KR100438887B1 - Gene ORE4 which regulates leaf longevity in Arabidopsis thaliana and mutant genes thereof - Google Patents

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Abstract

본 발명은 애기장대 (Arabidopsis thaliana)에서 분리된 잎 수명 조절 유전자ORE4, 상기 유전자의 돌연변이형으로서 식물의 노화와 관련된 각종 생리적, 생화학적 변화를 억제하여 식물의 수명을 연장하는 변이형 유전자ore4및 이들 유전자의 이용에 관한 것이다.The present invention relates to a leaf life regulation gene ORE4 isolated from Arabidopsis thaliana , a mutant gene ore4 that extends plant life by inhibiting various physiological and biochemical changes associated with aging of the plant as a mutant type of the gene, and these It is about the use of genes.

본 발명에 따르면, 본 발명의 잎 수명 조절 유전자 및 그 변이형 유전자를 이용하여 수명 연장을 통한 식물의 생산성 향상 및 저장 효율을 증대할 수 있으며, 식물의 수명 조절에 관련된 유전자 또는 식물 노화 억제 물질을 탐색하기 위한 생체 표지 개발에 상기 유전자들을 이용할 수 있다.According to the present invention, the leaf life control gene of the present invention and its mutant genes can be used to increase the productivity and storage efficiency of the plant through prolongation of life, and to control genes or plant aging inhibitors related to plant life control. The genes can be used to develop biomarkers for screening.

Description

애기장대로부터 분리한 식물의 잎 수명 조절 유전자 ORE4 및 그 변이형 유전자{Gene ORE4 which regulates leaf longevity in Arabidopsis thaliana and mutant genes thereof}ORE4 which regulates leaf longevity in Arabidopsis thaliana and mutant genes

본 발명은 애기장대 (Arabidopsis thaliana)에서 분리된 잎 수명 조절 유전자ORE4, 상기 유전자의 돌연변이형으로서 식물의 노화와 관련된 각종 생리적, 생화학적 변화를 감소시켜 식물의 수명을 연장하는 변이형 유전자ore4및 이들 유전자의 이용에 관한 것이다.The invention variant gene reduces the various physiological and biochemical changes associated with aging of the plant as a mutant type of leaf longevity regulatory genes ORE4, the genes isolated from Arabidopsis (Arabidopsis thaliana) extends the plant life ore4 and their It is about the use of genes.

식물의 노화 억제는 그 자체로서의 학문적 중요성뿐만 아니라 작물의 생산성이나 수확 후 저장 효율에 있어서의 개량 가능성 때문에 산업적으로도 중요성이 높다. 이에 따라 식물 노화 현상을 밝히기 위한 유전학적, 분자 생물학적, 생리학적 및 생화학적 연구가 활발히 진행되고 있다. 특히 수명 연장 돌연변이를 이용한 유전자 탐색 및 기능에 대한 연구는 노화 진행 속도에 영향을 주는 신호 전달 경로를 밝힐 뿐만 아니라 식물 생산성 향상 및 추수 전후의 과실의 저장 효율 증가와 같은 실용적 문제 해결에 중요한 실마리를 제공한다.The suppression of aging of plants is of great industrial importance, not only because of their academic importance, but also because of the possibility of improvement in crop productivity or post-harvest storage efficiency. Accordingly, genetic, molecular, biological, physiological and biochemical studies for identifying the aging of plants have been actively conducted. In particular, studies of gene discovery and function using life-long mutations not only reveal signal transduction pathways that affect the rate of aging progress, but also provide important clues to solving practical problems such as improving plant productivity and increasing the storage efficiency of fruits before and after harvest. do.

노화 (senescence)는 식물이 일생을 거치는 동안 겪게 되는 마지막 단계로노화의 개시는 식물 발달 단계에 있어 급격한 전환점이라 할 수 있으며, 이 기간 동안 세포들은 물질 대사 및 세포 구조에 있어서 극적인 변화를 거치게 된다. 이러한 식물체 변화에 있어서 시각적으로 나타나는 대표적인 현상으로는 엽록소가 파괴되고 다른 색소가 생성되면서 나타나는 단풍을 들 수 있다. 상기 단풍기간 동안 발생하는 엽록소 파괴는 엽록체 붕괴, 그리고 광합성이나 단백질 제조와 같은 동화 작용 활성 (anabolic activity)의 감소와 함께 발생한다. 또 이와 반대로 이 기간동안 많은 수의 가수 분해 효소가 유도되면서 핵산 분해 (nucleic acid breakdown)나 단백질 분해 (proteolysis)와 같은 이화 작용 (catabolism)이 활성화된다 (Matile P. et al., In Crop Photosynthesis: Spatial and temporal Determinant, Elservier 413-440, 1992; Nooden L.D. et al., Senescenceand aging in Plant, Academic press, 1988; Thiman K.V. et al., The senescence of leaves, CRC press, 85-115, 1980). 그러나, 식물 노화는 세포가 퇴화하는 과정인 동시에 겨울철에 성장 기관의 양분을 생식 기관으로 이동시키는 등, 진화 과정 동안 환경에 적응하기 위해 능동적으로 획득한 유전 형질이라고 생각되고 있다.Senescence is the last step in a plant's lifespan. The onset of aging is a radical turning point in the plant development phase, during which cells undergo dramatic changes in metabolism and cell structure. Representative phenomena that appear in the vegetation change is the foliage that appears as chlorophyll is destroyed and other pigments are produced. Chlorophyll disruption that occurs during the foliage period occurs with chloroplast disruption and a decrease in anabolic activity such as photosynthesis or protein production. In contrast, during this period, a large number of hydrolase is induced to activate catabolism such as nucleic acid breakdown or proteolysis (Matile P. et al., In Crop Photosynthesis: Spatial and temporal Determinant, Elservier 413-440, 1992; Nooden LD et al., Senescence and aging in Plant, Academic press, 1988; Thiman KV et al., The senescence of leaves, CRC press, 85-115, 1980). However, plant aging is thought to be a genetic trait actively acquired to adapt to the environment during the evolutionary process, such as the process of cell degeneration and the transfer of nutrients from growth organs to the reproductive organs in winter.

노화는 일련의 연속된 생화학적 생리학적 현상의 진행으로 결국 세포, 기관 및 전체 개체를 죽음으로 이끈다 (Matile P. et al., In Crop Photosynthesis: Spatial and temporal Determinant, Elservier 413-440, 1992; Nooden L.D. et al., Senescenceand aging in Plant, Academic press, 1988; Thiman K.V. et al., The senescence of leaves, CRC press, 85-115, 1980; Thomas H. et. Al., Annu. Rev. Plant Physiol. 123:193-219, 1993). 노화의 원인에 대해서는 유전자에 의해예정된 프로그램에 따라 진행된다는 유전자설과, 생체 내에서 반복적으로 발생하는 정보 전달 오류 또는 단백질 합성 과정에서의 오류 축적에 따른 것이라는 오류 축적설로 크게 대별되는데, 최근에는 노화가 유전자에 의해서 결정된다는 유전자설이 설득력을 얻고 있다. 따라서 식물 노화에 있어서 노화에 관련된 유전자의 클로닝 및 그 유전자 기능의 탐색은 노화 과정의 연구 및 이의 조절을 위해 매우 중요한 수단이 될 수 있다. 그러나, 이러한 학문적 그리고 실용적 중요성에도 불구하고 식물 노화에 대해서는 아직도 많은 부분이 밝혀지지 않은 상태이다. 지금까지 식물의 노화에 관련된 연구들은 주로 식물 호르몬에 관련된 보고가 주류를 이루고 있으며, 분자생물학적 연구가 시작된 것은 최근의 일이다.Aging leads to a series of successive biochemical physiological phenomena that eventually lead to death of cells, organs, and entire organisms (Matile P. et al., In Crop Photosynthesis: Spatial and temporal Determinant, Elservier 413-440, 1992; Nooden LD et al., Senescence and aging in Plant, Academic press, 1988; Thiman KV et al., The senescence of leaves, CRC press, 85-115, 1980; Thomas H. et. Al., Annu. Rev. Plant Physiol. 123: 193-219, 1993). The causes of aging are largely divided into the theory of genes that proceed according to a program scheduled by genes, and the accumulation of errors that occur due to repetitive information transmission errors or accumulation of errors in protein synthesis in vivo. The theory of genes determined by genes is gaining convincing power. Therefore, cloning of genes related to aging and exploring gene function in plant aging can be a very important means for the study of aging process and its regulation. However, despite this academic and practical significance, much is not known about plant aging. Until now, research related to aging of plants has mainly been reported mainly on plant hormones, and molecular biology research has recently started.

식물 생장 호르몬 (싸이토키닌; Cytokinin)은 생리학적으로 노화를 지연시킬 수 있는 호르몬으로 알려져 있어, 노화관련 유전자 조절을 통한 싸이토키닌의 분비를 조절하여 노화를 지연시키려는 연구가 진행되어 왔으나, 호르몬의 영향으로 식물의 다른 생리 작용에 영향을 미치는 문제가 있었다. 최근에 이러한 문제점을 해결하여 노화 특이적인 SAG12 유전자의 프로모터에 IPT 유전자를 연결하여 특정 노화 단계에서 식물 생장 호르몬의 합성이 조절되게 함으로써, 노화의 진행을 지연시켜, 50% 이상의 생산성 증가를 이루면서도, 개화시기나 다른 변화가 거의 없게 하는데 성공하였다 (Gan S. et al., Science 22:1986-1988, 1995). 이외에 현재까지 노화 지연 식물체의 개발은 주로 토마토의 과실 숙성을 대상으로 하여 노화에 중요한 역할을 하는 화학물질인 에틸렌(ethylene)의 합성을 억제하거나, 세포내 에틸렌의 양을 줄이는 방법이 시도되어 왔다 (klee et al., Plant Cell, 3(11):1187-93,1991; Oelleret al., Science, 18;254(5030):437-9, 1991; Piction et al., Plant Physiol. 103(4): 1471-1472, 1993).Plant growth hormone (Cytokinin) is known as a hormone that can delay aging physiologically, and research has been conducted to delay aging by controlling the secretion of cytokinin through aging-related gene regulation. There was a problem affecting other physiological actions of the plant. Recently, by solving this problem, by connecting the IPT gene to the aging-specific SAG12 gene promoter to regulate the growth of plant growth hormone at a certain aging stage, delaying the progression of aging, while achieving a productivity increase of more than 50%, It has been successful in the flowering period and little change (Gan S. et al., Science 22: 1986-1988, 1995). In addition, the development of delayed aging plants has been attempted to inhibit the synthesis of ethylene, a chemical that plays an important role in aging, or to reduce the amount of ethylene in cells, mainly targeting the ripening of tomatoes. klee et al., Plant Cell, 3 (11): 1187-93,1991; Oeller et al., Science, 18; 254 (5030): 437-9, 1991; Piction et al., Plant Physiol. 103 (4) : 1471-1472, 1993).

노화를 지연시키고자 하는 분자생물학적 연구는 주로 노화과정에서 일어나는 생화학적 변화와 관련된 활성을 갖거나 신호전달 체계에 관여하는 관련 유전자의 조작에 초점이 맞춰져 있다. 토마토의 경우, 안티센스 DNA (antisense DNA)를 이용해 세포벽 분해와 관련된 유전자 발현을 막아 토마토의 연화를 방지하여 토마토의 운송성과 저장성을 증가시키는 방법이 보고된 바 있으며 (Giovannoni et al., Plant Cell 1(1):53-63, 1989), 지질 분해에 관련되는 인지질 분해효소 D (phospholipase D)를 안티센스 DNA로 발현을 저해할 경우 식물 호르몬에 의한 노화가 지연된다는 보고도 있다 (Fan et al., Plant Cell 9(12):2183-96,1997).Molecular biological research aimed at delaying aging is mainly focused on the manipulation of related genes that have activity related to biochemical changes occurring in the aging process or are involved in signaling systems. In the case of tomato, antisense DNA has been reported to prevent tomato softening by preventing gene expression associated with cell wall degradation, thereby increasing tomato transport and storage (Giovannoni et al., Plant Cell 1 ( 1): 53-63, 1989). Inhibition of expression of phospholipase D, which is involved in lipid degradation, with antisense DNA has been reported to delay aging by plant hormones (Fan et al., Plant). Cell 9 (12): 2183-96,1997).

그러나 식물 노화를 보다 직접적으로 조절할 수 있는 방법은 노화와 함께 발현이 변화하는 유전자 분석을 통한 분자생물학적 연구와 노화관련 돌연변이를 분리, 분석하는 유전학적 연구를 통해 얻을 수 있다.However, more direct control of plant aging can be achieved through molecular biology studies through genetic analysis of expression changes with aging and genetic studies to isolate and analyze aging-related mutations.

기존의 보고에 의하면 애기장대의 과일 숙성기나 꽃의 노화과정에서 에틸렌 수용체의 발현이 조절되고 (Payton S. et al., Plant Mol. Biol. 31(6):1227-1231, 1996), 잎의 노화과정에서clp유전자 발현이 조절된다 (Nakabayashi K. et al., Plant Cell Physiol. 40(5):504-514, 1999)고 알려져 있다. 최근에는 애기장대 변이형을 이용한 잎 노화 과정에 관련된 유전자 탐색(Oh S. A. et al., Plant Mol. Biol. 30(4):739-54, 1996)및 이와 관련된 3군데 유전자 자리 (Oh S. A. et al., The Plant Journal. 12(3):527-535, 1997), 노화 관련 유전자인 sen1 프로모터 활성 (Oh S. A. et al., journal of Plant Physiol. 151:339-345, 1997)등이 보고된 바 있으나, 아직까지 직접적으로 노화를 조절하는 유전자 및 역할에 관한 분자 생물학적 연구는 미흡한 실정이다.Previous reports have shown that the expression of ethylene receptors is regulated during aging of fruit ripening stages and flowers of Arabidopsis (Payton S. et al., Plant Mol. Biol. 31 (6): 1227-1231, 1996). Clp gene expression is regulated during aging (Nakabayashi K. et al., Plant Cell Physiol. 40 (5): 504-514, 1999). Recently, gene search related to leaf aging process using Arabidopsis mutants (Oh SA et al., Plant Mol. Biol. 30 (4): 739-54, 1996) and three related loci (Oh SA et al. , The Plant Journal. 12 (3): 527-535, 1997), sen1 promoter activity (Oh SA et al., Journal of Plant Physiol. 151: 339-345, 1997), etc., have been reported. However, the molecular biological researches on genes and roles that directly control aging are insufficient.

이에 본 발명자들은 유전학적으로 장점이 많은 애기장대 중에서 잎의 수명이 연장되어 있은 변이체를 찾아 수명 연장에 관계되는 유전자를 탐색하고자 노력한 결과, T-DNA 가 삽입된 돌연변이들 속에서 잎의 수명이 야생형에 비해 연장된 돌연변이체를 찾아내고 이 변이체에 대해 해당 유전자를 탐색함으로써, 상기 노화 관련 유전자가 엽록체 리보좀의 작은 서브유닛을 암호화하는 850개의 핵산으로 이루어진 유전자임을 확인하고 상기 유전자를ORE4로 명명하였다. 또한 이 유전자의 돌연변이형인ore4의 경우 애기장대의 수명이 크게 증가함을 확인함으로써 본 발명을 완성하였다.Therefore, the inventors of the present invention have tried to search for genes related to prolongation of life by finding variants that have extended life span among Arabidopsis with great genetic benefits. By finding extended mutants and searching for the gene for this variant, the aging related gene was identified as a gene consisting of 850 nucleic acids encoding a small subunit of chloroplast ribosomes, and the gene was named ORE4 . In addition, the present invention was completed by confirming that ore4 , which is a mutant type of this gene, greatly increases the lifespan of Arabidopsis.

본 발명의 목적은 식물의 수명을 조절할 수 있는 유전자 및 수명이 연장된 형질을 나타내는 상기 유전자의 변이형 유전자를 제공하는 것이다. 구체적으로 본 발명은 노화 진행 속도에 영향을 주는 신호전달 경로를 밝힐 수 있을 뿐만 아니라 형질전환을 통해 식물 생산성 향상 및 추수 전후의 과실의 저장 효율 증가와 같은 실용적 문제를 해결할 수 있는 신규 노화관련 유전자를 제공하는 것을 목적으로 한다.It is an object of the present invention to provide a variant gene of said gene which shows the gene which can control the life of a plant and the trait which has extended lifespan. Specifically, the present invention not only reveals signaling pathways affecting the speed of aging, but also identifies new aging-related genes that can solve practical problems such as improving plant productivity and increasing the storage efficiency of fruits before and after harvest through transformation. It aims to provide.

도 1은 애기장대 야생형 및 수명연장 변이형인ore4의 표현형으로서 발아 후 41 일(도 1a) 및 53 일(도 1b)에서의 전체 식물과 4번째 좌엽을 나타낸 사진이고,Figure 1 is a phenotype of the Arabidopsis wild-type and life-extending variant ore4 is a photograph showing the entire plant and the fourth left lobe at 41 days (Fig. 1a) and 53 days (Fig. 1b) after germination,

도 2a는 애기장대 야생형 및 수명연장 변이형인ore4에서 광합성 활성의 시간에 따른 변화를 나타낸 그래프이고 (광합성 활성은 PSII의 광화학적 효율을 나타내는 Fv/Fm으로 나타냄, 여기서 Fv는 최대 변형 형광도(maximum variable fluorescence)이고, Fm은 형광도 최대치 (maximum yield fluorescence)임),Figure 2a is a graph showing the change over time of photosynthetic activity in the Arabidopsis wild type and life extension mutant ore4 (photosynthetic activity is represented by Fv / Fm representing the photochemical efficiency of PSII, where Fv is the maximum modified fluorescence (maximum) variable fluorescence), Fm is the maximum yield fluorescence),

□: 야생형 ■:ore4 □: Wild type ■: ore4

도 2b는 애기장대 야생형 및 수명연장 변이형인ore4에서 엽록소 함량의 시간에 따른 변화를 나타낸 그래프이고,Figure 2b is a graph showing the change over time of the chlorophyll content in ore4 of the Arabidopsis wild type and life extension mutant,

□: 야생형 ■:ore4 □: Wild type ■: ore4

도 2c는 애기장대 야생형 및 수명연장 변이형인ore4에서 막 이온 유출 정도의 시간에 따른 변화를 나타낸 그래프이고 (막 이온 유출 정도는 총 전도율에 대한 최초 전도율의 % 비율로 나타냄),Figure 2c is a graph showing the time-dependent change in membrane ion outflow degree in ore4 of the Arabidopsis wild type and life-extending variant ( measurement of membrane ion outflow is expressed as a percentage of the initial conductivity to the total conductivity),

□: 야생형 ■:ore4 □: Wild type ■: ore4

도 2d는 애기장대 야생형 및 수명연장 변이형인ore4에서 잎의 발생기간 동안 시간에 따른 노화 관련 유전자 (senescence associated genes; SAGs) 및 기타 광합성 관련 유전자의 발현 양상을 노던 블럿 분석으로 확인한 결과이고,Figure 2d is a result of Northern blot analysis of the expression patterns of senescence associated genes (SAGs) and other photosynthesis-related genes over time during the development of the leaves in the Arabidopsis wild type and life extension mutant ore4 ,

CAB : 엽록소 a/b결합 단백질(chlorophyll a/b binding protein)CAB: Chlorophyll a / b binding protein

RBCS: 리불로스 이인산 카르복시화효소 소단위체(ribulose biphosphate carboxylase small subunit)RBCS: ribulose biphosphate carboxylase small subunit

SAG12 : 노화 유전자 (senescence-associated gene 12)SAG12: senescence-associated gene 12

도 3은 애기장대 야생형 및 수명연장 변이형인ore4에 노화의 시작 및 진행에 영향을 미치는 암(dark) 처리 후, 잎 수명의 변화를 광합성 효율(A)과 엽록소 함량(B)으로 나타낸 그래프이고,3 is a graph showing the change in leaf life as photosynthetic efficiency (A) and chlorophyll content (B) after dark treatment affecting the onset and progression of aging in ore4 , the Arabidopsis wild-type and life-extending variants.

□: 야생형 ■:ore4 □: Wild type ■: ore4

도 4는 애기장대 야생형 및 수명연장 변이형인ore4에 노화의 시작 및 진행에 영향을 미치는 식물 호르몬이 ABA (abscisic acid) (도 4a), MeJA (methyl jasmonate) (도 4b), 에틸렌 (ethylene) (도 4c)을 각각 처리한 후, 잎 수명의 변화를 광합성 효율과 엽록소 함량으로 나타낸 그래프이고,Figure 4 shows that plant hormones affecting the onset and progression of aging in ore4 , the Arabidopsis wild-type and life-extending variants, ABA (abscisic acid) (Figure 4a), MeJA (methyl jasmonate) (Figure 4b), ethylene (ethylene) ( Figure 4c) is a graph showing the photosynthetic efficiency and chlorophyll content changes in leaf life after each treatment,

검은 막대 : 식물 호르몬 미처리Black Bar: Untreated Plant Hormone

흰 막대 : 식물 호르몬 처리White bar: plant hormone treatment

도 5a는ore4변이형으로서 T-DNA 삽입된 RPS17 유전자를 나타낸 것으로,ore4변이형에서 T-DNA 삽입 위치와 그 방향을 도식적으로 나타낸 그림이고 (전사방향은 RPS17 유전자 구조 아래 화살표로 표시),Figure 5a illustrates the RPS17 gene inserted into T-DNA as ore4 variants, ore4 variant in Figure schematic representation of the T-DNA insertion position and the direction a (direction of transcription is indicated by an arrow under the gene constructs RPS17),

LB ; 좌측 경계(Left boarder) RB ; 우측 경계(Right boarder)LB; Left boarder RB; Right boarder

도 5b는 애기장대 야생형 및 수명연장 변이형인ore4에서 RPS17 유전자의 발현 양상을 노던 블럿 분석으로 확인한 결과이고,And Figure 5b results confirmed the expression pattern of the RPS17 gene in Arabidopsis wild type and mutant type ore4 life extension by Northern blot analysis,

도 6은 야생형과 ore4 변이체에서 잎의 무게의 변화를 나타낸 그래프이다.Figure 6 is a graph showing the change in weight of leaves in wild type and ore4 variants.

□: 야생형 ■:ore4 □: Wild type ■: ore4

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 야생형에 비해 현저히 잎의 수명이연장된 변이형 애기장대(Arabidopsis thaliana)로부터 탐색된, 노화 조절에 관여하는 유전자ORE4및 상기 유전자로부터 발현되는 ORE4 단백질을 제공한다. 또한 본 발명은 상기 노화 조절 유전자 또는 단백질을 이용하여 식물체의 노화와 관련된 유전자 또는 노화를 억제할 수 있는 물질을 탐색하는 방법을 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a gene ORE4 involved in the regulation of aging and ORE4 protein expressed from the gene, which is found in a mutant Arabidopsis thaliana whose leaf life is significantly extended compared to wild type. . The present invention also provides a method of searching for a gene or a substance capable of inhibiting aging related to aging of a plant using the aging control gene or protein.

본 발명의 잎 수명 조절 유전자ORE4는 엽록체 리보좀의 작은 서브유닛 단백질 17(chloroplast ribosome small subunit17, RPS17)을 암호화하는데 이러한 각각의 서브유닛은 정상적 기능을 갖는 리보좀 조합을 위해 동일한 양으로 요구되며, 식물에 있어 엽록체는 정상적인 식물 노화 진행 단계에서 활성 산소 종(Reactive oxygen species)을 조절될 수 있는 한계 이상으로 다량 발생시켜 세포에 산화적 손상을 입히게 된다.The leaf life regulation gene ORE4 of the present invention encodes the chloroplast ribosome small subunit 17 (RPS17) of chloroplast ribosomes, each of which is required in equal amounts for the combination of ribosomes with normal function, Therefore, chloroplasts cause oxidative damage to cells by generating a large amount of reactive oxygen species beyond the limits that can be regulated during normal plant aging.

아울러, 본 발명은ORE4의 유전자의 발현을 낮추도록 유전공학적으로 조작된 변이형ore4유전자를 제공한다. 변이형ore4유전자를 만드는 방법은 삽입 돌연변이(insertional mutagenesis) 또는 안티센스 억제(antisense suppression) 등과 같이 당업계에 널리 알려진 유전자의 발현억제방법을 사용할 수 있으나, 바람직하게는ORE4유전자의 상위 지역에 T-DNA를 삽입시킴으로써 변이형ore4유전자를 만든다. 상기 변이형ore4유전자는 식물의 수명을 연장시키는 형질을 나타내며, 식물체에 변이형ore4유전자를 형질전환시키거나 식물체의ORE4유전자를 직접 조작하여 변이형으로 만듬으로써 수명을 연장시키는 방법도 본 발명의 범위에 속한다.In addition, the present invention provides a variant ore4 genetically engineered genetically engineered to decrease the expression of the gene ORE4. The method of making a variant ore4 gene may use a method of suppressing expression of genes well known in the art, such as insertional mutagenesis or antisense suppression, but preferably T-DNA in the upper region of the ORE4 gene. By inserting the variant ore4 gene. The variant ore4 gene represents a trait that extends the life of the plant, and a method of extending the life by transforming the mutant ore4 gene into a plant or by directly manipulating the plant's ORE4 gene to make the variant also extends the scope of the present invention. Belongs to.

본 발명의 변이형 유전자ore4를 갖는 식물체는 엽록체 리보좀의 작은 서브유닛 단백질 17의 부족으로 완전한 리보좀 조합체를 만들 수 없고 정상적 기능을갖는 엽록체를 이룰 수 없게 됨으로써 야생형에 비해 감소된 광합성 효율을 보이며 낮은 활성 산소 종의 생산으로 잎의 수명이 연장된다.Plants having the mutant gene ore4 of the present invention are unable to form a complete ribosomal combination due to the lack of small subunit protein 17 of chloroplast ribosomes and cannot form chloroplasts with normal functions, resulting in reduced photosynthetic efficiency and low activity compared to wildtype. The production of oxygen species prolongs the life of the leaves.

본 발명에서 'ore'란 오래 산다는 의미로 식물의 수명 조절에 관여하는 유전자, 단백질 또는 그로부터 발현되는 형질을 의미하기 위해 본 발명자에 의해 정의된 것이다. 구체적으로, 'ORE4유전자' 또는 'ORE4 단백질'은 각각 본 발명에서 탐색된 수명 조절 유전자 또는 단백질을 지칭하며, '변이형ore 4유전자'는ORE4의 유전자의 발현을 낮추도록 유전공학적으로 조작된 변이형 유전자를 의미한다.In the present invention, 'ore' means long lived, and is defined by the present inventors to mean a gene, a protein, or a trait expressed therefrom that is involved in controlling the life of a plant. Specifically, the ' ORE4 gene' or the 'ORE4 protein' refers to the life control gene or protein searched for in the present invention, respectively, and the 'variable ore 4 gene' is a genetically engineered mutation to lower the expression of the gene of ORE4 . Type gene.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.

본 발명에서는 수명 조절에 관여하는 유전자를 탐색하기 위하여 먼저 수명이 연장된 형질을 나타내는 돌연변이체를 선별하였다. 이를 위해 식물의 유전학 및 분자생물학적 연구를 위한 재료로 많이 사용되는 애기장대를 실험 식물로 하였는데, 애기장대는 5개의 염색체내에 약 125 Mbp 정도로 크기가 작고 거의 완전히 해독된 게놈을 가지고 있으며, 이에 대해 상세한 유전학적 및 물리적 지도가 완성되어 있고, 일생이 짧은 반면 많은 씨앗을 생산하고, 경작 및 형질전환이 용이하다는 장점을 가져 식물의 유전학 모델 재료로 많이 이용된다 (http://www.arabidopsis.org).In the present invention, in order to search for genes involved in lifespan regulation, first, mutants showing prolonged traits were selected. For this purpose, we used Arabidopsis as an experimental plant, which is widely used as a material for genetic and molecular biological studies of plants. The Arabidopsis has a small size of about 125 Mbp and almost completely decoded genome in five chromosomes. It is widely used as a genetic model of plant because it has the complete genetic and physical map, has a short lifetime, produces many seeds, and is easy to cultivate and transform (http://www.arabidopsis.org). .

본 발명에서는 애기장대를 대상으로 잎 수명이 연장된 변이체를 선별하기 위해 T-DNA를 삽입시켜 돌연변이를 유도한 다음, 성장한 개체들 중에서 육안으로 잎의 황화 속도가 느린 개체를 선발하고, 이들의 수명 연장 형질을 확인하기 위해 잎 생존률, 엽록소 함유량, 광합성 효율 및 이온 유출 속도 변화를 조사하였다. 상기에서 선발된 변이체를ore4변이체로 명명하였으며, 이의 형질을 야생형과 비교한 결과, 야생형은 41 DAG(DAG; days after germination) 에 이미 잎의 노화가 시작되어 4번째 잎이 완전히 황화되는 반면, 변이형ore4는 53 DAG에서도 여전히 많은 양의 엽록소를 가지고 있었다. 한편, 노화 진행의 또 다른 지표인 광합성 활성 감소 및 막 이온 유출 정도에 있어서도,ore4변이체는 야생형에 비해 노화가 더디게 진행되었다.In the present invention, the T-DNA is inserted to select mutations for screening mutants having extended leaf life for the Arabidopsis larvae, and then, among the grown individuals, individuals with slow yellowing speed of leaf yellowing are selected, and their lifespan. Leaf viability, chlorophyll content, photosynthetic efficiency, and ion outflow rate changes were examined to identify extended traits. The above-selected variant was named as ore4 variant, and its traits were compared with wild type. As a result, wild type had already started aging of leaves at 41 days after germination (DAG), while the fourth leaf was completely yellowed. Type ore4 still had large amounts of chlorophyll in the 53 DAG. On the other hand, the ore4 mutant was slower in aging than the wild type in terms of photosynthetic activity reduction and membrane ion efflux, which are other indicators of aging progression.

일반적으로 잎의 노화는 유전자 내에 이미 예정되어 있는 것으로 받아들여 지고 있지만, 노화의 시작과 진행은 앱시스산(abscisic acid; ABA), 메틸 자스모네이트(methyl jasmonate; MeJA) 및 에틸렌(ethylene)과 같은 식물호르몬에 의해 변화될 수 있다고 알려져 있다 (Hensel et al., Plant Cell 5:553, 1993). 따라서 이러한 식물 호르몬의 처리에 따른ore4변이체에서의 잎 수명 변화를 조사하기 위해 각각 ABA, MeJA 및 에틸렌을 처리한 후 노화의 진행을 엽록소 함량 및 광합성 활성 조사를 통해 확인하였다. 그 결과, 야생형과ore4돌연변이체에서 광합성 활성과 엽록소 함량의 차이를 보이지 않았다. 이로 미루어 보아ORE4는 이러한 호르몬에 의해 촉진되는 노화과정에 관여하지 않음으로써 단지 수명 의존적인 방법을 통한 노화과정에 관여함을 알 수 있다.In general, leaf aging is accepted as already scheduled in the gene, but the onset and progression of aging is such as abscisic acid (ABA), methyl jasmonate (MeJA) and ethylene. It is known to be altered by plant hormones (Hensel et al., Plant Cell 5: 553, 1993). Therefore, the progress of aging after treatment with ABA, MeJA and ethylene, respectively, was investigated by investigating the chlorophyll content and photosynthetic activity in order to investigate the change of leaf life in ore4 variants according to the treatment of these plant hormones. As a result, there was no difference in photosynthetic activity and chlorophyll content in wild-type and ore4 mutants. This suggests that ORE4 is not involved in the aging process promoted by these hormones, and thus is involved in the aging process only through life-dependent methods.

한편, 본 발명의 실시예에서는 상기ore4변이체에서 수명의 연장이 생리적 수준뿐만 아니라 분자수준에서도 작용하는 것인지 확인하기 위하여, 각종 노화관련 유전자들의 발현 양상을 노던 블럿 분석 (northern blotting)을 통해 조사하였다. 예를 들어 광합성과 같은 동화 활성(anabolic activity) 및 자가 유지 활성(self-maintenance gene activity)은 잎 성장 시에는 증가하다가 노화단계가 되면 감소하게 된다 (Nam et al., Curr. Opin. Biotech. 8:200, 1997). 야생형의 경우 엽록소 a/b 결합 단백질 (chlorophyll a/b binding protein)과 같은 광합성 관련 유전자 발현은 노화 진행에 비례하여 감소하게 된다. 그러나 본 발명의ore4변이체에서는 이들 유전자의 발현에 거의 차이가 없었다. 한편 각종 노화 관련 유전자 SAG12의 발현은 야생형에서 노화의 진행에 따라 증가한다. 그러나 동일한 시간에ore4변이형에서는 상기 노화 관련 유전자의 발현이 거의 증가하지 않은 것으로 확인되었다. 이러한 사실은ore4변이체의 수명 연장 효과가 생리적 수준은 물론 분자적 수준에서 나타나는 효과임을 의미한다.On the other hand, in the embodiment of the present invention, in order to determine whether the extension of life in the ore4 variant acts at the molecular level as well as the physiological level, the expression pattern of various aging-related genes were investigated through Northern blotting. For example, anabolic and self-maintenance gene activity, such as photosynthesis, increases during leaf growth and decreases during aging (Nam et al., Curr. Opin. Biotech. 8 : 200, 1997). In wild type, photosynthetic gene expression, such as chlorophyll a / b binding protein, decreases in proportion to aging progression. However, the ore4 variant of the present invention showed little difference in expression of these genes. On the other hand, expression of various aging-related genes SAG12 increases with the progress of aging in the wild type. However, at the same time, it was confirmed that the expression of the aging-related genes hardly increased in the ore4 variant. This fact suggests that the life-long effects of ore4 variants are at the physiological and molecular levels.

상기와 같이 식물의 수명 조절에 관여하는 유전자를 찾기 위해 T-DNA가 삽입된 돌연변이체들에서 분리된ore4변이형을 유전적 분석을 한 결과 한 개의 T-DNA의 삽입에 의해서ore4돌연변이가 유도된 것을 확인할 수 있었다. 인버스 중합효소 연쇄 반응 (Inverse Polymerase Chain Reaction)을 통해 T-DNA 삽입에 인접한 게놈 DNA를 분리한 결과 T-DNA가 RPS17 유전자의 번역시작 사이트로부터 상위 758 bp에 삽입되어 이 유전자가 발현되지 않음을 노던 블럿 분석을 통해 확인하였다. 이로부터 RPS17 유전자를 포함하는 2.8 kb 절편을 서브 클로닝 하였으며 상기 절편이ore4변이체를 보완(complementation)하기에 충분함을 확인하였다. 본 발명에서 제공하는 ORE4 유전자의 염기 서열 및 ORE4 단백질의 아미노산 서열은 각각 서열번호 1 및 서열번호 2에 나타나 있다.Genetic analysis of ore4 variants isolated from T-DNA inserted mutants to find genes involved in plant life regulation as described above resulted in the induction of ore4 mutations by insertion of one T-DNA. I could confirm that. Genomic DNA isolated from the T-DNA insertion by inverse polymerase chain reaction resulted in T-DNA being inserted into the top 758 bp from the translation start site of the RPS17 gene, resulting in no expression of the gene. Confirmed by blot analysis. From this, the 2.8 kb fragment containing the RPS17 gene was subcloned and confirmed that the fragment was sufficient to complement the ore4 variant. The nucleotide sequence of the ORE4 gene and the amino acid sequence of the ORE4 protein provided in the present invention are shown in SEQ ID NO: 1 and SEQ ID NO: 2, respectively.

ORE4유전자인 엽록소 RPS17 유전자가 암호화하는 엽록소 리보좀 작은 서브유닛 단백질은 리보좀 조합을 위해 다른 서브유닛들과 같은 양으로 요구되기 때문에 공통적인 기작에 의해 조절된다. RPS17 유전자는 애기장대에서 하나의 사본 수 (copy number)로 존재하므로ore4변이형은 특정 광합성 요소가 아닌 많은 종류의 광합성 요소들의 발현을 감소시킴으로써 광합성의 전체적인 속도를 느리게 할 것이다. 이러한 광합성 능력 감소를 확인하기 위해 야생형과 변이형의 16 DAE(Day after emergence)에서 4번째 좌엽의 엽록소 형광율을 측정한 결과ore4변이형의 광합성계2 (Photosystem II)가 일부 손상되어 그 기능이 감소되어 있음을 확인 할 수 있었다. 식물에 있어 광합성 과정은 유일한 에너지 공급 수단으로서 이러한 과정에 관여하는 산화/환원 반응동안 생성되는 활성 산소 종들이 유출되어 즉시 처리되지 못할 경우 세포 손상을 일으키며 특히 이러한 활성 산소 종들은 식물을 포함하여 인간까지 매우 다양한 종의 노화 과정에서 산화적 상해를 일으키는 위험 요소로서 오랫동안 간주되어 왔다. 결국ore4변이형에서 나타나는 낮은 광합성율은 야생형에 비해 낮은 세포내 활성 산소를 생산함을 확인시켜준다. 더욱이 20 DAE에서 변이형의 4번째 좌엽의 평균 무게가 야생형의 67%에 미치는 것으로 보아ore4변이형에서 잎의 성장과 광합성 속도 사이에 상호 관계가 있음을 최종 확인하였다. The chlorophyll ribosomal small subunit protein, encoded by the ORE4 gene, the chlorophyll RPS17 gene, is regulated by a common mechanism because ribosomal combinations require the same amount as other subunits. Since the RPS17 gene is present in the Arabidopsis as one copy number, the ore4 variant will slow down the overall rate of photosynthesis by reducing the expression of many types of photosynthetic elements that are not specific photosynthetic elements. In order to confirm the decrease in photosynthetic ability, the chlorophyll fluorescence rate of the fourth left lobe was measured in 16 DAEs (wild day and mutant), and the ore4 mutant photosystem II was partially impaired. It was confirmed that it was reduced. For plants, photosynthetic processes are the only means of energy supply and cause cell damage when free radicals produced during the oxidation / reduction reactions involved in these processes are leaked and cannot be processed immediately, especially those free radicals, including plants. It has long been considered a risk factor for oxidative injury in the aging process of a wide variety of species. After all, the low photosynthesis rate of the ore4 variant confirms that it produces lower intracellular free radicals than the wild type. Furthermore, the average weight of the fourth left lobe of the variant at 67 DA of the wild type at 20 DAE confirms the correlation between leaf growth and photosynthetic rate in the ore4 variant.

본 발명의ORE4단백질이 애기장대의 잎 수명에 영향을 미치는 기작은 다음과 같이 추정될 수 있다. 이ORE4단백질의 부재로 식물 엽록소에서 기능을 갖는 리보좀 조합체를 구성하지 못하게 되고 광합성에 필요한 여러 요소들의 생산이 저해된 결과 전반적인 식물의 광합성 율이 감소되게 되는 것이다. 이러한 식물에서의 감소된 광합성 율은 대사 속도(metabolic rate)를 낮추고 결국 낮은 활성 산소종의 생산으로 식물 잎의 노화를 지연시키게 된다. 식물에 있어서 감소된 대사 속도와 노화 지연에 대해 알려진 바가 없다. 따라서ore4변이형의 연구는 에너지 평형(energy balance)과 노화의 역할에 대한 직접적인 유전학적 고찰을 제공할 것이다.The mechanism by which the ORE4 protein of the present invention affects the leaf life of Arabidopsis can be estimated as follows. The absence of this ORE4 protein prevents the formation of ribosome combinations that function in plant chlorophyll and inhibits the production of several elements necessary for photosynthesis, resulting in a reduction in the overall plant photosynthesis rate. The reduced photosynthetic rate in these plants lowers the metabolic rate and eventually slows aging of the plant leaves with the production of low reactive oxygen species. There is no known reduced metabolic rate and aging delay in plants. Thus, the study of the ore4 variant will provide a direct genetic review of the role of energy balance and aging.

그러나, 본 발명에 의한ORE4유전자 및 단백질 또는 변이형ore4유전자에 의한 수명 조절 효과 또는 수명 연장 효과는 상기와 같은 이론에 의해 그 기작이 설명될 수 있지만, 상기 이론에 의해 구속되거나 이에 한정되어 의존하고자 하는 것은 아니다.However, the lifetime control effect or the long life effect due to ORE4 gene and the protein or variants ore4 gene according to the present invention is to rely on, but may be that the mechanism is explained by the theory as described above, or bound by the theory are limited to It is not.

한편, 본 발명의ORE4유전자 및ORE4단백질은 식물의 노화 관련 유전자 또는 노화 억제 물질을 탐색하는 데에 유용하게 이용될 수 있다. 예를 들어,ORE4유전자와 염기 서열 등을 비교하여 높은 서열 상동성을 가진 유전자를 탐색하거나, 일부분을 탐침으로 하여, 노화 물질을 처리한 식물체로부터 추출한 RNA 또는 mRNA를 주형으로 하여 제조한 cDNA와 혼성화 반응을 수행함으로써 유사 유전자를 탐색할 수 있다. 또한 직접적으로 본 발명의 유전자와 결합하는 물질, 본 유전자의 발현을 억제 또는 활성화하는 물질을 탐색하거나, 또는ORE4단백질과의 결합양상을 분석함으로써 노화 억제 물질을 탐색하는 용도로 사용될 수도 있다. 구체적인 방법으로는 당업계에 잘 알려진 DNA 칩, 중합 효소 연쇄 반응 (PCR) 및 노던 블럿 등을 포함하는 다양한 방법으로 분석을 수행할 수 있다.Meanwhile, the ORE4 gene and ORE4 protein of the present invention can be usefully used to search for aging-related genes or aging inhibitors of plants. For example, ORE4 genes and nucleotide sequences can be compared to search for genes with high sequence homology, or hybridize with cDNAs prepared using RNA or mRNA extracted from plants treated with aging substances as part of probes. By carrying out the reaction, similar genes can be searched. In addition, the present invention may be used to search for substances that bind directly to the gene of the present invention, substances that inhibit or activate the expression of the gene, or to search for aging inhibitors by analyzing the binding patterns with the ORE4 protein. Specific methods can be performed by various methods including DNA chips, polymerase chain reaction (PCR), Northern blot, and the like, which are well known in the art.

또한, ORE4 단백질을 이용할 때는 효소 면역 측정 (ELISA), 단백질 칩 및 2-D 겔 분석 등을 포함하는 그룹으로부터 선택된 방법으로 ORE9 단백질 발현 양상을확인함으로써 분석을 수행할 수 있다.In addition, when using the ORE4 protein, the assay can be performed by confirming the expression pattern of the ORE9 protein by a method selected from the group including enzyme immunoassay (ELISA), protein chip and 2-D gel analysis.

한편, 본 발명은ore4변이형 유전자로 식물체를 형질 전환시킴으로써 식물의 수명을 연장시키는 방법을 제공한다. 상기 변이형 유전자로 형질 전환된 식물체를 제조하는 방법은 공지의 식물체 형질전환 방법을 이용할 수 있는데, 예를 들어 상기 변이형ore4유전자를 도입한 식물 형질 전환용 이원 벡터를 이용하여 아그로박테리움 (Agrobacterium)에 의해 매개되는 형질 전환법을 이용하거나, T-DNA 부위를 포함하지 않는 벡터를 이용하는 경우 전기 천공법 (electroporation), 입자 충격법 (microparticle bombardment), 폴리에틸렌 글리콜 침전법 (polyethyleneglycol-mediated uptake) 등을 이용할 수 있다.On the other hand, the present invention provides a method for extending the life of the plant by transforming the plant with ore4 variant genes. As a method for producing a plant transformed with the mutant gene, a known plant transformation method may be used, for example, Agrobacterium (Agrobacterium) using a binary vector for plant transformation into which the mutant ore4 gene is introduced. ), Or by using a vector that does not contain a T-DNA site, electroporation, microparticle bombardment, polyethylene glycol precipitation media, etc. Can be used.

또한, 본 발명은 식물체의ORE4유전자를 직접 유전공학적으로 조작하여 변이형ore4유전자로 만듬으로써 식물의 수명을 연장시키는 방법을 제공한다. 변이형ore4유전자를 만드는 방법은 예컨대, 삽입 돌연변이(insertional mutagenesis) 또는 안티센스 억제(antisense suppression) 등과 같이 당업계에 널리 알려진 유전자의 발현억제방법을 사용할 수 있으나, 바람직하게는ORE4유전자의 상위 지역에 T-DNA를 삽입시킴으로써 변이형ore4유전자를 만든다.In addition, the present invention provides a method of extending the life of the plant by direct genetic engineering of the ORE4 gene of the plant to make a variant ore4 gene. The method of making the variant ore4 gene may use a method of suppressing expression of genes well known in the art such as, for example, insertional mutagenesis or antisense suppression, but preferably, the T region is located in the upper region of the ORE4 gene. By inserting DNA the variant ore4 gene is made.

본 발명의 방법에 의해 수명이 연장될 수 있는 식물로는 상치, 배추, 감자, 무를 포함하는 대부분의 쌍자엽 식물 (dicotyledonous plant)이 모두 이용될 수 있으며, 특히 토마토와 같이 과피가 얇아 노화에 따른 품질 저하가 급격히 나타나는 식용 채소 또는 과일 그리고 잎이 주된 상품으로 거래되는 식물 등에 적용할 경우 저장 효율을 높이는 데 효과적이다.As a plant which can be extended in life by the method of the present invention, most dicotyledonous plants including lettuce, Chinese cabbage, potatoes, and radish can be used. In particular, thin skins such as tomatoes have a aging quality. It is effective to increase storage efficiency when applied to edible vegetables or fruits and plants whose leaves are traded as main products.

이하, 본 발명을 실시예에 의해 상세히 설명한다. 단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in detail by way of examples. However, the following examples are merely to illustrate the invention, but the content of the present invention is not limited to the following examples.

<실시예 1> 애기장대 (Example 1 Baby Pole ( Arabidopsis thalianaArabidopsis thaliana )로부터 수명 연장 돌연변이체의 선발Selection of Life Extension Mutants from

애기장대 야생형인 WS의 종자에 T-DNA가 삽입된 돌연변이들을 약 23℃로 온도가 조절되는 온실에서 성장 시켰으며, 연령 의존적인 식물 노화에 따른 엽록소의 감소로 인해 잎이 황화되는 정도를 육안으로 관찰하여 야생형에 비해 잎의 황화 속도가 느린 1개의 개체를 선발하여, 상기 변이체를 오래 산다는 의미로ore4로 명명하였다. 이에 대해 잎의 노화 정도를 측정하기 위한 생체표지(biomarker)로 사용되고 있는 생화학적 분석(엽록소의 함량 분석, 광화학적 효율 분석)의 결과로부터 실제로 이 돌연변이 식물이 기능상의 노화 지연 식물(functional stay-green)임을 확인하였다. 상기에서 선발된 수명 연장 변이체 및 대조군으로 사용될 야생형 개체들은 이후의 실험에 사용하기에 앞서 22℃, 16시간 명 조건/8시간 암 조건으로 환경이 조절되는 생장실(growth room, Korea Instrument Inc.)에서 생장 시켰으며, 실험에는 3번 또는 4번 좌엽을 사용하였다. 야생형의 경우 41DAG 에서 좌엽의 노화가 이미 시작되어 진행이 되는 반면 ore4의 좌엽은 여전히 다량의 엽록소를 함유하고 있으며 53DAG에서 조차 높은 엽록소 함량을 보였다.(도 1a/b참조)Mutations in which T-DNA was inserted into the seed of the Arabidopsis wild-type WS were grown in a temperature-controlled greenhouse at about 23 ° C, and the degree of leaf yellowing due to the decrease in chlorophyll due to age-dependent plant aging was observed. One individual with a slower yellowing rate of leaves compared to the wild type was selected and named as ore4 to live the variant for a long time. In contrast, from the results of biochemical analysis (chlorophyll content analysis, photochemical efficiency analysis), which is used as a biomarker to measure the degree of aging of leaves, the mutant plants are actually functional stay-green plants. It was confirmed). The above life-spanning variants and wild-type individuals to be used as controls were grown in a growth room (Korea Instrument Inc.) at 22 ° C., 16 hours light / 8 hours dark condition prior to use in subsequent experiments. The left lobe was used 3 or 4 times for the experiment. In the wild type, the left lobe has already begun aging at 41DAG, while the left lobe of ore4 still contains a large amount of chlorophyll and even at 53DAG has a high chlorophyll content (see Figure 1a / b).

< 실시예 2 > 수명연장 변이체Example 2 Life Extension Variants ore4ore4 의 형질 발현 조사Investigation of the expression of

ore4변이체의 수명 연장 형질을 확인하기 위하여ore4의 잎 엽록소 함량, 광합성 활성 및 막 이온 유출 정도를 측정하여 야생형 애기장대의 것과 비교하였다.In order to determine the longevity of transfected mutant ore4 the leaf chlorophyll content of ore4, photosynthetic activity and membrane measuring approximately ion leakage was compared to that of wild-type Arabidopsis thaliana.

2-1) 광합성 활성2-1) photosynthetic activity

광합성 활성을 측정하기 위하여 오 등의 방법 (Oh S.A. et al., Plant Mol. Biol. 30:939, 1996)을 이용하였다. 우선 각 DAE의 잎을 15분간 암처리한 후 식물 효율 분석기 (Plant Efficiency Analyzer)를 이용하여 엽록소의 형광을 측정하였다. 광합성 활성은 엽록소의 형광도 특성을 이용한 PSII (photosystemII)의 광화학적 효율 (photochemical efficiency)로 나타내었는데, 형광도 최대치 (maximum value of fluorescence; Fm)에 대한 최대 변형 형광도 (maximum variable fluorescence; Fv)의 비율 (Fv/Fm)로 나타내었다. 상기 수치가 높을수록 광합성 효율이 좋음을 나타낸다. 그 결과, 야생형의 경우 36 DAE에서 어떤 광합성 효율도 보이지 않은 반면에ore4의 경우 70% 이상 유지하고 있었다 (도 2a 참조).To measure photosynthetic activity, Oh et al. (Oh SA et al., Plant Mol. Biol. 30: 939, 1996) was used. First, the leaves of each DAE were treated with cancer for 15 minutes, and then fluorescence of chlorophyll was measured by using a Plant Efficiency Analyzer. Photosynthetic activity was expressed by the photochemical efficiency of PSII (photosystemII) using the fluorescence properties of chlorophyll, which was the maximum variable fluorescence (Fv) against the maximum value of fluorescence (Fm). It is expressed as the ratio of (Fv / Fm). Higher values indicate better photosynthetic efficiency. As a result, wild-type showed no photosynthetic efficiency at 36 DAE, while ore4 maintained more than 70% (see FIG. 2A).

2-2) 엽록소 함유량 측정2-2) Chlorophyll content measurement

엽록소의 함량 측정을 위해 각 시료 잎을 80℃, 95% 에탄올로 끓여 엽록소를 추출하였다. 엽록소 함량은 648nm와 664nm의 흡광도로 측정하였으며, 잎의 중량 (fresh weight)에 대한 엽록소 농도로 표시하였다 (Vermon et al., Anal. Chem. 32:1142-1150, 1960). 그 결과 도 2b에 나타난 바와 같이 28 DAE에서 야생형의 경우 16 DAE에서의 엽록소의 양의 19%만을 유지한 반면,ore4변이형의 경우 그 값의 80%를 유지하고 있었다 (도 2b 참조).In order to measure the content of chlorophyll, the leaves of each sample were boiled with 80 ° C. and 95% ethanol to extract chlorophyll. Chlorophyll content was measured by absorbance at 648 nm and 664 nm and expressed as chlorophyll concentration to fresh weight of leaves (Vermon et al., Anal. Chem. 32: 1142-1150, 1960). As a result, as shown in FIG. 2B, only 19% of the amount of chlorophyll at 16 DAE was maintained in the wild type at 28 DAE, while 80% of the value was maintained in the ore4 variant (see FIG. 2B).

2-3) 막 이온 유출 정도 조사2-3) Investigation of membrane ion leakage

막 이온 유출 정도는 잎으로부터 유출된 전해질을 측정함으로써 결정하였다.애기장대 한 개체 당 2개의 잎을 채취하여 400mM 만니톨 (mannitol) 3 ml에 담그고 22℃에서 3시간 동안 가볍게 흔들어 준 뒤, 전도율 측정기 (conductivity meter SC-170)을 이용해 최초 전도율 (initial conductivity)을 측정하였다. 상기 시료를 10분 동안 끓인 후 총 전도율 (total conductivity)을 측정하였고, 전도율은 총 전도율에 대한 최초 전도율의 비율 (%)로 나타냈다. 그 결과, 막 이온의 유출은 야생형의 경우 28 DAE 이후 급격히 증가하였으며,ore4의 경우 36 DAE 이후 급격히 증가하는 양상을 나타냈다 (도 2c 참조).The degree of membrane ion efflux was determined by measuring the electrolyte emanating from the leaves. Two leaves per Arabidopsis were collected, immersed in 3 ml of 400 mM mannitol and gently shaken at 22 ° C. for 3 hours, followed by a conductivity meter ( Initial conductivity was measured using the conductivity meter SC-170). After boiling the sample for 10 minutes, the total conductivity was measured, and the conductivity was expressed as the ratio of the initial conductivity to the total conductivity (%). As a result, the outflow of membrane ions increased rapidly after 28 DAE in the wild type, and rapidly increased after 36 DAE in the case of ore4 (see FIG. 2C).

이상의 결과들을 종합할 때,ore4변이형은 일반 야생형에 비해 잎의 수명이 훨씬 긴 표현형을 갖는 것으로 나타났으며, 이러한 수명 연장의 효과는 엽록소 함량 감소, 광합성 활성 감소 및 막이온 유출 등으로 표현되는 노화에 따른 생화학적 변화가 야생형에 비해 늦게 나타나는 것으로부터 확인할 수 있다.Taken together, the ore4 variant was found to have a much longer phenotype of leaves than the wild type, and the effect of prolonging the lifespan was expressed by decreased chlorophyll content, decreased photosynthetic activity, and membrane ion release. It can be seen that the biochemical changes with aging appear later than the wild type.

< 실시예 3 ><Example 3> ore4ore4 변이체에서 노화 관련 유전자 발현Age-related Gene Expression in Variants

ore4가 노화관련 유전자 (senescence associated genes; SAGs) 발현에 어떠한 영향을 미치는지 확인하기 위해 잎 발생 (development) 과정동안 시간 경과에 따른 각 SAG 단백질들의 발현양상을 노던 블럿 (northern blot)을 통해 확인하였다. 시료는 야생형 잎을 기준으로 각각 완전 성숙, 10% 이하 엽록소 소실, 약 50% 엽록소 소실 시기인 16, 24, 28 DAE에서 전체 RNA를 추출하여 조사하였다. 각 레인 별로 10μg의 RNA를 로딩하였으며 탐침으로는 전장 (full-length)ORE4유전자를 사용하였다. 광합성과 같은 동화 활성 (anabolic activity) 및 자가 유지 유전자 활성 (self-maintenancegene activity)은 잎 성장 시 증가하다가 노화 단계에서는감소하는 것으로 알려져 있다 (H.G. Nam, Curr. Opin. Biotech. 8:200, 1997). 본 실험 결과에서도 이에 일치하는 결과가 확인되었는데, 야생형의 경우, 엽록소 a/b 결합 단백질 (chlorophyll a/b binding protein; CAB)과 같이 광합성에 관련된 유전자 발현은 시간이 지날수록 노화에 비례하여 감소하였다. 그러나,ore4변이체에서는 이들 유전자의 발현 양상에 약간의 변화만 있을 뿐 거의 변하지 않았다. 한편,SAG12과 같은 노화 관련 유전자들의 발현 정도는 야생형이 시간이 지날수록 증가하는데 비해, 변이형에서는 동일한 시간에 발현 양상이 영향을 받지 않는 것으로 나타났다.(도 2d 참조) 이러한 사실은ore4변이가 생리적 현상뿐만 아니라 분자 수준에서도 노화의 시작을 연기시켜 잎의 수명을 연장시킨다는 것을 의미한다. To determine how ore4 affects the expression of senescence associated genes (SAGs), the expression patterns of SAG proteins over time during leaf development were examined by Northern blot. Samples were examined by extracting total RNA from 16, 24, and 28 DAEs, which were at full maturity, 10% or less chlorophyll loss, and about 50% chlorophyll loss, based on wild-type leaves. Each lane was loaded with 10 μg of RNA and the full-length ORE4 gene was used as a probe. Anabolic activity and self-maintenance gene activity, such as photosynthesis, are known to increase during leaf growth and decrease during the aging stage (HG Nam, Curr. Opin. Biotech. 8: 200, 1997). . This result was confirmed to be consistent with the results. In wild type, the expression of photosynthetic genes, such as chlorophyll a / b binding protein (CAB), decreased in proportion to aging over time. . However, the ore4 variant showed little change in the expression pattern of these genes. On the other hand, as compared to expression levels of aging related genes such as the SAG12 was increased Over wild type this time, in the variant was found that is not the expression effect in the same time (see Fig. 2d) This fact ore4 mutations physiological In addition to phenomena, at the molecular level, it delays the onset of aging, prolonging leaf life.

< 실시예4 > 암처리 및 식물 호르몬 처리에 따른Example 4 According to Cancer Treatment and Plant Hormone Treatment ore4ore4 변이체의 잎 수명 변화Leaf Life Variation of Variants

잎의 노화는 발생학적으로 예정되어 있는 것이라고 알려져 있지만, 또한 노화의 시작과 진행은 일정한 농도의 식물 생장 억제 물질인 앱시스산(abscisic acid; ABA), 메틸 자스모네이트 (methyl jasmonate;MeJA) 및 에틸렌(ethylene) 과 같은 식물 호르몬 (phytohormone) 에 의해 변화될 수 있다. (Hensel et al., Plant Cell 5:553, 1993; Weidhase et al., Physiol.Plant 69:161, 1987; Zeevaart et al., Annu.Rev.Plant Physiol. Plant Mol.Biol. 39:439,1988). 우선 암처리를 하였을 때, 수명 변화를 광합성 활성 및 엽록소 함량 변화 측정을 통해 조사하였다. 또한 식물 호르몬 처리에 따른ore4변이체의 잎 수명 변화를 광합성 활성 및 엽록소 함량 변화 측정을 통해 조사하였다. 분리한 잎에 빛을 계속 쬐어주면서 50μM ABA 또는 50μM MeJA을 포함하는 3 mM 2-[N-몰포리노]-에탄술폰산 완충액(2-[N-morpholinol]-ethanesulfonic acid; MES buffer, pH 5.8)에 부유시켰다. 에틸렌 처리는 5μM 에틸렌 가스를 포함하는 유리 상자 안에서 배양함으로써 수행하였다. 상기와 같은 식물 호르몬 처리는 계속적으로 빛을 쬐어주는 상태로 22℃에서 3일간 수행하였다. 이때 시료는 12 DAE에 있는 12개의 독립된 잎을 이용하였으며, 엽록소 함량 및 광합성 활성은 동일한 방법으로 측정하였다. 그 결과 암처리, ABA, MeJA, 및 에틸렌 처리 후ore4변이형의 잎 노화는 지연되지 않음을 확인함으로써ORE4는 암처리 및 노화 촉진 호르몬에 의해 유도되는 노화 과정에는 관계하지 않음을 보여 주었다.(도 3 및 4 참조)Leaf aging is known to be developmentally scheduled, but the onset and progression of aging is also indicated by constant concentrations of plant growth inhibitors, abscisic acid (ABA), methyl jasmonate (MeJA) and ethylene. can be altered by phytohormones such as ethylene. (Hensel et al., Plant Cell 5: 553, 1993; Weidhase et al., Physiol. Plant 69: 161, 1987; Zeevaart et al., Annu. Rev. Plant Phylol. Plant Mol. Biol. 39: 439,1988 ). First, the change in lifespan during dark treatment was investigated by measuring photosynthetic activity and chlorophyll content changes. In addition, changes in leaf lifespan of ore4 variants according to plant hormone treatment were investigated by measuring photosynthetic activity and chlorophyll content. Continue to shine the separated leaves in 3 mM 2- [N-morpholino] -ethanesulfonic acid buffer (2- [N-morpholinol] -ethanesulfonic acid; MES buffer, pH 5.8) containing 50 μM ABA or 50 μM MeJA. Floated. Ethylene treatment was performed by incubating in a glass box containing 5 μM ethylene gas. Plant hormone treatment as described above was carried out for 3 days at 22 ℃ under continuous light. The sample used 12 independent leaves in 12 DAE, and chlorophyll content and photosynthetic activity were measured by the same method. The results showed that leaf aging of the ore4 variant after cancer treatment, ABA, MeJA, and ethylene treatment was not delayed, indicating that ORE4 was not involved in the aging process induced by cancer treatment and aging-stimulating hormone. 3 and 4)

< 실시예5 ><Example 5> ORE4ORE4 유전자 클로닝 및 서열분석Gene Cloning and Sequencing

ore4변이형은 초기에 T-DNA 삽입 돌연변이체들로부터 분리되었으며 유전적 분석을 통해 한 개의 T-DNA 삽입으로 나타나는 열성 돌연변이체임이 확인되었다. T-DNA 삽입에 인접한 게놈 DNA를 클로닝하기위해 인버스 중합 효소 연쇄 반응을 수행하였다. 이는ore4돌연변이체의 게놈 DNA를BglII 제한 효소로 반응 후 자기 결합(self ligation) 시켰다. 여기에 5' acgtgggtttctggcagctgga 3'과 5' ggccagcgtatcgtgctgcg 3'을 이용하여 T-DNA의 인접 서열을 분리하였다. 염기 서열 분석 결과 T-DNA가 RPS17 유전자의 번역 시작 상위 758 bp에 T-DNA가 삽입되었음을 알 수 있었다 (도 5a). The ore4 variant was initially isolated from T-DNA insertion mutants, and genetic analysis revealed that it is a recessive mutant resulting from one T-DNA insertion. Inverse polymerase chain reaction was performed to clone genomic DNA adjacent to T-DNA insertion. This resulted in self ligation of the genomic DNA of the ore4 mutant with Bgl II restriction enzyme. The contiguous sequences of T-DNA were isolated using 5 'acgtgggtttctggcagctgga 3' and 5 'ggccagcgtatcgtgctgcg 3'. Sequence analysis showed that T-DNA was inserted into the top 758 bp of the start of translation of the RPS17 gene (FIG. 5A).

야생형과 돌연변이형에서 분리된 RNA를 사용한 노던 블럿 분석 결과 야생형에서만 850bp정도의 전사체가 나타났으며 변이형에서는 이 전사체가 존재하지 않음을 확인하였다(도 5b).Northern blot analysis using RNA isolated from wild type and mutant showed only about 850bp of transcript in the wild type, and it was confirmed that the transcript did not exist in the mutant (FIG. 5B).

상기 RPS17유전자를 포함하는 2.8kb 절편을 5' ttagatgaggctgccaccggat 3'와 tccgactaccaattgtttgctc 3' 프라이머를 사용하여 pGTE 벡터에 서브클로닝하였으며, 상기 재조합벡터 pGTE-ORE4 로 형질전환된 대장균을 2001년 8월 16일자로 생명공학연구소 유전자은행에 기탁하였다 (기탁번호: KCTC 10037BP).The 2.8 kb fragment containing the RPS17 gene was subcloned into the pGTE vector using the 5 'ttagatgaggctgccaccggat 3' and tccgactaccaattgtttgctc 3 'primers. Deposited to the Institute of Engineering Gene Bank (Accession Number: KCTC 10037BP).

잠재적 RPS17유전자가ore4변이체에 있어서 수명 조절을 보완할 수 있는지 확인하기 위해, 상기 재조합벡터에 삽입되어 있는 RPS17 유전자를 포함하는 2.8kb 절편을 pCAMBIA 벡터로 옮긴 후ore4개체에 형질 전환하여 보완 실험을 수행하였다. 형질전환된 개체들을 T2세대에서 항생제 저항성 및 표현형을 관찰한 결과, 하기 표 2에 나타난 바와 같이 RPS17 유전자를 포함하는 절편이 변이체ore4를 보완할 수 있음을 확인하였다. 이러한 결과 RPS17유전자가ORE4임을 증명할 수 있었다.To determine if the potential RPS17 gene could complement lifespan regulation in the ore4 variant, a 2.8kb fragment containing the RPS17 gene inserted into the recombinant vector was transferred to a pCAMBIA vector and transformed into ore4 individuals to perform a complementary experiment. It was. As a result of observing the antibiotic resistance and phenotype in the T2 generation of transformed individuals, it was confirmed that the fragment containing the RPS17 gene can complement the variant ore4 as shown in Table 2 below. These results prove that RPS17 gene is ORE4 .

[표 1]TABLE 1

유전자 도입(transgenes)에 의한ore4변이체 보완 (complementation) 실험Complementation experiment of ore4 variants by transgenes

유전형Genotype 하이그로마이신 저항성Hygromycin resistance 표 현 형Expression Hygr Hyg r Hygs Hyg s ++ -- 야생형Wild type -- -- 2525 00 ore4ore4 -- -- 00 2525 ore4/RPS17-aore4 / RPS17-a 7676 2424 2121 88 ore4/RPS17-bore4 / RPS17-b 134134 5252 2828 88 ore4/RPS17-core4 / RPS17-c 7474 2424 2727 99

주) Hygr은 하이그로마이신에 대한 저항성, Hygs는 하이그로마이신에 대한 민감성, +는 야생형의 표현형, -는 노화 지연의 표현형을 의미한다.Note: Hygr means resistance to hygromycin, Hygs means sensitivity to hygromycin, + means wild type phenotype, and-means phenotype of delayed aging.

< 실시예 6 > 감소된 RPS17 발현으로 인한 잎 성장 저해Example 6 Leaf Growth Inhibition Due to Reduced RPS17 Expression

감소된 광합성 활동이 잎 성장의 저해를 일으킨다는 가설을 검증하기 의해 잎 성장 속도에 대한ore4변이형의 영향을 조사하였다. 야생형과 변이형의 4번째좌엽의 무게를 4 DAE부터 20 DAE까지 측정한 결과 이 두 식물에서 좌엽의 무게가 유사하게 증가되었으나 변이형의 4번째 좌엽의 평균 무게가 20 DAE에서 야생형의 67%에 지나지 않았다 (도 6 참조). 따라서,ore4변이형에서 광합성 속도와 잎 성장 사이에 상관 관계가 있음을 알 수가 있다.The effect of the ore4 variant on leaf growth rate was examined by testing the hypothesis that reduced photosynthetic activity caused leaf growth inhibition. Weighing the 4th left lobe of the wild type and the mutant from 4 DAE to 20 DAE showed similarly increased weight of the left lobe in these two plants, but the mean weight of the 4th left lobe of the variant increased from 20 DAE to 67% of the wild type. Not too much (see FIG. 6). Thus, there is a correlation between photosynthetic rate and leaf growth in the ore4 variant.

본 발명의 신규 노화 조절 유전자ORE4및 상기 유전자로부터 발현되는 ORE4 단백질은 식물의 노화 기작 연구, 노화 관련 유전자 또는 노화 억제 물질의 탐색 등에 유용하게 쓰일 수 있다. 또한 상기 유전자의 변이형인ore4유전자로 식물체를 형질전환시키거나 식물체의ORE4유전자 자체를 변이형으로 만듬으로써 식물의 수명을 연장시켜 생산성 향상 및 저장 효율 증대 등을 이룰 수 있다.The novel aging control gene ORE4 of the present invention and the ORE4 protein expressed from the gene can be usefully used for the study of aging mechanisms of plants, the search for aging-related genes or aging inhibitors. It can also achieve such increasing of extending the useful life of the plants by making the ORE4 gene itself or to plants transformed with the plant in variations ore4 type gene of the gene variants increase productivity and storage efficiency.

<110> POSTECH FOUNDATION <120> Gene ORE4 which regulates leaf longevity in Arabidopsis thaliana and mutant genes thereof <160> 2 <170> KopatentIn 1.71 <210> 1 <211> 450 <212> DNA <213> Arabidopsis thaliana <220> <221> CDS <222> (1)..(447) <400> 1 atg ata acg tcg tcc cta acc tca tct ctg caa gct ctc aag ctt tcg 48 Met Ile Thr Ser Ser Leu Thr Ser Ser Leu Gln Ala Leu Lys Leu Ser 1 5 10 15 tct ccg ttc gcc cat ggc tcc act cct ctc tca tct ctc tct aag ccc 96 Ser Pro Phe Ala His Gly Ser Thr Pro Leu Ser Ser Leu Ser Lys Pro 20 25 30 aat tcc ttc ccg aac cac aga atg ccc gct tta gtt ccg gtc atc aga 144 Asn Ser Phe Pro Asn His Arg Met Pro Ala Leu Val Pro Val Ile Arg 35 40 45 gcc atg aaa acg atg cag ggg cgc gtg gtg tgc gca acc agt gac aag 192 Ala Met Lys Thr Met Gln Gly Arg Val Val Cys Ala Thr Ser Asp Lys 50 55 60 act gtg gcg gtg gag gtg gtg agg ctg gct ccc cac ccc aag tac aag 240 Thr Val Ala Val Glu Val Val Arg Leu Ala Pro His Pro Lys Tyr Lys 65 70 75 80 agg cgc gtg agg atg aag aag aag tac caa gct cac gac ccc gat aat 288 Arg Arg Val Arg Met Lys Lys Lys Tyr Gln Ala His Asp Pro Asp Asn 85 90 95 cag ttc aag gtt ggc gac gtg gtc aga ctg gaa aag agc aga ccc atc 336 Gln Phe Lys Val Gly Asp Val Val Arg Leu Glu Lys Ser Arg Pro Ile 100 105 110 agt aag act aaa tca ttt gtg gcg ctt cct gtc atc gca agg gcc gcc 384 Ser Lys Thr Lys Ser Phe Val Ala Leu Pro Val Ile Ala Arg Ala Ala 115 120 125 agg aaa gcc gaa gcc gga gga gat gaa ctc ctt ggc ctt ccc ttg gag 432 Arg Lys Ala Glu Ala Gly Gly Asp Glu Leu Leu Gly Leu Pro Leu Glu 130 135 140 tct cag cag ccg gcg tag 450 Ser Gln Gln Pro Ala 145 <210> 2 <211> 149 <212> PRT <213> Arabidopsis thaliana <400> 2 Met Ile Thr Ser Ser Leu Thr Ser Ser Leu Gln Ala Leu Lys Leu Ser 1 5 10 15 Ser Pro Phe Ala His Gly Ser Thr Pro Leu Ser Ser Leu Ser Lys Pro 20 25 30 Asn Ser Phe Pro Asn His Arg Met Pro Ala Leu Val Pro Val Ile Arg 35 40 45 Ala Met Lys Thr Met Gln Gly Arg Val Val Cys Ala Thr Ser Asp Lys 50 55 60 Thr Val Ala Val Glu Val Val Arg Leu Ala Pro His Pro Lys Tyr Lys 65 70 75 80 Arg Arg Val Arg Met Lys Lys Lys Tyr Gln Ala His Asp Pro Asp Asn 85 90 95 Gln Phe Lys Val Gly Asp Val Val Arg Leu Glu Lys Ser Arg Pro Ile 100 105 110 Ser Lys Thr Lys Ser Phe Val Ala Leu Pro Val Ile Ala Arg Ala Ala 115 120 125 Arg Lys Ala Glu Ala Gly Gly Asp Glu Leu Leu Gly Leu Pro Leu Glu 130 135 140 Ser Gln Gln Pro Ala 145<110> POSTECH FOUNDATION <120> Gene ORE4 which regulates leaf longevity in Arabidopsis thaliana and mutant genes according <160> 2 <170> KopatentIn 1.71 <210> 1 <211> 450 <212> DNA <213> Arabidopsis thaliana <220> <221> CDS <222> (1) .. (447) <400> 1 atg ata acg tcg tcc cta acc tca tct ctg caa gct ctc aag ctt tcg 48 Met Ile Thr Ser Ser Leu Thr Ser Ser Leu Gln Ala Leu Lys Leu Ser 1 5 10 15 tct ccg ttc gcc cat ggc tcc act cct ctc tca tct ctc tct aag ccc 96 Ser Pro Phe Ala His Gly Ser Thr Pro Leu Ser Ser Leu Ser Lys Pro 20 25 30 aat tcc ttc ccg aac cac aga atg ccc gct tta gtt ccg gtc atc aga 144 Asn Ser Phe Pro Asn His Arg Met Pro Ala Leu Val Pro Val Ile Arg 35 40 45 gcc atg aaa acg atg cag ggg cgc gtg gtg tgc gca acc agt gac aag 192 A la Met Lys Thr Met Gln Gly Arg Val Val Cys Ala Thr Ser Asp Lys 50 55 60 act gtg gcg gtg gag gtg gtg agg ctg gct ccc cac ccc aag tac aag 240 Thr Val Ala Val Glu Val Val Arg Leu Ala Pro His Pro Lys Tyr Lys 65 70 75 80 agg cgc gtg agg atg aag aag aag tac caa gct cac gac ccc gat aat 288 Arg Arg Val Arg Met Lys Lys Lys Lys Tyr Gln Ala His Asp Pro Asp Asn 85 90 95 cag ttc aag gtt ggc gac gtg gtc aga ctg gaa aag agc aga ccc atc 336 Gln Phe Lys Val Gly Asp Val Val Arg Leu Glu Lys Ser Arg Pro Ile 100 105 110 agt aag act aaa tca ttt gtg gcg ctt cct gtc atc gca agg gcc gcc 384 Ser Lys Thr Lys Ser Phe Val Ala Leu Pro Val Ile Ala Arg Ala Ala 115 120 125 agg aaa gcc gaa gcc gga gga gat gaa ctc ctt ggc ctt ccc ttg gag 432 Arg Lys Ala Glu Ala Gly Gly Asp Glu Leu Leu Gly Leu Pro Leu Glu 130 135 140 tct cag cag ccg gcg tag 450 Ser Gln Gln Pro Ala 145 <210> 2 <211> 149 <212> PRT <213> Arabidopsis thaliana <400> 2 Met Ile Thr Ser Ser Leu Thr Ser Ser Leu Gln Ala Leu Lys Leu Ser 1 5 10 15 Ser Pro Phe Ala His Gly Ser Thr Pro Leu Ser Ser Leu Ser Lys Pro 20 25 30 Asn Ser Phe Pro Asn His Arg Met Pro Ala Leu Val Pro Val Ile Arg 35 40 45 Ala Met Lys Thr Met Gln Gly Arg Val Val Cys Ala Thr Ser Asp Lys 50 55 60 Thr Val Ala Val Glu Val Val Arg Leu Ala Pro His Pro Lys Tyr Lys 65 70 75 80 Arg Arg Val Arg Met Lys Lys Lys Tyr Gln Ala His Asp Pro Asp Asn 85 90 95 Gln Phe Lys Val Gly Asp Val Val Arg Leu Glu Lys Ser Arg Pro Ile 100 105 110 Ser Lys Thr Lys Ser Phe Val Ala Leu Pro Val Ile Ala Arg Ala Ala 115 120 125 Arg Lys Ala Glu Ala Gly Gly Asp Glu Leu Leu Gly Leu Pro Leu Glu 130 135 140 Ser Gln Gln Pro Ala 145

Claims (13)

서열번호 2의 아미노산 서열을 갖는 식물의 수명 조절 단백질 ORE4.Life control protein of plants having the amino acid sequence of SEQ ID NO: ORE4. 제 1항에 있어서, 상기 단백질은 애기장대 (Arabidopsis thali1ana)로부터 분리한 것을 특징으로 하는 식물의 수명 조절 단백질 ORE4.The plant life control protein of claim 1, wherein the protein is isolated from Arabidopsis thali1ana. 제 1항의 ORE4 단백질을 암호화하는 유전자.Gene encoding the ORE4 protein of claim 1. 제 3항에 있어서, 서열번호 1로 표시되는 염기서열을 갖는ORE4유전자.4. The ORE4 gene according to claim 3, having a nucleotide sequence represented by SEQ ID NO: 1. 제 3항의 식물의 수명 연장 유전자를 포함하는 재조합 벡터.Recombinant vector comprising a gene extending the life of the plant of claim 3. 제 5항에 있어서, ORE4 유전자를 포함하는 pGTE-ORE4 (기탁번호 : KCTC 10037BP)PGTE-ORE4 according to claim 5, comprising the ORE4 gene (Accession No .: KCTC 10037BP) 서열번호 2의 아미노산 서열을 암호화하는ORE4유전자를 이용한 DNA 칩, 노던 블럿 분석 또는 서던 블럿 분석에 의해 상기 유전자와의 서열 상동성 또는 혼성화 반응을 조사하는 것을 특징으로 하는 식물의 노화 조절 유전자를 탐색하는 방법.To search for aging regulatory genes of plants characterized by examining the sequence homology or hybridization reaction with the gene by DNA chip, Northern blot analysis or Southern blot analysis using the ORE4 gene encoding the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2 Way. 서열번호 2의 아미노산 서열을 포함하는 ORE4 단백질을 이용한 단백질 칩, 효소 면역 반응(ELISA) 또는 2-D 겔 분석에 의해 상기 단백질과의 결합 반응 또는 발현 양상을 조사하는 것을 특징으로 하는 식물의 노화 조절 단백질을 탐색하는 방법.Aging regulation of plants characterized by examining the binding reaction or expression pattern with the protein by protein chip, enzyme immunoreaction (ELISA) or 2-D gel analysis using ORE4 protein comprising the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2 How to explore protein. 서열번호 2의 아미노산 서열을 암호화하는ORE4유전자의 삽입 돌연변이(insertional mutagenesis) 또는 안티센스 억제(antisense suppression)에 의해 그 발현을 낮추도록 조작된 변이형ore4유전자로 식물을 형질전환시킴으로써 식물의 수명을 연장시켜 식물의 생산성 및 저장 효율을 증대시키는 방법. Extending plant life by transforming the plant with a variant ore4 gene engineered to lower its expression by insertional mutagenesis or antisense suppression of the ORE4 gene encoding the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2 How to increase plant productivity and storage efficiency. 식물의 서열번호 2의 아미노산 서열을 암호화하는ORE4유전자를 직접 삽입 돌연변이(insertional mutagenesis) 또는 안티센스 억제(antisense suppression)에 의해 그 발현을 낮추도록 조작하여 변이형ore4유전자로 만듬으로써 식물의 수명을 연장시켜 식물의 생산성 및 저장 효율을 증대시키는 방법. ORE4 gene, which encodes the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2 of the plant, is manipulated to lower its expression by insertional mutagenesis or antisense suppression to make the mutant ore4 gene, thereby extending the life of the plant. How to increase plant productivity and storage efficiency. 삭제delete 제 9항 또는 제 10항에 있어서, 변이형ore4유전자는ORE4유전자의 상위 지역에 T-DNA를 삽입시킴으로써 유전자가 발현되지 못하는 것을 특징으로 하는 방법.The method of claim 9 or 10, wherein the variant ore4 gene is characterized in that the gene is not expressed by inserting the T-DNA into the upper region of the ORE4 gene. 제 9항 또는 제 10항에 있어서, 식물은 벼, 밀, 보리, 옥수수, 콩, 감자, 밀, 팥, 귀리, 수수를 포함하는 식량작물류; 아라비돕시스, 배추, 무, 고추, 딸기, 토마토, 수박, 오이, 양배추, 참외, 호박, 파, 양파, 당근을 포함하는 채소작물류; 인삼, 담배, 목화, 참깨, 사탕수수, 사탕무우, 들깨, 땅콩, 유채를 포함하는 특용작물류; 사과나무, 배나무, 대추나무, 복숭아, 양다래, 포도, 감귤, 감, 자두, 살구, 바나나를 포함하는 과수류; 장미, 글라디올러스, 거베라, 카네이션, 국화, 백합, 튤립을 포함하는 화훼류; 또는 라이그라스, 레드클로버, 오차드그라스, 알파알파, 톨페스큐, 페레니얼라이그라스를 포함하는 사료작물류로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 방법.The plant of claim 9 or 10, wherein the plant comprises: food crops including rice, wheat, barley, corn, soybeans, potatoes, wheat, red beans, oats, sorghum; Vegetable crops including arabidopsis, cabbage, radish, red pepper, strawberry, tomato, watermelon, cucumber, cabbage, melon, pumpkin, green onion, onion, carrot; Special crops including ginseng, tobacco, cotton, sesame, sugar cane, sugar beet, perilla, peanut, rapeseed; Fruit trees including apple trees, pears, jujube trees, peaches, leeks, grapes, citrus fruits, persimmons, plums, apricots, bananas; Flowers, including roses, gladiolus, gerberas, carnations, chrysanthemums, lilies and tulips; Or fodder crops, including lygras, redclover, orchardgrass, alphaalpha, tolsquesco, perennial lygragrass.
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