KR100635230B1 - Nucleic acid molecule encoding an armadillo repeat protein and the use thereof - Google Patents

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Abstract

본 발명은 아마딜로 반복 및 BTB/POZ 도메인을 포함한 ARIA(ABF2와 상호작용하는 아마딜로 반복 단백질, armadillo repeat protein interacting with ABF2)로 명명된 단백질을 인코드하는 유전자에 관한 것이다. 본 단백질은 식물의 ABA-조절 유전자 발현, 묘목 생장, ABA 민감도 및 스트레스 내성에 영향을 미치는 신규한 ABA 신호 구성성분이다. 더욱이 본 발명은 식물 내로 식물 프로모터에 결합된 ARIA 유전자를 포함한 발현 카세트를 도입하는 단계를 포함한 염-내성 식물을 제조하는 방법을 제공한다.

Figure 112004054408313-pat00001

ABF2, 상호작용, 아마딜로 반복 단백질, 애기장대, 염-내성 식물

The present invention relates to a gene encoding a protein designated as ARIA (armadillo repeat protein interacting with ABF2) comprising an amadillo repeat and a BTB / POZ domain. This protein is a novel ABA signaling component that affects plant ABA-regulated gene expression, seedling growth, ABA sensitivity and stress tolerance. Moreover, the present invention provides a method of making a salt-tolerant plant comprising introducing into an plant an expression cassette comprising an ARIA gene linked to a plant promoter.

Figure 112004054408313-pat00001

ABF2, Interaction, Amadillo Repeat Protein, Arabidopsis, Salt-Resistant Plant

Description

아마딜로 반복 단백질을 인코드하는 핵산 분자 및 그의 이용{Nucleic acid molecule encoding an armadillo repeat protein and the use thereof} Nucleic acid molecule encoding an armadillo repeat protein and the use according to the present invention             

도 1은 ABF2-상호작용 단백질을 분리하는 2-하이브리드 스크린의 요약을 나타낸 것이다. A : 2-하이브리드 스크린에 사용된 ABF2 및 단편의 개략적 도식. ABF 패밀리 멤버 중 보존된 구역은 박스로 나타낸다. S 및 T는 각각 세린 및 트레오닌 잔기를 나타내고, 추정 인산화 사이트이다. 글루타민-풍부(Q) 및 bZIP(bZIP) 구역도 나타나 있다. 괄호 안에 아미노산 위치 수를 지닌 두꺼운 바(bar)는 베이트 컨스트럭트(bait construct)에 사용되는 단편을 나타낸다. 전체-길이 ABF2는 416개 아미노산 잔기로 구성된다. B : 상호작용의 특이성. 그룹 2 양성 클론(클론 20)과 ABF2(아미노산 234-337), 핵 박막(lamin), ABF3(아미노산 274-373) 또는 ABF4(아미노산 265-352) 사이의 상호작용이 시험되었다. 각 베이트 컨스트럭트를 포함한 효모가 양성 클론으로 형질전환되었고, 형질전환체가 SC-Leu 배지 상에서 패치되었고, 생장은 4일 후 조사되어 LEU2 수용체 활성을 시험하였다. C : ARIA의 추론된 아미노산 서열. arm 반복 구역이 색칠된 것이고, BTB/POZ 도메인은 밑줄친 것이다. N-말단 구역 내 예상된 핵 위치 신호는 굵게 나타나 있다. 이하, 보존된 모티프도 개략적으로 나타나 있다. arm 반복 1, 8 및 9는 덜-잘 보존된다. D : ABF2와 ARIA의 시험관 내 상호작용. 좌측, 각각 전체-길이 ARIA(Full), arm 반복 구역(ARM)(아미노산 1-518) 또는 BTB 도메인(BTB)(아미노산 511-710)을 포함한 GST 단독(GST) 및 GST-ARIA 융합 단백질의 쿠마시 블루-염색된 겔. 우측, GST 풀다운(pulldown) 에세이. 시험관 내-해석된, GST-ARIA 융합 단백질에 의해 보유된 35S-Met-표지된 ABF2를 나타내는 방사능 사진. 동일한 양의 재조합 단백질이 에세이에 사용되었다. 화살표는 단백질 밴드의 위치를 나타낸다.1 shows a summary of a two-hybrid screen to isolate ABF2-interacting proteins. A: Schematic diagram of ABF2 and fragments used in a 2-hybrid screen. Conserved areas of ABF family members are represented by boxes. S and T represent serine and threonine residues, respectively, and are putative phosphorylation sites. Glutamine-rich (Q) and bZIP (bZIP) zones are also shown. Thick bars with amino acid position numbers in parentheses represent fragments used for bait constructs. Full-length ABF2 consists of 416 amino acid residues. B: Specificity of the interaction. The interaction between group 2 positive clones (clone 20) and ABF2 (amino acids 234-337), nuclear membranes, ABF3 (amino acids 274-373) or ABF4 (amino acids 265-352) was tested. Yeast containing each bait construct was transformed into positive clones, transformants were patched on SC-Leu medium, and growth was examined after 4 days to test LEU2 receptor activity. C: deduced amino acid sequence of ARIA. The arm repeat region is colored and the BTB / POZ domain is underlined. The expected nuclear position signal in the N-terminal region is shown in bold. The conserved motif is also shown below schematically. arm repetitions 1, 8 and 9 are less well preserved. D: In vitro interaction of ABF2 with ARIA. Left, full-length ARIA (Full), arm repeat region (ARM) (amino acids 1-518), or Kuma alone (GST) and GST-ARIA fusion proteins, including BTB domain (BTB) (amino acids 511-710), respectively Blue-dyed gel. Right, GST pulldown essay. Radiograph showing 35 S-Met-labeled ABF2 retained by in vitro-interpreted, GST-ARIA fusion protein. The same amount of recombinant protein was used for the assay. Arrows indicate the location of the protein bands.

도 2는 ARIA의 발현 패턴을 나타낸 것이다. A : RNA 겔 블럿 분석. RNA는 100 μM ABA, 250 mM NaCl, 냉각조건(4℃에서 24시간) 또는 탈수조건(2주간 급수 보류)으로 처리된 묘목(seedling)으로부터 분리되었다. 하단 패널은 에티듐 브로마이드-염색된 겔을 나타낸다. B : 2.1 kb ARIA 프로모터-GUS 수용체 컨스크럭트로 형질전환된 형질전환 식물의 조직화학적 GUS 염색. T2 또는 T3 세대 식물은 X-gluc(5-브로모-4-클로로-3-인돌릴-β-글루쿠론산)으로 24시간 동안 염색되었다. a, 3-일령 묘목. 삽입된 사진은 건조 장각과(silique)로부터의 성숙 배를 나타낸 것이다. b, 2-주령 묘목. c. 잎. d, e, 뿌리. f, 꽃. g, 미성숙 장각과. h, 성숙 장각과. C : ABF2 및 ARIA의 세포 이하 위치. 상단 패널은 35S-ABF2-GUS 융합 컨스트럭스로 순간적으로 형질전환되고 X-gluc(GUS) 또는 4',6- 디아미노-2-페닐리돌(DAPI)로 염색된 양파 세포의 광학 현미경 이미지를 나타낸다. 중앙 및 하단 패널은 35S-ARIA-GFP (ARIA-GFP) 또는 35S-GFP (GFP)로 형질전환된 식물의 뿌리 세포의 공초점 이미지를 나타낸다. GFP, GFP 채널. PI, 요오드화프로피듐으로 염색된 세포. 화살표는 핵을 표시한다.Figure 2 shows the expression pattern of ARIA. A: RNA gel blot analysis. RNA was isolated from seedlings treated with 100 μM ABA, 250 mM NaCl, cooling conditions (24 hours at 4 ° C.) or dehydration (holding water for 2 weeks). The bottom panel shows the ethidium bromide-stained gel. B: Histochemical GUS staining of transformed plants transformed with 2.1 kb ARIA promoter- GUS receptor construct. T2 or T3 generation plants were stained with X-gluc (5-bromo-4-chloro-3-indolyl-β-glucuronic acid) for 24 hours. a, 3-day old seedlings. Inset shows maturation embryos from dry silique. b, 2-week old seedlings. c. leaf. d, e, root. f, flower. g, with immature long shells. h, with mature longs. C: subcellular location of ABF2 and ARIA. The top panel shows optical microscopy images of onion cells instantaneously transformed with 35S-ABF2-GUS fusion constructs and stained with X-gluc (GUS) or 4 ', 6-diamino-2-phenylridol (DAPI). Indicates. The middle and bottom panels show confocal images of root cells of plants transformed with 35S-ARIA-GFP ( ARIA-GFP ) or 35S-GFP ( GFP ). Gfp, Gfp Channel. PI, cells stained with propidium iodide. Arrows mark nuclei.

도 3은 35S-ARIA 식물의 표현형. A : 발아의 ABA 투여량-반응. 종자는 4℃에서 5일간 냉각-처리되었고 다양한 농도의 ABA를 함유한 슈크로스-없는 MS 배지 상에 놓였다. 발아(어린뿌리의 전체-출현)는 3일 후 기록되었다. 실험은 3반복으로 수행되었고(각각 n=36), 작은 바는 표준오차를 나타낸다. B : 발아의 삼투압 민감도. 발아 에세이는 다양한 농도의 만니톨, 글루코스 또는 NaCl을 함유한 MS 배지 상에서 (A) 내에서와 같이 수행되었고, 250 mM 만니톨, 250 mM 글루코스 및 125 mM NaCl에서의 발아율이 제공된다. 실험은 3 반복으로 수행되었다(각각 n=36). C : 염 내성. 좌측, 높은 염 조건 하에서의 묘목의 생존율. 종자는 발아되었고 100 mM 또는 125 mM NaCl을 함유한 MS 배지 상에서 2주간 생장되었고, 생장 속도가 측정되었다. 실험은 3 반복으로 수행되었다(각각 n=36). 우측, 125 mM NaCl에서 15일간 생장한 대표적 묘목.3 is a phenotype of 35S-ARIA plants. A: ABA dose-response of germination. Seeds were cold-treated at 4 ° C. for 5 days and placed on sucrose-free MS medium containing various concentrations of ABA. Germination (full-appearance of young roots) was recorded after 3 days. The experiment was performed in three replicates (n = 36 each) and small bars represent standard errors. B: osmotic sensitivity of germination. Germination assays were performed as in (A) on MS medium containing varying concentrations of mannitol, glucose or NaCl, providing germination rates at 250 mM mannitol, 250 mM glucose and 125 mM NaCl. The experiment was performed in 3 replicates (n = 36 each). C: salt tolerance. Left, survival rate of seedlings under high salt conditions. Seeds were germinated and grown for 2 weeks on MS medium containing 100 mM or 125 mM NaCl, and growth rate was measured. The experiment was performed in 3 replicates (n = 36 each). Right, representative seedlings grown for 15 days in 125 mM NaCl.

도 4는 aria 넉아웃(knockout) 돌연변이의 표현형. A : T-DNA 삽입 돌연변이의 개략도. 상단, T-DNA 삽입의 위치가 제공된다. 하단, RT-PCR에 의해 측정된 야생형(Col-0) 내에서의 ARIA의 발현 수준 및 aria 돌연변이(ARK10) 식물. B : 발아 에세이. 발아율은 MS 배지 상에서 도 3A와 같이 측정되었다(3 반복, 각각 n=36). C : aria 돌연변이 묘목의 생장. 좌측 패널, 2주간 MS 배지 상에서 생장한 묘목. 우측 패널, Col-0 식물과 비교된 토양-생장 식물의 대기 부분의 상대 중량. 데이터 포인트는 6개 측정의 평균을 나타낸다(각각 n=6). D : 발아의 ABA 투여량-반응. 발아 에세이는 다양한 농도의 ABA를 함유한 슈크로스-없는 MS 배지 상에서 수행되었다(3 반복, 각각 n=50). E : 1차 뿌리 신장의 ABA 투여량-반응. 종자는 3일간 ABA-없는 MS 배지 상에서 발아되었고, 다양한 농도의 ABA를 함유한 배지로 옮겨졌고, 이동 후 1차 뿌리 신장이 이동 5일 후 측정되었다(3 반복, 각각 n=6). ABA-없는 배지 상에서의 Col-1 및 ARK10의 대조군 생장 속도는 각각 24.1 및 32.6 mm이었다. F : 글루코스 반응. 종자가 발아되었고 녹색 자엽을 지닌 식물을 카운트하기 전에 6일간 3%, 4% 또는 5% 글루코스를 함유한 MS 배지 상에서 생장되었다(3 반복, 각각 n=30).4 is a phenotype of aria knockout mutations. A: Schematic of T-DNA insertion mutation. Top, location of T-DNA insertion is provided. Bottom, expression level of ARIA and aria mutant (ARK10) plants in wild type (Col-0) as determined by RT-PCR. B: Germination Essay. Germination rate was measured as shown in FIG. 3A on MS medium (3 replicates, n = 36 each). C: growth of aria mutant seedlings. Left panel, seedlings grown on MS medium for 2 weeks. Right panel, Relative weight of atmospheric portion of soil-growing plants compared to Col-0 plants. Data points represent the average of six measurements (n = 6 each). D: ABA dose-response of germination. Germination assays were performed on sucrose-free MS medium containing various concentrations of ABA (3 replicates, n = 50 each). E: ABA dose-response of primary root kidney. Seeds were germinated on ABA-free MS medium for 3 days, transferred to medium containing various concentrations of ABA, and primary root elongation after migration was measured 5 days after migration (3 repetitions, n = 6 each). Control growth rates of Col-1 and ARK10 on ABA-free medium were 24.1 and 32.6 mm, respectively. F: glucose reaction. Seeds were germinated and grown on MS medium containing 3%, 4% or 5% glucose for 6 days before counting plants with green cotyledons (3 replicates, n = 30 each).

도 5는 35S-ARIAaria 식물 내의 ABA-반응성 유전자 발현. RNA 수준은 2-주령 묘목으로부터 분리된 총 RNA를 이용한 RT-PCR에 의해 측정되었다. 증폭 사이클 수는 다른 유전자 및 과발현 및 넉아웃 라인과 다르다.Figure 5 ABA-reactive gene expression in 35S-ARIA and aria plants. RNA levels were measured by RT-PCR using total RNA isolated from 2-week seedlings. The number of amplification cycles differs from other genes and overexpression and knockout lines.

본 발명은 아마딜로 반복 단백질(armadillo repeat protein)("ARIA"로 표기)을 인코드하는 핵산 분자 및 식물 프로모터에 실시가능하게 결합된 ARIA 유전자로 구성된 발현 카세트를 이용한 식물의 염 내성을 증가시키는 방법에 관한 것이다.The present invention provides a method for increasing salt resistance in plants using an expression cassette consisting of a nucleic acid molecule encoding an amadillo repeat protein (denoted "ARIA") and an ARIA gene operably linked to a plant promoter. It is about a method.

아마딜로(arm) 반복은 42 아미노산 단백질-단백질 상호작용 모티프(motif)이다(Peifer et al., 1994; Hatzfeld, 1999; Andrade et al., 2001). 반복은 초파리과(Drosophila) 세그먼트 극성 유전자 아마딜로(armadillo)(Rigglelman, 1989)에서 먼저 확인되었고 그 이후 세포 신호 또는 세포 건축에 연관된 많은 진핵세포성 단백질에서 확인되었다. 아마딜로 및 그의 포유류 상동체 β-카테닌(catenin)은 각각 초파리과 배아 몸체 세그먼트 및 포유류 세포 사멸의 패턴을 결정하는 Wingless 및 Wnt 신호 경로의 구성성분이다(Polakis, 2000). Wingless 또는 Wnt 생장 인자 신호에 의해 시작되면 그렇지 않을 경우 불안정한 아마딜로/β-카테닌이 안정화되고, 핵 내로 이동되고, 전사 인자의 TCF/LEF 서브패밀리와 함께 Wingless/Wnt 타겟 유전자를 활성화시킨다. 또한 β-카테닌은 액틴 세포골격에 트랜스멤브레인 부착 분자 캐더린(cadherin)을 결합시킴으로서 세포-세포 부착에 구조적으로 중요한 역할을 한다.The arm repeat is the 42 amino acid protein-protein interaction motif (Peifer et al., 1994; Hatzfeld, 1999; Andrade et al., 2001). Repetition was first identified in the Drosophila segment polarity gene armadillo (Rigglelman, 1989) and then in many eukaryotic proteins involved in cell signaling or cell construction. Amidillo and its mammalian homologue β-catenin are components of the Wingless and Wnt signaling pathways that determine the pattern of Drosophila and embryonic body segments and mammalian cell death, respectively (Polakis, 2000). Initiation by Wingless or Wnt growth factor signaling otherwise stabilizes unstable amidillo / β-catenin, migrates into the nucleus, and activates the Wingless / Wnt target gene with the TCF / LEF subfamily of transcription factors. Β-catenin also plays a structurally important role in cell-cell adhesion by binding the transmembrane adhesion molecule cadherin to actin cytoskeleton.

Pfam (http://www.sanger.ac.uk/Software/Pfam/) 및 SMART (http://smart. emblheidelberg.de/) 단백질 데이터베이스는 90개 이상의 애기장대(Arabidopsis) arm 반복 단백질을 편입한다. 이들 서열 상동체에 기초하여 이들 단백질은 임포틴(impotin)-α, 키네신(kinesin) 및 U-박스 단백질 패밀리와 같은 여러 다른 서브패밀리로 분류될 수 있다(Coates, 2003). 그러나 ARC1 및 PHOR1을 제외하고는 애기장대 및 다른 식물 arm 반복 단백질의 기능이 상세하게 특성화되어 있지 않다. ARC1은 배추과(Brassica)의 S-로커스(locus) 수용체 키나제와 상호작용하고(Gu et al., 1998), 자가-불친화성 반응의 양성 조절자가 됨이 증명되었다(Stone et al., 1999). 최근의 연구는 ARC1이 암술 내 친화성 인자의 유비퀴틴화(ubiquitination) 및 프로테이솜(proteasome) 분해을 증진시킴을 나타낸다(Stone et al., 2003). 반대로, 감자 arm 반복 단백질 PHOR1은 지베렐린(gibberellin, GA) 신호에 관련된다(Amador et al., 2001). 그의 발현의 안티센스 억제는 GA 민감도 및 식물 신장을 감소시키는 반면 그의 과발현은 GA 민감도 및 절간 길이를 증가시킨다.Pfam (http://www.sanger.ac.uk/Software/Pfam/) and SMART (http://smart.emblheidelberg.de/) protein databases incorporate over 90 Arabidopsis arm repeat proteins . Based on these sequence homologues, these proteins can be classified into several different subfamily such as impotin-α, kinesin and U-box protein family (Coates, 2003). However, except for ARC1 and PHOR1, the functions of Arabidopsis and other plant arm repeat proteins have not been characterized in detail. ARC1 interacts with S-locus receptor kinase from Brassica (Gu et al., 1998) and has been demonstrated to be a positive regulator of self-incompatibility (Stone et al., 1999). Recent studies indicate that ARC1 enhances ubiquitination and proteasome degradation of affinity factors in pistils (Stone et al., 2003). In contrast, the potato arm repeat protein PHOR1 is involved in gibberellin (GA) signaling (Amador et al., 2001). Antisense inhibition of its expression decreases GA sensitivity and plant elongation while its overexpression increases GA sensitivity and intercutaneous length.

BTB(BR-C, ttk 및 bab) 도메인은 진화적으로 보존된 단백질-단백질 상호작용 도메인이다(Bardwell and Treisman, 1994; Zollman et al., 1994). 또한 POZ(폭스바이러스 및 아연 핑거, poxvirus and zinc finger) 도메인으로 알려진 ∼120 아미노산 모티프는 폭스바이러스 단백질 그룹 및 초파리과 아연 핑거 단백질, Broad-Complex(BR-C), Tramtrak(Ttk) 및 Bric-a-brac(bab) 그룹에서 먼저 확인되었다. 이후, BTB/POZ 도메인이 아연 핑거 전사 인자의 5∼10% 내에, 일부 액틴-결합 단백질 또는 이온 채널 내에 존재함이 발견되었다(Aravind and Koonin, 1998; Collins et al., 2001). 애기장대 게놈은 약 80개 BTB 도메인 단백질을 포함한다. 그러나 이들 중 단지 3개만이 현재 보고되었다: 향광성 반응의 신호 변환기인 NPH3 및 RPT2(Motchoulski and Liscum, 1999; Sakai et al., 2000) 및 계통적 획든 반응 동안 유전자 발현의 조절자인 NPR1/NIMI(Cao et al., 1997; Ryals et al., 1997).The BTB ( B R-C, t tk and b ab) domains are evolutionarily conserved protein-protein interaction domains (Bardwell and Treisman, 1994; Zollman et al., 1994). The ˜120 amino acid motif, also known as POZ (poxvirus and zinc finger, p oxvirus and z inc f inger) domains, contains poxvirus protein groups and Drosophila and zinc finger proteins, Broad-Complex (BR-C), Tramtrak (Ttk), and Bric. First identified in the -a-brac (bab) group. It was then discovered that BTB / POZ domains are present in some actin-binding proteins or ion channels within 5-10% of zinc finger transcription factors (Aravind and Koonin, 1998; Collins et al., 2001). Arabidopsis genome contains about 80 BTB domain proteins. However, only three of them are currently reported: NPH3 and RPT2 (Motchoulski and Liscum, 1999; Sakai et al., 2000), signal transducers of photoreactive responses, and NPR1 / NIMI (Cao et al., Regulator of gene expression during phylogenetic response). al., 1997; Ryals et al., 1997).

식물 호르몬 앱시스산(ABA)은 식물 생장 및 발달의 다양한 양상을 조절한다(Finkelstein et al., 2002). 이는 고농도에서 발아 및 발아후 생장을 저해하나 정상 묘목 생장에 필요하다. 이는 종자 숙성 과정을 조절하고 배의 조숙 발아를 방지한다. 영양 생장동안 ABA는 가뭄, 높은 염도 및 추위와 같은 다양한 무생물적 스트레스에 적응하는데 중요한 역할을 한다(Xiong et al., 2002). 광대한 유전적 및 생화학적 연구가 ABA 반응에 대한 다양한 양상의 조절적 구성성분을 확인하는데 수행되었다. 그 결과로서 전사 인자, 키나제/포스파타제, RNA-결합 단백질, G-단백질 및 2차 메신저를 포함한 많은 ABA 신호 구성성분이 보고되었다(Finkelstein et al., 2002; Xiong et al., 2002).The plant hormone absic acid (ABA) regulates various aspects of plant growth and development (Finkelstein et al., 2002). It inhibits germination and growth after germination at high concentrations, but is required for normal seedling growth. It regulates the seed ripening process and prevents premature germination of the embryo. During nutrient growth, ABA plays an important role in adapting to various abiotic stresses such as drought, high salinity and cold (Xiong et al., 2002). Extensive genetic and biochemical studies have been conducted to identify various aspects of the regulatory component of the ABA response. As a result, many ABA signal components have been reported, including transcription factors, kinases / phosphatase, RNA-binding proteins, G-proteins and secondary messengers (Finkelstein et al., 2002; Xiong et al., 2002).

영양 생장 동안 ABA는 가뭄 및 다른 무생물적 스트레스에 대한 적응 반응과 관련된 많은 유전자 발현을 조절한다(Ramanulu and Bartels, 2002; Shinozaki et al., 2003). 스트레스-반응성 유전자의 ABA-조절은 CACGTGGC 컨센서스 (consensus)를 공유하는 시스-조절적 요소에 의해 매개된다. 이에 앞서서 본 요소와 상호작용하는 베이직 류신 지퍼(zipper)(bZIP) 클래스 전사 인자의 작은 서브패밀리를 확인하였다(Choi et al., 2000; Uno et al., 2000). 이후 ABFs(즉, ABF1-ABF4) 또는 AREBs(즉, AREB1-AREB3)로 명명된 인자들은 ABA 및 다양한 무생물적 스트레스 반응에 관련됨을 나타내었다(Kang et al., 2002; Kim et al., 2004). 특히, 이후 ABF2로 표기되는 ABF2/AREB1은 묘목 생장률을 조절하고 글루코스-유도 발달 저지 과정에 중요한 역할을 한다. 또한 변화된 ABA 민감도 및 다수의 스트레스 내성과 같은 이의 과발현 표현형은 ABA 및 스트레스 반응에 관련됨을 제안한다. 본 발명자는 영양 조직 내 ABF-의존적 ABA/스트레스-반응성 유전자 발현을 이끄는 ABA 신호 경로(들)의 기술하는데 목적을 둔다. 이를 위해 본 발명자는 그의 활성을 조절하는 ABF 패밀리 멤버와 상호작용하는 단백질을 분리하기 위해 2-하이브리드 스크린을 수행하였다. 여기서 ABF2와 상호작용하는 arm 반복 및 BTB/POZ 도메인 단백질을 기술한다. 이의 기능의 생체 내 분석은 ABF2-상호작용 단백질이 종자 발아, 묘목 생장, 글루코스 반응 및 ABA/스트레스 반응을 조절하는 신규한 ABA 신호 구성성분임을 나타내었다. 특히, 애기장대 내의 ARIA 과발현은 높은 염 조건 하에서 증가된 묘목 생존을 유발하였고 이는 염-내성 식물을 개발하는데 이용될 수 있음을 나타낸다.During trophic growth, ABA regulates many gene expressions associated with adaptive responses to drought and other abiotic stresses (Ramanulu and Bartels, 2002; Shinozaki et al., 2003). ABA-regulation of stress-responsive genes is mediated by cis-regulatory elements that share the CACGTGGC consensus. Prior to this, a small subfamily of basic leucine zipper (bZIP) class transcription factors interacting with the present element was identified (Choi et al., 2000; Uno et al., 2000). Factors named ABFs (ie ABF1-ABF4) or AREBs (ie AREB1-AREB3) have been shown to be involved in ABA and various abiotic stress responses (Kang et al., 2002; Kim et al., 2004). . In particular, ABF2 / AREB1, hereinafter referred to as ABF2, plays an important role in regulating seedling growth and preventing glucose-induced development. It also suggests that overexpressed phenotypes, such as altered ABA sensitivity and multiple stress tolerance, are involved in ABA and stress response. We aim to describe the ABA signaling pathway (s) that lead to ABF-dependent ABA / stress-responsive gene expression in trophic tissue. To this end, the inventors performed a 2-hybrid screen to isolate proteins that interact with ABF family members that regulate their activity. Here we describe arm repeats and BTB / POZ domain proteins that interact with ABF2. In vivo analysis of its function showed that the ABF2-interacting protein is a novel ABA signal component that regulates seed germination, seedling growth, glucose response and ABA / stress response. In particular, ARIA overexpression in Arabidopsis resulted in increased seedling survival under high salt conditions, indicating that it can be used to develop salt-tolerant plants.

본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제는 아마딜로 반복 단백질(armadillo repeat protein)("ARIA"로 표기)을 인코드하는 핵산 분자 및 식물 프로모터에 실시가능하게 결합된 ARIA 유전자로 구성된 발현 카세트를 이용한 식물의 염 내성을 증가시키는 방법을 제공하는 것이다.
The technical problem to be achieved in the present invention is a plant using an expression cassette consisting of a nucleic acid molecule encoding an amadillo repeat protein (denoted "ARIA") and an ARIA gene operably linked to a plant promoter. It is to provide a method for increasing salt resistance.

본 발명은 아마딜로 반복 및 BTB/POZ 도메인을 포함한 ARIA(ABF2와 상호작용하는 아마딜로 반복 단백질, armadillo repeat protein interacting with ABF2)로 명명된 단백질을 인코드하는 유전자에 관한 것이다. 본 단백질은 식물의 ABA-조절 유전자 발현, 묘목 생장, ABA 민감도 및 스트레스 내성에 영향을 미치는 신규한 ABA 신호 구성성분이다. 더욱이 본 발명은 식물 내로 식물 프로모터에 결합된 ARIA 유전자를 포함한 발현 카세트를 도입하는 단계를 포함한 염-내성 식물을 제조하는 방법을 제공한다.The present invention relates to a gene encoding a protein designated as ARIA (armadillo repeat protein interacting with ABF2) comprising an amadillo repeat and a BTB / POZ domain. This protein is a novel ABA signaling component that affects plant ABA-regulated gene expression, seedling growth, ABA sensitivity and stress tolerance. Moreover, the present invention provides a method of making a salt-tolerant plant comprising introducing into an plant an expression cassette comprising an ARIA gene linked to a plant promoter.

효모 2-하이브리드 스크린에 의한 ABF2 상호작용 단백질의 분리Isolation of ABF2 Interacting Proteins by Yeast 2-Hybrid Screen

본 발명자는 ABF2-상호작용 단백질을 분리하기 위해 효모 2-하이브리드 스크린을 수행하였다(Chien et al., 1991; Gyuris et al., 1993). ABF2는 전사 활성을 지니기 때문에(Choi et al., 2000) 백그라운드 활성을 감소시키기 위해 ABF2의 일부 단편을 이용하여 베이트 컨스트럭트가 제조되었다(도 1A). ABA-처리된 애기장대 표목으로부터의 RNA를 나타내는 cDNA 발현 라이브러리(Choi et al., 2000)가 각각의 베이트 컨스트럭트를 포함한 효모 균주를 형질전환하는데 사용되었다. ABF2의 다양한 구역(아미노산 234-337)과 상호작용하는 5개 양성 클론을 회수하였다. 클론의 삽입 분석은 이들 중 2개(그룹 1)가 다른 곳에서 보고될 전사 인자를 인코드한다. 잔여 3개 클론(그룹 2)은 arm 반복 단백질을 인코드하였다(하기 참조). 그룹 2 클론은 핵 박막 또는 ABF3 및 ABF4의 상응 구역과 상호작용하지 않았고(도 1B), 이는 ABF2와 특이적으로 상호작용하였다.We performed a yeast two-hybrid screen to isolate ABF2-interacting proteins (Chien et al., 1991; Gyuris et al., 1993). Since ABF2 has transcriptional activity (Choi et al., 2000), bait constructs were prepared using some fragments of ABF2 to reduce background activity (FIG. 1A). A cDNA expression library (Choi et al., 2000) showing RNA from ABA-treated Arabidopsis headings was used to transform yeast strains, including each bait construct. Five positive clones were recovered that interacted with various regions of ABF2 (amino acids 234-337). Insertion analysis of clones encodes transcription factors, two of which (group 1) will be reported elsewhere. The remaining three clones (group 2) encoded the arm repeat protein (see below). Group 2 clones did not interact with nuclear thin films or corresponding regions of ABF3 and ABF4 (FIG. 1B), which specifically interacted with ABF2.

그룹 2 클론의 가장 긴 오픈 리딩 프레임(open reading frame, ORF)은 705개 아미노산 잔기를 포함한 단백질을 인코드한다. ORF는 개시 코돈을 분실하였다. 전체-길이 cDNA(서열번호: 1)의 데이터베이스 검색 및 하위 분리/시퀀싱은 단백질이 추정된 78 kD의 분자량을 지닌 710개 아미노산 잔기로 구성됨을 나타내었다(서열번호: 2)(도 1C). ARIA(ABF2와 상호작용하는 Arm 반복 단백질)로 명명된 ABF2-상호작용 단백질은 N-말단 반 내에 덜-잘 보존된 1, 8 및 9개 arm을 지닌 arm 반복의 9 카피를 지닌다. 더욱이 C-말단 구역 내 BTB/POZ 도메인을 지닌다. ARIA를 인코드하는 유전자(At5g19330)는 19 엑손으로 구성되고 ARIA는 알려지지 않은 기능의 다른 애기장대 arm 반복 단백질(At5g13060)에 대해 가장 높은 서열 동일성(59%)을 나타낸다.The longest open reading frame (ORF) of group 2 clones encodes a protein containing 705 amino acid residues. ORF lost the start codon. Database search and subseparation / sequencing of full-length cDNA (SEQ ID NO: 1) indicated that the protein consists of 710 amino acid residues with an estimated molecular weight of 78 kD (SEQ ID NO: 2) (FIG. 1C). The ABF2-interacting protein, designated ARIA (Arpe Repeat Protein Interacting with ABF2), has 9 copies of arm repeats with 1, 8 and 9 arms less well-conserved in the N-terminal half. Furthermore it has a BTB / POZ domain in the C-terminal zone. The gene encoding ARIA (At5g19330) consists of 19 exons and ARIA shows the highest sequence identity (59%) for another Arabidopsis arm repeat protein (At5g13060) of unknown function.

시험관 내에서의 ARIA의 ABF2와의 상호작용Interaction of ARIA with ABF2 in vitro

ARIA 및 ABF2 사이의 상호작용은 시함관 내 결합 에세이에 의해 확인되었다. 글루타티온-S-트랜스퍼라제(GST)에 대한 융합으로서 전체 ARIA 코딩 구역, arm 반복 구역 또는 BTB 도메인을 포함한 재조합 단백질(도 1D, 라인 3-5)이 제조되었다. 이들의 전체-길이 ABF2와의 상호작용은 35S로 표지된 시험관 내에서 번역된 ABF2를 이용한 GST 풀다운 에세이에 의해 측정되었다. 도 1D에 나타난 바와 같이 ABF2는 GST-전체-길이 ARIA 융합 단백질에 의해 보유되는 반면, GST 단독에 의해서는 보유되지 않았다(레인 6). 따라서 전체-길이 ARIA는 ABF2와 상호작용하였다. 유사하게는, arm 반복 구역 또는 BTB 도메인을 포함한 단편도 ABF2와 상호작용하였다(레인 8 및 9). BTB 도메인(레인 9)으로 관찰된 더 강한 밴드 강도는 ABF2가 도메인에 더 강하게 결합하였음을 나타내었다.The interaction between ARIA and ABF2 was confirmed by binding assays in the capillary. Recombinant proteins (FIG. 1D, lines 3-5) were prepared comprising fusion to glutathione- S -transferase (GST), including the entire ARIA coding region, arm repeat region or BTB domain. Their interaction with full-length ABF2 was measured by GST pulldown assays with translated ABF2 in vitro labeled with 35 S. As shown in FIG. 1D, ABF2 was retained by the GST-full-length ARIA fusion protein, while not by GST alone (lane 6). Thus full-length ARIA interacted with ABF2. Similarly, fragments containing arm repeat regions or BTB domains also interacted with ABF2 (lanes 8 and 9). Stronger band intensities observed with the BTB domain (lane 9) indicated that ABF2 bound more strongly to the domain.

ARIA의 발현 패턴 및 세포 이하 위치는 ABF2와 유사함Expression patterns and subcellular locations of ARIA are similar to ABF2

ARIA 발현의 ABA- 및 스트레스-유도성은 RNA 겔 블럿 분석에 의해 조사되었다. ABA 및 높은 염에 의해 유도되는 ABF2와 유사하게(Choi et al., 2000) ARIA 전사체 수준은 ABA 및 높은 염 처리에 의해 증가되었다(도 2A). ARIA의 시간적 및 공간적 발현 패턴을 상세히 조사하기 위해 ARIA 프로모터-GUS 융합 컨스트럭트 를 지니는 형질전환 식물의 조직화학적 β-글루쿠로니다제(GUS) 염색이 수행되었다. 강한 GUS 활성이 발아 묘목의 어린 뿌리(데이터는 나타내지 않음) 및 어린 묘목의 뿌리에서 검출되었다(도 2B, a). 더 자란 묘목에서(도 2B, b) 잎은 뿌리보다 더 강한 GUS 활성을 나타내었다. 특히, 도관 조직 및 공변 세포가 강하게 염색되었다(도 2B, c). 더 자란 식물의 뿌리에서 GUS 활성은 1차 뿌리보다는 주로 측생 뿌리에서 검출되었다(도 2B, d). 도관 구역은 표피 조직보다 더 강하게 염색되었고(도 2B, e, 상단 패널), 매우 강한 GUS 활성은 측생 뿌리 프리모디아(primordia) 및 측생 뿌리의 기저 부분에서 관찰되었다(도 2B, e, 하단 패널). 꽃밥, 꽃실, 주두 및 미성숙 장각과의 이탈 존(zone)은 재생 기관 중에서 강한 GUS 활성을 나타내었다(도 2B, f-h). 또한 배도 강하게 염색되었다(도 2B, a, 삽입 사진). 요약적으로, ARIA 프로모터 활성은 배 및 대부분의 영양 및 재생 기관에서 검출되었다. ARIA의 시간적 및 공간적 발현 패턴은 ABF2와 매우 유사하다. 예를 들어 ABF2 프로모터는 대부분의 영양 조직, 특히 측생 뿌리, 엽맥 및 공변 세포에서 매우 활성적이다. 이외에 ABF2는 꽃 기관 중 꽃밥, 꽃술 및 주두에서 강하게 발현된다.ABA- and stress-induced ARIA expression was examined by RNA gel blot analysis. Similar to ABF2 induced by ABA and high salt (Choi et al., 2000), ARIA transcript levels were increased by ABA and high salt treatment (FIG. 2A). The GUS tissue of transgenic plants having a fusion construct is chemically β- glucuronidase in the (GUS) staining was carried out - ARIA promoter to specifically investigate the temporal and spatial expression patterns of the ARIA. Strong GUS activity was detected in the young roots of germinating seedlings (data not shown) and the roots of young seedlings (FIG. 2B, a). In more grown seedlings (FIG. 2B, b) the leaves showed stronger GUS activity than roots. In particular, catheter tissue and covariate cells were strongly stained (FIGS. 2B, c). In the roots of the older plants, GUS activity was detected mainly in the lateral roots rather than in the primary roots (Figure 2B, d). The catheter zone was stained stronger than the epidermal tissue (Figure 2B, e, top panel), and very strong GUS activity was observed in the basal root primordia and basal portions of the side roots (Figure 2B, e, bottom panel). . Anesthetization zones with anther, flower bed, ovule and immature long pole showed strong GUS activity in regenerative organs (FIG. 2B, fh). Embryos were also strongly stained (Figure 2B, a, inset). In summary, ARIA promoter activity was detected in the embryo and most nutritional and regenerative organs. The temporal and spatial expression patterns of ARIA are very similar to ABF2 . For example, the ABF2 promoter is very active in most vegetative tissues, especially in lateral roots, lobes and cosine cells. In addition, ABF2 is strongly expressed in anther, anther and stigma in flower organs.

ABF2는 전사 인자이고, 도 2C(상단 패널)에 나타난 바와 같이 핵에 위치한다. ARIA는 N-말단 가까이에 핵 위치 신호를 지님을 주목하고(도 1C), 이는 핵에 위치됨을 제안한다. ARIA의 세포 내 위치를 측정하기 위해 ARIA-GFP(녹색 형광 단백질) 융합 컨스트럭트를 잠복시킨 형질전환 식물이 생성되었고, 융합 단백질의 위치가 측정되었다. 도 2C(중앙 패널)는 GFP가 핵 내에 위치함을 나타내고, 이는 ARIA가 핵-위치함을 나타낸다. 또한 GFP는 세포 주변에서도 검출되었다. 이는 ARIA가 세포 멤브레인에도 위치함을 나타낸다.ABF2 is a transcription factor and is located in the nucleus as shown in FIG. 2C (top panel). Note that the ARIA has a nuclear position signal near the N-terminus (FIG. 1C), suggesting that it is located in the nucleus. To measure the intracellular location of ARIA , transgenic plants were concealed to hide the ARIA-GFP (green fluorescent protein) fusion construct, and the location of the fusion protein was measured. 2C (center panel) shows that GFP is located in the nucleus, indicating that ARIA is nuclear-located. GFP was also detected around the cells. This indicates that ARIA is also located in the cell membrane.

ARIA의 과발현은 발아 동안 ABA 및 삼투압 민감도에 영향을 미침Overexpression of ARIA Affects ABA and Osmotic Sensitivity During Germination

생체 내 ARIA 기능을 조사하기 위해 ARIA 과발현 라인을 생성하였고 분석하였다. 35S 프로모터의 조절 하에서 ARIA를 발현하는 형질전환 애기장대 식물이 생성되었고(방법 참조), 7개의 T3 동형접합체 라인의 예비 분석 후 2개의 대표 라인의 ABA/스트레스-관련 표현형이 더욱 상세히 조사되었다.ARIA overexpression lines were generated and analyzed to investigate ARIA function in vivo. Transgenic Arabidopsis plants expressing ARIA under the control of the 35S promoter were generated (see method), and the ABA / stress-related phenotypes of the two representative lines were examined in more detail after preliminary analysis of seven T3 homozygote lines.

ARIA 과발현 라인은 다소 지연된(∼1시간) 발아(데이터는 나타내지 않음)를 제외하고는 일반 조건 하에서 유의적인 생장 표현형을 나타내지 않았다. 그러나 ARIA 과발현은 발아 동안 ABA 민감도에 영향을 미쳤다. ABA 투여량-반응 분석(도 3A)은 35S-ARIA 형질전환 종자의 발아가 야생형 종자보다 ABA, 특히 ABA의 배지 농도(1 및 2 μM)에 의해 더 심하게 억제되었음을 나타내었다. 따라서 ARIA 과발현은 종자 발아 동안 ABA 민감도를 증가시켰다. 더욱이 형질전환 종자의 발아는 만니톨, 글루코스 및 NaCl에 더욱 민감하였고(도 3B), 이는 ARIA 과발현이 높은 삼투압에 과민한 반응을 유발하였음을 나타내었다.The ARIA overexpression line did not show a significant growth phenotype under normal conditions except for slightly delayed (˜1 hour) germination (data not shown). ARIA overexpression, however, affected ABA sensitivity during germination. ABA dose-response analysis (FIG. 3A) showed that germination of 35S-ARIA transformed seeds was more severely inhibited by medium concentrations (1 and 2 μM) of ABA, especially ABA, than wild type seeds. ARIA overexpression therefore increased ABA sensitivity during seed germination. Moreover, germination of the transgenic seeds was more sensitive to mannitol, glucose and NaCl (FIG. 3B), indicating that ARIA overexpression induced a hypersensitivity reaction.

또한 다양한 무생물적 스트레스에 대한 35S-ARIA 묘목의 반응을 조사하였고 이들은 높은 염에 덜 민감함을 발견하였다. 예를 들어 100 mM NaCl에서의 야생형 식물의 생존율은 55%인 반면, 35S-ARIA 식물은 각각 81%(AR40) 및 72%(AR32)이었다(도 3C). 125 mM NaCl에서 형질전환 식물의 38%(AR40) 및 36%(AR32)가 생존한 반면, 야생형 생존율은 11%이었다. 따라서 ARIA 과발현 라인은 높은 염도 조건에 더욱 내성적이었다.We also examined the response of 35S-ARIA seedlings to various abiotic stresses and found that they were less sensitive to high salts. For example, the survival rate of wild type plants at 100 mM NaCl was 55%, while 35S-ARIA plants were 81% (AR40) and 72% (AR32), respectively (FIG. 3C). 38% (AR40) and 36% (AR32) of the transgenic plants survived at 125 mM NaCl, while the wild type survival was 11%. Thus the ARIA overexpression line was more resistant to high salinity conditions.

ariaaria 돌연변이의 표현형 Phenotype of mutation

ARIA의 생체 내 기능에 대해 더욱 조사하기 위해 aria 돌연변이 표현형을 분석하였다. T-DNA가 ARIA의 프로모터 구역 내에 삽입된 돌연변이(도 4A)가 애기장대 스톡 센터(stock center)로부터 입수되었고, T-DNA 삽입 및 ARIA 발현 비정상의 확인 후 다양한 표현형이 기록되었다.To further investigate the in vivo function of ARIA, the aria mutant phenotype was analyzed. Mutations in which T-DNA was inserted into the promoter region of ARIA (FIG. 4A) were obtained from Arabidopsis stock center, and various phenotypes were recorded after confirmation of T-DNA insertion and ARIA expression abnormalities.

발아 에세이(도 4B)는 차이의 정도가 크지는 않으나 일반 생장 조건 하에서 돌연변이 종자가 야생형 종자보다 더욱 효과적으로 발아하였음을 나타내었다. aria 돌연변이의 발아후 생장도 더욱 효과적이었다; 즉, aira 묘목은 도 4C에 나타난 바와 같이 야생형 식물보다 더 컸다. 그러나 이들은 정상적으로 발달하였고 전체-생장된 돌연변이 묘목은 야생형 식물의 크기와 유사하였고, 이는 돌연변이가 어린 묘목의 생장에만 영향을 미침을 나타내었다. 이와 함께 관찰은 ARIA가 종자 발아 및 어린 묘목 생장의 음성 조절자임을 증명한다.The germination assay (FIG. 4B) showed that the degree of difference was not large but mutated seeds germinated more effectively than wild type seeds under normal growth conditions. Post- germination growth of aria mutants was more effective; That is, aira seedlings were larger than wild type plants as shown in FIG. 4C. However, they developed normally and whole-grown mutant seedlings were similar in size to wild type plants, indicating that mutations only affected the growth of young seedlings. Together, the observations demonstrate that ARIA is a negative regulator of seed germination and young seedling growth.

또한 aira 돌연변이는 변화된 ABA 반응을 나타내었다. 발아의 ABA 투여량-반응 분석(도 4D)은 돌연변이 종자 발아가 ABA의 높은 농도에서 야생형 종자보다 ABA에 덜 민감함을 나타냈고, 이는 그의 발아가 ABA에 부분적으로 둔감함을 나타내었다. 유사하게는, aria 식물의 1차 뿌리 신장은 높은 ABA 농도(즉, 2, 5 및 10 μM)에서 야생형 식물보다 ABA-억제에 덜 민감하였다(도 4E).The aira mutant also showed an altered ABA response. ABA dose-response analysis of germination (FIG. 4D) showed that mutant seed germination was less sensitive to ABA than wild type seeds at high concentrations of ABA, indicating that its germination was partially insensitive to ABA. Similarly, primary root elongation of aria plants was less sensitive to ABA-inhibition than wild type plants at high ABA concentrations (ie 2, 5 and 10 μM) (FIG. 4E).

글루코스는 높은 농도에서 슈트 발달(즉, 자엽 녹화, 자엽 팽창 및 실제 잎 형성)을 억제하고, 억제 과정은 ABA에 의존적이다(Jang et al., 1997; Leon and Sheen, 2003). ARIA가 이러한 과정에 관련되는지 여부를 확인하기 위해 aria 식물의 글루코스 민감도를 측정하였다. 도 4F는 야생형 식물의 자엽 녹화가 배지 내의 글루코스 농도가 증가함에 따라 점진적으로 억제되었다. 또한 aria 돌연변이 식물은 유사한 방식으로 글루코스에 반응하였으나, 억제 정도는 야생형 식물보다 낮았다. 만니톨에서의 차별적 반응은 관찰되지 않았다 즉, 삼투압 반응이 없었다(데이터는 나타내지 않음). 결과는 ARIA가 슈트 발달의 글루코스-억제에 필수적인 구성성분임을 증명한다.Glucose inhibits chute development (ie cotyledon greening, cotyledon expansion and actual leaf formation) at high concentrations, and the inhibition process is dependent on ABA (Jang et al., 1997; Leon and Sheen, 2003). To determine whether ARIA is involved in this process, glucose sensitivity of aria plants was measured. 4F shows that cotyledon greening of wild-type plants was gradually inhibited with increasing glucose concentration in the medium. In addition, aria mutant plants responded to glucose in a similar manner, but the degree of inhibition was lower than that of wild type plants. No differential response at mannitol was observed, ie there was no osmotic response (data not shown). The results demonstrate that ARIA is an essential component for glucose-inhibition of chute development.

ARIA는 ABA-반응성 유전자 발현에 영향을 미침ARIA Affects ABA-Reactive Gene Expression

ARIA가 ABF2-조절된 유전자 발현에 영향을 미치는지 여부를 조사하기 위해 35S-ARIA 식물 내 많은 ABF2-반응성 유전자의 발현 수준을 측정하였다. 결합된 역전사 및 중합효소 연쇄 반응(RT-PCR)(도 5)은 일반 조건 하에서 ABF2에 의해 하향-조절되나 높은 염 조건 하에서 상향-조절되는 rd29A(Yamguchi-Shinozaki and Shinozaki, 1994) 및 CHS(Feinbaum and Ausubel, 1988)의 RNA 수준은 35S-ARIA 식물 내에서 더 높았다. 반대로, 일반 조건 하에서 ABF2에 의해 하향-조절되는 SUS1(Martin et al., 1993) 및 ADH1(de Bruxelles et al., 1996) 발현 수준은 야생형 수준보다 다소 낮았다. aria 돌연변이 식물에서 CHS RNA 수준이 감소된 반면, SUS1 RNA 수준은 증가되었고, 이는 이들 발현 내의 ARIA의 조절 역할을 제안하였다. 따라서 ARIA의 과발현 또는 발현-미달은 일부 ABF2-조절된 유전자의 발현을 변화시켰고, 이는 ABF2-의존적 유전자 조절 과정에 관련됨을 나타내었다.To investigate whether ARIA affects ABF2-regulated gene expression, the expression levels of many ABF2-reactive genes in 35S-ARIA plants were measured. Bound reverse transcription and polymerase chain reaction (RT-PCR) (FIG. 5) is down-regulated by ABF2 under normal conditions but up-regulated under high salt conditions and rd29A (Yamguchi-Shinozaki and Shinozaki, 1994) and CHS (Feinbaum) and Ausubel, 1988) have higher RNA levels in 35S-ARIA plants. In contrast, SUS1 (Martin et al., 1993) and ADH1 (de Bruxelles et al., 1996) expression levels down-regulated by ABF2 under normal conditions were somewhat lower than wild type levels. While CHS RNA levels were decreased in aria mutant plants, SUS1 RNA levels were increased, suggesting a regulatory role of ARIA in these expressions. Thus overexpression or under-expression of ARIA altered the expression of some ABF2-regulated genes, indicating that it is involved in the ABF2-dependent gene regulation process.

토론debate

본 발명자는 ABF2와 특이적으로 상호작용하는, ARIA로 명명된 arm 반복 단백질을 기술한다. 동물에서 arm 단백질은 세포 접촉, 신호 변환, 종양 억제 및 핵 내포와 같은 다양한 세포 기능에 관련된다(Hatzfeld, 1999; Andrade et al., 2001). 식물에서 이들의 기능은 일부 유전자를 제외하고는 거의 알려져 있지 않다. ARC1 및 PHOR1은 앞서 기술된 바와 같이 각각 자가-불친화성 및 GA 신호의 조절자이다(Stone et al., 1999; Amador et al., 2001). 수용체-유사 키나제와 상호작용하는 담배 arm 반복 단백질 NtPUB4는 발달 조절자로 제안되었다(Kim et al., 2003). ARC1 및 PHOR1을 포함한 대부분의 애기장대 arm 반복 단백질은 E3 유비퀴틴 리가제(ligase)의 서브클래스에서 발견된 U-박스 모티프를 포함한다(Coates, 2003; Mudgil et al., 2004). 따라서 이들 대부분이 유비퀴틴-의존적 단백질 분해 과정에 참여한다. 그러나 ARIA는 U-박스 모티프를 포함하지 않는다. 대신에 또다른 보존된 서열 모티프, BTB/POZ 도메인을 보유한다. 서열 비교는 ARIA를 포함한 2개의 애기장대 단백질만이 arm 반복 및 BTB/POZ 도메인 모두를 지님을 나타낸다. BTB/POZ 도메인은 동물의 많은 전사 인자 및 동물의 일부 액틴-결합 단백질 내에서 발견되었다(Aravind and Koonin, 1998; Collins et al., 2001). 대부분 최근 연구는 일부 BTB 도메인 단백질이 CUL-3-기반 E3 유비퀴틴 리가제에 대한 기질-특이적 어댑터(adaptor)임을 나타낸다(van den Heuvel, 2004). arm 반복 및 BTB 도메인 단백질이 다양한 역할을 하나 2개 모티프의 기본 기능은 단백질-단백질 상호작용을 매개하는 것이다. 따라서 ARIA는 다른 단백질과 복합체를 형성하거나 골격(scaffold)으로서 기능하기 위한 잠재력을 지닌다.We describe an arm repeat protein named ARIA that specifically interacts with ABF2. In animals, arm proteins are involved in a variety of cellular functions such as cell contact, signal transduction, tumor suppression, and nuclear inclusion (Hatzfeld, 1999; Andrade et al., 2001). Their function in plants is little known except for some genes. ARC1 and PHOR1 are regulators of self-incompatibility and GA signals, respectively, as described above (Stone et al., 1999; Amador et al., 2001). The tobacco arm repeat protein NtPUB4, which interacts with receptor-like kinases, has been proposed as a developmental regulator (Kim et al., 2003). Most Arabidopsis arm repeat proteins, including ARC1 and PHOR1, include U-box motifs found in subclasses of the E3 ubiquitin ligase (Coates, 2003; Mudgil et al., 2004). Thus most of them participate in ubiquitin-dependent proteolysis. ARIA, however, does not contain U-box motifs. Instead it has another conserved sequence motif, the BTB / POZ domain. Sequence comparison indicates that only two Arabidopsis proteins, including ARIA, have both arm repeat and BTB / POZ domains. BTB / POZ domains have been found in many transcription factors in animals and some actin-binding proteins in animals (Aravind and Koonin, 1998; Collins et al., 2001). Most recent studies indicate that some BTB domain proteins are substrate-specific adapters for CUL-3-based E3 ubiquitin ligase (van den Heuvel, 2004). arm repeats and BTB domain proteins play a variety of roles, but the basic function of the two motifs is to mediate protein-protein interactions. ARIA therefore has the potential to complex with other proteins or function as a scaffold.

ABF2-ARIA 상호작용의 생리적 관련성은 이들의 유사한 발현 패턴에 의해 지지되었다. ABF2ARIA의 발현은 ABA 및 높은 염에 의해 유도된다(도 2)(Choi et al., 2000). 이 둘은 영양 조직(특히, 측생 뿌리, 잎 도관 조직 및 공변 세포) 및 재생 기관(즉, 꽃밥, 꽃술, 주두 및 이탈 존)에서 높게 발현된다. 더욱이 이 둘 단백질은 ARIA가 세포막 또는 세포벽 구역 내에서도 발견되나 핵 내에 위치 한다(도 2).The physiological relevance of the ABF2-ARIA interaction was supported by their similar expression pattern. Expression of ABF2 and ARIA is induced by ABA and high salts (FIG. 2) (Choi et al., 2000). Both are highly expressed in trophic tissues (especially lateral roots, leaf conduit tissues and covariate cells) and in regenerative organs (ie, anther, anther, stigma and breakaway zone). Moreover, both proteins have ARIA found in the cell membrane or cell wall zone but located in the nucleus (FIG. 2).

ARIA의 생체 내 기능에 대한 데이터는 ABF2-ARIA 상호작용의 생리적 유의성을 더욱 지지한다. ARIA 과발현은 발아 단계에서 ABA 및 삼투압 민감도를 증가시킨다. 이후의 묘목 생장 동안 이는 염 내성을 증가시킨다. 반대로, 이 발현의 분열은 발아/묘목 생장을 증진시키고 글루코스 반응을 손상시킨다. 일부 35S-ARIAaria 돌연변이 표현형은 35S-ABF2abf2 식물과 유사하다. 예를 들어 과발현 라인의 지연된 발아, 돌연변이 묘목의 더 빠른 발아/생장, 과발현 라인의 염 내성 및 넉아웃 돌연변이의 글루코스 둔감도도 ABF2에서 관찰되었다(Kim et al., 2004). 더욱이 35S-ARIAaria 식물 내의 일부 ABF2-반응성 유전자의 변화된 발현을 관찰하였고(도 5), 이는 ARIA가 ABF2-조절된 유전자 발현에 영향을 미침을 나타낸다.Data on the in vivo function of ARIA further support the physiological significance of ABF2-ARIA interactions. ARIA overexpression increases ABA and osmotic sensitivity in the germination stage. During subsequent seedling growth this increases salt tolerance. In contrast, cleavage of this expression enhances germination / plant growth and impairs the glucose response. Some 35S-ARIA and aria mutant phenotypes are similar to 35S-ABF2 and abf2 plants. For example, delayed germination of overexpression lines, faster germination / growth of mutant seedlings, salt tolerance of overexpression lines and glucose insensitivity of knockout mutants were also observed in ABF2 (Kim et al., 2004). Furthermore, altered expression of some ABF2-reactive genes in 35S-ARIA and aria plants was observed (FIG. 5), indicating that ARIA affects ABF2-regulated gene expression.

결과는 ARIA는 ABA 신호의 양성 구성성분임을 나타낸다. ABA 민감도는 그의 과발현에 의해 증가되었고 넉아웃 돌연변이에 의해 손상된다. 발아는 그의 과발현에 의해 지연되고 그의 돌연변이에 의해 증진된다. 또한 삼투압 민감도 및 당 반응과 같은 다른 ABA-관련 과정도 각각 ARIA 과별한 및 그의 돌연변이에 의해 양성적으로 및 음성적으로 영향받는다. 2가지 관찰은 ABA 반응에 대한 ARIA의 역할에 관해 논의하기에 충분하다. 먼저, 대부분의 ARIA 과발현 및 넉아웃 표현형은 일관되게 관찰되더라 비교적 약하고 부분적이다(도 3 및 4). 앞서 논의된 바 와 같이 애기장대 게놈 내에는 arm 반복/BTB 도메인 단백질이 있고, 이는 아미노산 서열뿐만 아니라 유전자 구조에 있어서 ARIA에 매우 상종적이고(데이터는 나타내지 않음), 따라서 2가지 단백질 사이의 기능적 과잉이 추측될 수 있다. 또다른 관찰은 ARIA가 ABA-의존적 과정의 서브세트에만 영향을 미친다는 점이다. 발아 동안의 ABA 민감도 및 어린 묘목 생장은 ARIA에 의해 영향을 받았다. 그러나 기공 폐쇄 및 염 내성 이외의 무생물적 스트레스 반응과 같은 다른 ABA-의존적 과정은 유의적으로 영향받지 않았다(데이터는 나타내지 않음).The results indicate that ARIA is a positive component of the ABA signal. ABA sensitivity was increased by its overexpression and impaired by knockout mutations. Germination is delayed by its overexpression and enhanced by its mutation. Other ABA-related processes, such as osmotic sensitivity and sugar response, are also positively and negatively affected by ARIA exaggeration and mutations thereof, respectively. Two observations are sufficient to discuss the role of ARIA in the ABA response. First, most of the ARIA overexpression and knockout phenotypes are consistently observed and are relatively weak and partial (FIGS. 3 and 4). As discussed above, there is an arm repeat / BTB domain protein in the Arabidopsis genome, which is highly homologous to ARIA in terms of the amino acid sequence as well as the gene structure (data not shown), and thus functional excess between the two proteins. Can be guessed. Another observation is that ARIA only affects a subset of ABA-dependent processes. ABA sensitivity and young seedling growth during germination were affected by ARIA. However, other ABA-dependent processes, such as abiotic stress responses other than pore closure and salt tolerance, were not significantly affected (data not shown).

일부 ABF2-조절된 유전자의 변화된 발현(도 5)은 ARIA가 ABF2-의존적 유전자 발현에 영향을 미침을 제안한다. 본 발명자는 현재 ARIA 기능의 생화학적 메카니즘을 알지 못한다. 그러나 ABF2의 동시활성제(coactivator) 또는 억제제로서 기능함이 추측될 수 있다. 동물에서 arm 단백질, β-카테닌은 전사 동시활성제로 증명되었다; 즉, 타겟 유전자 발현을 활성화시키기 위해 호르몬 신호에 반응하여 핵 내로 이동하고 전사 인자와 복합체를 형성한다(Polakis, 2000). 반대로, BTB/POZ 도메인은 전사 동시억제제를 모집하여 결국 전사를 억제하기 위해 히스톤 디아세틸라제를 모집함으로서 전사 억제를 중재하는 것으로 알려져 있다(Collins et al., 2001). 또한 BTB/POZ 도메인은 단백질 분해에 관련된다(van den Heuvel, 2004). 따라서 ARIA는 ABF2 또는 그와 가능하게 관련된 다른 단백질의 안정성 조절에 관련된다. ARIA는 2개의 단백질-단백질 상호작용 도메인을 보유하기 때문에 다른 가능성은 단백질 복합체를 형성하기 위해 ABF2에 대한 어댑터로서 기능하는 것이다.Altered expression of some ABF2-regulated genes (FIG. 5) suggests that ARIA affects ABF2-dependent gene expression. We currently do not know the biochemical mechanism of ARIA function. However, it can be inferred to function as a coactivator or inhibitor of ABF2. In animals, the arm protein, β-catenin, has been demonstrated as a transcriptional co-activator; That is, they move into the nucleus and form complexes with transcription factors in response to hormonal signals to activate target gene expression (Polakis, 2000). In contrast, the BTB / POZ domain is known to mediate transcriptional inhibition by recruiting histone deacetylases to recruit transcriptional co-inhibitors and eventually inhibit transcription (Collins et al., 2001). The BTB / POZ domain is also involved in protein degradation (van den Heuvel, 2004). ARIA is thus involved in regulating the stability of ABF2 or other proteins possibly related thereto. Since ARIA has two protein-protein interaction domains, another possibility is to function as an adapter for ABF2 to form a protein complex.

ARIA 생화학적 메카니즘(들)이 어떠한 기능을 하는지에 관계없이 데이터는 ARIA 과발현은 애기장대 식물의 염 내성을 증가시킴을 나타낸다. 그 결과는 ARIA 발현이 식물의 염 내성을 증가시키도록 설계될 수 있고, 따라서 ARIA 유전자를 이용한 염-내성 식물을 개발하는 것을 가능하게 할 것이다.Regardless of how the ARIA biochemical mechanism (s) function, the data indicate that ARIA overexpression increases salt tolerance of Arabidopsis plants. The results can be designed to increase the plant's salt tolerance, thus making it possible to develop salt-tolerant plants using the ARIA gene.

(실시예)(Example)

(실시예 1) DNA 조작 및 RNA 겔 블럿 분석Example 1 DNA Manipulation and RNA Gel Blot Analysis

DNA 조작 및 RNA 겔 블럿 분석은 표준 방법에 따라 수행되었다(Sambrook and Russel, 2001). DNA 시퀀싱은 ABI 310 Genetic Analyzer(Applied Biosystems)로 수행되었다. RNA는 Chomczynski and Mackey(1995)의 방법에 의해 분리되었고 LiCl 침전 및 에탄올 침전에 의해 더욱 정제되었다. 애기장대 묘목의 ABA, 염, 냉각 및 가뭄 처리는 기술된 바와 같이 수행되었다(Choi et al., 2000). RNA 겔 블럿 분석의 경우 25 ㎍의 총 RNA가 1.1% 포름알데히드 아가로스 겔 상에서 분리되고 나일론 멤브레인(Hybond-XL, Amersham Pharmacia Biotech)으로 옮겨졌고, Stragagene사의 UV Crosslinker(Model 2400)을 이용하여 고정되었다. 하이브리디제이션은 프로브로서 ARIA의 덜-잘 보존된 구역(아미노산 위치 336-554)을 포함한 32P-표지된 DNA 단편을 이용하여 Rapid-hyb 완충액(Amersham Pharmacia Biotech) 내에서 65℃로 18∼24시간 동안 수행되었다. 필터는 하기와 같이 연속적으로 세척되었다: 2X SSC(1X SSC는 0.15 M NaCl, 0.015 M 구연산나트륨) 내에서 상온으로 10분간 2회, 0.2X SSC에서 상온으로 10분간 2회, 0.2X SSC 65℃로 10분간 2회. 노출은 -70℃에서 수행되었다. RT-PCR은 Access RT-PCR System(Promega)를 이용하여 제조사의 지침에 따라 0.5 ㎍의 총 RNA를 처리함으로서 수행되었다. 대조군 반응에 사용된 액틴 프라이머를 포함한 프라이머 세트(애기장대 액틴-1 유전자, 접근번호 M20016)는 앞서 기술되었다(Kang et al., 2002). RNA 표본은 인트론을 스팬(span)하는 액틴 프라이머 세트를 이용하고, 가능한 경우 인트론(들)을 스팬하는 프라이머 세트를 이용함으로서 DNA 오염이 없는 것으로 확인되었다. PRC 사이클 수는 PCR 증폭의 1차 범위 내에서 특정 유전자에 따라 달라졌다(일반적으로 20∼30 사이클). RT-PCR의 결과는 일부 독립적인 반응에 의해 확인되었다.
DNA manipulation and RNA gel blot analysis were performed according to standard methods (Sambrook and Russel, 2001). DNA sequencing was performed with ABI 310 Genetic Analyzer (Applied Biosystems). RNA was isolated by the method of Chomczynski and Mackey (1995) and further purified by LiCl precipitation and ethanol precipitation. ABA, salt, cooling and drought treatment of Arabidopsis seedlings were performed as described (Choi et al., 2000). For RNA gel blot analysis, 25 μg of total RNA was separated on a 1.1% formaldehyde agarose gel and transferred to a nylon membrane (Hybond-XL, Amersham Pharmacia Biotech) and immobilized using Stragagene's UV Crosslinker (Model 2400). . Hybridization was carried out at 18-24 at 65 ° C. in Rapid-hyb buffer (Amersham Pharmacia Biotech) using 32 P-labeled DNA fragments containing the less-conserved region of the ARIA (amino acid positions 336-554) as probes. Was performed for hours. The filter was washed successively as follows: twice at room temperature for 10 min in 2X SSC (1X SSC is 0.15 M NaCl, 0.015 M sodium citrate), twice at room temperature at 0.2X SSC for 10 minutes at 0.2X SSC 65 ° C. Twice for 10 minutes. Exposure was carried out at -70 ° C. RT-PCR was performed by treating 0.5 μg total RNA using the Access RT-PCR System (Promega) according to the manufacturer's instructions. Primer sets containing Actin primers used in the control reaction (Arabidopsis actin-1 gene, accession number M20016) have been described above (Kang et al., 2002). RNA samples were confirmed to be free of DNA contamination by using a set of actin primers that span introns and, where possible, a set of primers that span intron (s). The number of PRC cycles varied with the particular gene within the first range of PCR amplification (typically 20-30 cycles). The results of RT-PCR were confirmed by some independent reactions.

(실시예 2) 효모 기술 및 2-하이브리드 스크리닝Example 2 Yeast Technology and 2-Hybrid Screening

효모 생장 및 형질전환은 표준 기술(Guthrie and Fink, 1991)에 따랐다. 2-하이브리드 스크린은 일부 변형으로 MATCHMAKER LexA 2-Two Hybrid System(Clontech)를 이용하여 수행되었다. 베이트 컨스트럭트는 ABF2의 일부 단편을 pGilda(Clontech)으로 클론시킴으로서 제조되었고, 이는 GAL1 프로모터 및 HIS3 마커 유전자의 조절하에서 LexA DNA 결합 도메인을 수행한다. 각각 아미노산 잔기 65-162(보존된 구역) 및 234-337(변이가능 구역)을 스팬하는 ABF2 단편은 PCR(프라이머 세트, 각각 5'-GCTAGTGGTGTGGTTCCAGTT C-3'(서열번호: 3)과 5'-gaga gctcgagCTGAGCTCTTGCAGCAACCTG-3'(서열번호: 4) 및 5'-CCAATCATGCCTAAGCAGCC-3'(서열번호: 5)과 5'-gagagctcgagCTCTACAAC TTTCTCCACAGTG-3'(서열번호: 6))에 의해 제조되었고 Xho I으로의 분해 후 pGilda로 라이게이트되었고, 결국 Bam HI 분해, Klenow 필-인(fill-in) 반응 및 Xho I 분해에 의해 제조되었다. 이후 베이트 컨스트럭트는 형질전환에 의해 수용체 효모, EGY48(MATα, his3, trp1, URA3::LexA op(x8) -LacZ, LexA op(x6) -LEU2) 내로 개발적으로 도입되었다. EGY48 균주는 염색체 내에 통합된 2개의 수용체 유전자, LEU2LacZ를 운반한다. 스크리닝을 위한 대규모 형질전환은 기술된 바와 같이 수행되었다(Choi et al., 2000). 수용체 효모는 ABA/염-처리된 애기장대 묘목(Choi et al., 2000)의 cDNA를 나타내는 라이브러리 플라스미드 DNA로 형질전환되었다. 형질전환된 효모는 5∼7일간 Gal/Raf/CM-His-Leu-Trp-Ura 배지 상에서 생장되었고, 양성 콜로니는 콜로니 리프트 β-갈락토시다제 에세이에 의해 확인되었다. Leu+/LacZ + 양성 콜로니는 동일한 선택 배지 상에 스트리킹함으로서 정제된 후 또다른 라운드의 β-갈락토시다제 에세이가 되었다. 각 수용체 효모의 경우 660만개 형질전환체가 스크린되었고 5개의 양성 클론이 변이가능 구역 베이트로부터 수득된 반면, 보존된 구역 베이트로부터 어떠한 양성 클론도 수득되지 않았다. 양성 클론 상호작용의 특이성은 클론으 로부터 탈환된(rescue) 플라스미드 DNA로 수용체 효모를 재-형질전환함으로서 시험되었다.Yeast growth and transformation were according to standard techniques (Guthrie and Fink, 1991). Two-hybrid screens were performed using the MATCHMAKER LexA 2-Two Hybrid System (Clontech) in some variations. The bait construct was prepared by cloning some fragments of ABF2 with pGilda (Clontech), which performed the LexA DNA binding domain under the control of the GAL1 promoter and HIS3 marker gene. ABF2 fragments spanning amino acid residues 65-162 (conserved region) and 234-337 (variable region), respectively, were PCR (primer set, 5'-GCTAGTGGTGTGGTTCCAGTT C-3 '(SEQ ID NO: 3) and 5'- gaga gctcgagCTGAGCTCTTGCAGCAACCTG-3 '(SEQ ID NO: 4) and 5'-CCAATCATGCCTAAGCAGCC-3' (SEQ ID NO: 5) and 5'-gagagctcgagCTCTACAAC TTTCTCCACAGTG-3 '(SEQ ID NO: 6) and digested with Xho I It was then ligated to pGilda and eventually produced by Bam HI digestion, Klenow fill-in reaction and Xho I digestion. The bait construct was then introduced into the receptor yeast, EGY48 (MATα , his3, trp1, URA3 :: LexA op (x8) -LacZ, LexA op (x6) -LEU2 ) by transformation . The EGY48 strain carries two receptor genes, LEU2 and LacZ , integrated within the chromosome. Large-scale transformation for screening was performed as described (Choi et al., 2000). Receptor yeast was transformed with library plasmid DNA representing the cDNA of ABA / salt-treated Arabidopsis seedlings (Choi et al., 2000). Transformed yeasts were grown on Gal / Raf / CM-His-Leu-Trp-Ura medium for 5-7 days and positive colonies were identified by colony lift β-galactosidase assay. Leu + / LacZ + positive colonies were purified by streaking on the same selection medium before becoming another round of β-galactosidase assay. For each receptor yeast 6.6 million transformants were screened and five positive clones were obtained from mutable zone baits, whereas no positive clones were obtained from conserved zone baits. The specificity of the positive clone interactions was tested by re-transforming the receptor yeast with plasmid DNA reclaimed from the clone.

플라스미드 탈환 및 삽입 DNA 분석은 기술된 바와 같이 수행되었다(Choi e tal., 2000). 양성 클론으로부터 탈환된 플라스미드 DNA의 시퀀싱은 이들 중 3개(클론 12, 20 및 24)가 arm 리피트 단백질(At5g19330)을 인코드하였고, 이들 중 2개(클론 17 및 27)은 전사 인자를 인코드하였다. 가장 긴 arm 단백질 클론은 첫 번째 5개 아미노산 잔기를 분실하였다. 전체-길이 유전자는 프라이머 세트, 5'-GGATCGTCTTTTACTTTGTGAACG-3'(서열번호: 7) 및 5'-CATTCAA GAC CGA TTG TGATCAG-3'(서열번호: 8) 및 1 ㎍의 라이브러리 DNA를 이용하여 PCR에 의해 분리되었다. 전체 코딩 구역 및 5'(208 염기) 및 3'(24 염기) 추가 서열을 포함한 PCR 생성물이 Zero Blunt TOPO PCR Cloining Kit(Invitrogen) 내로 클론되었고 전체적으로 시퀀스되었다. 그의 뉴클레오타이드 서열의 정확성은 애기장대 데이터베이스 상에서 게놈 서열과 비교함으로서 확인되었다.Plasmid recapture and insertion DNA analysis was performed as described (Choi e tal., 2000). Sequencing of plasmid DNA recaptured from positive clones showed that three of them (clones 12, 20 and 24) encoded the arm repeat protein (At5g19330), and two of them (clones 17 and 27) encoded transcription factors. It was. The longest arm protein clone lost the first five amino acid residues. The full-length gene was subjected to PCR using a primer set, 5'-GGATCGTCTTTTACTTTGTGAACG-3 '(SEQ ID NO: 7) and 5'-CATTCAA GAC CGA TTG TGATCAG - 3' (SEQ ID NO: 8) and 1 μg of library DNA. Separated by. PCR products, including the entire coding region and 5 '(208 base) and 3' (24 base) additional sequences, were cloned into the Zero Blunt TOPO PCR Cloining Kit (Invitrogen) and were sequenced throughout. The accuracy of its nucleotide sequence was confirmed by comparing it with genomic sequences on Arabidopsis databases.

(실시예 3) 시험관 내 결합 에세이Example 3 In Vitro Binding Essay

GST-ARIA 융합 컨스트럭트는 ARIA의 다양한 부분(전체-길이, 아미노산 1∼518 및 아미노산 511∼710)의 PCR 단편을 pGEX-6P-2의 Sma I 사이트(Amersham Pharmacia Biotech) 내로 클론됨으로서 제조되었다. 컨스트럭트는 BL21 세포를 형질전환하는데 사용되었고, 형질전환된 세포는 50 ㎍/ml 암피실린을 함유한 2X YT 배지 내에서 밤새 생장되었다. 배양액은 100-배로 희석되었고 0.6의 A600에서 30℃ 또는 37℃로 생장되었다(전체-길이 및 ARM 컨스트럭트). 재조합 단백질의 발현은 0.5 mM 이소프로필-β-D-티오갈락토피라노시드(thiogalactopyranoside)로 3시간 동안 유도되었다. 유도 종료 후 세포는 원심분리에 의해 펠렛 다운되었고, 6 ml의 PBS(0.14 M NaCl, 2.7 mM KCl, 10.1 mM Na2HPO4, 1.8 mM KH2PO4 , pH 7.3) 내에 재현탁되었고 소니케이트되었다. 용해질은 원심분리에 의해 세포 파편이 제거되었고 공급자의 지침에 따라 더욱 정제되었다. ABF2의 시험관 내 번역의 경우 pCITE(Novagen) 내로 클론된 전체-길이 ABF2는 제조사의 지침에 따라 35S-Met의 존재하에서 TNT in vitro translation kit(Promega)로 처리되었다.GST-ARIA fusion constructs were prepared by cloning PCR fragments of various parts of ARIA (full-length, amino acids 1-518 and amino acids 511-710) into the Sma I site (Amersham Pharmacia Biotech) of pGEX-6P-2. The construct was used to transform BL21 cells, and the transformed cells were grown overnight in 2 × YT medium containing 50 μg / ml ampicillin. Cultures were diluted 100-fold and grown to 30 ° C. or 37 ° C. at A 600 of 0.6 (full-length and ARM constructs). Expression of the recombinant protein was induced for 3 hours with 0.5 mM isopropyl-β-D-thiogalactopyranoside. After termination of induction, the cells were pelleted down by centrifugation, resuspended and sonicated in 6 ml of PBS (0.14 M NaCl, 2.7 mM KCl, 10.1 mM Na 2 HPO 4 , 1.8 mM KH 2 PO 4 , pH 7.3). . Lysates were cell debris removed by centrifugation and further purified according to the supplier's instructions. For in vitro translation of ABF2, full-length ABF2 cloned into pCITE (Novagen) was treated with a TNT in vitro translation kit (Promega) in the presence of 35 S-Met according to the manufacturer's instructions.

결합 에세이에 있어서, GST-ARIA 융합 단백질(0.5 ㎍)은 4℃에서 1시간 동안 결합 완충액(50 mM Tris, pH 8.0, 100 mM NaCl, 10% 글리세롤, 0.5% Triton X-100, 1 mM PMSF) 내의 글루타티온-세파로스 4B 수지로 인큐베이트되었다. 이후, 시험관 내-번역된 35S-표지된 ABF2가 첨가되었고 인큐베이션은 일정한 회전으로 2시간 동안 지속되었다. 수지는 결합 완충액으로 5회 세척되었고 SDS-폴리아크릴아미드 겔 전기영동 표본 완충액 내에 재현탁되었다. 단백질은 15% SDS-폴리아크릴아미드 겔 상에서 분리되었고 방사능사진촬영에 의해 시각화되었다.For binding assays, GST-ARIA fusion protein (0.5 μg) was bound to binding buffer (50 mM Tris, pH 8.0, 100 mM NaCl, 10% glycerol, 0.5% Triton X-100, 1 mM PMSF) at 4 ° C. for 1 hour. Incubated with glutathione-Sepharose 4B resin in the interior. Thereafter, in vitro-translated 35 S-labeled ABF2 was added and incubation continued for 2 hours with constant rotation. The resin was washed five times with binding buffer and resuspended in SDS-polyacrylamide gel electrophoresis sample buffer. Proteins were separated on 15% SDS-polyacrylamide gels and visualized by radiophotography.

(실시예 4) 조직화학 GUS 염색Example 4 Histochemistry GUS Staining

2.1 프로모터 단편은 프라이머 세트, 5'-GATCCGAAGAAGAGGAGAGATC-3'(서열번호: 9) 및 5'-GCCACGCTGTCTTCTTTCACTACACTAAAAAATACAGC-3'(서열번호: 10)를 이용하여 PCR에 의해 제조되었고, pBI101.2의 Hind Ⅲ-Xba I 사이트 내로 클론되었다. 컨스트럭트는 형질전환에 의해 형질전환 애기장대(Arabidopsis)(Ler) 내로 도입되었고, T2 또는 T3 세대 식물은 GUS 활성 분석에 이용되었다. GUS 염색은 Jefferson et al.(1987)에 따라 수행되었다. 전체 식물 또는 조직은 100 mM 인산나트륨 내의 1 mM 5-브로모-4-클로로-3-인돌릴-β-글루쿠론산(X-gluc) 용액, pH 7.0, 0.1 mM EDTA, 0.5 mM 페리시안(ferrycyanide), 0.5 mM 페로시안(ferrocyanide) 및 0.1% Triton X-100 내에 24시간 동안 37℃에서 침수되었다. 엽록소는 에탄올 시리즈: 35%, 50% 및 70%에 의해 조직으로부터 제거되었다.2.1 promoter fragments were prepared by PCR using a primer set, 5'-GATCCGAAGAAGAGGAGAGATC-3 '(SEQ ID NO: 9) and 5'-GCCACGCTGTCTTCTTTCACTACACTAAAAAATACAGC-3' (SEQ ID NO: 10), Hind III- of pBI101.2 Xba I was cloned into the site. Teuneun constructs were introduced into the transgenic Arabidopsis thaliana (Arabidopsis) (L er) by transformation, T2 or T3 generation plant has been used for GUS activity assay. GUS staining was performed according to Jefferson et al. (1987). The whole plant or tissue was a 1 mM 5-bromo-4-chloro-3-indolyl-β-glucuronic acid (X-gluc) solution in 100 mM sodium phosphate, pH 7.0, 0.1 mM EDTA, 0.5 mM ferricyan ( ferrycyanide), 0.5 mM ferrocyanide and 0.1% Triton X-100 inundated for 24 hours at 37 ℃. Chlorophyll was removed from tissue by ethanol series: 35%, 50% and 70%.

(실시예 5) 세포 이하 위치Example 5 Subcellular Position

35S-ARIA GFP 융합 컨스트럭트를 제조하기 위해 ARIA의 전체 코딩 구역이 PCR에 의해 제조되었고, Nco I-Spe I로의 분해 후 pCAMBIA1302(CAMBIA)의 동일한 사이트 내로 클론되었다. 컨스트럭트는 형질전환에 의해 애기장대(Col-1) 내로 도입되었고 T1 식물은 GFP 위치 분석에 사용되었다. 핵은 요오드화프로피듐(PI)- 염색에 의해 시각화되었다. 10-일령 형질전환 묘목의 뿌리는 공초점 현미경(Leica, TCS-NT)를 이용한 녹색(GFP 위치) 및 적색(PI) 형광 분석에 사용되었다.The entire coding region of ARIA was prepared by PCR to produce 35S-ARIA GFP fusion construct and cloned into the same site of pCAMBIA1302 (CAMBIA) after digestion with Nco I-Spe I. Constructs were introduced into Arabidopsis (Col-1) by transformation and T1 plants were used for GFP site analysis. Nuclei were visualized by propidium iodide (PI) -staining. Roots of 10-day-old transgenic seedlings were used for green (GFP position) and red (PI) fluorescence analysis using confocal microscopy (Leica, TCS-NT).

ABF2 위치를 조사하기 위해 ABF2의 코딩 구역이 인 프레임으로 pBI221의 GUS 코딩 구역의 정면에 삽입되었다. 이후 양파 표피 세포는 PDS 1000(Bio-Rad)를 이용한 입자 충격(particle bombardment)에 의해 ABF2-GUS 컨스트럭트로 순간적으로 형질전환되었다. GUS 활성은 23℃에서 24시간 동안 후 X-gluc(5-브로모-4-클로로-3-인돌릴-β-글루쿠론산) 염색에 의해 측정되었다. 핵은 4',6-디아미노디노-2-페닐인돌(DAPI) 염색에 의해 시각화되었고 형광 현미경(Olympus BX51) 하에서 관찰되었다.To examine the ABF2 position, the coding region of ABF2 was inserted in front of the GUS coding region of pBI221 in frame. Onion epidermal cells were then instantaneously transformed into ABF2-GUS constructs by particle bombardment using PDS 1000 (Bio-Rad). GUS activity was measured by X-gluc (5-bromo-4-chloro-3-indolyl-β-glucuronic acid) staining after 24 hours at 23 ° C. Nuclei were visualized by 4 ', 6-diaminodino-2-phenylindole (DAPI) staining and observed under fluorescence microscopy (Olympus BX51).

(실시예 6) 과발현 및 넉아웃 돌연변이 라인Example 6 Overexpression and Knockout Mutation Lines

35S-ARIA 컨스트럭를 제조하기 위해 AIRA의 코딩 구역이 프라이머 5'cgcggatccATGGACCAACAACCGGAGAGG-3'(서열번호: 11) 및 5'-gcgggatcc CAACCTCAAG CTTTG CAGGTT TG-3'(서열번호: 12)을 이용하여 제조되었고, Bam HI로의 분해 후 GUS 코딩 구역이 없는 pBI121의 Bam HI 사이트 내로 클론되었다. 애기장대(Ler)의 형질전환은 A. tumefaciens 균주 GV3101을 이용한 진공 침윤 방법(Bechtold and Pelletier, 1998)을 따랐다. 7개의 상동성 라인이 회수되었고 예비 분석 후 2개의 대표적 라인(T4)이 상세한 분석을 위해 선택되었다.The coding region of AIRA was prepared using primers 5'cgcggatccATGGACCAACAACCGGAGAGG-3 '(SEQ ID NO: 11) and 5'-gcgggatcc CAACCTCAAG CTTTG CAGGTT TG-3' (SEQ ID NO: 12) to prepare the 35S-ARIA construct, After digestion with Bam HI, it was cloned into the Bam HI site of pBI121 without the GUS coding region. Arabidopsis thaliana transformant of (L er) is A. followed the vacuum infiltration method using tumefaciens strain GV3101 (Bechtold and Pelletier, 1998) . Seven homology lines were recovered and after a preliminary analysis two representative lines (T4) were selected for detailed analysis.

aria 돌연변이 라인을 수립하기 위해 4개의 추정 ARIA 넉아웃 돌연변이 라인이 애기장대 스톡 센터로부터 입수되었다. 스톡 종자는 파종되었고 토양에서 생장되었고, 종자는 개체 식물로부터 수확되었다. 단일 통합을 지닌 T-DNA 삽입 라인을 선택하기 위해 카나마이신 저항성(KanR)의 격리 비율이 시험되었고, 동형접합성 서브라인이 KanR : KanS의 3 : 1 비율로 격리되는 것으로부터 수립되었다. 게놈 DNA는 서브라인으로부터 분리되었고 주석이 달린 사이트에서의 T-DNA의 통합이 PCR 단편을 시퀀싱함으로서 확인되었다. 5개 추정 라인 중에서 주석이 달린 사이트에서 단일 T-DNA 삽입을 지닌 하나의 삽입 라인(SALK_143439)을 확인할 수 있었다. T-DNA는 번역 시작 사이트로부터 -379에서 삽입된다. RT-PCR에 의한 발현 분석은 ARIA 발현이 삽입 라인 내에서 제거됨을 나타내었다. 표현형 분석의 경우 2개의 서브라인(ARK5 및 ARK10)이 사용되었다. 동일한 결과는 이들로부터 수득되었고 AR10로부터의 것이 존재한다.Four putative ARIA knockout mutation lines were obtained from Arabidopsis stock center to establish aria mutation lines. Stock seeds were sown and grown in soil, and seeds were harvested from individual plants. The sequestration ratio of kanamycin resistance (Kan R ) was tested to select a T-DNA insertion line with a single integration, and the homozygous subline was established from the segregation at a 3: 1 ratio of Kan R : Kan S. Genomic DNA was isolated from the subline and integration of T-DNA at the annotated sites was confirmed by sequencing the PCR fragments. One insertion line (SALK_143439) with a single T-DNA insertion was identified at the annotated site out of the five putative lines. T-DNA is inserted at -379 from the translation start site. Expression analysis by RT-PCR showed that ARIA expression was eliminated within the insertion line. Two sublines (ARK5 and ARK10) were used for phenotypic analysis. The same results were obtained from them and those from AR10 are present.

(실시예 7) 표현형 분석Example 7 Phenotypic Analysis

애기장대 Arabidopsis thaliana 생태형 Landsberg erecta(Ler) 및 Columbia(Col-0)이 사용되었다. 식물은 22℃로 장일 조건(16시간 광조건/8시간 암조건 사이클) 하에서 1 : 1 : 1의 질석, 펄라이트 및 물이끼의 혼합물 또는 MS 플레이트 상에서 생장되었다. 토양-생장된 식물은 0.1% Hyponex로 1주일 마다 1회 관개되었다. 일반적인 무균 생장을 위해 종자는 70% 에탄올에 5분간, 30% 가정 표백제에 5분간 멸균되었고, 멸균수로 5회 세척되었고, 1% 슈크로스가 추가되고 0.8%의 Phytoagar로 응고된 MS 배지(Murashige and Skoog, 1962) 상에 놓였다. Arabidopsis thaliana ecotypes Landsberg erecta (L er ) and Columbia (Col-0) were used. The plants were grown on MS plates or mixtures of vermiculite, pearlite, and moss of 1: 1 at 1: 1 ° C under long-term conditions (16 hours light condition / 8 hours dark condition cycle). Soil-growing plants were irrigated once a week with 0.1% Hyponex. For normal sterile growth, seeds were sterilized for 5 minutes in 70% ethanol and 5 minutes in 30% household bleach, washed 5 times with sterile water, added 1% sucrose and coagulated with 0.8% Phytoagar (Murashige). and Skoog, 1962).

발아 시험을 이해 동일한 시간에 수집된 종자가 특별한 언급이 없는 한 1% 슈크로스 및 다른 추가물질(즉, ABA, 만니톨, 글루코스 및 NaCl)이 추가된 MS 배지 상에 놓였고, 어린 뿌리 출현이 다양한 시점에서 조사되었다. 발아의 ABA 투여량 반응 분석의 경우 슈크로스는 배지로부터 생략되었다. 발아 에세이 이외의 표현형 분석은 도면 설명에 나타난 바와 같이 1% 슈크로스 및 ABA, 글루코스 또는 만니톨이 추가된 MS 배지 상에서 수행되었다. 뿌리 신장 에세이의 경우 식물은 수직 위치에서 생장되었다.Understanding Germination Tests Seeds collected at the same time were placed on MS medium added with 1% sucrose and other additives (ie ABA, mannitol, glucose and NaCl), unless otherwise noted, and the appearance of young roots varied. It was investigated at that point. Sucrose was omitted from the medium for the ABA dose response analysis of germination. Phenotypic analyzes other than germination assays were performed on MS medium with 1% sucrose and ABA, glucose or mannitol added as shown in the figure. In the case of root kidney assays, the plants were grown in a vertical position.


본 발명의 효과는 아마딜로 반복 및 BTB/POZ 도메인을 포함한 ARIA(ABF2와 상호작용하는 아마딜로 반복 단백질, armadillo repeat protein interacting with ABF2)로 명명된 단백질을 인코드하는 유전자에 관한 것이다. 또한 본 발명은 식물 내로 식물 프로모터에 결합된 ARIA 유전자를 포함한 발현 카세트를 도입하는 단계를 포함한 염-내성 식물을 제조하는 방법을 제공한다.

The effect of the present invention is directed to a gene encoding a protein designated as ARIA (armadillo repeat protein interacting with ABF2) comprising the amadillo repeat and BTB / POZ domains. The present invention also provides a method of making a salt-tolerant plant comprising introducing an expression cassette comprising an ARIA gene linked to a plant promoter into the plant.

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Stone SL, Arnoldo M, Goring DRA (1999) A breakdown of Brassica self-incompatibility in ARC1 antisense transgenic plants. Science 286: 1729-31 Stone SL, Arnoldo M, Goring DRA (1999) A breakdown of Brassica self-incompatibility in ARC1 antisense transgenic plants. Science 286 : 1729-31

Uno Y, Furihata T, Abe H, Yoshida R, Shinozaki K, Yamaguchi-Shinozaki K (2000) Arabidopsis basic leucine zipper transcription factors involved in an abscisic acid-dependent signal transduction pathway under drought and high-salinity. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 97: 11632-11637 Uno Y, Furihata T, Abe H, Yoshida R, Shinozaki K, Yamaguchi-Shinozaki K (2000) Arabidopsis basic leucine zipper transcription factors involved in an abscisic acid-dependent signal transduction pathway under drought and high-salinity. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 97 : 11632-11637

Xiong L, Schumaker KS, Zhu J-K (2002) Cell signaling during cold, drought, and salt stress. Plant Cell 14: Suppl, S165-183 Xiong L, Schumaker KS, Zhu JK (2002) Cell signaling during cold, drought, and salt stress. Plant Cell 14 : Suppl, S165-183

Yamaguchi-Shinozaki K, Shinozaki K (1994) A novel cis-acting element in an Arabidopsis gene is involved responsiveness to drought, low-temperature, or high-salinity stress. Plant Cell 6: 251-264 Yamaguchi-Shinozaki K, Shinozaki K (1994) A novel cis -acting element in an Arabidopsis gene is involved responsiveness to drought, low-temperature, or high-salinity stress. Plant Cell 6 : 251-264

Zollman S, Godt D, Prive GG, Couderc JL, Laski FA (1994) The BTB domain, found primarily in zinc finger proteins, defines an evolutionarily conserved family that includes several developmentally regulated genes in Drosophila. Proc Natl Acad Sci USA 91, 10717-10721

Zollman S, Godt D, Prive GG, Couderc JL, Laski FA (1994) The BTB domain, found primarily in zinc finger proteins, defines an evolutionarily conserved family that includes several developmentally regulated genes in Drosophila . Proc Natl Acad Sci USA 91 , 10717-10721

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서열번호: 1의 뉴클레오타이드 서열을 지닌 아마딜로 반복 단백질(ARIA)을 인코드하는 분리된 핵산 분자An isolated nucleic acid molecule encoding Amadillo Repeat Protein (ARIA) having the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1 식물 세포 내에서 기능하는 프로모터에 실시가능하게 결합된 제 1항의 폴리뉴클레오타이드를 포함한 재조합 DNA 분자 Recombinant DNA molecule comprising the polynucleotide of claim 1 operatively linked to a promoter functioning in a plant cell 제 2항의 재조합 DNA 분자로 식물 세포를 형질전환하는 것을 포함한 염-내성 식물의 제조방법A method for producing a salt-tolerant plant comprising transforming plant cells with the recombinant DNA molecule of claim 2 제 2항의 재조합 DNA 분자를 포함한 식물 세포Plant cell comprising the recombinant DNA molecule of claim 2 삭제delete 삭제delete
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