 클론은 5' 부위가 잘려졌다. 완전한 클론을 얻기 위하여, 그 라이브러리를 3' 미번역부위로부터 만들어진 특정 탐침으로 다시 스크리닝하였다. 4클론들의 부분적인 뉴클레오티드 염기서열과 제한효소지도(restriction enzyme mapping)의분석을 통하여, 잘려진 클론(truncated clone)과 동일한 뉴클레오티드서열을 가진 하나의 클론을 선택하였다. 선택된 클론은 완전한 cDNA인 것으로 나타났다. 이 클론은 SCaM-5로 명명되었다. 내부서열(internal sequence)에 하나의EcoRI효소부위와 하나의SacI효소부위가 있다.ΛZAP cDNA libraries were screened using cam-2 , a genomic clone of rice as a probe, to isolate cDNA encoding soybean CaM. SCaM-1, -2, -3 and -4 were isolated from 62 positive clones among 3.5 x 10 4 clones to confirm the sequence in advance. However, the fifth clone cut off the 5 'region. To obtain a complete clone, the library was rescreened with specific probes made from 3 ′ untranslated sites. By analyzing partial nucleotide sequences and restriction enzyme mapping of four clones, one clone with the same nucleotide sequence as the truncated clone was selected. The selected clone was shown to be complete cDNA. This clone was named SCaM-5. There is one EcoR I enzyme site and one Sac I enzyme site in the internal sequence.

<실시예 2---발현벡터의 구성>Example 2--Configuration of Expression Vectors

플라스미드 pLES9804의 구성Composition of the plasmid pLES9804

담배식물에서 SCaM-4(서열번호 1)의 과발현에 대해서, 콜리플라워 모자이크 바이러스 35S 서브유닛(CaMV35S) 프로모터부위와 아그로박테리움 노팔린 신타제 터미네이터(Agrobacterium nopaline synthase terminator)의 제어하에서 SCaM-4를 가지는 이성분벡터들을 구성하였다. pGA643 이성분벡터를HpaI으로 분해하였다. SCaM-4 cDNA는RsaI으로 분해하였다. SCaM-4 cDNA로부터 RsaI으로 분해된 854bp DNA단편은 pLES9804를 주기 위하여 HpaI으로 분해된 pGA643벡터로 직접 클로닝되었다. 아그로박테리움 투메파시엔스 EHA101/pLES9804내의 상기 벡터는 부다페스트조약에 따라 KCTC(Korean Collection for Type Culture)에 수탁번호 제0545BP호로 기탁되어 있다.For overexpression of SCaM-4 (SEQ ID NO: 1) in tobacco plants, SCaM-4 was administered under the control of the Cauliflower Mosaic Virus 35S subunit (CaMV35S) promoter site and the Agrobacterium nopaline synthase terminator. The branch consists of two-component vectors. The pGA643 binary vector was digested with Hpa I. SCaM-4 cDNA was digested with Rsa I. The 854 bp DNA fragment digested with RsaI from SCaM-4 cDNA was directly cloned into pGA643 vector digested with HpaI to give pLES9804. The vector in Agrobacterium tumefaciens EHA101 / pLES9804 has been deposited with Accession No. 0545BP to the Korean Collection for Type Culture (KCTC) in accordance with the Budapest Treaty.

플라스미드 pLES9805의 구성Composition of the plasmid pLES9805

담배식물에서 SCaM-54(서열번호 3)의 과발현에 대해서, 콜리플라워 모자이크 바이러스 35S 서브유닛(CaMV35S) 프로모터부위와 아그로박테리움 노팔린 신타제 터미네이터(Agrobacterium nopaline synthase terminator)의 제어하에서 SCaM-5를 가지는 이성분벡터들을 구성하였다. pGA643 이성분벡터를HpaI으로 분해하였다.SCaM-5 cDNA는EcoRI으로 분해하였다. SCaM-5 cDNA의 DNA단편(562bp)의 양말단은 적적한 클레나우단편(Klenow fragment)을 가지는 블런트 말단(blunt end)으로 전환되고 T4 DNA 리가제(ligase)로 연결됨으로써 pLES9805를 주기 위하여 이성분벡터로 클로닝되었다. 아그로박테리움 투메파시엔스 EHA101/pLES9805내의 상기 벡터는 부다페스트조약에 따라 KCTC(Korean Collection for Type Culture)에 수탁번호 제0546BP호로 기탁되어 있다.For overexpression of SCaM-54 (SEQ ID NO: 3) in tobacco plants, SCaM-5 was administered under the control of the Cauliflower Mosaic Virus 35S subunit (CaMV35S) promoter site and the Agrobacterium nopaline synthase terminator. The branch consists of two-component vectors. pGA643 binary vector was digested with Hpa I. SCaM-5 cDNA was digested with EcoR I. The sock end of the DNA fragment (562bp) of the SCaM-5 cDNA is converted to a blunt end with the appropriate Klenow fragment and linked to a T4 DNA ligase to give a pLES9805 binary vector. Cloned into. The vector in Agrobacterium tumefaciens EHA101 / pLES9805 has been deposited with accession number 0546BP to KCTC (Korean Collection for Type Culture) in accordance with the Budapest Treaty.

<실시예3---유전자전환담배식물의 생성>Example 3-Generation of Genetically Converted Tobacco Plants

SCaM-4를 발현하는 유전자전환담배식물들은 아그로박테리움에 의해 매개된 잎화반형질전환(leaf disc transformation)으로 생성되었다. 담배잎화반은 8주된 어린 담배식물로부터 만들어졌고 MS 염들, 3% 슈크로오즈(sucrose), 2㎎/ℓ NAA, 0.5㎎/ℓ BA와 0.05% MES를 포함하는 용액에 5분간 담가두었다. pLES9804 구성을 가진 아그로박테리움 투메파시엔스 EHA101을 잎 화반에 2일동안 접종하였다. 살균한 MS 기본배지(MS basal medium)로 세척한 후, 잎 화반들을 선택배지[0.5㎎/ℓ BA, MS 염들, 3% 슈크로오즈, 100㎎/ℓ 가나마이신(kanamycin), 250㎎/ℓ 슈도펜(Sudopen)과 0.8% 아가(agar)]로 옮겼다. 한달후, 재생된 발아체들(shoots)을 MS 염들, 3% 슈크로오즈, 100㎎/ℓ 가나마이신, 250㎎/ℓ 슈도펜과 0.8% 아가를 포함하는 뿌리형성배지(rooting medium)로 옮겼다. 뿌리가 난 식물들을 질석(vermiculite), 펄라이트(perlite) 및 초탄(peat moss)을 1:1:1의 비로 혼합한 모판으로 옮기고 성장챔버에서 16시간의 낮길이를 주기로 25℃에서 성장시켰다. 32 재생식물들이 성장하였다. 그중 13식물들은 SCaM-4 전사체들과 SCaM-4 단백질을 발현하였다.Transgenic tobacco plants expressing SCaM-4 were produced by leaf disc transformation mediated by Agrobacterium. Tobacco leaf plaques were made from 8-week-old young tobacco plants and soaked for 5 minutes in a solution containing MS salts, 3% sucrose, 2 mg / L NAA, 0.5 mg / L BA and 0.05% MES. Agrobacterium tumefaciens EHA101 with pLES9804 composition was inoculated into leaf bed for 2 days. After washing with sterile MS basal medium, leaf beds were selected as medium [0.5 mg / l BA, MS salts, 3% sucrose, 100 mg / l kanamycin, 250 mg / l. Sudopen and 0.8% agar]. A month later, the regenerated shoots were transferred to a rooting medium containing MS salts, 3% sucrose, 100 mg / l kanamycin, 250 mg / l pseudofen and 0.8% agar. . Rooted plants were transferred to a bedbed mixed vermiculite, perlite and peat moss in a 1: 1: 1 ratio and grown at 25 ° C. with a 16-hour low in the growth chamber. 32 regenerated plants grew. 13 of them expressed SCaM-4 transcripts and SCaM-4 protein.

SCaM-5를 발현하는 형질전환된 담배식물들은 아그로박테리움에 의해 매개된 잎 화반 형질전환에 의해 생성되었다. 담배잎 화반들은 8주된 어린 담배식물로부터 만들어졌고 MS 염들, 3% 슈크로오즈(sucrose), 2㎎/ℓ NAA, 0.5㎎/ℓ BA와 0.05% MES를 포함하는 용액에 5분간 담가두었다. pLES9805 구성을 가진 아그로박테리움 투메파시엔스를 잎 화반에 2일동안 접종하였다. 살균한 MS 기본배지(MS basal medium)로 세척한 후, 잎 화반들을 선택배지[0.5㎎/ℓ BA, MS 염들, 3% 슈크로오즈, 100㎎/ℓ 가나마이신(kanamycin), 250㎎/ℓ 슈도펜(Sudopen)과 0.8% 아가(agar)]로 옮겼다. 한달후, 재생된 발아체들(shoots)을 MS 염들, 3% 슈크로오즈, 100㎎/ℓ 가나마이신, 250㎎/ℓ 슈도펜과 0.8% 아가를 포함하는 뿌리형성배지(rooting medium)로 옮겼다. 뿌리가 난 식물들을 질석(vermiculite), 펄라이트(perlite) 및 초탄(peat moss)을 1:1:1의 비로 혼합한 모판으로 옮기고 성장챔버에서 16시간의 낮길이를 주기로 25℃에서 성장시켰다. 32 재생식물들이 토양에서 성장하였다. 그중 19개의 독립적인 형질전환식물계들은 SCaM-5 전사체들과 단백질들을 발현하였다.Transgenic tobacco plants expressing SCaM-5 were produced by leaf bed transformation mediated by Agrobacterium. Tobacco leaf beds were made from young tobacco plants 8 weeks old and soaked for 5 minutes in a solution containing MS salts, 3% sucrose, 2 mg / L NAA, 0.5 mg / L BA and 0.05% MES. Agrobacterium tumefaciens with pLES9805 composition was inoculated into leaf bed for 2 days. After washing with sterile MS basal medium, leaf beds were selected as medium [0.5 mg / l BA, MS salts, 3% sucrose, 100 mg / l kanamycin, 250 mg / l. Sudopen and 0.8% agar]. A month later, the regenerated shoots were transferred to a rooting medium containing MS salts, 3% sucrose, 100 mg / l kanamycin, 250 mg / l pseudofen and 0.8% agar. . Rooted plants were transferred to a bedbed mixed vermiculite, perlite and peat moss in a 1: 1: 1 ratio and grown at 25 ° C. with a 16-hour low in the growth chamber. 32 Plants grew in the soil. Among them, 19 independent transgenic plants expressed SCaM-5 transcripts and proteins.

고수준의 SCaM4나 SCaM5를 발현하는 유전자전환식물들의 R1자손이 실험들에 사용되었고, 25℃의 낮온도, 20℃의 밤온도, 16시간의 광주기(photoperiod)와 65%의 상대습도를 유지하였다.R1 progeny of transgenic plants expressing high levels of SCaM4 or SCaM5 were used in the experiments, maintaining daytime temperatures of 25 ° C, night temperature of 20 ° C, photoperiod of 16 hours and 65% relative humidity. .

<실시예 4---유전자전환식물들에서 SCaM발현의 분석>Example 4 --- Analysis of SCaM Expression in Transgenic Plants

프레운드 완전보조제(Freund's complete adjuvant)와 함께 각 정제된 SCaM단백질 10㎎을 염소들에게 피하에 면역시켜 두 개의 SCaM 이형태체들인 SCaM-1과 SCaM-4에 대한 면역블랏팅-폴리클로날 항체들(Immunoblotting-Polyclonal antibodies)을 제조하였다. 프레운드 완전보조제와 함께 1㎎의 단백질을 3주간격으로 계속적으로 주입하였다. 야생형 식물과 독립적인 유전자전환식물계들로부터 분리된 전체 수용성단백질 50㎍을 13.5% SDS폴리아크릴아미드겔(polyacrylamide sels)에서 전기영동하였다. 단백질들을 밀리포어(Millipore)사의 PVDF멤브레인에 옮기고 항-SCaM-1 또는 항-SCaM-4 항체와 함께 배양하였다. ICN바이오메디컬(양고추냉이 과산화제-결합 항염소 IgG)로 배양한 후 ECL시스템을 사용하여 단백질밴드를 검출하였다. 유전자전환담배식물들에서 SCaM-4나 SCaM-5 단백질의 양들은 각각 전체 수용성 잎단백질 1㎎당 0.3-0.5㎍인 것으로 추정된다.Immunblotting-polyclonal antibodies against two SCaM isoforms, SCaM-1 and SCaM-4, with 10 mg of each purified SCaM protein subcutaneously immunized with goats with Freund's complete adjuvant (Immunoblotting-Polyclonal antibodies) was prepared. 1 mg of protein was continuously injected at 3 week intervals with Freund's adjuvant. 50 μg of total water soluble protein isolated from transgenic plant systems independent of wild type plants was electrophoresed on 13.5% SDS polyacrylamide sels. Proteins were transferred to PVDF membranes from Millipore and incubated with anti-SCaM-1 or anti-SCaM-4 antibodies. After incubation with ICN biomedical (horseradish peroxidant-bound anti-chlorine IgG) protein bands were detected using the ECL system. The amount of SCaM-4 or SCaM-5 protein in transgenic tobacco plants is estimated to be 0.3-0.5 μg / mg of total soluble leaf protein, respectively.

야생형, SCaM-4나 SCaM-5유전자를 가지지 않은 빈 벡터를 가진 대조군 유전자전환식물 및 SCaM-4나 SCaM-5를 발현하는 3개의 대표적인 독립적 유전자전환식물들로부터 노던블랏 하이브리디제이션으로 전체 RNA를 분리하였다. 분리된 전체 RNA중 10㎍을 분리하여 1.5% 아가로오즈 포름알데하이드 겔(agarose formaldehyde gels)에서 변성시켰다. RNA의 동일한 로딩(loading)을 입증하여 위하여 에티디움 브로마이드(Ethidium Bromide)를 포함시켰다. 유전자 스크린 멤브레인(Gene Screen Membranes)으로 옮긴 후, 65℃에서 16시간동안 처치 완충용액(Church's buffer)에서32P로 표지된 유전자특이적 탐침으로 하이브리디제이션시켰다. SCaM-4 특이적 탐침은 SCaM-4나EcoRI이나XhoI으로 절단한 SCaM-4 또는 SCaM-5 cDNA를 겔에서 정제하여 얻었다. 배양후, 필터들을 2배 SSC로 20분간 2회, 1배 SSC로 20분간 2회, 0.5배 SSC로 20분간 1회 세척하고, 그 다음에 60℃에서 0.5배 SSC, 0.1% SDS로 20분간 1회 세척하였다. 필터들을 -80℃에서 1시간동안 6일까지 X-레이 필름(X-ray film)에 노출시켰다.Northern RNA hybridization was performed by Northern blot hybridization from a control transgenic plant with an empty vector without a wild type, an SCaM-4 or SCaM-5 gene, and three representative independent transgenic plants expressing either SCaM-4 or SCaM-5. Separated. 10 [mu] g of the isolated total RNA was isolated and denatured on 1.5% agarose formaldehyde gels. Ethidium Bromide was included to demonstrate the same loading of RNA. Transferred to Gene Screen Membranes and hybridized with 32 P labeled gene specific probes in Church's buffer for 16 hours at 65 ° C. SCaM-4 specific probes were obtained by purification of SCaM-4 or SCaM-5 cDNA digested with SCaM-4 or EcoR I or Xho I on a gel. After incubation, the filters were washed twice with 20 times with 2x SSC, twice with 20x with 1x SSC and once with 20x with 0.5x SSC, then 20 minutes with 0.5x SSC, 0.1% SDS at 60 ° C. Wash once. The filters were exposed to X-ray film for 1 hour at −80 ° C. for 6 days.

<실시예 5---유전자전환식물들의 질병저항성의 분석>Example 5-Analysis of Disease Resistance of Genetically Converted Plants

상기에서 설명된 본 발명의 유전자전환담배식물들에 대하여 진균성, 박테리아성 및 바이러스성 감염분석을 하였다. 그 결과들은 도 4에 도시하였다.The transgenic tobacco plants of the present invention described above were analyzed for fungal, bacterial and viral infections. The results are shown in FIG.

TMV처리-담배식물들[니코티아나 타바쿰 품종 크산티 엔씨(Nicotiana tabacumcv. Xanthi nc(NN)/SCaM-4 또는 -5 유전자전환된]을 16시간 광주기로 프로그램된 성장챔버에서 25℃에서 성장시켰다. 7-8주된 담배식물들을 카보런덤과 TMV(U1 스트레인, 50mM의 인산완충용액에 2㎍/㎖ 또는 지시된 바와 같이, pH 7.0)으로 완전히 팽창한 잎들을 마찰하면서 접종하거나 완충용액만으로 접종하였다. 감염후, 잎들로부터 카보런덤을 제거하기 위하여 살균한 물을 분무하여 식물체를 세척하였다. 식물들은 성장챔버에서 감염을 통하여 25℃에서 식물체를 유지하였다. 5일 이상 HR 병소들의 발전을 관찰하였다. SCaM-4나 SCaM-5 유전자를 가지지 않은 빈 벡터로 유전자전환된 식물들을 대조군으로 동시에 시험하였다.TMV treated-tobacco plants [ Nicotiana tabacum cv. Xanthi nc (NN) / SCaM-4 or -5 transgenic] were grown at 25 ° C. in a growth chamber programmed with a 16 hour photoperiod. 7-8 week old tobacco plants were inoculated with carborundum and TMV (U1 strain, 50 mM phosphate buffer solution at 2 μg / ml or pH 7.0, as indicated, with rubbing on leaves fully swollen or with buffer solution only). After infection, the plants were washed by spraying sterilized water to remove carborundum from the leaves The plants maintained the plants at 25 ° C. through infection in the growth chambers and observed the development of HR lesions for more than 5 days. Plants transfected with empty vectors without the SCaM-4 or SCaM-5 gene were simultaneously tested as controls.

진균처리의 결과Results of fungal treatment

피토프토라 파라시티카 변종 니코티아네 균사체를 살균한 물에 현탁시키고 1ℓ당 건조된 담배잎들 1g을 추가한 V8 아가플레이트[1ℓ당 200㎖의 V8즙, 3.0g의탄산칼슘(CaCO3) 및 18g의 아가(pH 6.15)]에 도포하여 계속 빛을 쬐어주면서 25℃에서 배양하였다. 2-4주 동안 균사를 번식시킨 후, 약 8㎟의 작은 직사각형으로 잘라 아가배지(4주 이하 담배식물들)에 부착하였다. 그들을 25℃의 16시간 광주기의 배양챔버에 옮겼다. 5일 이상 HR 병소들의 발달을 관찰하였다. 빈 벡터로 유전자전환된 식물들을 대조군으로 동시에 시험하였다.Suspended phytophthora parasitiica strain Nicotiane mycelium in sterilized water and added 1 g of dried tobacco leaves per liter [V8 agar plate [200 ml of V8 juice per liter, 3.0 g of calcium carbonate (CaCO 3 ) and 18 g of agar (pH 6.15)] was incubated at 25 ° C. under continuous light. The mycelia were propagated for 2-4 weeks, then cut into small rectangles of about 8 mm 2 and attached to agar medium (tobacco plants less than 4 weeks). They were transferred to a culture chamber in a 16 hour photoperiod at 25 ° C. The development of HR lesions was observed for at least 5 days. Plants transfected with the empty vector were simultaneously tested as controls.

박테리아처리Bacteria treatment

슈도모나스 시린제 변종 타바시(ACTC 11528)를 50㎍/㎖ 리팜피신(rifampicin)을 가진 킹스 B 배지(King's B medium)에서 28℃로 하룻밤 성장시키고, 두 번 세척하고, 재현탁하고, 10mM의 염화마그네슘(MgCl2)으로 희석하였다. 작은 부위의 건강한 잎들에 바늘없는 1㎖ 피하주사기(hypodermic syringe)를 사용하여 1㎖당 105박테리아세포들의 현탁액을 침입(infiltration)시켜 접종하였다. 각 잎의 한쪽면은 상처당 약 20㎕의 박테리아현탁액으로 4군데 다른 부위에 접종하였고, 다른 쪽 면은 10mM의 염화마그네슘 20㎕로 모의접종하였다. 펀처(puncher)로 직경 6㎜의 잎화반들을 만들었다. 잎 화반들을 10mM 염화마그네슘에 담가 부드럽게 하여 박테리아를 추출하였고, 1㎖당 50㎍의 리팜피신과 1㎖당 10㎍의 말리딕산(Malidixic acid)을 첨가한 킹스 B 배지에 일련의 희석액들을 도포하였다. 28℃에서 배양한 후 48시간만에 콜로니들을 세었다. 식물내 박테리아성장을 5일 이상 관찰하였다. HR 병소들의 발달도 5일 이상 관찰하였다. 빈 벡터로 유전자전환된 식물들을 대조군으로 동시에 시험하였다.Pseudomonas Syringe Variant Tabashi (ACTC 11528) was grown overnight at 28 ° C. in King's B medium with 50 μg / ml riampicin, washed twice, resuspended, and 10 mM magnesium chloride Dilute with (MgCl 2 ). Small leaves of healthy leaves were inoculated by infiltration of a suspension of 10 5 bacterial cells per ml using a needleless 1 ml hypodermic syringe. One side of each leaf was inoculated into four sites with about 20 μl of bacterial suspension per wound, and the other side was vaccinated with 20 μl of 10 mM magnesium chloride. Leaf punchers 6 mm in diameter were made with a puncher. The leaves were immersed in 10 mM magnesium chloride to extract bacteria, and serial dilutions were applied to King's B medium containing 50 μg of rifampicin per mL and 10 μg of Malidixic acid per mL. Colonies were counted 48 hours after incubation at 28 ° C. Bacterial growth in plants was observed for at least 5 days. The development of HR lesions was also observed for more than 5 days. Plants transfected with the empty vector were simultaneously tested as controls.

pLES9804 또는 pLES9805로 형질전환되어 광범위한 병원체들에 대하여 다중질병저항성을 나타내는 유전자전환담배식물들은 부다페스트조약에 따라 KCTC(Korean Collection for Type Cultures)에 기탁되었다(각각 KCTC 수탁번호 제0543BP호와 제0544BP호).Transgenic tobacco plants transformed with pLES9804 or pLES9805, which exhibit multiple disease resistance to a wide range of pathogens, have been deposited in the Korean Collection for Type Cultures (KCTC) under the Budapest Treaty (KCTC Accession Nos. 0543BP and 0544BP, respectively). .

상기와 같은 본 발명의 이종의 SCaM 유전자들은 식물체 내에서 지속적으로 발현하여 식물의 병원체에 대한 질병저항성을 유도하는 식물방어신호의 구성요소중 하나로서, 이종의 SCaM을 발현하는 유전자전환된 식물은 정상적으로는 식물에 침입하는 진균류, 박테리아와 바이러스들에 대하여 증가된 저항성을 나타낸다.The heterologous SCaM genes of the present invention as described above are one of the components of the plant defense signal that is continuously expressed in the plant to induce disease resistance to the pathogens of the plant, the transgenic plant expressing the heterologous SCaM is normally Shows increased resistance to fungi, bacteria and viruses that invade plants.

Claims (9)

대두 칼모듈린 4(SCaM4) 또는 대두 칼모듈린 5(SCaM5)(각각 서열번호 1 및 서열번호 3)을 암호화하는 유전자로 형질전환되고 SCaM4 또는 SCaM5를 발현하는 유전자전환식물세포와 상기 세포의 자손.Transgenic plant cells transformed with genes encoding soy calmodulin 4 (SCaM4) or soy calmodulin 5 (SCaM5) (SEQ ID NO: 1 and SEQ ID NO: 3, respectively) and express SCaM4 or SCaM5 and the progeny of the cells . 제1항에 있어서, 유전자전환식물세포는 담배식물과 쌍떡잎식물(dicot) 종들인 것을 특징으로 하는 유전자전환식물세포.The transgenic plant cell of claim 1, wherein the transgenic plant cell is a tobacco plant and a dicot species. SCaM4 또는 SCaM5(KCTC 수탁번호 제0543BP호와 KCTC 수탁번호 제0544BP호)를 암호화하는 유전자로 형질전환되고 SCaM4 또는 SCaM5를 발현하는 유전자전환식물, 그 세포들 또는 상기 식물의 자손.A transgenic plant transformed with a gene encoding SCaM4 or SCaM5 (KCTC Accession No. 0543BP and KCTC Accession No. 0544BP) and expressing SCaM4 or SCaM5, its cells or the offspring of the plant. 제3항에 있어서, 유전자전환식물은 쌍떡잎식물(dicot)종인 것을 특징으로 하는 유전자전환식물.The transgenic plant of claim 3, wherein the transgenic plant is a dicot species. 상기 식물을 SCaM4 또는 SCaM5를 암호화하는 유전자로 형질전환하여 하나 또는 그 이상의 식물 병원체의 공격에 대한 고등식물의 다중질병저항성을 증진시키는 방법.Transforming said plant with a gene encoding SCaM4 or SCaM5 to enhance multi-disease resistance of higher plants against attack of one or more plant pathogens. 제5항에 있어서, 상기 식물이 쌍떡잎식물(dicot) 종인 것을 특징으로 하는 방법.6. A method according to claim 5, wherein the plant is a dicot species. 제5항에 있어서, 상기 식물의 세포들이 두 개의 SCaM4 또는 SCaM5 유전자벡터를 사용하여 형질전환된 것을 특징으로 하는 방법.The method of claim 5, wherein the cells of the plant are transformed using two SCaM4 or SCaM5 gene vectors. 제7항에 있어서, SCaM4 또는 SCaM5를 암호화하는 cDNA 뉴클레오티드서열과 식물세포들에서 SCaM4 또는 SCaM5의 발현을 위한 조절성 구성요소(regulatory elements)를 포함하는 이성분 SCaM4 또는 SCaM5 유전자벡터는 pLES9804 또는 pLES9805(KCTC 수탁번호 제0545BP호 및 KCTC 수탁번호 제0546BP호)인 것을 특징으로 하는 방법.8. The bicomponent SCaM4 or SCaM5 gene vector according to claim 7 comprising a cDNA nucleotide sequence encoding SCaM4 or SCaM5 and regulatory elements for expression of SCaM4 or SCaM5 in plant cells. KCTC Accession No. 0545BP and KCTC Accession No. 0566BP). 제8항에 있어서, 상기 조절성 구성요소들은 콜리플라워 모자이크 바이러스(cauliflower mosaic virus)의 35S 프로모터(promoter), 번역 증진자 서열(translation enhancer sequence) 및 노팔린 신타제 종결신호(nopaline synthase termination signal)로 구성된 그룹으로부터 선택된 것임을 특징으로 하는 벡터.The method of claim 8, wherein the regulatory components are 35S promoter, translation enhancer sequence and nopaline synthase termination signal of cauliflower mosaic virus. Vector selected from the group consisting of.
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