KR100578744B1 - 1 Pepper geneCAHIR1 of hypersensitive reaction induced protein and transformed plant using the same - Google Patents

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Abstract

본 발명은 고추 과민반응유도단백질 유전자, 이를 이용한 형질전환 식물 및 상기 유전자를 이용한 식물병 저항성 및 환경스트레스 탐색방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 본 발명은 고추 세균성 점무늬병(Xanthomonas campestris pv. vesicatoria)에 대해 저항성을 보이는 고추 한별 품종으로부터 과민반응유도단백질 유전자를 분리하여 그 염기서열을 결정하고 그에 의해 코딩되는 아미노산 서열 및 관련 프라이머를 제공하며, 상기 고추 과민반응유도단백질 유전자가 삽입된 형질전환 벡터 및 형질전환 식물을 제공한다. 또한, 본 발명은 상기 유전자를 이용하여 생물적/화학적 저항성 유도 처리시 유도저항성의 발현 여부를 탐색하는 식물병 저항성 및 환경스트레스 탐색방법도 제공한다. 상기한 본 발명에 의하면, 식물체 병원균에 대한 방어반응의 표지 및 식물병 저항성 작물의 분자육종을 위한 유전재료를 제공할 수 있고, 식물병 저항성 등의 탐색을 촉진시킬 수 있는 이점이 있다.The present invention relates to a pepper hypersensitivity inducing protein gene, a transgenic plant using the same, and a method for detecting plant disease resistance and environmental stress using the gene, and more particularly, the present invention relates to pepper bacterial spot pattern ( Xanthomonas campestris pv. Vesicatoria ). Isolation of the hypersensitivity-inducing protein gene from the red pepper cultivars that are resistant to the strain to determine its nucleotide sequence and provide an amino acid sequence and related primers encoded therein Provide a transition plant. In addition, the present invention also provides a method for detecting plant disease resistance and environmental stress using the gene to search for the expression of induction resistance during biological / chemical resistance induction treatment. According to the present invention described above, it is possible to provide a genetic material for labeling the protective reaction against plant pathogens and molecular breeding of plant disease resistant crops, and to facilitate the search for plant disease resistance.

고추, 과민반응유도단백질 유전자, 식물병, 저항성, 세균성 점무늬병 Red pepper, hypersensitivity-induced protein gene, plant disease, resistant, bacterial spot disease

Description

고추 과민반응유도단백질 유전자(CAHIR1) 및 이를 이용한 형질전환 식물{Pepper gene(CAHIR1) of hypersensitive reaction induced protein and transformed plant using the same}Pepper gene (CAHIR1) of hypersensitive reaction induced protein and transformed plant using the same}

도 1은 본 발명에 의한 고추 한별 품종(Capsicum annuum L. cv. Hanbyul)으로부터 분리된 과민반응유도단백질 유전자(CAHIR1)의 염기서열 및 그에 의해 코딩되는 아미노산 서열을 나타낸 것이다.Figure 1 shows the nucleotide sequence of the hypersensitivity-induced protein gene (CAHIR1) isolated from Capsicum annuum L. cv. Hanbyul according to the present invention and the amino acid sequence encoded by it.

도 2는 고추 한별 품종에 병원성 균주 Ds1과 비병원성 균주 Bv5-4a의 고추 세균성 점무늬병균(Xanthomonas campestris pv. vesicatoria)을 접종하였을 때, 감염 잎에서의 본 발명에 의한 과민반응유도단백질 유전자(CAHIR1)의 발현유도결과를 나타낸다.Figure 2 shows the hypersensitivity inducing protein gene (CAHIR1) according to the present invention in infected leaves when inoculated with the red pepper bacterial spot bacterium ( Xanthomonas campestris pv.vesicatoria ) of the pathogenic strain Ds1 and non-pathogenic strain Bv5-4a Expression induction results are shown.

도 3은 고추 한별 품종에 비기주 저항성을 보이는 슈도모나스 세균(Pseudomonas syringae pv. tomato)을 접종하였을 때, 본 발명에 의한 과민반응유도단백질 유전자(CAHIR1)의 발현유도결과를 나타낸다.Figure 3 when inoculated with the non visible primary resistance to pepper varieties hanbyeol Pseudomonas bacterium (Pseudomonas syringae pv. Tomato), shows the result of expression inducing hypersensitivity induced protein gene (CAHIR1) according to the present invention.

도 4는 고추 한별 품종의 잎에 식물방어반응 유도물질의 일종인 살리실산(salicylic acid)과 ABA(abscisic acid)를 처리한 후 경과시간에 따른 본 발명에 의한 과민반응유도단백질 유전자(CAHIR1)의 발현유도결과를 나타낸다.Figure 4 shows the expression of hypersensitivity-induced protein gene (CAHIR1) according to the present invention over time after treatment with salicylic acid (ABS) and ABA (abscisic acid), which is one of the plant defense reaction inducing substances on the leaves of the red pepper varieties Induced results are shown.

도 5는 고추 한별 품종의 잎에 에틸렌과 메틸 자스모네이트를 처리한 후 경 과시간에 따른 본 발명에 의한 과민반응유도단백질 유전자(CAHIR1)의 발현유도결과를 나타낸다.Figure 5 shows the results of induction of the hypersensitivity reaction protein protein (CAHIR1) according to the present invention according to the elapsed time after the treatment of ethylene and methyl jasmonate on the leaves of red pepper varieties.

도 6은 형질전환 식물의 제조를 위해 사용되어지는 본 발명에 의한 과민반응유도단백질 유전자(CAHIR1)가 삽입된 재조합 벡터의 모식도를 나타낸다.Figure 6 shows a schematic diagram of a recombinant vector into which the hypersensitivity-induced protein gene (CAHIR1) according to the present invention is used for the production of transgenic plants.

도 7은 본 발명에 의한 과민반응유도단백질 유전자(CAHIR1)로 형질전환된 애기장대 식물에서의 상기 유전자의 발현여부를 나타낸다. Figure 7 shows the expression of the gene in Arabidopsis plants transformed with the hypersensitivity-induced protein gene (CAHIR1) according to the present invention.

도 8은 본 발명에 의한 과민반응유도단백질 유전자(CAHIR1)로 형질전환된 애기장대 식물에서의 다른 종류의 병방어 관련 유전자의 발현여부를 나타낸다. Figure 8 shows the expression of other types of disease-related genes in Arabidopsis plants transformed with the hypersensitivity-induced protein gene (CAHIR1) according to the present invention.

도 9는 본 발명에 의한 과민반응유도단백질 유전자가 식물체 안에서 효과적으로 발현되었을 때 나타나는 식물세포 사멸반응을 나타낸다.Figure 9 shows the plant cell killing reaction that occurs when the hypersensitivity inducing protein gene of the present invention is effectively expressed in the plant.

도 10은 본 발명에 의한 형질전환된 애기장대식물에 슈도모나스 병원세균을 접종하였을 때 발현되는 식물병 저항성 효과를 나타낸다.Figure 10 shows the plant disease resistance effect expressed when inoculated with Pseudomonas pathogen bacteria transformed Arabidopsis plants according to the present invention.

본 발명은 고추 과민반응유도단백질 유전자(CAHIR1) 및 이를 이용한 형질전환 식물에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 고추 세균성 점무늬병에 대해 저항성을 가진 것으로 알려진 고추 한별 품종(Capsicum annuum L. cv. Hanbyul)으로부터 과민반응유도단백질의 신규 유전자인 CAHIR1 유전자를 분리하여 해독(Sequencing)함으로써 그 염기서열과 그에 의해 코딩되는 아미노산 서열을 제공하고, 상기 유전 자를 포함하는 재조합 벡터 및 형질전환식물을 제공하며, 상기 유전자의 염기서열을 이용하여 생물적/화학적 저항성 유도 처리시 유도저항성의 발현 여부를 탐색하는 식물병 저항성 및 환경스트레스 탐색방법을 제공하는 것에 관한 것이다. The present invention relates to pepper hypersensitivity inducing protein gene (CAHIR1) and transgenic plants using the same. More specifically, hypersensitivity from Capsicum annuum L. cv. Hanbyul known to be resistant to pepper bacterial spot disease By separating and sequencing the CAHIR1 gene, which is a novel gene of the reaction-inducing protein, the base sequence and the amino acid sequence encoded by the gene are provided, the recombinant vector and the transformed plant including the gene are provided, and the base of the gene is provided. The present invention relates to a method for searching for plant disease resistance and environmental stress that searches for expression of induction resistance in biological / chemical resistance induction treatment using sequences.

일단 식물이 병에 감염되면, 기주식물은 여러 가지 세포내 대사 시스템을 작동시켜 방어기작을 시작한다. 이러한 방어기작에 의해 병원균 감염 초기에 기주식물과 식물병원균간의 반응이 친화적 반응과 불친화적 반응으로 나뉘어 결정되고, 이에 따라 병의 진전을 제한시킬 수 있는지의 여부가 결정되는 것이다.Once the plant is infected, the host plant activates several intracellular metabolic systems to initiate defense mechanisms. By this defense mechanism, the reaction between host plants and phytopathogens at the beginning of pathogen infection is divided into friendly reactions and incompatible reactions, and accordingly, it is possible to limit the progression of the disease.

불친화적 반응에서, 감염된 식물은 자체의 인식작용에 의해 병원균의 침입을 인지하고, 이에 대한 반응으로서 감염부위의 세포에 국부적 세포 죽음과 같은 과민성 반응(hypersensitive reaction), 캘러스(callose)의 축적, 리그닌(lignin)화에 의한 세포벽의 비후화 등의 반응을 나타내며, 피토알렉신(phytoalexin) 등 여러 종류의 항균성 물질을 생성하고, 소위 병 생성 관련 단백질(pathogenesis related(PR) protein)이라 불리는 방어단백질을 생성하는 것으로 알려져 있다.In an incompatible reaction, the infected plant recognizes the invasion of the pathogen by its own cognitive action, and in response, hypersensitive reactions such as local cell death in the cells of the infected site, accumulation of callose, lignin It shows a reaction such as thickening of the cell wall due to ligninization, produces various kinds of antimicrobial substances such as phytoalexin, and forms a protective protein called pathogenesis related (PR) protein. It is known to produce.

이러한 다양한 방어반응의 대표적인 현상으로 식물 세포사멸 반응의 하나인 과민성 반응에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있다. 이 세포사멸 반응의 하나인 과민성 반응은 급격한 활성산소의 활성화, 생체 내 이온의 변화, 그리고 다양한 신호전달 물질의 축적 등으로 시작되는 것으로 알려져 있다. 또한 이 식물 세포 사멸과정에는 다양한 단백질 인산화 효소 등이 관여한다고 알려져 있다. As a representative phenomenon of these various defense reactions, research on the hypersensitivity reaction, which is one of the plant cell death reactions, is being actively conducted. The hypersensitivity reaction, one of these apoptosis reactions, is known to begin with rapid activation of free radicals, changes in ions in vivo, and the accumulation of various signaling substances. It is also known that various protein kinase enzymes are involved in this process of plant cell death.

한편, 상기 방어 기작들은 병원균이 침입하는 경우뿐만 아니라, 에틸렌이나 메틸 자스모네이트 등 인위적인 화학적 자극에 의해서도 나타나며, 물리적 상처나 염도, 온도 등의 환경적 스트레스에 의해서도 나타난다고 보고되고 있다.On the other hand, the defense mechanisms are reported not only when invading pathogens, but also by artificial chemical stimulation such as ethylene or methyl jasmonate, and by environmental stress such as physical wounds, salinity and temperature.

이렇게 인위적인 생물학적/물리적/환경적 스트레스를 줌으로써 유도되는 저항성을 일반적으로 유도저항성이라고 하는데, 이러한 저항성 유도 반응은 식물이 병원체에 대해 방어할 수 있는 능력에 있어서 중요한 역할을 하는 신호전달경로로써 평가된다.This resistance induced by artificial biological / physical / environmental stress is generally referred to as induction resistance, which is evaluated as a signaling pathway that plays an important role in the plant's ability to defend against pathogens.

일반적으로 국부적인 세포사멸현상을 보이는 식물의 경우 병원균 침입에 대하여 건전한 식물과는 다르게 병 저항성 반응을 보이는 것으로 알려져 왔다. 이러한 이유로 하여 식물세포 사멸과정, 특히 병원균에 대한 과민 반응과 관련한 연구는 그 유전자 구조와 역할에 대한 신규성 뿐만 아니라 이를 이용한 식물병 저항성 탐색방법 및 병 저항성 식물 제조연구에 토대가 된다할 것이다. In general, plants that exhibit local apoptosis have been known to exhibit disease resistance to pathogen invasion unlike healthy plants. For this reason, research on the process of plant cell death, especially hypersensitivity to pathogens, will be the basis for novel research on the genetic structure and role, as well as the search for plant disease resistance and the study of disease resistant plants.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술상의 과제를 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 식물의 병 방어 반응을 분자적 수준에서 이해할 수 있도록 상기 병 반응을 대표할 수 있는 과민반응유도단백질 유전자를 분리하여 그 염기서열 및 그에 의해 코딩되는 아미노산 서열을 제공하는 것이다.The present invention has been made to solve the above problems in the prior art, an object of the present invention is to provide a hypersensitivity-inducing protein gene that can represent the disease response to understand the disease defense response of the plant at the molecular level It is isolated to provide the base sequence and the amino acid sequence encoded by it.

본 발명의 다른 목적은 상기 과민반응유도단백질 유전자를 포함하는 재조합 벡터 및 형질전환 식물을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a recombinant vector and a transgenic plant comprising the hypersensitivity inducing protein gene.

또한, 본 발명은 고추 세균성 점무늬병 등 병원균 및 화학물질에 대해 저항성 유도 여부를 탐색하는 식물병 저항성 및 환경스트레스 탐색방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. In addition, an object of the present invention is to provide a method for detecting plant disease resistance and environmental stress to detect whether or not to induce resistance to pathogens and chemicals, such as pepper bacterial spot pattern disease.

본 발명의 상기 목적은, 고추 세균성 점무늬병(Xanthomonas campestris pv. vesicatoria)의 접종으로 과민성 반응이 나타난 고추 한별 품종(Capsicum annuum L. cv. Hanbyul)에서 mRNA를 분리한 다음 cDNA 라이브러리를 제조한 후 이를 스크리닝하여 고추 과민반응유도단백질 유전자(CAHIR1)를 선발한 후 그 염기서열을 결정하고, 고추에 병원균, 화학물질 및 환경스트레스 중 어느 하나를 접종 또는 처리하여 상기 CAHIR1 유전자의 발현 여부를 조사함으로써 달성하였다.The object of the present invention is to isolate the mRNA from the red pepper varieties ( Capsicum annuum L. cv. Hanbyul) showed hypersensitivity by inoculation of red pepper bacterial spot disease ( Xanthomonas campestris pv.vesicatoria) and then screening them after preparing cDNA library. By selecting the pepper hypersensitivity inducing protein gene (CAHIR1) to determine the nucleotide sequence, and was inoculated or treated with any one of pathogens, chemicals and environmental stress in the pepper was achieved by examining the expression of the CAHIR1 gene.

본 발명은 또한 상기 과민반응유도단백질 유전자(CAHIR1)를 포함하는 재조합벡터 및 형질전환 식물을 제공한다.The present invention also provides a recombinant vector and a transgenic plant comprising the hypersensitivity inducing protein gene (CAHIR1).

이하, 첨부된 도면들을 참조하면서 본 발명의 구성을 상세히 설명한다.Hereinafter, the configuration of the present invention with reference to the accompanying drawings will be described in detail.

1) 고추 한별 품종의 과민반응유도단백질 유전자의 염기서열 및 아미노산 서열1) Nucleotide Sequence and Amino Acid Sequence of Hypersensitivity Induction Protein Gene

고추 세균성 점무늬병균(Xanthomonas campestris pv. vesicatoria) 접종에 대해 저항성 병반인 과민성 반응이 나타난 고추 한별 품종으로부터 mRNA를 분리하여 cDNA 라이브러리를 제작한다. 단백질-단백질 상호작용 연구에서 사용되어지는 효모 이교잡 시스템(yeast two-hybrid system)에 적용하기 위하여, 상기 cDNA 라이브러리를 이용하여 효모 이교잡(yeast two-hybrid)용 플라스미드 라이브러리를 제작한다. A cDNA library was prepared by separating mRNA from pepper varieties which showed hypersensitivity reactions resistant to red pepper bacterial inoculation of Xanthomonas campestris pv.vesicatoria . To apply the yeast two-hybrid system used in protein-protein interaction studies, a plasmid library for yeast two-hybrid is prepared using the cDNA library.

이렇게 제작된 라이브러리를 이용하여 본 발명자들에 의해 그 유전자에 관한 발명이 특허출원된 엘알알 단백질(특허출원번호 2003-13133) 유전자와의 단백질-단 백질 상호작용을 이용한 유전자 탐색을 실시하여, 엘알알 단백질과 상호작용하는 다수의 단백질 군을 분리한다. 이 중 보고된 옥수수의 과민반응 유도단백질(Nadimpalli, R., Yalpani, N., Johal, G. S., and Simmons, C. R. (2000) Prohibitins, stomatins, and plant disease response genes compose a protein superfamily that controls cell proliferation, ion channel regulation, and death. Journal of Biological Chemistry 185:29579-29586)과 상동성을 보이는 유전자를 고추 과민반응유도단백질 유전자로 선발 및 명명하고, 이 유전자 염기서열 및 이 염기서열에 의해 코딩되는 아미노산 서열을 서열번호 1 및 서열번호 2로 제공한다(도 1 참조). Using the library thus prepared, the inventors conducted a gene search using a protein-protein interaction with the ELAL protein (patent application No. 2003-13133) gene, the invention of which was patented by the present inventors, Separate multiple groups of proteins that interact with the egg protein. Among these reported maize hypersensitivity inducing proteins (Nadimpalli, R., Yalpani, N., Johal, GS, and Simmons, CR (2000) Prohibitins, stomatins, and plant disease response genes compose a protein superfamily that controls cell proliferation, ion channel regulation, and death.Journal of Biological Chemistry 185: 29579-29586), a gene that is homologous is selected and named as a pepper hypersensitivity-induced protein gene, and the base sequence and amino acid sequence encoded by the base sequence Are provided as SEQ ID NO: 1 and SEQ ID NO: 2 (see Figure 1).

상기 고추 과민반응유도단백질은 N-말단 부위에 N-미리스토일레이션(N-myrystoylation) 부위를 가지고 있으며, 또한 트랜스멤브레인 부위를 가지고 있는 것으로 확인되었다. The red pepper hypersensitivity-inducing protein has an N-myrystoylation site at the N-terminal site and also has a transmembrane site.

2) 세균성 병원균에 의한 고추식물에서의 과민반응유도단백질 유전자의 유도 발현2) Induced Expression of Hypersensitivity Induced Protein Genes in Red Pepper Plants by Bacterial Pathogens

병에 대하여 저항성인 식물체는 병원체의 침입 및 감염 시 다양한 방어반응을 나타내는데, 세균성 병원균 침입 시 고추 식물의 잎에서 과민반응유도단백질 유전자가 차별적으로 유도 발현된다. 따라서, 본 발명에 의한 과민반응유도단백질 유전자의 유도 발현은 감염된 부위에 나타나는 국부저항성 및 전신획득 저항성을 나타내어 주는 분자적 표지로 볼 수 있다.Plants resistant to disease show various protective reactions during invasion and infection of pathogens. Differentiation-induced expression of hypersensitivity inducing protein genes is induced in the leaves of pepper plants during bacterial pathogen invasion. Therefore, the induced expression of the hypersensitivity-induced protein gene according to the present invention can be seen as a molecular label indicating local resistance and systemic acquisition resistance appearing on the infected site.

고추 세균성 점무늬병균을 접종한 감염된 고추 식물 조직에서 유래된 본 발 명에 의한 과민반응유도단백질 유전자가 다양한 식물병원균의 침입에 대하여 차별적으로 유도 발현되는 것을 실험을 통해 확인하였다.Experiments confirmed that the hypersensitivity-induced protein genes of the present invention derived from infected pepper plant tissues inoculated with pepper bacterial spot bacteria were differentially induced and expressed against invasion of various plant pathogens.

도 2는 고추 한별 품종에 병원성 균주 Ds1과 비병원성 균주 Bv5-4a의 고추 세균성 점무늬병균(Xanthomonas campestris pv. vesicatoria)을 접종하였을 때, 감염 잎에서의 본 발명에 의한 과민반응유도단백질 유전자(CAHIR1)의 발현유도결과를 나타낸다. 도 2에 나타난 바와 같이, 친화적 및 불친화적 상호 반응 모두에서 고추 과민반응유도단백질 유전자가 유도 발현됨을 알 수 있었으며, 불친화적 상호반응에서 그 발현 시간이 보다 빠르고 발현 양 또한 많은 것을 알 수 있었다. 좀 더 구체적으로는 친화적 상호작용에서 접종 후 10시간 이후에 약한 발현 양상을 보였으며, 반면에 불친화적 상호작용의 경우에는 접종 후 1시간 이후부터 과민반응유도단백질 유전자의 발현이 친화적 상호작용의 발현보다 상대적으로 강하게 나타나는 것을 알 수 있었다.Figure 2 shows the hypersensitivity inducing protein gene (CAHIR1) according to the present invention in infected leaves when inoculated with the red pepper bacterial spot bacterium ( Xanthomonas campestris pv.vesicatoria ) of the pathogenic strain Ds1 and non-pathogenic strain Bv5-4a Expression induction results are shown. As shown in FIG. 2, it was found that the pepper hypersensitivity-induced protein gene was induced and expressed in both friendly and incompatible interactions, and the expression time was faster and the expression amount was higher in incompatible interactions. More specifically, in the friendly interaction, the expression was weak after 10 hours after inoculation, whereas in the case of incompatible interaction, the expression of the hypersensitivity-inducing protein gene was 1 hour after inoculation. It can be seen that it appears relatively stronger.

3) 고추에 비기주(non-host) 저항성 반응을 유도하는 비병원성 세균 처리에 의한 과민반응유도단백질 유전자의 전신적 발현3) Systemic expression of hypersensitivity-induced protein genes by treatment with non-pathogenic bacteria that induce non-host resistance in red pepper

식물에 비기주 저항성 반응을 유발하는 병원균을 처리했을 때, 나타나는 다양한 반응 중 대표적인 현상은 식물에 과민반응을 유발하는 것이다. 이러한 과민반응은 불친화적 상호반응에서 나타나는 것과 유사하다.When treating pathogens that cause non-host resistant reactions in plants, a representative phenomenon among the various reactions that occur is to cause hypersensitivity to plants. This hypersensitivity is similar to that seen in incompatible interactions.

고추에 비기주 저항성을 유발하는 슈도모나스 병원균(Pseudomonas syringae pv. tomato)을 접종했을 때, 접종 후 1시간 경과 후부터 본 발명에 의한 과민반응유도단백질 유전자의 발현이 강하게 일어나며 접종 후 20시간이 되어서도 지속되는 것으로 나타났다(도 3 참조).When inoculated with Pseudomonas syringae pv. Tomato , which causes non-host resistance in red pepper, the expression of the hypersensitivity-induced protein gene according to the present invention is strongly induced from 1 hour after the inoculation and persists for 20 hours after inoculation. (See FIG. 3).

4) 식물체의 비생물적 유도체에 의한 과민반응유도단백질 유전자의 유도 발현4) Induction of hypersensitivity-induced protein genes by abiotic derivatives of plants

식물병 저항성 유도 물질로 알려진 여러 가지 물질에 의하여 본 발명에 의한 과민반응유도단백질 유전자가 어떠한 기작을 통하여 발현되어 병 저항성을 유도하는지를 확인하기 위하여 이 물질들을 식물체에 처리한 후 노던 블럿팅(northern blotting)을 실시하였다. Northern blotting after treatment of these substances in plants to determine the mechanism by which the hypersensitivity-induced protein genes according to the present invention are expressed through various mechanisms known as plant disease resistance inducing substances. ) Was performed.

그 결과 도 4 및 도 5에 나타난 바와 같이, 에틸렌, 메틸 자스모네이트, 살리실산을 처리한 식물의 잎에서는 본 발명에 의한 과민반응유도단백질 유전자가 강하게 유도 발현됨을 알 수 있었다. 반면에, ABA는 상기 유전자의 발현 유도에 강한 영향을 미치지 못하는 것을 확인할 수 있었다. As a result, as shown in Figures 4 and 5, it was found that the hypersensitivity-induced protein gene according to the present invention is strongly induced expression in the leaves of plants treated with ethylene, methyl jasmonate, salicylic acid. On the other hand, ABA was confirmed that does not have a strong effect on the induction of expression of the gene.

상기 유도체 처리 후 경과시간에 따른 본 발명에 의한 고추 과민반응유도단백질 유전자의 발현 양상을 살펴보면, 살리실산은 처리 후 10 시간에서 20 시간까지, 그리고 메틸 자스모네이트는 처리 후 5 시간에서 10 시간까지 그 유도 발현 현상이 나타남을 알 수 있었다. 한편, 에틸렌을 처리한 경우, 처리 1 시간 후에 가장 강한 발현 양상을 보였으며, 그 이후 감소하기는 했으나 20 시간까지 지속되는 것으로 나타났다. Looking at the expression pattern of pepper hypersensitivity-induced protein gene according to the present invention according to the time elapsed after the derivative treatment, salicylic acid is 10 hours to 20 hours after treatment, and methyl jasmonate is 5 hours to 10 hours after treatment Induced expression was found to appear. On the other hand, when treated with ethylene, it showed the strongest expression after 1 hour of treatment, after that it was shown to last up to 20 hours, although decreased.

5) 본 발명에 의한 유전자(CAHIR1)가 삽입된 재조합 벡터 및 형질전환 식물의 제조5) Preparation of recombinant vector and transgenic plant into which the gene (CAHIR1) according to the present invention is inserted

상기한 바와 같이, 본 발명에 의한 과민반응유도단백질 유전자가 식물에 병 저항성 반응 중 하나인 과민반응 유도 시에 강하게 발현됨이 확인되었다. 이에 따라 본 발명에 의한 유전자(CAHIR1)의 생체 내 역할을 보다 면밀히 검토하고자 형질전환 식물을 제조하였다.As described above, it was confirmed that the hypersensitivity-inducing protein gene according to the present invention is strongly expressed at the time of induction of hypersensitivity reaction, which is one of disease resistance reactions in plants. Accordingly, transgenic plants were prepared to more closely examine the in vivo role of the gene (CAHIR1) according to the present invention.

식물 형질전환용 벡터인 pBIN35S 벡터의 특정 부위에 고추 과민반응유도단백질 유전자 부위를 삽입하여, 아그로박테리움에 형질전환을 하였고, 이를 이용하여 애기장대식물을 형질전환시켜 본 발명에 의한 고추 과민반응유도단백질 유전자가 삽입된 형질전환 식물을 획득할 수 있었다. 이렇게 획득되어진 형질전환 식물의 총 RNA를 이용하여 고추 과민반응유도단백질 유전자의 삽입여부를 역전사 효소를 이용하여 확인한 결과 상기 유전자가 실제로 발현되고 있음을 확인할 수 있었다(도 7 참조). A pepper bacterium was transformed into a specific region of the pBIN35S vector, which is a plant transformation vector, and transformed into Agrobacterium. The Arabidopsis plant was transformed to induce pepper hypersensitivity according to the present invention. A transgenic plant with the protein gene inserted could be obtained. Using the total RNA of the transgenic plants obtained as described above, the insertion of pepper hypersensitivity protein protein was confirmed using reverse transcriptase. As a result, the gene was actually expressed (see FIG. 7).

6) 고추 과민반응유도단백질 유전자에 의한 병 방어 관련 유전자의 과다 발현6) Overexpression of disease-related genes caused by pepper hypersensitivity protein

고추 과민반응유도단백질 유전자에 의해 형질전환된 애기장대 식물의 표현형의 변화를 여러 가지 면에서 확인한 결과, 특이적인 것은 형질전환 식물에서 병 방어 관련 유전자가 상시 발현되고 있음이다.As a result of confirming the change in phenotype of Arabidopsis plants transformed by the pepper hypersensitivity inducing protein gene, the specific thing is that the disease defense-related genes are constantly expressed in the transgenic plants.

형질전환된 식물의 총 RNA와 특정 유전자의 염기서열을 중심으로 제작된 프라이머를 이용하여 이들 유전자의 발현을 역전사중합반응을 이용하여 확인한 결과, 살리실산 의존적인 발현 양상을 보이는 PR-1, PR-2, PR-5, NPR1 및 UBQ 유전자의 유도 발현 현상을 확인할 수 있었으며, 반면에 자스모닐산 의존적 발현 양상을 보이는 PDF1.2 유전자의 경우에는 발현을 확인할 수 없었다(도 8 참조).Expression of these genes was confirmed by reverse transcription-polymerization using primers prepared around the total RNA of the transformed plant and the nucleotide sequences of specific genes. As a result, PR-1 and PR-2 showed a salicylic acid-dependent expression pattern. , PR-5, NPR1 and UBQ genes were induced expression of the phenomenon, while in the case of the PDF1.2 gene showing a cassonic acid dependent expression pattern was not confirmed expression (see Figure 8).

7) 고추 과민반응유도단백질에 의한 세포사멸반응의 형성7) Formation of apoptosis by pepper hypersensitivity protein

본 발명에 의한 고추 과민반응유도단백질 유전자가 식물에서 과다 발현되는 경우, 식물에서 병원균에 의한 과민반응과 유사한 세포사멸현상이 유도됨을 알 수 있었다.When the pepper hypersensitivity-induced protein gene according to the present invention is overexpressed in plants, it can be seen that apoptosis similar to the hypersensitivity reaction by pathogens is induced in plants.

본 발명에 의한 고추 과민반응유도단백질이 발현된 애기장대 식물의 경우 잎 가장자리와 끝부분에서 야생형 애기장대에서 발견되지 않은 세포사멸현상을 확인할 수 있었다. 이를 증명하기 위하여 락토페놀-트리판 블루(lactophenol-tryphan blue) 시약을 이용하여 염색한 결과, 이들 병반의 형성이 세포사멸반응과 연관되어 있음을 확인할 수 있었다(도 9 참조).In the Arabidopsis plants expressing the red pepper hypersensitivity-induced protein according to the present invention, apoptosis was not found in wild-type Arabidopsis at the leaf edge and end. To prove this, staining using a lactophenol-tryphan blue reagent showed that the formation of these lesions was associated with apoptosis (see FIG. 9).

8) 고추 과민반응유도단백질 유전자의 형질전환 식물에서의 병 저항성 효과 증진8) Enhancement of disease resistance effect in transgenic plants of red pepper hypersensitivity protein

본 발명에 의한 유전자에 의해 형질전환된 애기장대 식물에서 세포사멸반응과 병 방어 관련 유전자의 발현을 유도한 고추 과민반응유도단백질의 병 저항성 반응과의 직접적인 연관성을 증명하기 위하여, 본 발명에 의해 형질전환된 애기장대 식물에 병원성 슈도모나스 균을 접종하고 병 반응을 확인하였다. 그 결과 형질전환된 식물에서 약 100배 정도의 세균수 감소 현상을 확인할 수 있었다(도 10 참조). In order to demonstrate a direct correlation with the disease resistance response of pepper hypersensitivity-induced protein inducing apoptosis and expression of disease defense-related genes in Arabidopsis plants transformed by the gene according to the present invention, The inverted Arabidopsis plants were inoculated with pathogenic Pseudomonas bacteria and confirmed the disease response. As a result, about 100-fold reduction in bacteria was observed in the transformed plants (see FIG. 10).

이하, 실시예들을 통해 본 발명을 더 구체적으로 설명하고자 한다. 단, 하기 실시예들은 본 발명을 예시하기 위한 것으로, 본 발명의 권리범위가 하기 실시예들에 의하여 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples. However, the following examples are for illustrating the present invention, and the scope of the present invention is not limited by the following examples.

실시예 1 : 고추 과민반응유도단백질 유전자의 염기서열 및 아미노산 서열 결정Example 1 Base Sequence and Amino Acid Sequence Determination of Pepper Hypersensitivity Induced Protein Gene

고추 한별 품종(Capsicum annuum cv. Hanbyul)에 고추 세균성 점무늬병의 비병원성균인 BV5-4a(Xanthomonas campestris pv. vesicatoria strain BV5-4a)를 접종하고 18시간 동안 습실처리한 후 저항성 병반인 과민성반응이 나타난 식물체를 습실에서 꺼내어 잎을 수거하였다. Capsicum annuum cv.Hanbyul was inoculated with BV5-4a ( Xanthomonas campestris pv.vesicatoria strain BV5-4a), which is a non-pathogenic bacterium of red pepper bacterial spot pattern disease. The leaves were removed from the wet room.

그 다음, 수거된 잎 표본으로부터 mRNA를 추출하여 역전사한 후 이를 PCR (Polymerase Chain Reaction)증폭함으로써 cDNA 라이브러리를 제작하였다. Then, cDNA library was prepared by extracting mRNA from the collected leaf samples, reverse transcripting, and amplifying it with PCR (Polymerase Chain Reaction).

단백질-단백질 상호작용 연구에서 사용되어지는 효모 이교잡 시스템(yeast two-hybrid system)에 적용하기 위하여, 상기 cDNA 라이브러리를 클론테크(Clontech)사에서 제공되어지는 pGADT7 플라스미드의 특정부위에 삽입하며, 이를 이하 효모 이교잡(yeast two-hybrid)용 플라스미드 라이브러리라고 칭한다. To apply the yeast two-hybrid system to be used in protein-protein interaction studies, the cDNA library is inserted into a specific region of the pGADT7 plasmid provided by Clontech. Hereinafter referred to as plasmid library for yeast two-hybrid.

이렇게 제작된 효모 이교잡(yeast two-hybrid)용 플라스미드 라이브러리를 이용하여 본 발명자들에 의해 그 유전자에 관한 발명이 특허출원된 엘알알 단백질(특허출원번호 2003-13133) 유전자와의 단백질-단백질 상호작용을 이용한 유전자 탐색을 실시하여, 엘알알 단백질과 상호작용하는 다수의 단백질 군을 분리하였다. Protein-protein interaction with the ELAL protein (Patent Application No. 2003-13133) gene, the invention of which is patented by the present inventors using the plasmid library for yeast two-hybrid thus produced Gene exploration using action was performed to isolate multiple groups of proteins that interact with ELAL proteins.

이 중 보고된 옥수수의 과민반응유도단백질과 상동성을 보이는 유전자를 고추 과민반응유도단백질 유전자로 선발 및 명명하고, 이 유전자 염기서열 및 이 염기서열에 의해 코딩되는 아미노산 서열을 서열번호 1 및 서열번호 2로 정리하였다( 도 1 참조). Among them, a gene showing homology with the reported hypersensitivity-induced protein of maize was selected and named as the pepper hypersensitivity-induced protein gene, and the nucleotide sequence and the amino acid sequence encoded by the nucleotide sequence were SEQ ID NO: 1 and SEQ ID NO: Summed up to 2 (see FIG. 1).

실시예 2 : 세균성 병원균 및 비기주 병원균에 의한 고추 과민반응유도단백질 유전자의 유도 발현Example 2 Induced Expression of Pepper Hypersensitivity Induced Protein Gene by Bacterial and Non-Host Host Pathogens

실험예 1.       Experimental Example 1.

고추 세균성 점무늬병원균 중 고추 식물의 한별 품종과 친화적 반응을 나타내는 병원성 균주 Ds1과 불친화적 반응을 나타내는 비병원성 균주 Bv5-4a를 배양한 후, 5x108 cfu/㎖의 농도로 6엽기 고추 식물체에 진공펌프에 연결된 분무기를 이용하여 침투시켜 접종하고, 28℃, 100% 상대습도 조건에서 18시간 동안 습실처리하였다.Among the red pepper bacterial spot pathogens, the cultured pathogenic strain Ds1 and the non-pathogenic strain Bv5-4a showing incompatible reaction were incubated in a six-leaf pepper plant at a concentration of 5x10 8 cfu / ml. Inoculated by infiltration using a connected nebulizer and wet-treated for 18 hours at 28 ° C., 100% relative humidity.

접종 1, 5, 10, 20 시간 후에 고추 잎을 샘플링하여 RNA를 분리하고, 분리한 RNA를 포름알데히드를 함유하는 겔 상에서 전기영동한 후 나이론막(Hybond N+)으로 전이시켰다.After 1, 5, 10, 20 hours of inoculation, pepper leaves were sampled to isolate RNA, and the isolated RNA was electrophoresed on a gel containing formaldehyde and then transferred to a nylon membrane (Hybond N +).

다음에, 실시예 1에서 제작된 고추 과민반응유도단백질 유전자가 삽입되어 있는 플라스미드 벡터[pGADT7]를 제한효소 EcoRI 및 XhoI으로 각각 절단하고 삽입 DNA만을 회수하여 32P로 표지한 후, 이를 반응액[0.25M 인산완충액, 7% SDS, 1mM EDTA, 5% 덱스트란 황산염(Dextran Sulfate)]에서 65℃로 16 - 24 시간 동안 배양하여 하이브리다이제이션(hybridization)을 실시하였다.Next, the plasmid vector [pGADT7] containing the red pepper hypersensitivity inducing protein gene prepared in Example 1 was cut with restriction enzymes Eco RI and Xho I, and only the inserted DNA was recovered and labeled with 32 P, followed by reaction. Hybridization was performed by incubating the solution (0.25 M phosphate buffer, 7% SDS, 1 mM EDTA, 5% Dextran Sulfate) at 65 ° C. for 16 to 24 hours.

이렇게 32P로 표지된 상기 DNA 프로브는 나이론막에 붙어있는 mRNA에 붙게 되며 이 나이론막 위에 X-ray 필름을 얹게 되면 32P로 표지된 DNA가 X-ray 필름을 감광시키므로, 이것으로 발현 여부를 알아볼 수 있게 하였다.The 32 P-labeled DNA probe is attached to the mRNA attached to the nylon membrane, and if the X-ray film is placed on the nylon membrane, the 32- P labeled DNA photosensitizes the X-ray film. I could recognize it.

도 2는 그 결과, 즉 고추 세균성 점무늬병균의 병원성 균주 접종 후 나타나는 친화적 반응과 비병원성 균주 접종 후 나타나는 불친화적 반응에서 고추 과민반응유도단백질 유전자의 발현 양상을 나타낸다.Figure 2 shows the results of the expression of pepper hypersensitivity-induced protein genes in the friendly reaction after inoculation of pathogenic strains of pepper bacterial bacterial pathogens and incompatible reactions after inoculation with non-pathogenic strains.

상기 도 2에서 건전은 병 접종이 되지 않은 식물체를 나타내고, 친화적 반응은 병원성 균주를 접종하여 식물에 감수성 병징이 나타나는 경우를 말하며, 불친화적 상호반응은 비병원성 균주를 접종하여 식물에 저항성 과민반응이 나타나는 경우를 의미하며, 도면상의 숫자는 접종한 후 경과시간을 나타낸다.In FIG. 2, healthy indicates plants that have not been vaccinated, and friendly reactions refer to cases in which pathogenic strains are inoculated with susceptible symptoms, and incompatible interactions result in resistance hypersensitivity to plants by inoculation with non-pathogenic strains. In this case, the numbers in the figures represent the time elapsed after inoculation.

실험예 2.Experimental Example 2.

고추 잎에 비기주 저항성을 나타내는 슈도모나스(Pseudomonas syringae pv. tomato)를 접종하여 시간대별로 샘플링하여 RNA를 분리하였다. 분리한 RNA를 포름알데히드를 함유하는 겔상에서 전기영동한 후, 나이론막(Hybond N+)으로 옮겨준 후 32P로 표지된 고추 과민반응유도단백질 유전자와 상기 실험예 1과 같은 방법을 사용하여 16 - 20 시간 동안 배양했다.RNA was isolated from red pepper leaves inoculated with Pseudomonas syringae pv. Tomato , which exhibits non-host resistance. The isolated RNA was electrophoresed on a gel containing formaldehyde, and then transferred to a nylon membrane (Hybond N + ), followed by the red pepper hypersensitivity protein protein labeled with 32 P and 16 using the same method as in Experimental Example 1 above. Incubate for 20 hours.

이와 같이, 고추 잎에 슈도모나스를 접종한 후 시간 경과에 따라 나타나는 고추 과민반응유도단백질 유전자의 발현 결과를 도 3에 나타내었다. As such, after inoculating Pseudomonas to the pepper leaves, the results of the expression of the pepper hypersensitivity-induced protein gene appearing with time are shown in FIG. 3.

실시예 3 : 식물체의 비생물적 유도체에 의한 고추 과민반응유도단백질 유전자의 유도 발현Example 3: Induced Expression of Pepper Hypersensitivity Induced Protein Gene by Abiotic Derivatives of Plants

본 발명에 의한 고추 과민반응유도단백질 유전자가 통상 저항성 유도에 사용되는 비생물적 유도체에 의해 유도될 수 있는지를 알아보고 그 구체적 유도방법을 제공하기 위하여 하기와 같은 시험을 수행하였다.In order to find out whether the pepper hypersensitivity-induced protein gene according to the present invention can be induced by abiotic derivatives which are usually used for resistance induction, the following test was performed.

먼저, 식물체에 병 저항성을 유도한다고 알려진 여러 가지 물질(살리실산, ABA, 에틸렌 가스, 메틸 자스모네이트)을 식물에 처리한 후 시간별로 식물체로부터 총 RNA를 분리하였다. First, various RNAs known to induce disease resistance in plants (salicylic acid, ABA, ethylene gas, methyl jasmonate) were treated with plants, and total RNA was isolated from the plants over time.

이 때 각 물질의 처리는 다음과 같다. 에틸렌 가스는 500 ml 정도의 마개가 있는 유리병에 5 ㎕/ liter 의 양이 되도록 주사기를 통하여 가스를 주입하였다. 메틸 자스모네이트와 ABA는 각각 100 μM 농도로, 실리실산의 경우 5 mM 농도로 식물에 엽면살포하였다. At this time, the treatment of each substance is as follows. Ethylene gas was injected through a syringe in an amount of 5 μl / liter in a 500 ml bottle. Methyl jasmonate and ABA were foliarly sprayed at 100 μM each and 5 mM for silicic acid.

각 유도물질을 처리한 후 일정한 시간이 경과함에 따라 각각의 식물에서 잎을 취하여 이로부터 RNA를 순화하여 다음과 같이 노던블럿팅을 실시하였다. 분리한 RNA를 포름알데히드를 함유하는 겔상에서 전기영동한 후 나일론막(Hybond N+)으로 전이시켰다. 다음에, 32P로 표지된 본 발명에 의한 고추 과민반응유도단백질 유전자와 실시예 2의 실험예 1과 같은 방법으로 16 - 24 시간 동안 배양했다. After treatment with each inducer, the leaves were taken from each plant as a predetermined time passes, and RNA was purified from the plants, and Northern blotting was performed as follows. The isolated RNA was electrophoresed on a gel containing formaldehyde and then transferred to a nylon membrane (Hybond N +). Next, the red pepper hypersensitivity inducing protein gene according to the present invention labeled with 32 P was incubated for 16 to 24 hours in the same manner as in Experiment 1 of Example 2.

그 결과는 도 4 및 도 5에 나타나 있는데, 도 4는 살리실산과 ABA를 처리한 후 시간 경과에 따른 본 발명에 의한 고추 과민반응유도단백질 유전자의 발현결과를 나타낸 것이다. 도 5는 에틸렌과 메틸 자스모네이트를 처리한 후 시간 경과에 따른 본 발명에 의한 고추 과민반응유도단백질 유전자의 발현 결과를 나타낸 것이 다. 건전은 어떤 물질도 처리하지 않은 잎이며, 숫자는 접종 후 경과시간을 나타낸다.The results are shown in Figures 4 and 5, Figure 4 shows the results of the expression of pepper hypersensitivity protein protein according to the present invention over time after treatment with salicylic acid and ABA. Figure 5 shows the results of the expression of pepper hypersensitivity protein protein according to the present invention over time after treatment with ethylene and methyl jasmonate. Sound is leaves that have not been treated with any material, and numbers represent the time elapsed after inoculation.

실시예 4 : 고추 과민반응유도단백질 유전자가 삽입된 형질전환된 식물 제조 및 분석Example 4 Preparation and Analysis of Transgenic Plant Inserted with Red Pepper Hypersensitivity Induced Protein Gene

실험예 1.Experimental Example 1.

고추와 고추 세균성 점무늬병균 사이의 불친화적 상호작용에서 발현뿐만 아니라 식물방어관련 호르몬 처리에 의해서도 강하게 발현되는 본 발명에 의한 과민반응유도단백질 유전자의 생물학적 기능을 밝히기 위해, 애기장대(ecotype Col-O)에 본 발명에 의한 고추 과민반응유도단백질 유전자를 도입하였다. In order to clarify the biological function of the hypersensitivity-induced protein gene according to the present invention, which is strongly expressed not only in the incompatible interaction between red pepper and red pepper bacterial bacillus bacteria but also by plant defense-related hormone treatment, Arabidopsis (ecotype Col-O) The pepper hypersensitivity inducing protein gene according to the present invention was introduced into.

이 때, 식물 형질전환용 바이너리벡터(binary vector)로는 pBIN35S 벡터를 사용하였다. 재조합식물발현 바이너리벡터(Recombinant plant expression binary vector)를 제조하기 위하여, pGADT7vector의 EcoRI, XhoI 위치에 삽입되어져 있는 과민반응유도단백질 유전자의 양 말단을 합성된 프라이머를 이용하여 분리한 다음 pBIN35S 벡터의 HindIII-BamHI 부위에 T4 DNA 리가제(ligase)를 이용하여 도입하였다.At this time, pBIN35S vector was used as a binary vector for plant transformation. To prepare a recombinant plant expression binary vector, both ends of the hypersensitivity-induced protein gene inserted at the EcoRI and XhoI positions of pGADT7vector were separated using the synthesized primers, followed by HindIII- of pBIN35S vector. The BamHI site was introduced using T4 DNA ligase.

도 6에 형질전환 식물 제조에 이용된 유전자 재조합체의 모식도를 나타내었다. 6 shows a schematic diagram of the genetic recombinants used for the production of transgenic plants.

실험예 2.Experimental Example 2.

실험예 1의 방법에 의해 제조된 본 발명에 의한 고추 과민반응유도단백질 유전자가 삽입된 재조합식물발현 벡터(recombinant plant expression vector,pBIN::CALTP)를 전기충격법(electroporation)을 통하여 아그로박테리움 튜머페이선스(Agrobacterium tumefaciens EHA105 strain)에 형질전환하였다. The recombinant plant expression vector (pBIN :: CALTP) into which the red pepper hypersensitivity-induced protein gene according to the present invention prepared by the method of Experimental Example 1 was inserted into the agrobacterium tumer through electroporation. Agrobacterium tumefaciens EHA105 strain was transformed.

형질전환된 아그로박테리움 튜머페이선스를 50 ㎍/ml의 카나마이신(kanamycin)이 첨가된 YEP 배지에서 선발할 후, 형질전환된 세균으로부터 플라스미드 DNA를 분리하였다. 이렇게 분리한 플라스미드 DNA를 주형으로 하고 고추 과민반응유도단백질 유전자 특이적 프라이머 조합(CAHIR1-foward: atg ggc aat ttg ttc tgc tgt gtg caa:서열번호 3, CAHIR1-reverse: tta atg ccc aac aga agc ctg:서열번호 4)을 이용하여 고추 과민반응유도단백질 유전자 부위를 PCR 방법을 통하여 증폭함으로써 재조합식물발현 벡터에 고추 과민반응유도단백질 유전자가 올바르게 삽입되었는지를 확인하였다.The transformed Agrobacterium tumeface was selected in YEP medium to which 50 μg / ml of kanamycin was added, and then plasmid DNA was isolated from the transformed bacteria. The plasmid DNA thus isolated was used as a template, and a combination of pepper hypersensitivity-induced protein gene specific primers (CAHIR1-foward: atg ggc aat ttg ttc tgc tgt gtg caa: SEQ ID NO: 3, CAHIR1-reverse: tta atg ccc aac aga agc ctg: By using the SEQ ID No. 4) to amplify the pepper hypersensitivity inducing protein gene region by PCR method, it was confirmed that the pepper hypersensitivity inducing protein gene was correctly inserted into the recombinant plant expression vector.

애기장대(Arabidopsis)의 경우에는, 상기 실험예 1 및 실험예 2에서의 방법을 통하여 확보된 형질전환 아그로박테리움 튜머페이선스를 이용한 애기장대 꽃 침지(Arabidopsis floral dipping) 방법을 통하여 형질전환을 실시하였다. 먼저 재조합 유전자가 삽입된 상기 세균을 50 ㎍/ml 카나마이신과 적당량의 리팜피신(rifampicin)이 첨가된 배지에서 배양한 후, 5 % 수크로즈솔루션(sucrose solution)을 이용하여 OD600 = 0.8 정도로 희석하고, 0.05 % 정도의 실엣(silwet L-77) 또는 적당한 전착제를 첨가하여 세균액을 준비하였다. 그리고 형질전환에 사용될 애기장대를 준비하기 위해서는, 1차 꽃대를 제거한 후 다수의 2차 꽃대가 형성된 식물을 이용하였으며 식물은 다수의 미성숙 꽃과 소수의 수분단계에 있는 꽃을 가지고 있는 것을 사용하였다.In the case of Arabidopsis, transformation is performed by Arabidopsis floral dipping method using the transformed Agrobacterium tumerface obtained through the method in Experimental Example 1 and Experimental Example 2. It was. First, the bacteria into which the recombinant gene was inserted were incubated in a medium to which 50 µg / ml kanamycin and an appropriate amount of rifampicin were added, and then diluted to OD 600 = 0.8 using 5% sucrose solution, and then 0.05. Bacterial fluid was prepared by adding about 10% of a silkt (silwet L-77) or an appropriate electrodeposition agent. In order to prepare the Arabidopsis to be used for transformation, after removing the primary peduncle and using a number of secondary peduncles were used plants were used that have a number of immature flowers and flowers in a few moisture stages.

이렇게 준비한 식물을 세균현탁액에 2분간 담근 후 다습한 조건에서 16 - 24 시간 동안 방치하여 세균의 식물 내 침입을 용이하게 하였다. 이 후 정상적 생육 조건에서 씨가 성숙할 때까지 재배한 후 이로부터 다수의 씨를 얻을 수 있었다. 이렇게 확보된 씨앗을 50 ㎍/L 카나마이신이 첨가된 MS 배지에 살균 후 치상하여 22 ℃, 16 시간 명조건에서 배양하여 본 발명에 의한 고추 과민반응유도단백질 유전자가 삽입된 형질전환 식물을 확보하였다. 이렇게 확보된 식물은 토양으로 옮겨 22 ℃, 8 시간 명조건에서 씨앗이 여물 때까지 재배하였다.The plants thus prepared were soaked in the bacterial suspension for 2 minutes and left for 16 to 24 hours in a humid condition to facilitate the invasion of bacteria into the plants. Thereafter, a number of seeds were obtained from the cultivation until the seeds matured under normal growth conditions. The seeds thus secured were sterilized in 50 μg / L kanamycin-added MS medium and incubated at 22 ° C. for 16 hours under light conditions to obtain a transgenic plant in which the red pepper hypersensitivity protein gene of the present invention was inserted. The plants thus secured were transferred to soil and cultivated at 22 ° C. for 8 hours under light conditions until the seeds grew trough.

이렇게 확보된 형질전환 식물로부터 총 RNA를 분리하여 본 발명에 의한 고추 과민반응유도단백질 유전자 특이적 프라이머(서열번호 3 및 서열번호 4)를 이용한 역전사중합반응 실험을 통하여 본 발명에 의한 고추 과민반응유도단백질 유전자의 올바른 삽입과 발현을 확인하였다.Induced pepper hypersensitivity reaction according to the present invention through the reverse transcription-polymerization experiment using the pepper hypersensitivity induction protein gene specific primers (SEQ ID NO: 3 and SEQ ID NO: 4) by separating the total RNA from the transgenic plants thus secured Correct insertion and expression of protein genes were confirmed.

도 7에 본 발명에 의한 형질전환 식물에서 고추 과민반응유도단백질 유전자의 발현여부를 나타냈다. 건전은 형질전환되지 않은 식물을 의미하며, 숫자는 본 발명에 의해 형질전환된 식물의 독립적 계통번호를 나타낸다. 7 shows whether the pepper hypersensitivity inducing protein gene expression in the transgenic plant according to the present invention. Healthy means plants that have not been transformed, and numbers represent the independent line numbers of the plants transformed by the present invention.

실험예 3.Experimental Example 3.

실험예 2에서 확인된 본 발명에 의한 형질전환 식물에 나타나는 분자적 표현형의 변화를 관찰하기 위하여, 형질전환 식물의 잎 조직으로부터 분리한 총 RNA를 이용하여 다른 병 방어관련 유전자의 발현을 조사하였다. 이 때 사용되어진 프라이머(표 1 참조)는 이미 보고되어진 애기장대 유전자의 특정 염기서열을 이용하여 제조하였으며, 역전사효소를 이용하여 유전자의 발현을 평가하였다.In order to observe the change in the molecular phenotype of the transformed plant according to the present invention confirmed in Experimental Example 2, the expression of other disease defense related genes was investigated using total RNA isolated from the leaf tissue of the transformed plant. The primers used at this time (see Table 1) were prepared using specific base sequences of Arabidopsis genes that have been reported previously, and the expression of genes was evaluated using reverse transcriptase.

애기장대유전자Arabesque Genes 프라이머primer 애기장대 PR-1Baby Pole PR-1 forward : gtaggtgctcttgttcttccc(서열번호 5)forward: gtaggtgctcttgttcttccc (SEQ ID NO: 5) reverse : cacataattcccacgaggatc(서열번호 6)reverse: cacataattcccacgaggatc (SEQ ID NO: 6) 애기장대 PR-2Baby Pole PR-2 forward : ctacagagatggtgtca(서열번호 7)forward: ctacagagatggtgtca (SEQ ID NO: 7) reverse : agctgaagtaagggtag(서열번호 8)reverse: agctgaagtaagggtag (SEQ ID NO: 8) 애기장대 PR-5Baby Pole PR-5 forward : cacattctcttcctcgtgttc(서열번호 9)forward: cacattctcttcctcgtgttc (SEQ ID NO: 9) reverse : tagttagctccggtacaagtg(서열번호 10)reverse: tagttagctccggtacaagtg (SEQ ID NO: 10) 애기장대 UBQBaby Pole UBQ forward : gtggtgctaagaagaggaaga(서열번호 11)forward: gtggtgctaagaagaggaaga (SEQ ID NO: 11) reverse : tcaagcttcaactccttcttt(서열번호 12)reverse: tcaagcttcaactccttcttt (SEQ ID NO: 12) 애기장대 NPR1Baby Pole NPR1 forward : ctctttaatttgtgaatttca(서열번호 13)forward: ctctttaatttgtgaatttca (SEQ ID NO: 13) reverse : cggcggtctcactctgct(서열번호 14)reverse: cggcggtctcactctgct (SEQ ID NO: 14) 애기장대 PDF1.2Baby Pole PDF1.2 forward : acacaacacatacatcta(서열번호 15)forward: acacaacacatacatcta (SEQ ID NO: 15) reverse : ggtagatttaacatggga(서열번호 16)reverse: ggtagatttaacatggga (SEQ ID NO: 16)

도 8은 본 발명에 의한 형질전환 식물에서 고추 과민반응유도단백질 유전자의 과다 발현에 의한 애기장대 유전자의 발현여부를 나타낸 것이다. 건전은 형질전환되지 않은 식물을 의미하며, 숫자는 본 발명에 의해 형질전환된 식물의 독립적 개체번호를 의미한다. 또한 오른쪽에 기재된 것은 애기장대 유전자 이름을 의미한다.Figure 8 shows the expression of Arabidopsis gene gene by overexpression of pepper hypersensitivity protein protein in transgenic plants according to the present invention. Healthy means plants that have not been transformed, and numbers refer to independent individual numbers of plants transformed by the present invention. Also on the right is the Arabidopsis gene name.

실험예 4.Experimental Example 4.

상기 방법에 의해 제조된 애기장대 식물을 형질전환되지 않은 식물과 비교해 보았을 때, 본 발명에 의한 형질전환된 식물의 잎에서 특이적인 병반과 유사한 세포사멸현상이 나타남을 확인할 수 있었다.When comparing the Arabidopsis plants prepared by the above method with the non-transformed plants, it was confirmed that apoptosis-like apoptosis was observed in the leaves of the transformed plants according to the present invention.

도 9는 본 발명에 의한 형질전환 식물에서 나타나는 세포사멸반응을 보인 것이다. 숫자는 독립적인 형질전환 식물의 계통번호를 의미한다.9 shows apoptosis in transgenic plants according to the present invention. The numbers refer to the line numbers of the independent transgenic plants.

실험예 5.Experimental Example 5.

본 발명에 의한 형질전환된 병원균에 대한 반응을 알아보기 위하여, 4주된 애기장대 식물의 잎에 103 cfu/ml의 슈도모나스 균을 접종하고 접종 5일 후 병원균의 수를 측정하였다. 이를 통하여 본 발명에 의한 고추 과민반응유도단백질 유전자가 과다발현되는 식물에서 병원성 세균의 증식이 억제됨을 알 수 있었다.In order to examine the response to the transformed pathogens according to the present invention, 10 3 cfu / ml Pseudomonas bacteria were inoculated on the leaves of the 4 week Arabidopsis plants, and the number of pathogens was measured 5 days after the inoculation. Through this, it was found that the growth of pathogenic bacteria is suppressed in the plant overexpressed pepper hypersensitivity protein protein according to the present invention.

도 10은 본 발명에 의한 형질전환 식물에 나타나는 병원성 세균의 증식억제 효과를 나타낸 것이다. 숫자는 형질전환 식물의 독립적인 계통번호를 의미하며, 건전은 형질전환되지 않은 식물을 나타낸다.Figure 10 shows the effect of inhibiting the growth of pathogenic bacteria in the transformed plants according to the present invention. The numbers refer to the independent line numbers of the transformed plants, and the sound refers to the plants not transformed.

상술한 바와 같이, 본 발명은 고추 세균성 점무늬병(Xanthomonas campestris pv. vesicatoria)에 대해 저항성을 보이는 고추 한별 품종으로부터 과민반응유도단백질 유전자를 분리하여 그 염기서열을 결정하고 그에 의해 코딩되는 아미노산 서열 및 관련 프라이머를 제공한다. 또한, 본 발명은 상기 고추 과민반응유도단백질 유전자를 이용한 형질전환 벡터 및 형질전환 식물을 제공한다. 따라서, 본 발명은 식물체 병원균에 대한 방어반응의 표지 및 식물병 저항성 작물의 분자육종을 위한 유전재료로 이용될 수 있는 효과를 도모할 수 있다. As described above, the present invention isolates the hypersensitivity-induced protein gene from the red pepper cultivars that are resistant to red pepper bacterial spot disease ( Xanthomonas campestris pv.vesicatoria ) to determine its nucleotide sequence and to encode the amino acid sequence and related primers. To provide. The present invention also provides a transformation vector and a transgenic plant using the pepper hypersensitivity protein. Therefore, the present invention can achieve the effect that can be used as a genetic material for labeling the protective response to plant pathogens and molecular breeding of plant disease resistant crops.

나아가, 본 발명은 상기 고추 과민반응유도단백질 유전자의 차별적 발현을 확인하는 것으로 구성되는 식물 병원균, 화학물질 및 환경스트레스에 의한 식물체의 방어반응 여부 판별방법을 제공함으로써 저항성 품종 개발을 촉진시킬 수 있는 효과가 있으므로 식물육종산업상 매우 유용한 발명인 것이다.
Furthermore, the present invention provides an effect of promoting the development of resistant varieties by providing a method for determining the defense response of plants by plant pathogens, chemicals, and environmental stress, which consists in confirming the differential expression of the pepper hypersensitivity-induced protein gene. This is a very useful invention in the plant breeding industry.

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Claims (9)

고추 한별 품종(Capsicum annuum L. cv. Hanbyul)으로부터 분리된 서열번호 1의 고추 과민반응유도단백질 유전자(CAHIR1).The red pepper hypersensitivity-induced protein gene (CAHIR1) of SEQ ID NO: 1 isolated from Capsicum annuum L. cv. Hanbyul. 제1항에 기재된 유전자에 의해 코딩되는 서열번호 2의 아미노산 서열을 갖는 펩티드.A peptide having the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2 encoded by the gene of claim 1. 제1항 기재의 유전자를 pBIN35S 벡터에 도입시켜 제조된 재조합 벡터 (pBIN::CALTP).A recombinant vector (pBIN :: CALTP) prepared by introducing a gene of claim 1 into a pBIN35S_vector. 제1항 기재의 유전자 또는 제3항의 재조합 벡터에 의해 형질전환된 박테리아.A bacterium transformed by the gene of claim 1 or the recombinant vector of claim 3. 제1항 기재의 유전자가 삽입되어진 형질전환된 애기장대 식물.A transformed Arabidopsis plant in which the gene of claim 1 is inserted. 서열번호 3 및 서열번호 4로 나타내지는 제1항 기재의 유전자의 PCR에 사용되는 프라이머.A primer used for PCR of the gene of Claim 1 shown by SEQ ID NO: 3 and SEQ ID NO: 4. 삭제delete 식물병 저항성 및 환경스트레스 탐색방법에 있어서,In the plant disease resistance and environmental stress screening method, 고추 세균성 점무늬병의 병원성균 및 비병원성균 그리고 슈도모나스균 중 어느 하나를 접종한 고추 식물체로부터 RNA를 분리하여 전기영동시키고 나이론막(Hybond N+)으로 전이시킨 후, 32P를 처리한 제1항 기재의 CAHIR1 유전자 프로브와 반응시켜 CAHIR1 유전자의 차별적 발현을 확인함을 포함하여 구성되는 식물병 저항성 및 환경스트레스 탐색방법.RNA isolated from pepper plants inoculated with one of the pathogenic and non-pathogenic bacteria and Pseudomonas bacteria of red pepper bacterial spot disease, electrophoresed and transferred to a nylon membrane (Hybond N +), and then treated with 32 P. CAHIR1 Plant disease resistance and environmental stress screening method comprising the reaction with a gene probe to confirm the differential expression of the CAHIR1 gene. 식물병 저항성 및 환경스트레스 탐색방법에 있어서,In the plant disease resistance and environmental stress screening method, 에틸렌, 메틸 자스모네이트 및 살리실산 중 어느 하나를 처리한 고추 식물체로부터 RNA를 분리하여 전기영동시키고 나이론막(Hybond N+)으로 전이시킨 후, 32P를 처리한 제1항 기재의 CAHIR1 유전자 프로브와 반응시켜 CAHIR1 유전자의 차별적 발현을 확인함을 포함하여 구성되는 식물병 저항성 및 환경스트레스 탐색방법.RNA was isolated from the pepper plants treated with either ethylene, methyl jasmonate or salicylic acid, electrophoresed and transferred to a nylon membrane (Hybond N +), followed by reaction with the CAHIR1 gene probe as described in claim 1 treated with 32 P. Plant disease resistance and environmental stress screening method comprising the identification of differential expression of the CAHIR1 gene.
KR1020040013805A 2004-02-28 2004-02-28 1 Pepper geneCAHIR1 of hypersensitive reaction induced protein and transformed plant using the same KR100578744B1 (en)

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