KR100561190B1 - Novel vector system using promoters of gene involving resveratrol biosynthesis - Google Patents

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Abstract

본 발명은 레스베라트롤 생합성 관여 유전자인 스틸벤 합성효소 유전자의 프로모터를 이용한 새로운 벡터 시스템에 관한 것으로, 다양한 환경 신호에 의해 활성이 증가되는 스틸벤 합성효소 유전자의 프로모터를 이용한 본 발명의 벡터 시스템은 기존의 식물발현벡터 시스템보다 더욱 효과적으로 원하는 유전자를 최적 발현할 수 있는 뛰어난 효과를 제공한다. 또한, 본 발명의 벡터 시스템은 국내산 주요 포도 품종에서 레스베라트롤의 함량을 고도로 증진시키는 최적 환경인자의 탐색을 가능케 하여 항암, 항균활성 등을 갖는 레스베라트롤의 대량생산에 대한 방안을 제시하며, 또 이를 이용하여 환경 스트레스 저항성 형질전환 식물체를 제조할 수 있으므로 매우 유용한 발명인 것이다.The present invention relates to a new vector system using a promoter of stilbene synthase gene, a gene involved in resveratrol biosynthesis, and the vector system of the present invention using a promoter of stilbene synthase gene whose activity is increased by various environmental signals It provides an excellent effect that can optimally express the desired gene more effectively than the plant expression vector system. In addition, the vector system of the present invention enables a search for an optimal environmental factor that highly enhances the content of resveratrol in major domestic grape varieties, and proposes a method for mass production of resveratrol having anticancer and antimicrobial activity. It is a very useful invention because it can produce an environmental stress resistant transgenic plant.

포도, 레스베라트롤, 스틸벤 합성효소 유전자, 프로모터, GUSGrape, resveratrol, stilbene synthase gene, promoter, GUS

Description

레스베라트롤 생합성 관여 유전자의 프로모터를 이용한 벡터 시스템{Novel vector system using promoters of gene involving resveratrol biosynthesis}Novel vector system using promoters of gene involving resveratrol biosynthesis

도 1은 거봉포도의 GenomeWalker libraries로 워킹(walking)한 결과 생성된 PCR 생성물을 나타낸 것이다. 여기에서 M은 DNA 사이즈 마커, 레인 1은 DraⅠ 라이브러리, 레인 2는 EcoRⅤ 라이브러리, 레인 3은 EcoRⅤ 라이브러리, 레인 4는 PvuⅡ 라이브러리를 나타낸다.Figure 1 shows the PCR product produced by walking (walking) with GenomeWalker libraries of giant grapes. Here, M represents a DNA size marker, lane 1 represents a Dra I library, lane 2 represents an EcoRV library, lane 3 represents an EcoRV library, and lane 4 represents a PvuII library.

도 2는 4종류의 거봉포도 스틸벤 합성효소 유전자 프로모터의 염기서열을 비교한 결과이다. 여기에서 Pro 1은 PvuⅡ 라이브러리에 의해 증폭된 스틸벤 합성효소 유전자 프로모터를, Pro 2는 DraⅠ 라이브러리에 의해 증폭된 프로모터를, Pro 3는 EcoRⅤ 라이브러리에 의해 증폭된 프로모터를, Pro 4는 EcoRⅤ 라이브러리에 의해 증폭된 프로모터를 나타낸다.Figure 2 is a result of comparing the nucleotide sequence of the four kinds of giant grape stilbene synthase gene promoter. Where Pro 1 is the stilbene synthase gene promoter amplified by the PvuII library, Pro 2 is the promoter amplified by the Dra I library, Pro 3 is the promoter amplified by the EcoRV library, and Pro 4 is the EcoRV library. The amplified promoter is shown.

도 3은 프로모터 1의 염기서열 및 시스 요소(cis elements)를 나타낸 것이다. 상기 프로모터는 TATA 박스, GATA 모티프, HSE, LTR, WUN, MBS, I 박스 및 GT 1 요소를 포함하고 있다. 여기에서 WUN은 상처-반응 요소, GT-1은 빛 반응 요소, AE 박스는 빛 반응을 위한 모듈의 일부분, LTR은 저온 반응성에 관여하는 시스-작용 요소, I 박스는 빛 반응 요소의 일부분, ACE는 빛 반응성에 관여하는 시스-작용 요소, GAG-모티프는 빛 반응 요소의 일부분, HSE는 열 스트레스 반응성에 관여하는 시스-작용 요소, MBS는 가뭄-유도성(drought-inducibility)에 관여하는 MYB 결합부위, As-1은 뿌리 특이적 발현에 관여하는 시스-작용 조절 요소, 프롤라민 박스(prolamin box)는 GCN4와 결합된 시스-작용 조절 요소를 의미한다.Figure 3 shows the nucleotide sequence of the promoter 1 and cis elements (cis elements). The promoter includes a TATA box, GATA motif, HSE, LTR, WUN, MBS, I box and GT 1 elements. Where WUN is the wound-response element, GT-1 is the light response element, AE box is the part of the module for light response, LTR is the cis-acting element involved in low temperature reactivity, I box is part of the light response element, ACE Is a cis-acting element involved in light reactivity, GAG-motif is part of the light response element, HSE is a cis-acting element involved in heat stress reactivity, MBS is a MYB bond involved in drought-inducibility The site, As-1, is a cis-acting regulatory element involved in root specific expression, a prolamin box refers to a cis-acting regulatory element bound to GCN4.

도 4는 스틸벤 합성효소 유전자 프로모터-GUS 융합 구조물의 physical map을 나타낸 것이다.Figure 4 shows the physical map of the stilbene synthase gene promoter-GUS fusion constructs.

도 5는 UV, AlCl3, 효모 추출물로 처리한 야생형 및 형질전환 담배의 유묘에서의 GUS 발현을 분석한 결과이다. 도 5a는 야생형 대조군, 5b는 무처리 형질전환 담배의 유묘, 5c는 UV(304nm) 15분 처리한 형질전환 담배의 유묘, 5d는 75mM AlCl3를 24시간 처리한 형질전환 담배의 유묘, 5e는 100mM AlCl3를 24시간 처리한 형질전환 담배의 유묘, 5f는 0.1% 효모 추출물을 24시간 처리한 형질전환 담배의 유묘, 5g는 0.5% 효모 추출물을 24시간 처리한 형질전환 담배의 유묘에서의 결과이다.5 is a result of analyzing the GUS expression in seedlings of wild type and transgenic tobacco treated with UV, AlCl 3 , yeast extract. Figure 5a is a wild type control, 5b is a seedling of untreated transgenic tobacco, 5c is a seedling of transgenic tobacco treated with UV (304nm) 15 minutes, 5d is a seedling of transgenic tobacco treated with 75mM AlCl 3 for 24 hours, 5e is Seedlings of transgenic tobaccos treated with 100 mM AlCl 3 for 24 hours, 5f shows seedlings of transgenic tobaccos treated with 0.1% yeast extract for 24 hours, and 5g resulted from seedlings of transgenic tobaccos treated with 0.5% yeast extract for 24 hours to be.

도 6는 스틸벤 합성효소 유전자 프로모터 1의 삭제 구조물을 나타낸 것이다. 여기에서 6a는 삭제된 프로모터의 5' 말단 영역(flanking region)하에 GUS 유전자를 포함하는 일시적 벡터의 구조이며, 6b에서 왼쪽 도는 삭제된 프로모터 영역의 추정 시스 요소를 나타낸 것이고, 오른쪽 도에서 레인 M은 100bp DNA 사다리(ladder)를, 레인 2-12는 삭제 구조물을 나타낸다.Figure 6 shows a deletion construct of stilbene synthase gene promoter 1. Where 6a is the structure of the temporal vector containing the GUS gene under the 5 'flanking region of the deleted promoter, and the left side in 6b represents the putative cis component of the deleted promoter region, and the lane M in the right figure 100 bp DNA ladder and lanes 2-12 represent deletion constructs.

도 7은 프로모터 1의 삭제 구조물로 형질전환된 아라비돕시스 식물의 조직화학적 GUS 활성을 분석한 결과이다. 여기에서 첫번째 가로줄은 -513 프로모터, 두번째 가로줄은 -406 프로모터, 세번째 가로줄은 -308 프로모터, 네번째 가로줄은 - 258 프로모터로 실험한 결과이다. 왼쪽에서부터 첫번째 세로줄은 대조군을, 두번째 세로줄은 UV 15분 처리구, 세번째 세로줄은 0.1% 효모 추출물 처리구, 네번째 세로줄은 0.5% 효모 추출물 처리구, 다섯번째 세로줄은 75mM AlCl3 처리구, 여섯번째 세로줄은 100mM AlCl3 처리구를 나타낸다.7 shows the results of analyzing histochemical GUS activity of Arabidopsis plants transformed with the deletion construct of Promoter 1. FIG. Here, the first row is -513 promoter, the second row is -406 promoter, the third row is -308 promoter, and the fourth row is -258 promoter. From the left, the first row is the control group, the second row is UV 15 minutes treatment, the third row is 0.1% yeast extract treatment, the fourth row is 0.5% yeast extract treatment, the fifth row is 75mM AlCl 3 treatment, and the sixth row is 100mM AlCl 3 treatment. The treatment tool is shown.

도 8은 UV, 효모 추출물, AlCl3로 처리된 프로모터 1의 삭제 목록의 GUS 활성을 형광 분석한 결과이다. 여기에서 8a는 UV 15분 처리한 결과, 8b는 0.1% 및 0.5% 효모 추출물로 처리한 결과, 8c는 75mM 및 100mM AlCl3로 처리한 결과를 나타낸다.8 is a result of fluorescence analysis of GUS activity of the deletion list of promoter 1 treated with UV, yeast extract, AlCl 3 . Here, 8a is treated with UV for 15 minutes, 8b is treated with 0.1% and 0.5% yeast extract, and 8c is treated with 75mM and 100mM AlCl 3 .

도 9는 다양한 스트레스로 처리된 프로모터 1, 2, 3, 4의 GUS 활성을 형광 분석한 결과이다. 여기에서 c는 대조구, 0.1은 0.1% 효모 추출물, 0.5는 0.5% 효모 추출물, 75는 75mM AlCl3, 100은 100mM AlCl3, UV는 UV 15분, P1은 프로모터 1, P2는 프로모터 2, P3은 프로모터 3, P4는 프로모터 4, W는 야생형을 의미한다.9 is a result of fluorescence analysis of GUS activity of promoters 1, 2, 3, 4 treated with various stresses. Where c is the control, 0.1 is 0.1% yeast extract, 0.5 is 0.5% yeast extract, 75 is 75 mM AlCl 3 , 100 is 100 mM AlCl 3 , UV is 15 minutes UV, P1 is promoter 1, P2 is promoter 2, P3 is Promoter 3, P4, promoter 4, W means wild type.

본 발명은 레스베라트롤 생합성 관여 유전자의 프로모터를 이용한 새로운 벡터 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 다양한 환경 신호에 의해 활성이 증가되는 스틸벤 합성효소 유전자의 프로모터를 이용하여 개발된 새로운 벡터시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a new vector system using a promoter of a gene involved in resveratrol biosynthesis, and more particularly to a new vector system developed using a promoter of a stilbene synthase gene whose activity is increased by various environmental signals.

진핵세포의 시스템에서 유전자 발현은 다양한 시스-작용 및 트랜스-작용 조절 요소들 사이에서의 복잡한 상호작용을 통해 조절된다. 시스-작용 요소는 다양한 전사 요소라 불리는 트랜스-작용 요소의 결합을 조절함으로써 유전자의 발현을 직접 또는 간접적으로 조절하는 유전자에 인접한 DNA 서열로 정의된다. 프로모터는 가장 중요한 시스-작용 요소 중 하나이며 일반적으로 유전자의 전사 개시 부위의 5 말단 상류에 위치한 뉴클레오티드 서열 영역으로 간주된다. 프로모터는 RNA 중합효소 Ⅱ에 대한 결합 부위를 포함하며 유전자의 전사를 개시한다. 또한, 프로모터는 전사 개시 부위(+1)와 관련되어 있는 염기 위치 -70 부근의 CAAT 박스 및 염기 위치 -30 부근의 TATA 박스와 같이 잘 보전된 여리 개의 서열 요소를 포함한다(Joshi, 1987). TATA 박스는 전사의 개시를 정확하게 위치화하는데 중요하다. CAAT 박스는 모든 프로모터에 존재하지는 않으며, GC가 풍부한 영역이 대체된 몇몇 프로모터에 존재한다. 이러한 염기 요소들뿐 아니라, 프로모터는 또한 건조한 스트레스, 열 쇼크, 추위 스트레스, 영양소의 유용성, 광 및 이온 강도와 같은 생리적인 조건과 환경 신호에 반응하는 부가적 염기서열을 포함한다. 또한, 어떤 프로모터는 조직-특이적 유전자 발현 또는 세포-특이적 유전자의 발현을 유도하는 서열 요소를 포함한다. 또한, 프로모터는 발현 수준, 조직 특이성 또는 세포-특이성, 발달 단계 의존성 및 특이적 환경 자극에 대한 반응성 등의 조건에 의해 유전자 발현을 조절함으로써 중요한 농경 식물에서 이로운 유전자를 발현할 수 있으므로 식물 유전 공학에 중요하다. Gene expression in eukaryotic systems is regulated through complex interactions between various cis-acting and trans-acting regulatory elements. Cis-acting elements are defined as DNA sequences adjacent to a gene that directly or indirectly regulate the expression of a gene by regulating the binding of trans-acting elements called various transcription elements. Promoters are one of the most important cis-acting elements and are generally considered to be nucleotide sequence regions located upstream of the 5 terminus of the transcription initiation site of a gene. The promoter contains a binding site for RNA polymerase II and initiates transcription of the gene. The promoter also contains several well-conserved sequence elements, such as a CAAT box near base position −70 and a TATA box near base position −30 associated with the transcription initiation site (+1) (Joshi, 1987). TATA boxes are important for accurately positioning the onset of transcription. CAAT boxes are not present in all promoters, but in some promoters with GC-rich regions replaced. In addition to these base elements, the promoter also includes additional sequences that respond to environmental signals and physiological conditions such as dry stress, heat shock, cold stress, nutrient availability, light and ionic strength. In addition, some promoters include sequence elements that direct tissue-specific gene expression or cell-specific gene expression. In addition, promoters can express beneficial genes in important agricultural plants by regulating gene expression by conditions such as expression level, tissue specificity or cell-specificity, developmental stage dependence, and responsiveness to specific environmental stimuli. It is important.

한편, 레스베라트롤(resveratrol)은 식물체에서 외부로부터 침입한 곰팡이의 성장을 억제하는 방어물질인 피토알렉신(phytoalexin)으로, 극히 일부 식물에서만 생성되는데 지금까지 알려진 바로는 폴리고넘 커스피다툼(Polygonum cuspidatum), 유칼립투스, 가문비나무(spruce), 스코틀랜드 전나무(Scottish pine), 포도, 땅콩, 백합 등이 있다. 이들 식물에서 레스베라트롤은 스틸벤 합성에 의해 malony-CoA와 p-coumaroyl-CoA로부터 합성되며, 곰팡이, 자외선, 오존과 같은 외부 환경 스트레스로부터 그 합성이 유도된다고 보고되었다(Schoeppner and KindI H, 1979; Fliegmann et al., 1992; Fritzemeier et al., 1983; Vornam et al., 1988). 근래에는 이 물질의 생합성 기작 및 조절에 대해 분자 및 유전자 수준에서 다각적인 연구가 이루어졌다. 그 결과 소나무, 포도, 땅콩 등에서 이 물질의 생합성에 관여하는 유전자가 분리되었으며(Sparvoli et al., 1994; Preisig-Muller et al., 1999; Schubert et al., 1997), 유전자의 발현, 조절에 대한 많은 정보가 축적되어 유전자를 이용하기 위한 발판이 마련되었다.On the other hand, resveratrol (resveratrol) is directly known in plants by the Pitot aleksin (phytoalexin) protective substances that inhibit the growth of invading fungi from the outside, extremely there is generated only some plants so far is a poly goneom coarse avoid conflict (Polygonum cuspidatum) , Eucalyptus, spruce, Scottish pine , grapes, peanuts and lilies. In these plants, resveratrol is synthesized from malony-CoA and p-coumaroyl-CoA by stilbene synthesis and has been reported to induce its synthesis from external environmental stresses such as fungi, ultraviolet light and ozone (Schoeppner and KindI H, 1979; Fliegmann et al., 1992; Fritzemeier et al., 1983; Vornam et al., 1988). In recent years, multifaceted studies on the molecular and genetic levels of the biosynthetic mechanism and regulation of the material have been made. As a result, genes involved in biosynthesis of this substance were isolated from pine, grape, and peanut (Sparvoli et al., 1994; Preisig-Muller et al., 1999; Schubert et al., 1997). A great deal of information has been accumulated, paving the way for the use of genes.

한편, 포도에서의 레스베라트롤에 관한 연구는 오래 전부터 시작되었으며, 이 화합물의 항 스트레스 작용은 잘 알려져 왔다(Langcake et al., 1979). 기존에는 레스베라트롤의 항 스트레스 작용 및 스트레스 저항성을 이용한 합성 유전자를 특정 작물에 도입함으로써 항균, 항세균, 항바이러스, 항충 등 내병성 형질전환체 작물을 개발하여 왔다(Kindle et al., 1999; Hain et al., 1998; Schroder et al., 2000). 그러나 최근 포도주에서 전이 레스베라트롤(trans-resveratrol)이 발견되고, 적절한 포도주 섭취가 관상동백 심장병에 의한 사망율을 낮춘다는 역학 적인 보고가 나온 이후, 레스베라트롤의 약리효과에 대해 많은 실험결과가 발표되기 시작했다(Siemann and Creasy, 1992). 특히 적포도주 섭취로 혈액내 항산화 활성이 증가하고 이로 인해 산화성 LDL의 생성이 억제된다는 보고들이 주목을 받았다(Maxwell et al., 1994; Fuhrman et al., 1995). 가장 최근에는 이 물질의 항 돌연변이 및 항암 작용에 대한 연구 결과가 많이 보고되었다(Carbo et al., 1999; Clement et al., 1998; Huang et al., 1999).On the other hand, research on resveratrol in grapes has been started for a long time, and the antistress action of this compound is well known (Langcake et al., 1979). In the past, synthetic genes using antistress action and stress resistance of resveratrol have been introduced into specific crops to develop disease resistant transformant crops such as antibacterial, antibacterial, antiviral, and antiworms (Kindle et al., 1999; Hain et al. , 1998; Schroder et al., 2000). However, since the recent discovery of trans-resveratrol in wine and the fact that adequate wine intake lowers mortality from coronary heart disease, many experimental results have been published on the pharmacological effects of resveratrol. Siemann and Creasy, 1992). In particular, reports have been noted that ingestion of red wine increases blood antioxidant activity and thereby inhibits the production of oxidative LDL (Maxwell et al., 1994; Fuhrman et al., 1995). Most recently, many studies on the anti-mutation and anticancer activity of this substance have been reported (Carbo et al., 1999; Clement et al., 1998; Huang et al., 1999).

그러나 이와 같이 항암, 항산화 활성 등이 밝혀지고 있는 레스베라트롤은 그 가능성이 확인된 유망천연 기능성 자원으로서 앞으로 다양한 연구를 통해 기능성 식품 소재 및 신약 소재로 활용될 수 있음에도 불구하고, 아직 국내산 포도 품종을 대상으로 레스베라트롤 생합성 관여 유전자에 대한 연구는 거의 이루어지지 않았다. 이와 관련하여 최근, 포도로부터 레스베라트롤 생합성 유전자인 스틸벤 합성효소 유전자가 분리되어 단백질 코딩 부위의 염기서열이 개시되었으며 (DE C12N 15/52 DE3873672; US C12N 15/10 US60293196; EP A01H 1/00 EP9111002), 프로모터의 활성에 대한 기초적인 연구가 수행되어 병원균 및 오존 등에 의해 유도되는 프로모터 부위가 개시된 바 있으나 (WO A01H 5/00 WO9825257), 이 역시 아직 상기 유전자의 발현 조절 기작 등 레스베라트롤 생합성 유전자에 대한 분자생물학적 연구는 매우 미흡한 실정이며, 이 유전자의 프로모터를 이용한 벡터 시스템 개발 연구는 전무한 실정이다.However, resveratrol, which is known to have anti-cancer and anti-oxidant activity, is a promising natural functional resource that has been identified as a promising natural functional resource, but it can still be used as a functional food material and a new drug through various studies. Very little research has been done on genes involved in resveratrol biosynthesis. In this regard, a stilbene synthase gene, which is a resveratrol biosynthetic gene, has been isolated from grapes to disclose the nucleotide sequence of the protein coding site (DE C12N 15/52 DE3873672; US C12N 15/10 US60293196; EP A01H 1/00 EP9111002). Although a basic study on the activity of the promoter has been carried out to disclose a promoter site induced by pathogens and ozone (WO A01H 5/00 WO9825257), this is still a molecule for resveratrol biosynthetic genes such as expression regulation mechanism of the gene. Biological research is very poor, and there is no research on the development of a vector system using a promoter of this gene.

본 발명은 바로 상기와 같은 점을 감안하여 안출된 것으로, 국내산 주요 포도 품종에서 레스베라트롤의 함량을 증진시킬 수 있는 최적의 환경인자를 탐색하기 위한 전제 조건으로서 다양한 환경 신호에 의해 활성이 증가되는 레스베라트롤 합성 관여 유전자인 스틸벤 합성효소 유전자의 프로모터내 시스-요소를 이용하여 기존의 식물발현벡터 시스템보다 더욱 효과적으로 원하는 유전자를 최적 발현할 수 있는 새로운 벡터 시스템을 개발하고자 하였다.The present invention has been devised in view of the above, resveratrol synthesis in which the activity is increased by a variety of environmental signals as a prerequisite for the search for the optimal environmental factors that can enhance the content of resveratrol in major grape varieties of Korea Using a cis-element in the promoter of the stilbene synthase gene, a gene involved, a new vector system was developed that can optimally express desired genes more effectively than the existing plant expression vector system.

따라서, 본 발명의 목적은 환경 스트레스를 유발하는 다양한 환경인자에 의해 특이적으로 발현되는 스틸벤 합성효소 유전자의 프로모터 부위를 포함하는 새로운 벡터 시스템을 제공함에 있다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a new vector system comprising a promoter region of stilbene synthase gene specifically expressed by various environmental factors causing environmental stress.

본 발명의 상기 목적은 거봉 포도에서 스틸벤 합성효소 유전자의 프로모터 부위를 포함하는 4개의 서로 다른 게놈 클론을 얻은 후, 그로부터 프로모터만을 증폭하여 GUS와 융합 유전자를 제조하고 이를 아그로박테리움을 이용하여 담배에 형질전환시킨 후 상기 담배 형질전환체에 다양한 환경 스트레스를 처리하여 그에 따른 GUS 발현정도를 조사함으로써 상기 프로모터의 형질전환용 벡터시스템 및 환경인자 탐색 시스템으로서의 개발가능성을 확인한 다음, 상기 프로모터 부위에 대한 삭제 목록(deletion series) 분석을 통하여 프로모터로서 의미있는 기능을 갖는 부위를 조사하고 그로부터 본 발명의 환경인자 탐색 시스템으로서의 가능성을 다시 한 번 확인함으로써 달성하였다.The object of the present invention is to obtain four different genomic clones containing the promoter region of the stilbene synthase gene in grape grapes, and then amplify only the promoter therefrom to produce the GUS and fusion genes, using the Agrobacterium tobacco After transforming to the tobacco transformants treated with various environmental stress to examine the degree of GUS expression according to confirm the development of the vector system for transformation and environmental factor search system, and then to the promoter site for This was accomplished by investigating sites having meaningful functions as promoters through analysis of the deletion series and again confirming the potential as an environmental factor search system from the present invention.

이하, 본 발명의 구성을 설명한다.Hereinafter, the configuration of the present invention will be described.

본 발명은 거봉포도의 과피에서 분리한 genomic DNA를 EcoRⅤ, PvuⅡ, DraⅠ 의 제한효소로 절단하여 GenomeWalker library를 제작하고, PCR-based DNA walking을 실시하여 스틸벤 합성효소 유전자의 프로모터 부위를 포함하는 4개의 서로 다른 게놈 클론(genomic clone)을 확보하는 단계; 그로부터 프로모터만을 증폭하여 GUS와 융합유전자를 제작한 후 이를 이용하여 아그로박테리움을 형질전환시키고, 다시 이로써 담배를 형질전환시킨 다음 상기 담배 형질전환체에 다양한 스트레스를 처리하여 GUS 발현정도를 분석하는 단계; 상기 4개의 프로모터 중 가장 긴 프로모터로부터 삭제 목록(deletion series)을 작성하고 이를 아그로박테리움에 형질전환시킨 후 다시 형질전환된 아그로박테리움으로 아라비돕시스를 형질전환한 다음 상기 아라비돕시스에 다양한 환경 스트레스를 처리하여 GUS 활성의 조직화학적 분석 및 형광 분석에 의해 상기 프로모터의 유용한 부위를 확인하고, 나머지 3개 프로모터와 비교하는 단계로 구성된다. The present invention is to prepare a GenomeWalker library by cleaving genomic DNA isolated from the skin of giant grape grapes with restriction enzymes of EcoR V, Pvu II, Dra I, and PCR-based DNA walking to include a promoter region of the stilbene synthase gene 4 Obtaining two different genomic clones; From the amplification of only the promoter to produce a GUS and a fusion gene using it to transform Agrobacterium, and then to transform the tobacco by using a variety of stress on the tobacco transformant to analyze the degree of GUS expression ; A deletion series was prepared from the longest of the four promoters, transformed into Agrobacterium, transformed Arabidopsis with transformed Agrobacterium, and then treated with various environmental stresses to the Arabidopsis. The useful site of the promoter is identified by histological and fluorescence analysis of GUS activity and compared with the other three promoters.

본 발명이 제공하는 프로모터는 환경 스트레스를 유발하는 다양한 환경인자, 예를 들어 UV, AlCl3, 상처, 효모 추출물과 같은 환경 인자에 반응하여 매우 높게 유도된다. 이러한 점에서, 본 발명은 특히 유전자를 표준조건 하에서 특정 수준으로 발현시키고 다양한 환경 스트레스에 의해 더욱 유도될 수 있도록 조작하는데 이용될 수 있다. 또한 본 발명에 의하면, 생물학적으로 중요한 물질을 대량 생산하고 성장률과 발달을 증진시키거나 환경 변화에 대한 적응력을 높이기 위하여 식물을 조작할 수 있다. 예를 들어, 임의의 바람직한 유전자를 적절한 발현 카세트에서 본 발명 프로모터의 조절하에 위치시킨 후, 그 재조합 카세트를 본 기술분야에서 잘 알려진 다양한 형질전환 방법으로 숙주세포에 도입함으로써 환경 스트레스 저항성 식물을 생산할 수 있으며, 상기 식물에 다양한 환경 스트레스를 처리함으로써 유용한 물질을 대량생산할 수 있다. Promoters provided by the present invention are induced very high in response to various environmental factors causing environmental stress, such as UV, AlCl 3 , wound, yeast extract. In this regard, the present invention can be used to manipulate genes, in particular, to express genes at certain levels under standard conditions and to be further induced by various environmental stresses. In addition, according to the present invention, plants can be manipulated in order to mass produce biologically important substances, promote growth and development, or increase adaptability to environmental changes. For example, after placing any desired gene under the control of the promoter of the present invention in an appropriate expression cassette, the recombinant cassette can be introduced into host cells by various transformation methods well known in the art to produce environmental stress resistant plants. It is possible to mass-produce useful substances by treating various environmental stresses on the plants.

이하, 본 발명의 구성을 구체적인 실시예를 들어 상세히 설명하지만, 본 발명의 권리범위가 이에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the configuration of the present invention will be described in detail with reference to specific embodiments, but the scope of the present invention is not limited thereto.

[실시예 1: 라이브러리 제작 및 PCR-based DNA walking을 통한 프로모터의 확보]Example 1 Procurement of Promoter through Library Preparation and PCR-based DNA Walking

레스베라트롤 생합성 관여 유전자, 즉 스틸벤 합성효소 유전자의 발현을 조절하는 프로모터를 클로닝하기 위하여 천안시 입장소재의 거봉포도 과원으로부터 개화 이후 수확한 거봉포도(Vitis vinifera L X Vitis labrusca L. cv kyoho)의 과피에서 분리한 2.5㎍의 게놈 DNA를 EcoRⅤ, PvuⅡ, DraⅠ(Clontech, Universal GenomeWalker kit)의 제한효소로 자른 후, 동량의 페놀/클로로포름으로 추출하였다. 원심분리하여 얻은 상층액은 2배의 에탄올, 1/10 volume의 3 M 소디움 아세테이트(sodium acetate), 20 ㎍ 글리코겐을 첨가하여 잘 섞어 주고 10,000 ×g으로 10분간 원심분리하여 DNA를 수거하였다. 형성된 pellet은 80% 에탄올로 씻어 주고 TE 버퍼 (10 mM Tris-HCl, pH 7.6, 1 mM EDTA)에 녹여서 -20℃에 보관하고, 소량의 분해된 DNA에 GenomeWalker Adaptor primer (Clontech. Universal GenomeWalker kit)를 넣어 16℃에서 16시간 이상 라이게이션(ligation)을 유도하였 다. 마지막으로 75℃에서 5분간 방치하여 반응을 정지시키고 PCR의 기질로 사용하였다. Isolation from the skins of grapes (Vitis vinifera LX Vitis labrusca L. cv kyoho) harvested after flowering from the grapes of Cheongan in Cheonan to clone the promoters that regulate the expression of resveratrol biosynthesis genes, ie stilbene synthase genes. One 2.5 μg genomic DNA was cut with restriction enzymes of EcoRV, PvuII, and DraI (Clontech, Universal GenomeWalker kit), and then extracted with the same amount of phenol / chloroform. The supernatant obtained by centrifugation was mixed well by adding 2 times ethanol, 1/10 volume of 3 M sodium acetate, 20 ㎍ glycogen and centrifuged at 10,000 × g for 10 minutes to collect DNA. The pellet formed was washed with 80% ethanol, dissolved in TE buffer (10 mM Tris-HCl, pH 7.6, 1 mM EDTA), stored at -20 ° C, and stored in a small amount of digested DNA in the GenomeWalker Adaptor primer (Clontech. Universal GenomeWalker kit). Ligation was induced at 16 ° C. for more than 16 hours. Finally, the reaction was stopped by standing at 75 ° C. for 5 minutes and used as a substrate for PCR.

제조된 GenomeWalker library는 다음과 같은 조건으로 프라이머리 PCR을 실시하였다(deionized H2O, 1/10 vol. 10X Tth PCR buffer, 1.1 mM magnesium acetate, 0.2 mM dNTP, 10μM adatpor primer 1, 50X Advantage Genomic polymerase Mix, 10μM gene specific primer 1, each GenomeWalker library; 7 cycle: 94℃ 30초, 72℃ 3분; 32 cycle: 94℃ 30초 ,67℃ 3분, 67℃ 7분). 형성된 PCR 산물은 1/10로 희석하여 동일 조건으로 프라이머를 바꾸어 세컨더리 PCR을 실시하였다. PCR로 얻은 각각의 생산물은 1% 아가로스 겔에서 확인한 다음, pCR2.1-TOPO 벡터(Invitrogen)를 사용하여 서브클로닝하였다.The prepared GenomeWalker library was subjected to primary PCR under the following conditions (deionized H 2 O, 1/10 vol. 10X Tth PCR buffer, 1.1 mM magnesium acetate, 0.2 mM dNTP, 10 μM adatpor primer 1, 50X Advantage Genomic polymerase) Mix, 10 μM gene specific primer 1, each GenomeWalker library; 7 cycles: 94 ° C 30 seconds, 72 ° C 3 minutes; 32 cycles: 94 ° C 30 seconds, 67 ° C 3 minutes, 67 ° C 7 minutes). The formed PCR product was diluted to 1/10 and the primers were changed under the same conditions to carry out the secondary PCR. Each product obtained by PCR was identified on a 1% agarose gel and then subcloned using the pCR2.1-TOPO vector (Invitrogen).

그 결과, 프로모터 부위를 포함하는 4개의 서로 다른 게놈 클론(이하, 프로모터 1, 프로모터 2, 프로모터 3, 프로모터 4라 칭함)을 얻었다(도 1,2). 이들 클론의 ORF간의 DNA 염기 서열은 100% 일치하였으며 프로모터 영역은 90% 이상의 유사성을 가지고 있었다(도 2). 4개의 클론 중 가장 긴 프로모터 1의 DNA 염기 서열을 분석한 결과, 95bp의 비번역 리더 시퀀스(untranslated leader sequence)가 있었고 코딩 영역(cording region)의 첫번째 코돈(M)이 있었다. 또한 전사 시작 부위로부터 33 bp 떨어진 곳에 TATA 박스를 시작으로 GATA 모티프, 에틸렌에 반응하는 GCC-박스, CAAT, HES(heat response element, position at -317,-112,-98), WUN(wound response element, position at -665,-583,-453,-370,-265 ), G box(position at -426,-294,-151,-105), GT 1 (GGTTAA, position at -691,-479,-372), AS-1(position at -89)이 포함되어 있었으며, 프로모터 전반적으로 빛에 반응하는 I 박스, AE 박스, GAG 모티프 등의 시스 작용 요소(cis-acting element)들이 분포되어 있었다. 그리고 -702~-532(X1이라고 명명), -490~-319(X2라고 명명)의 반복되는 구조가 2개 존재하였다. 상기 반복 구조는 시퀀스가 98% 일치하였으며 2%의 차이에 의해 X2에 G 박스가 한 개 있고 GT 1은 2개 있었다(도 3).As a result, four different genomic clones containing the promoter region (hereinafter, referred to as promoter 1, promoter 2, promoter 3, and promoter 4) were obtained (FIG. 1,2). The DNA sequences between the ORFs of these clones were 100% identical and the promoter regions had at least 90% similarity (FIG. 2). Analysis of the DNA nucleotide sequence of the longest promoter 1 of the 4 clones revealed a 95 bp untranslated leader sequence and the first codon (M) of the coding region. In addition, TATA box, 33 bp away from the start of transcription, GATA motif, GCC-box reacting to ethylene, CAAT, HES (heat response element, position at -317, -112, -98), WUN (wound response element) , position at -665, -583, -453, -370, -265), G box (position at -426, -294, -151, -105), GT 1 (GGTTAA, position at -691, -479, -372) and AS-1 (position at -89) were included, and cis-acting elements such as I-box, AE-box, and GAG motifs responding to light were distributed throughout the promoter. There were two repeating structures -702--532 (named X1) and -490--319 (named X2). The repeating structure was 98% identical in sequence and there was one G box in X2 and two GT 1s by 2% difference (FIG. 3).

[실시예 2: 스틸벤 합성효소 유전자의 프로모터 부위를 이용한 형질전환용 및 환경인자 탐색용 벡터 시스템의 개발][Example 2: Development of vector system for transformation and environmental factor search using promoter region of stilbene synthase gene]

식물체내 유용한 유전자의 전사를 조절하는 벡터 시스템은 통상 CaMV 35S 프로모터에 의해 조절되어지는게 일반적이다. 이러한 프로모터는 식물체 모든 조직에서 발현하는 강력한 프로모터로 알려져 있으나 본 발명에서는 이보다 더욱 효과적으로 원하는 유전자를 최적 발현할 수 있는 벡터 시스템을 개발하고자 상기 실시예 1에서 얻은 프로모터를 리포터 유전자인 GUS와 융합하여 모델 식물체인 담배에 형질전환시켰다. 그 다음 상기 형질전환 담배에 다양한 환경 스트레스 유발 인자를 처리하여 그에 따른 GUS 유전자 발현정도 및 레스베라트롤 합성정도를 확인하였다.Vector systems that regulate the transcription of useful genes in plants are usually regulated by the CaMV 35S promoter. Such a promoter is known as a strong promoter that is expressed in all tissues of the plant, but in the present invention, in order to develop a vector system capable of optimally expressing a desired gene more effectively, the promoter obtained in Example 1 is fused with a reporter gene, GUS, to model plant. Phosphorus tobacco was transformed. The transgenic tobacco was then treated with various environmental stressors to determine the degree of GUS gene expression and resveratrol synthesis.

제1단계. 스틸벤 합성효소 유전자의 프로모터-GUS 융합 유전자의 제작First step. Construction of Promoter-GUS Fusion Gene of Stilbene Synthase Gene

pCR2.1-TOPO 벡터(Invitrogen)에 서브클로닝 되어 있는 게놈 클론에서 프로 모터만을 증폭, 사용하기 위하여 PCR 프라이머를 새롭게 제작하였다. 프라이머는 5' end sense에 XbaI 제한 효소 위치를, 3’ end sense에는 Bam HI 제한 효소 위치를 첨가하여 제작하였고, 해당 프라이머로 증폭하여 얻은 산물은 다시 pCR2.1-TOPO 벡터 (Invitrogen)에 서브클로닝하여 제한 효소를 처리한 후 아가로스 겔에 걸어 해당 절편만을 일루션[elution (Viogene, DNA.RNA extraction kit)]하여 소량의 TE 버퍼에 녹였다. 준비한 DNA 시료는 동일 제한 효소로 처리한 pBI IOI.1 (CLONETECH)과 벡터:삽입물 비율을 1:8로 1 unit의 T4 DNA ligase을 첨가하여 16℃에서 16시간 반응을 유도하고 E. coli에 형질 전환하였다.PCR primers were newly prepared to amplify and use only promoters from genomic clones subcloned into the pCR2.1-TOPO vector (Invitrogen). The primer was prepared by adding the XbaI restriction enzyme position to the 5 'end sense and the Bam HI restriction enzyme position to the 3' end sense, and the product obtained by amplification with the primer was subcloned into the pCR2.1-TOPO vector (Invitrogen). After treatment with the restriction enzymes, agarose gels were suspended and only the fragments were subjected to elution (Viogene, DNA.RNA extraction kit) and dissolved in a small amount of TE buffer. The prepared DNA sample was treated with the same restriction enzyme and added 1 unit of T4 DNA ligase with pBI IOI.1 (CLONETECH) and the vector: insert ratio of 1: 8 to induce a reaction for 16 hours at 16 ° C and transfect E. coli . Switched.

제2단계. Second step. E. coli E. coli 형질전환Transformation

E. coli 형질 전환은 TOPO TA 클로닝 키트(Invitrogen)에서 제공하는 방법에 기초하여 수행하였다. TOPO TA 클로닝은 ligase나 제한 효소부위를 첨가한 프라이머 없이 Taq-폴리머라아제에 의해 증폭된 PCR 산물을 수분내에 클로닝하는 특징을 지닌다. 증폭된 PCR 산물은 pCR2.1-TOPO 벡터와 섞어서 상온에서 5분간 방치한 후, 얼음에 방치하여 라이게이션(ligation)을 종료하였다. 라이게이션(Ligation) 혼합물의 일부를 50 ㎕의 컴페턴트 셀(competent cell)(TOP 10)과 섞어 얼음에 30분간 방치한 후, 거기에 250 ㎕의 SOC 액체 배지(2% tryptone, 0.5% yeast extract, 10 mM NaCl, 2.5 mM KCl, 10 mM MgCl2, 10 mM MgSO4, 20 mM glucose)를 넣고 37℃에서 1 시간 동안 200 rpm으로 배양시켰다. 배양액 100 ㎕를 50 ㎍/㎖의 암피실린(ampicillin)이 함유된 LB 고체 배지에 X-gal과 같이 도말하여 37℃에서 16 시간 이상 배양함으로써, 삽입물(insert)이 라이게이션(ligation)된 형질 전환체인 백색 콜로니(white colony)를 선별하였다. E. coli transformation was performed based on the method provided by the TOPO TA Cloning Kit (Invitrogen). TOPO TA cloning is characterized by the ability to clone PCR products amplified by Taq-polymerase in minutes without the addition of ligase or restriction enzyme sites. The amplified PCR product was mixed with the pCR2.1-TOPO vector and allowed to stand at room temperature for 5 minutes, and then left on ice to terminate ligation. A portion of the ligation mixture is mixed with 50 μl of competent cell (TOP 10) and left on ice for 30 minutes, followed by 250 μl of SOC liquid medium (2% tryptone, 0.5% yeast). extract, 10 mM NaCl, 2.5 mM KCl, 10 mM MgCl 2, 10 mM MgSO 4, 20 mM glucose) Incubated at 200 rpm for 1 hour at 37 ℃. 100 μl of the culture solution was plated with X-gal in LB solid medium containing 50 μg / ml of ampicillin and incubated at 37 ° C. for 16 hours or more, whereby the insert was transformed. White colonies were selected.

제3단계. 아그로박테리움(Third step. Agrobacterium AgrobacteriumAgrobacterium ) 형질전환) Transformation

E. coli에 형질전환 한 후, 해당 구조물(construct)이 들어감을 확인하고 1㎍의 DNA을 분리하여 아그로박테리움 튜메파시엔스(Agrobacterium tumefaciens) LBA 4404를 freeze-thaw 방법으로 형질전환하였다. 컴페턴트 셀(competent cell)은 얼음에 꽂아 두고 1 ㎍의 해당 구조물(construct) DNA를 첨가한 후, 얼음에 5분간 방치하고 액체 질소에 5분, 37℃에 5분간 반응시켰다. 1 ㎖의 YMB 액체 배지를 섞어서 27℃, 170 rpm으로 2-4시간을 진탕 배양한 후 가나마이신(kanamycin)이 첨가 된 MS 고체 배지에 도말하고 27℃에서 이틀 정도 배양하여 형질 전환된 콜로니를 얻었다. 형질 전환된 콜로니를 YMB 액체 배지에서 키우고 DNA를 추출하여 확인한 후, 담배 형질 전환에 사용하였다.After transforming into E. coli , the construct (construct) was confirmed, and 1 μg of DNA was isolated and Agrobacterium tumefaciens LBA 4404 was transformed by freeze-thaw method. Competent cells were placed on ice and 1 μg of the corresponding construct DNA was added. The cells were left on ice for 5 minutes, reacted with liquid nitrogen for 5 minutes, and 37 ° C. for 5 minutes. 1 ml of YMB liquid medium was mixed and shaken at 27 ° C. and 170 rpm for 2-4 hours, and then plated in MS solid medium containing kanamycin and cultured at 27 ° C. for 2 days to obtain transformed colonies. . Transformed colonies were grown in YMB liquid medium, extracted and confirmed DNA, and used for tobacco transformation.

제4단계. 담배 형질 전환Fourth step. Tobacco transformation

담배(N. tabacum cv Xanthi)의 형질 전환은 leaf disc 방법을 사용하였다. 담배 종자를 발아시켜 직경이 약 6-7cm 되는 잎을 취한 후 0.1% 블리치 용액(bleach solution)에 10분간 소독하고 멸균된 증류수에서 7분씩, 3번 순차적으로 씻어 주었다. 이후 담배 잎을 멸균된 면도날로 직경 1 cm 정도가 되도록 자른 후 해당 구조물(construct)이 들어간 아그로박테리움 세포(Agrobacterium cell)에서 10-30분간 담궈 담배 잎의 형질 전환을 유도하였다. 아그로박테리움 세포(Agrobacterium cell)에서 배양한 담배 잎을 멸균된 3MM 페이퍼에서 말리고 플레이트 당 6-7개의 담배 절편을 잎맥이 위로 가도록 MS-캘러스 유도 배지에 치상한 후, 이틀간 암 처리 후 식물 생장기(plant growth chamber)에서 27℃, 12시간 배양하였다.Tobacco ( N. tabacum cv Xanthi ) transformation was carried out using the leaf disc method. Tobacco seeds were germinated to take leaves about 6-7 cm in diameter and then sterilized in 0.1% bleach solution for 10 minutes and washed sequentially in sterilized distilled water for 7 minutes, three times. The tobacco leaves were cut to about 1 cm in diameter with sterilized razor blades and then soaked in Agrobacterium cells containing the construct for 10-30 minutes to induce tobacco leaf transformation. Tobacco leaves incubated in Agrobacterium cells were dried in sterile 3MM paper and 6-7 tobacco sections per plate were healed in MS-callus induction medium with leaf veins upward, followed by two days of cancer growth. plant growth chamber) was incubated for 12 hours at 27 ℃.

가나마이신(Kanamycin) 저항성을 가진 캘러스를 100 mg/L 가나마이신과 500 mg/L 세포탁심(cefotaxime), 그리고 0.2 mg/L α-나프탈렌 아세트산(NAA)과 2 mg/L의 6-벤질 아미노 퓨린(BA)이 함유된 Murashige and Skoog 배지 (Duchefa, MS including vitamins, 30% sucrose, 0.8% agar pH 5.6-5.8)에서 선별하였다. 형성된 캘러스는 100-200 mg/L 가나마이신과 500 mg/L 세포탁심(cefotaxime), 0.1 mg/L NAA와 1 mg/L의 BA가 함유된 배지에서 줄기 유도 후 뿌리 유도 배지로 (200 mg/L kanamycin, 0.1 mg/L NAA) 옮겼다. 뿌리가 자란 개체는 흙으로 옮겨 식물생장기(plant growth chamber)(27℃, 12hr/day)에서 생장 시키고 각각의 식물체에서 RNA를 추출하여 원하는 유전자가 발현되는지를 확인하였다.Kanamycin-resistant callus was divided into 100 mg / L kanamycin and 500 mg / L cefotaxime, and 0.2 mg / L α-naphthalene acetic acid (NAA) and 2 mg / L of 6-benzyl aminopurine (BA) was selected from Murashige and Skoog medium (Duchefa, MS including vitamins, 30% sucrose, 0.8% agar pH 5.6-5.8). Callus formed was as root induction medium after stem induction in a medium containing 100-200 mg / L kanamycin and 500 mg / L cefotaxime, 0.1 mg / L NAA and 1 mg / L BA (200 mg / L). L kanamycin, 0.1 mg / L NAA) was transferred. Individuals whose roots were grown were transferred to soil and grown in a plant growth chamber (27 ° C., 12hr / day), and RNA was extracted from each plant to confirm whether a desired gene was expressed.

제5단계. 담배 형질 전환체에 스트레스 처리5th step. Stress Treatment on Tobacco Transformants

해당 프로모터를 넣은 담배에서 리포터 유전자인 GUS가 발현하는 정도를 확인하기 위하여 각각의 담배에서 잎의 일부를 취하여 인위적인 상처와 UV (304nm, 20min)을 처리하고 GUS 발현을 확인하였다. 그 결과 가장 발현이 좋은 형질전환 개 체를 선택하여 종자를 채취하고 이를 가나마이신(200 mg/L)이 첨가된 MS 배지에서 발아시킨 다음, 유묘를 UV (304 nm)에서 15 cm 떨어진 위치에서 15분간 처리한 후 상온에서 24시간 방치하거나, 75 mM AlCl3와 0.1%, 0.5% 효모 추출물 용액 내에서 각각 24 시간 처리하였다.In order to confirm the expression level of the reporter gene GUS in tobacco containing the promoter, a part of the leaves were taken from each tobacco, and artificial wounds and UV (304 nm, 20 min) were treated and GUS expression was confirmed. As a result, the most expressive transgenic subjects were selected, seeded, germinated in MS medium with kanamycin (200 mg / L), and seedlings were placed 15 cm from UV (304 nm). After treatment for 24 minutes, the mixture was left at room temperature for 24 hours or treated with 75 mM AlCl 3 in 0.1% and 0.5% yeast extract solution for 24 hours.

제6단계. GUS 염색Step 6. GUS Dyeing

MS 최소 배지에서 이틀간 배양한 스틸벤 합성효소 유전자의 프로모터-GUS 융합 유전자가 들어간 조직을 두 그룹으로 나누어 한 그룹에만 UV를 20분간 처리하였다. UV 처리 조직 및 비처리 조직을 1 mM X-글루쿠론산(X-gluc)를 포함한 GUS 용액(50 mM phosphate buffer (pH 7.4), 3 mM potassium ferricyanide, 3 mM potasium ferrocyanide)에 37℃에서 24시간 반응시켰다. 탈수(Dehydration)는 50%, 70%, 90% 에탄올에 각각 30분씩 방치한 후, 마지막으로 70% 에탄올에 넣어서 색소를 완전히 제거하고 GUS 발현을 확인하였다. Tissues containing the promoter-GUS fusion gene of the stilbene synthase gene cultured in MS minimal media for two days were divided into two groups, and only one group was treated with UV for 20 minutes. UV treated and untreated tissues were treated in GUS solution (50 mM phosphate buffer (pH 7.4), 3 mM potassium ferricyanide, 3 mM potasium ferrocyanide) containing 1 mM X-glucuronic acid (X-gluc) for 24 hours at 37 ° C. Reacted. Dehydration was left in 50%, 70%, and 90% ethanol for 30 minutes each, and finally put in 70% ethanol to completely remove the pigment and confirmed GUS expression.

(결과)(result)

상기 실시예 1에서 스틸벤 합성효소 유전자의 프로모터 4개 중에서 가장 긴 프로모터 내에 상처, 병원균, 담배, 가뭄, 열 스트레스, 저온 등에 관련된 시스-요소(cis-element)가 존재하는 것을 알았다. 따라서 이러한 요소들의 기능 및 새로운 벡터 시스템의 사용 프로모터로서의 가능성을 확인하기 위하여 우선 프로모터-GUS 융합 유전자 구조물(도 4)을 아그로박테리움을 사용하여 담배에 형질전환하였다. In Example 1, it was found that cis-element related to wound, pathogen, tobacco, drought, heat stress, low temperature, etc. existed in the longest promoter among four promoters of stilbene synthase gene. Therefore, in order to confirm the function of these elements and the possibility of using the new vector system as a promoter, the promoter-GUS fusion gene construct (FIG. 4) was first transformed into tobacco using Agrobacterium.

그 결과 담배 형질 전환체는 평상시에는 GUS 발현하지 않았으나(혹은 매우 미비함) UV 및 상처 등의 외부 스트레스에 반응하여 GUS를 발현하는 것으로 확인되었다. 또한 이러한 발현양은 담배 형질 전환체마다 양적인 차이를 보여주었다. 따라서 확보하고 있는 형질 전환체 중 가장 발현이 좋은 개체를 선택하여 종자를 채취하였으며, 이 종자를 파종하여 유묘를 얻어 유묘 단계에서 프로모터의 발현 조절 양상, 특히 자외선, AlCl3, 효모 추출물 등 환격 자극에 대한 반응 양상을 분석하였다. As a result, the tobacco transformants did not normally express GUS (or very poor), but it was confirmed to express GUS in response to external stress such as UV and wounds. In addition, the amount of expression showed a quantitative difference among the tobacco transformants. Therefore, the seeds with the best expression among the transformants secured were selected and the seeds were collected, seeded by seeding, and seedlings were seeded to control the expression of the promoter during seedling stages, especially ultraviolet light, AlCl 3 , and yeast extract. The response pattern was analyzed.

그 결과를 도 5에 나타내었다. 도 5에서 보면, 먼저 야생형 담배의 경우 어느 부위에서도 GUS 유전자가 전혀 발현되지 않았다. 반면 형질전환체는 스트레스를 처리하지 않았을 때에도 뿌리에서 발현을 보여주었다. 그러나 UV, AlCl3, 효모 추출물을 처리하면 모두 GUS 유전자 발현이 유도되었다. UV를 처리했을 때에는 뿌리와 잎에서 강하게 발현되었으며, 효모 추출물의 경우에는 0.5%에서 가장 잘 유도되었다. AlCl3의 경우에는 100mM 보다 75mM 에서 발현이 더 잘 유도되었다. 이렇게 유도 양상이 조금씩 다른 결과는 각각의 스트레스 처리를 인지하는 리셉터(receptor) 혹은 세포내 신호 전달 인자가 다르다는 것을 제시한다. The results are shown in FIG. Referring to FIG. 5, in the wild-type tobacco, the GUS gene was not expressed at all in any region. On the other hand, the transformants showed expression in the roots even when stress was not treated. However, treatment with UV, AlCl 3 , and yeast extract induced GUS gene expression. When treated with UV, it was strongly expressed in roots and leaves, and best in 0.5% of yeast extracts. In the case of AlCl 3 , expression was better induced at 75 mM than at 100 mM. This slightly different induction pattern suggests that different receptors or intracellular signal transduction factors recognize different stress treatments.

포도에서는 본래 UV나 곰팡이 감염과 같은 스트레스에 의해 잎이나 과실에서 스틸벤 합성효소 유전자의 발현이 유도된다고 보고되었다. 모델 식물체인 형질전환체 담배를 사용한 본 발명으로부터 UV 등과 같은 환경 인자에 의해 잎과 줄기에서 도 스틸벤 합성효소 유전자의 발현이 유도된다는 것을 알 수 있다. 이러한 결과는 형질전환체의 반응을 분석하면 레스베라트롤의 합성을 유도하는 다양한 환경인자를 탐색할 수 있다는 사실을 제시해 주는 것이다. 또한 상기 유전자의 프로모터 부위롤부터 이러한 환경 스트레스에 대한 반응과 관련된 요소를 분리하여 그 특성을 규명하면, 레스베라트롤 합성 유전자의 발현을 획기적으로 유도할 수 있다는 것을 보여주는 것이다. 따라서, 프로모터 부위에 대한 삭제 분석(deletion analysis)을 수행하여 유용한 부위를 확인하고, 이를 바탕으로 레스베라트롤 합성을 유도하는 환경 인자를 탐색하는 시스템을 개발하고자 하였다. 뿐만 아니라 상기 프로모터의 시스-요소(cis-element)를 활용하여 기존의 CaMV-35S 프로모터와는 다른 새로운 벡터 시스템을 만들고자 하였다.Grapes have been reported to induce the expression of stilbene synthase genes in leaves and fruits under stress, such as UV or fungal infections. From the present invention using a transformed tobacco, which is a model plant, it can be seen that the expression of stilbene synthase gene is induced in leaves and stems by environmental factors such as UV. These results suggest that analyzing the response of the transformant can explore various environmental factors that induce the synthesis of resveratrol. In addition, by separating the elements related to the response to the environmental stress from the promoter region of the gene and characterizing it, it shows that the expression of resveratrol synthetic gene can be significantly induced. Therefore, we tried to develop a system for identifying useful sites by performing deletion analysis of promoter sites and searching for environmental factors that induce resveratrol synthesis. As well as using the cis-element (cis-element) of the promoter to create a new vector system different from the existing CaMV-35S promoter.

[실시예 3: 본 발명 프로모터의 삭제 분석을 통한 환경 인자 탐색][Example 3: Environment Factor Search through Deletion Analysis of the Promoter of the Invention]

제1단계. 삭제 목록(deletion series)의 제작First step. Creation of the deletion series

pCR2.1-TOPO 벡터(Invitrogen)에 스틸벤 합성효소 유전자 프로모터 1을 클로닝시킨 DNA 5㎍을 SacⅠ과 NcoⅠ로 처리한 후 다시 ExoⅢ로 처리하여 37℃에서 30초 간격으로 반응시키고, 클레노우 효소(Klenow enzyme)와 dNTP를 넣어 라이게이션(ligation)시켰다. 그런 후 Top10 CP cell에 형질전환하여 24개의 구조물(construct)을 얻었다. 그 중 10개의 구조물(construct)을 선별하여 아라비돕시스(Arabidopsis)에 형질 전환 시키고 비생물적 스트레스 및 생물적 스트레스를 처리하여 Gus assay를 수행하였다.5 μg of the DNA cloned from the pCR2.1-TOPO vector (Invitrogen) with stilbene synthase gene promoter 1 was treated with Sac I and Nco I and then treated with Exo III and reacted at 37 ° C. at 30 sec intervals, followed by Cleno enzyme ( Klenow enzyme) and dNTP were added to ligation. Then, transformed into Top10 CP cells to obtain 24 constructs. Ten constructs were selected and transformed into Arabidopsis and treated with abiotic stresses and biological stresses.

제2단계. 아그로박테리움 형질 전환Second step. Agrobacterium Transformation

싱글 콜로니(Single colony)의 아그로박테리움(Agrobacterium)을 3 ㎖의 YMB (sol A: K2HPO4 9.9 g/100 ㎖, sol B: MgSO4.7H2O 20 g/100 ㎖, sol C: NaCl 9.9 g/100 ㎖ sol D: mannaitol 10 g/L ,yeast extract 1 g/L을 만든 후 1L당 sol A 5 ㎖과 sol B 1 ㎖, sol C 1㎖, sol D를 섞어 준다) 액체 배지에 접종하여 170 rpm으로 27℃에서 하룻밤 동안 진탕 배양 시켰다. 진탕 배양된 것을 50 ㎖의 YMB 액체 배지에 100배 희석시켜, 2-3 시간 동안 170 rpm으로 27℃ 에서 진탕 배양하여 O.D 660nm가 0.5정도 되도록 키워서 3000 ×g로 20 분간 원심분리 하였다. 원심분리를 통하여 얻은 셀을 TE 버퍼로 씻어 준 후, 소량의 YMB 액체 배지에 풀어서 500㎕씩 나누어 -70℃에 보관하고 컴페턴트 셀(competent cell)로 사용하였다.Agrobacterium (Agrobacterium) of a single colony (Single colony) 3 ㎖ of YMB (sol A: K 2 HPO 4 9.9 g / 100 ㎖, sol B: MgSO 4 .7H 2 O 20 g / 100 ㎖, sol C: NaCl 9.9 g / 100 ml sol D: 10 g / L mannaitol, 1 g / L yeast extract, mix 5 ml of sol A, 1 ml of sol B, 1 ml of sol C, and sol D per 1 liter). Inoculation was incubated overnight at 27 ° C. at 170 rpm. The shake culture was diluted 100-fold in 50 ml of YMB liquid medium, shake-cultured at 27 ° C. at 170 rpm for 2-3 hours, grown to OD 660 nm of about 0.5, and centrifuged at 3000 × g for 20 minutes. The cells obtained through centrifugation were washed with TE buffer, and then dissolved in a small amount of YMB liquid medium. 500 µl portions were stored at −70 ° C. and used as a competent cell.

아그로박테리움 튜메파시엔스(Agrobacterium tumefaciens) GA3101을 freeze-thaw 방법으로 형질전환 하였다. 컴페턴트 셀(competent cell)은 얼음에 꽂아 두고 1 ㎍의 해당 construct DNA를 첨가한 후, 얼음에 5분간 방치하고 액체 질소에 5분, 37℃에 5분간 반응시켰다. 1 ㎖의 YMB 액체 배지를 섞어서 27℃, 170 rpm으로 2-4시간을 진탕 배양 후 가나마이신(kanamycin)이 첨가된 MS 고체 배지에 도말하고 27℃에서 이틀 정도 배양하여 형질 전환된 콜로니를 얻었다. 형질 전환된 콜로니는 YMB 액체 배지에서 키우고 콜로니 PCR로 확인한 후 아라비돕시스에 형질전환 하였다. Agrobacterium tumefaciens GA3101 was transformed by the freeze-thaw method. Competent cells were placed on ice, 1 μg of the corresponding construct DNA was added, left on ice for 5 minutes, and then reacted with liquid nitrogen for 5 minutes and 37 ° C. for 5 minutes. 1 ml of YMB liquid medium was mixed and shaken for 2-4 hours at 170 ° C. and 170 rpm, and then plated in MS solid medium to which kanamycin was added and incubated at 27 ° C. for 2 days to obtain transformed colonies. Transformed colonies were grown in YMB liquid medium and confirmed by colony PCR and transformed into Arabidopsis.

제3단계. 아라비돕시스(Third step. Arabidopsis ArabidopsisArabidopsis ) 형질전환 ) Transformation

해당 구조물(construct)로 형질 전환된 아그로박테리움(Agarobacterium)을 23℃에서 약 2주간 키운 아라비돕시스 에코타입(Arabidopsis ecotype) Col-0에 flowdip method를 사용하여 형질전환 하였다. 종자를 다시 가나마이신(kanamycin)이 들어간 MS 배지에서 선별하여 Gus assay에 사용하였다. Agarobacterium transformed with the construct was transformed into the Arabidopsis ecotype Col-0 grown at 23 ° C. for about 2 weeks using the flowdip method. Seeds were again selected from MS medium containing kanamycin and used for Gus assay.

제4단계. 다양한 스트레스 처리Fourth step. Various stress treatments

23℃에서 4주동안 키운 아라비돕시스(Col-0)의 잎을 따서 UV를 15분 쬐어주고 D.W에 24시간 담근 것과 0.1%, 0.5% 효모 추출물 용액 및 75mM, 100mM AlCl3에 24 시간 담근 것을 조직화학적 GUS 분석 및 형광 분석(Fluorometric assay)에 사용하였다. The leaves of Arabidopsis (Col-0) grown for 4 weeks at 23 ° C were exposed to UV for 15 minutes, soaked in DW for 24 hours, and soaked in 0.1%, 0.5% yeast extract solution and 75 mM, 100 mM AlCl 3 for 24 hours. Used for GUS analysis and fluorescence assay.

제5단계. GUS 활성의 조직화학적 및 형광 분석5th step. Histochemical and Fluorescence Analysis of GUS Activity

조직화학적 분석은 가나마이신이 첨가된 MS 배지에서 칠일간 키운 stsy promoter-GUS가 도입된 아라비돕시스의 어린 식물을 UV 처리, 효모 추출물 처리, AlCl3처리 및 비처리 조직으로 나누어 1 mM X-글루쿠론산(X-gluc)를 포함한 GUS 용액(50 mM phosphate buffer (pH 7.4), 3 mM potassium ferricyanide, 3 mM potasium ferrocyanide)에 37℃에서 16시간 반응시켰다. 탈수(Dehydration)는 50%, 70%, 90% 에탄올에 각각 30분씩 방치한 후, 마지막으로 70% 에탄올에 넣어서 색소를 완전히 제거하고 GUS 발현을 확인하였다. 또한 아라비돕시스를 4주간 키운 후 잎을 채취하여 UV 및 AlCl3, 효모 추출물, MeJA, SA, BA를 처리하고 동일한 방법으로 조직화학적 분석을 수행하였다. Histochemical analysis showed that 1 mM X-glucuronic acid was divided into UV-treated, yeast extract-treated, AlCl 3- treated and untreated tissues from young plants of Arabidopsis with stsy promoter-GUS grown in kanamycin-added MS medium for 7 days. The reaction was performed at 37 ° C. for 16 hours in a GUS solution containing (X-gluc) (50 mM phosphate buffer (pH 7.4), 3 mM potassium ferricyanide, 3 mM potasium ferrocyanide). Dehydration was left in 50%, 70%, and 90% ethanol for 30 minutes each, and finally put in 70% ethanol to completely remove the pigment and confirmed GUS expression. In addition, after growing Arabidopsis for 4 weeks, the leaves were collected and treated with UV and AlCl 3 , yeast extract, MeJA, SA, BA and histochemical analysis was performed in the same manner.

형광 분석(Fluorometric assay)은 스트레스 처리된 아라비돕시스 잎을 추출 버퍼(Extraction buffer) 150㎕에 담근 후 균질기(homogenizer)로 분쇄하여 4℃ 원심분리기(centrifuge)에 10분간 돌린 후 용액을 따서 다시 원심분리 하였다. 브래드포드 분석(Bradford assay)(Bio-Rad kit)를 통해 단백질을 정량한 후 2㎍의 단백질과 100mM X-gluc를 섞고 37℃에서 30분간 반응시킨 후 플루오로미터(Fluorometer)(Bio-Rad)로 Gus 활성을 측정하였다.Fluorometric assay immersed stressed Arabidopsis leaf in 150 μl of extraction buffer, crushed with a homogenizer, run in a centrifuge at 4 ° C for 10 minutes, and then centrifuged again. It was. Protein was quantified by the Bradford assay (Bio-Rad kit), and then mixed with 2 μg of protein and 100 mM X-gluc and reacted at 37 ° C. for 30 minutes, followed by a fluorometer (Bio-Rad). Gus activity was measured by.

(결과)(result)

조직화학적 GUS 활성 분석 결과Histochemical GUS Activity Assay

상기 실시예 1에서 4개의 서로 다른 스틸벤 합성효소 유전자의 발현 조절 프로모터, 즉 944bp, 732bp, 643bp, 413bp의 프로모터를 확보한 바 있다. 그 중 가장 긴 프로모터 1에서, 각 추정 시스-작용 요소의 기능과 연과지어 프로모터의 어떤 부위가 특정 스트레스에 반응하는지 자세히 알아보고자 ExoⅢ를 사용하여 5'를 랜덤하게 삭제하여 -801, -722, -601, -513, -406, -308, -258, -200, -138, -75 프로모터를 얻었다(도 6). 이를 GUS와 융합시켜 아라비돕시스에 형질전환 하였는데, 각각의 프로모터로 형질전환된 To 식물체에 UV 15분, 0.1% 및 0.5% 효모 추출물, 75mM 및 100mM AlCl3를 처리한 후 조직화학적 GUS 분석을 수행하였다. In Example 1, four different stilbene synthase gene expression regulation promoters, that is, 944bp, 732bp, 643bp, 413bp promoters were obtained. In the longest of these promoters 1, we used ExoIII to randomly delete 5 'to determine which region of the promoter responds to a particular stress, as well as the function of each putative cis-acting element, -801, -722, -601, -513, -406, -308, -258, -200, -138 and -75 promoters were obtained (FIG. 6). This was transformed into Arabidopsis by fusion with GUS, and the To plants transformed with the respective promoters were treated with UV 15 minutes, 0.1% and 0.5% yeast extract, 75 mM and 100 mM AlCl 3 , and then subjected to histochemical GUS analysis.

그 결과를 도 7에 나타내었다. 도 7을 보면, 프로모터 1의 발현이 아라비돕시스에서도 상기 모든 처리에 의해 유도됨을 알 수 있다. 스트레스를 처리하지 않았을 때(대조구, 도 7의 a)에는 -406 프로모터에서 뿌리에서의 발현이 거의 보이지 않는데, 75mM, 100mM AlCl3(도 7의 e,f)를 처리한 경우와 0.1%, 0.5% 효모 추출물(도 7의 c,d)을 처리한 경우에 -513~ -308 프로모터는 뿌리와 잎에서 GUS가 모두 진하게 발현되었다. 또한 UV 15분 처리한 것(도 7의 b)도 GUS가 진하게 발현하는 것을 볼 수 있었다. 따라서, 스틸벤 합성효소 유전자의 프로모터 1에서 -406~ -308 지역은 AlCl3에 반응하는 부분이고, -308~ -258 지역은 UV 반응에 관련된 부분이며, -308~ -200 지역은 효모 추출물에 반응하는 지역일 것이라고 생각되었다. 그러나 색깔의 진함으로 유도양을 확인하는 것이 어려워 정량 분석을 실시하였다.The results are shown in FIG. Referring to Figure 7, it can be seen that the expression of promoter 1 is induced by all the above treatment even in Arabidopsis. When stress was not treated (control, a in FIG. 7), the expression at the root was hardly seen at the -406 promoter, 0.1%, 0.5 compared to the case of treatment with 75 mM, 100 mM AlCl 3 (e, f in FIG. 7). When treated with% yeast extract (c, d in Fig. 7) the -513 ~ -308 promoter was a strong expression of both GUS in the roots and leaves. In addition, it was also observed that GUS was expressed strongly in the UV 15-minute treatment (FIG. 7B). Therefore, in the promoter 1 of the stilbene synthase gene, the -406 ~ -308 region is the portion that reacts to AlCl 3 , the -308 ~ -258 region is the portion that is involved in the UV reaction, and the -308 ~ -200 region is the yeast extract. It was supposed to be a reaction area. However, it was difficult to identify the amount of induction by the intensity of the color.

형광 GUS 활성 분석결과Fluorescence GUS Activity Assay

형광 GUS 분석 결과, UV 15분, 효모 추출물, AlCl3 처리시 promoter 1이 유도됨을 알 수 있었으며 특히 -801 프로모터의 경우에는, UV에 의해 5배 정도, 0.5% 효모 추출물에 의해서 3배 정도 유도되었다. 그러나 AlCl3 처리시에는 프로모터 1이 대조군보다 적게 유도되는 것으로 나타났다. -722 프로모터의 경우에는 UV에 의해 서 15배, 효모 추출물에 의해서 8배 정도 유도되는 것으로 나타났다. 프로모터가 -801에서 -601까지 삭제됨에 따라 스트레스에 의해 유도되는 양도 감소하는 경향을 보였지만, AlCl3는 -513, -406 프로모터에서는 완전한 프로모터 1(-801)이 보였던 값보다 더 크게 발현하는 것을 볼 수 있었다. Fluorescence GUS analysis showed that promoter 1 was induced in 15 minutes of UV, yeast extract, and AlCl 3 treatment. Especially, -801 promoter was induced 5 times by UV and 3 times by 0.5% yeast extract. . However, AlCl 3 treatment induced less promoter 1 than control. In the case of the -722 promoter, it was induced 15 times by UV and 8 times by yeast extract. As the promoter was deleted from -801 to -601, the stress-induced amount also tended to decrease, but AlCl 3 was found to express greater than that of complete promoter 1 (-801) at the -513 and -406 promoters. Could.

위와 같은 결과는 프로모터내의 반복(repeat) 구조와 연관지어 생각할 수 있는데, 효모 추출물 처리시 X1이 없을 때에는 (-801, -513 promoter 비교) GUS 활성이 4배 가량 줄었고, X2가 없을 때에는 2배 가량 줄었다. 그러나 UV를 처리한 것은 X1이 없을 때에는 2배 가량 줄었고 X2가 없을 때에는 6배 정도 줄었다. 따라서 UV와 효모 추출물을 처리하는 경우에 반복(repeat) 구조가 스틸벤 합성효소 유전자 프로모터의 발현 양을 조절하는 역할을 할 것으로 생각되었다. 그러나 AlCl3를 처리한 경우에는 반복(repeat) 구조(X1)가 억제자(repressor)로써의 역할을 할 것으로 생각된다 (도 8).The above results can be thought of as being related to the repeat structure in the promoter. In the absence of X1 when treating yeast extract (compared to -801 and -513 promoter), GUS activity decreased by 4 times, and 2 times without X2. Decreased. UV treatment, however, was about two times less in the absence of X1 and six times less in the absence of X2. Therefore, in the treatment of UV and yeast extract, the repeat structure was thought to play a role in regulating the amount of stilbene synthase gene promoter expression. However, in the case of treatment with AlCl 3 , the repeat structure (X1) is considered to play a role as a suppressor (FIG. 8).

프로모터 1과 프로모터 2, 3, 4의 비교Comparison of promoter 1 and promoters 2, 3, 4

프로모터 1 외에도 PCR based DNA walking 으로 얻은 3개의 프로모터를 비교하면, 프로모터 1,2는 99%의 염기서열이이 유사하며 전사 시작 부위를 -1로 볼 때, 프로모터 1은 -322, 프로모터 2는 -323, 프로모터 3은 -363, 프로모터 4는 -331지역부터 4개 프로모터의 공통된 염기서열이 존재한다. 그리고 프로모터 1은 X1, X2의 반복구조가 있고, 프로모터 2는 X2가 있으나, 프로모터 3과 4에는 없다. 그리고 프로모터 1의 삭제 목록(deletion series) 실험으로 얻은 결과와 프로모터 2, 3, 4의 염기서열을 비교해볼 때, 프로모터 2에서 -407~ -309지역, 프로모터 3에서 -421~ -349지역, 프로모터 4에서 -338~ -317지역이 프로모터 1의 AlCl3에 반응하게 해주는 부분과 같고 프로모터 2의 -309~ -201지역, 프로모터 3의 -349~ -222지역, 프로모터 4의 -317~ -220지역이 프로모터 1의 효모 추출물에 관련된 지역과 염기서열이 일치한다.Comparing the three promoters obtained by PCR based DNA walking in addition to promoter 1, promoters 1 and 2 have similar nucleotide sequences of 99%, and when the transcription start site is -1, promoter 1 is -322 and promoter 2 is -323. , Promoter 3 has -363, promoter 4 has a common sequence of 4 promoters from -331 region. Promoter 1 has a repeating structure of X1, X2, and promoter 2 has X2, but not in promoters 3 and 4. And comparing the results obtained from the deletion series experiment of promoter 1 with the nucleotide sequences of promoters 2, 3, and 4, promoters -407 ~ -309 regions, promoters -421 ~ -349 regions, promoters 4 -338 ~ -317 region of the promoter 1 of the -309 ~ -201 region, the promoter of the promoter 2 3 same as the part that responds to the AlCl 3 -349 ~ -222 region, -317 ~ -220 region of the promoter 4 The region and nucleotide sequence related to this yeast extract of promoter 1 are identical.

상기 스틸벤 합성효소 유전자 프로모터 1, 2, 3, 4를 GUS와 융합시켜 아라비돕시스에 형질전환하고 스트레스를 처리한 후 조직화학적 GUS 분석과 형광 GUS 분석을 수행하였다. 그 결과를 도 9에 나타내었다. 도 9에서, 프로모터 1과 프로모터 3이 비슷한 GUS 활성을 보였다. 프로모터 3은 5'쪽의 염기서열이 프로모터 1과 다르기 때문에 프로모터 1의 삭제 목록(deletion series) 실험 결과로는 분석하기 어렵지만 프로모터 3을 유도 벡터 시스템에 활용할 수 있는 가능성을 제시해 준 것이라 하겠다. 프로모터 3은 겔 모빌리티 쉬프트 분석(gel mobility shift assay)을 하게 되면 전사인자(Transcription factor)나 시스-요소(cis-element)와의 비교를 통해 분석 할 수 있을 것이라고 생각된다.The stilbene synthase gene promoters 1, 2, 3, and 4 were fused with GUS to transform Arabidopsis and subjected to stress, followed by histochemical GUS analysis and fluorescence GUS analysis. The results are shown in FIG. In FIG. 9, promoter 1 and promoter 3 showed similar GUS activity. Promoter 3 is difficult to analyze in the results of the deletion series experiment of Promoter 1 because the 5 'base sequence is different from Promoter 1, but it suggests the possibility of using Promoter 3 in an induction vector system. Promoter 3 may be analyzed by gel mobility shift assay by comparison with transcription factor or cis-element.

종합적으로 보면 프로모터 1의 삭제 목록(deletion series) 실험에서 UV와 효모 추출물, AlCl3에 반응하는 지역이 다르다는 것을 알았다. 또한 정상 프로모터 (-801)에서 효과적인 유도인자로써는 UV나 효모 추출물이 AlCl3보다는 낫다는 것을 알 수 있었다. 그러나 AlCl3도 -801부터 -514까지 잘려지고 -513 프로모터부터 있게 된다면 유도가 많이 되는 것을 볼 수 있었다. 따라서 각각의 외부 환경 스트레스에 의해 가장 잘 발현이 유도되는 부분을 선정하여 재조합 프로모터를 제작할 수 있겠고 효과적으로 필요한 때만 재조합 프로모터의 발현을 유도하여 강력하게 발현하게 하는 시스템을 구축할 수 있을 것으로 생각된다. Taken together, the deletion series of Promoter 1 found that the regions reacting differently to UV, yeast extract, and AlCl 3 were different. In addition, UV or yeast extract was better than AlCl 3 as an effective inducer in the normal promoter (-801). However, if AlCl 3 was also cut from -801 to -514 and from the -513 promoter, it could be seen that a lot of induction. Therefore, it is possible to construct a recombinant promoter by selecting the portion of which expression is best induced by each external environmental stress, and to construct a system that induces strong expression by inducing the expression of the recombinant promoter only when necessary effectively.

이상 상기 실시예 및 실험예를 통하여 명백한 바와 같이, 다양한 환경 신호에 의해 활성이 증가되는 스틸벤 합성효소 유전자의 프로모터를 이용한 본 발명의 벡터 시스템은 기존의 식물발현벡터 시스템보다 더욱 효과적으로 원하는 유전자를 최적 발현할 수 있는 뛰어난 효과를 제공하며, 국내산 주요 포도 품종에서 레스베라트롤의 함량을 고도로 증진시키는 최적 환경인자의 탐색을 가능케 하여 항암, 항균활성 등을 갖는 레스베라트롤의 대량생산에 대한 방안을 제시한다. 또한 이를 이용하여 환경 스트레스 저항성 형질전환 식물체를 제조할 수 있으므로 매우 유용한 발명인 것이다.As is apparent from the above Examples and Experimental Examples, the vector system of the present invention using the promoter of stilbene synthase gene whose activity is increased by various environmental signals is more optimal than the conventional plant expression vector system. It provides an excellent effect that can be expressed, and suggests a method for mass production of resveratrol having anticancer and antimicrobial activity by enabling the search of an optimal environmental factor that highly enhances the resveratrol content in major grape varieties in Korea. In addition, it is a very useful invention because it can be used to produce an environmental stress-resistant transgenic plant.

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Claims (7)

서열번호 1의 염기서열을 가지는 거봉포도 유래의 스틸벤 합성효소 유전자의 프로모터를 포함하는 것을 특징으로 하는 외부 환경 스트레스에 특이적으로 발현되는 발현 벡터 시스템.An expression vector system specifically expressed in external environmental stress, comprising a promoter of a stilbene synthase gene derived from giant grapes having the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1. 제1항에 있어서, 외부 환경 스트레스는 UV, 효모 추출물, AlCl3 중 어느 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 발현 벡터 시스템.The expression vector system of claim 1, wherein the external environmental stress comprises any one or more of UV, yeast extract, and AlCl 3 . 서열번호 1의 서열과 90% 이상의 유사성을 가지는 염기서열로 표시되는 거봉포도 유래의 스틸벤 합성효소 유전자의 프로모터를 포함하는 것을 특징으로 하는 외부 환경 스트레스에 특이적으로 발현되는 발현 벡터 시스템.An expression vector system specifically expressed in external environmental stress, comprising a promoter of a stilbene synthase gene derived from giant grapes represented by a nucleotide sequence having at least 90% similarity with the sequence of SEQ ID NO: 1. 서열번호 1의 염기서열에서 -801 내지 -723 위치의 염기가 결실된 재조합 프로모터를 포함하는 것을 특징으로 하는 UV 및 효모추출물에 의해 특이적으로 발현되는 발현 벡터 시스템.Expression vector system specifically expressed by UV and yeast extract, characterized in that it comprises a recombinant promoter is deleted from the base position of -801 to -723 in the base sequence of SEQ ID NO: 1. 서열번호 1의 염기서열에서 -801 내지 -514 위치의 염기가 결실된 재조합 프로모터를 포함하는 것을 특징으로 하는 AlCl3에 의해 특이적으로 발현되는 발현 벡 터 시스템.Expression vector system specifically expressed by AlCl 3 characterized in that it comprises a recombinant promoter deleted from the base position of -801 to -514 in the base sequence of SEQ ID NO. 서열번호 1의 염기서열에서 UV에 반응하는 부위인 -308 내지 -258 위치의 염기서열을 포함하는 스틸벤 합성효소 유전자의 재조합 프로모터를 포함하는 것을 특징으로 하는 발현 벡터 시스템.An expression vector system comprising a recombinant promoter of a stilbene synthase gene comprising a nucleotide sequence at a position of -308 to -258, which is a UV-responsive site, in the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1. 서열번호 1의 염기서열에서 효모 추출물에 반응하는 부위인 -308 내지 -200 위치의 염기서열을 포함하는 스틸벤 합성효소 유전자의 재조합 프로모터를 포함하는 것을 특징으로 하는 발현 벡터 시스템. An expression vector system comprising a recombinant promoter of a stilbene synthase gene comprising a nucleotide sequence at a position of -308 to -200, which is a site that reacts to a yeast extract in the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1.
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